播种量和氮肥运筹对直播杂交稻光合生产力及氮素利用的影响

2015-07-05蒋明金马均孙永健严奉君徐徽杨志远孙加威

浙江大学学报（农业与生命科学版） 2015年5期

关键词：穗肥杂交稻播种量

蒋明金, 马均, 孙永健, 严奉君, 徐徽, 杨志远, 孙加威

(四川农业大学水稻研究所/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室,四川温江611130)

播种量和氮肥运筹对直播杂交稻光合生产力及氮素利用的影响

蒋明金, 马均*, 孙永健, 严奉君, 徐徽, 杨志远, 孙加威

(四川农业大学水稻研究所/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室,四川温江611130)

在人工湿润直播条件下,以早熟杂交稻组合446A/518为试验材料,研究播种量和氮肥运筹对直播稻的光合特性、物质积累与转运和氮素吸收利用的影响,并探讨了光合指标与产量和氮素吸收利用效率的相关性。结果表明,增加播种量能提高拔节期叶面积指数,同时促进各时期氮素积累、氮素干物质生产效率及稻谷生产效率,但抽穗后叶面积指数、SPAD值、光合速率和水稻物质积累与转运能力、氮素偏生产力和氮素利用率则表现为先增加后降低。从氮肥运筹方式来看,拔节期叶面积指数均以氮素穗肥比例40%下最大。S1、S2播种量下增加氮素穗肥比例有利于提高抽穗后叶面积指数,促进光合速率、干物质积累量和氮素积累,提高物质积累与转运能力和氮素吸收利用效率。而播种量增大到30.0 kg/hm2时,氮肥适当前移更有利于水稻养分的吸收,并促进水稻物质积累与转运能力和提高氮肥利用率。相关分析表明,抽穗期光合作用速率和叶面积指数与产量和氮素吸收利用效率均表现为显著正相关。总之,播种量22.5 kg/hm2,以氮素基肥、蘖肥和穗肥分别占40%、10%和50%的运筹方式能获得最佳产量,且具备较高的光合作用效率、干物质生产效率及氮素利用效率,为本试验最佳处理。

播种量; 氮肥运筹; 光合生产力; 氮素吸收; 氮素利用率

四川盆地因“低光值、小温差、高湿度”的气候特点,水稻生产主要以育秧移栽为主。近年来,由于农村劳动力的减少和家庭农场、种粮大户、土地流转、农业合作社等新型农村经营主体的迅速发展,直播水稻的发展越来越受到关注。且随着直播技术的进一步成熟,水稻直播技术已在全国12个省市推广应用,表现出了显著的增产增效作用[1]。霍中洋等[2-4]、倪竹如等[5]通过播期、种植方式和氮肥施用技术初步探明了直播水稻光合物质生产特性、氮素吸收利用特性。就四川特殊的气候、地形条件和杂交水稻而言,直播水稻研究相对甚少,前人在机械旱直播方式[6]、精量穴直播[7]和机械化播插[8]等方面对直播水稻生长发育有了初步研究,但在研究过程中氮肥施用方式大多沿用移栽稻高产栽培管理方式进行,而直播水稻无育秧移栽环节,移栽稻氮肥管理方式是否适用于直播水稻仍不明确,这不仅在一定程度上存在潜在的肥料浪费,也可能使得水稻减产。此外,前人对直播水稻播种量的确定也不一致,从15.0 kg/hm2到37.5 kg/hm2不等[9-11],而播种量的多少会直接影响到水稻群体质量,进而影响产量。且前人的研究多以常规稻为主,对杂交水稻直播研究较少。因此,有必要进一步研究播种量和氮肥运筹方式对直播杂交稻物质生产特性及氮素吸收利用规律。

本研究以早熟杂交稻组合446A/518为试验材料,在人工湿润直播(撒播)基础上设置3种播种量和3种氮肥运筹方式,研究直播杂交稻光合特性、物质生产能力以及氮素吸收利用规律,旨在进一步了解不同播种量和氮肥运筹方式对直播杂交稻物质转运及氮素吸收利用的影响,明确四川盆地直播杂交稻技术适宜的播种量和氮肥运筹方式,从而为杂交水稻机械化直播的进一步发展及推广应用提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验材料为早熟杂交稻组合446A/518,全生育期约118 d,由四川农业大学水稻研究所提供。

1.2 试验设计

试验于2013年在四川成都温江区四川农业大学水稻研究所试验农场进行,试验地前茬大蒜,耕层土壤质地为沙壤土,含全氮1.12 g/kg,速效氮157.54 mg/kg,速效钾80.65 mg/kg,速效磷69.81 mg/kg。

试验采用2因素裂区设计,播种量为主区,氮肥运筹为副区。设3个播种量处理,即15.0 kg/hm2、22.5 kg/hm2和30.0 kg/hm2,分别记为S1、S2和S3。在总氮(N)用量为150 kg/hm2的前提下,设置3个氮肥运筹方式,即基肥、蘖肥和穗肥的比例分别为N1:50%、20%和30%;N2:30%、30%和40%;N3:40%、10%和50%,并在播种量15.0、22.5和30.0 kg/hm2下设置不施氮肥处理(分别为CK1、CK2和CK3)为对照,3次重复。试验所用种子经筛选、催芽至露白后于2013年5月8日采用人工湿润直播(撒播)进行播种。磷肥(P2O5含量为75 kg/hm2)于播种前全部以基肥形式施入,钾肥(K2O含量为150 kg/hm2)以基肥和穗肥按照70%和30%分次施入。小区面积15 m2,各小区之间筑埂并地膜覆盖,其余田间管理按照当地常规管理方式。

1.3 分析测定项目及方法

1.3.1 叶面积测定分别于拔节期和抽穗期各小区选择生长基本一致植株5株,用叶面积仪CI-203测定拔节期叶面积、抽穗期上三叶叶面积和其余叶叶面积,并计算叶面积指数。

1.3.2 光合特性和SPAD值于抽穗期和齐穗后15 d，晴天上午9:00—11:00左右采用便携式光合测定系统LI-6400(美国LI-COR公司生产)测定剑叶光合作用速率、气孔导度以及蒸腾速率,用SPAD仪测定剑叶中部的SPAD值。每个处理测定生长基本一致叶片5片,重复测定3次。

1.3.3 物质转运及氮素含量测定于拔节期、抽穗期和成熟期,根据各小区田间长势取生长基本一致的植株5株。分茎(鞘)、叶和穗3部分分别放于恒温干燥箱内,105 ℃下杀青45 min,而后经80 ℃下烘干至恒重,分别称取相应干质量。茎(鞘)、叶和穗分别粉碎(80目筛)过筛,采用浓H2SO4-H2O消煮,用凯氏定氮仪(FOSS-8400)测定各器官的全氮含量。

1.3.4 产量测定成熟期,分小区收割,按实际面积计产。

1.4 参数计算

物质转运及氮素吸收、利用相关计算方法[12-14]如下:

干物质积累量/(kg/hm2)=该时期单位面积茎鞘、叶及穗干质量之和;

茎鞘物质输出率/%=(齐穗期茎鞘干质量-成熟期茎鞘干质量)/齐穗期茎鞘干质量×100;

茎鞘物质转换率/%=(齐穗期茎鞘干质量-成熟期茎鞘干质量)/籽粒干质量×100;

茎鞘(叶)氮转运量/(kg/hm2)=齐穗期茎鞘(叶)氮素积累量-成熟期茎鞘(叶)氮素积累量;

茎鞘(叶)氮素转运率/%=茎鞘(叶)氮素转运量/齐穗期茎鞘(叶)氮素积累量×100;

茎鞘(叶)氮素贡献率/%=茎鞘(叶)氮素转运量/成熟期籽粒含氮量×100;

氮素干物质生产效率/%=单位时间植株干物质积累量/单位时间植株氮积累总量;

氮素稻谷生产效率/%=籽粒产量/氮积累量;

氮素收获指数/%=籽粒含氮量/植株总吸氮量×100;

氮肥偏生产力/(kg/kg)=籽粒产量/施氮量;

氮素农学效率/%=(施氮区产量-未施氮区产量)/施氮量×100;

氮表观利用率/%=(施氮区植株吸氮量-未施氮区植株吸氮量)/施氮量×100。

在氮素农学效率和氮表观利用率的计算中,不同播种量处理与相应的未施氮处理对应计算(即S1对应CK1,S2对应CK2,S3对应CK3)。

1.5 数据分析

用Microsoft Excel 2013、DPS 7.05和Origin 9.2进行统计分析和作图。用最小显著差异法(least significant difference,LSD)检验处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻光合特性的影响

由表1表明,播种量和氮肥运筹处理对直播稻叶面积指数和粒叶比的影响大多达到显著水平。从播种量看,拔节期叶面积指数随着播种量的增加而增加,抽穗期叶面积指数、上三叶叶面积指数和上三叶叶面积率随播种量的增加表现为先增加后降低,粒叶比在播种量为15.0 kg/hm2(S1)和22.5 kg/hm2(S2)下相当。就氮肥运筹方式处理来看,仅对抽穗期上三叶叶面积比率的影响未达到显著水平。在不同播种量下拔节期叶面积指数均随着氮素穗肥比例的增加表现为先增加后降低,抽穗期叶面积指数和上三叶叶面积指数在S1、S3条件下表现为穗肥占总氮50%(N3)处理相对较高,而在S2条件下则以N1处理相对较高,抽穗期上三叶叶面积比率和粒叶比均在N3处理下相对较高。

表1 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻叶面积指数及粒叶比的影响

S1:播种量为15.0 kg/hm2;S2:播种量为22.5 kg/hm2;S3:播种量为30.0 kg/hm2;N1:基肥、蘖肥和穗肥分别占50%、20%和30%;N2:基肥、蘖肥和穗肥分别占30%、30%和40%;N3:基肥、蘖肥和穗肥分别占40%、10%和50%。同列数据后的不同小写字母表示在同一播种量下3个氮肥运筹之间在P<0.05水平差异有统计学意义。

LAI: Leaf area index; S1: Seeding rate of 15.0 kg/hm2; S2: Seeding rate of 22.5 kg/hm2; S3: Seeding rate of 30.0 kg/hm2; N1: Ratio of nitrogen application at transplanting stage, tillering stage and booting stage is 50%, 20% and 30%, respectively; N2: Ratio of nitrogen application at transplanting stage, tillering stage and booting stage is 30%, 30% and 40%, respectively; N3: Ratio of nitrogen application at transplanting stage, tillering stage and booting stage is 40%, 10% and 50%, respectively. Values within a column followed by different lowercase letters indicate the significant difference of the same seeding rate different among three nitrogen fertilizer managements at the 0.05 probability levels。

从表2可以看出,除播种量处理对齐穗后15 d的光合作用速率、气孔导度和蒸腾速率以及播种量和氮肥运筹方式之间的互作对气孔导度的影响不显著外,播种量、氮肥运筹方式及其互作对抽穗期和齐穗后15 d的SPAD值、光合作用速率、气孔导度和蒸腾速率的影响均达到显著水平。SPAD值、光合作用速率、气孔导度和蒸腾速率在抽穗期随着播种量的增加均表现为先增加后降低,而在齐穗后15 d则大体表现为先降低而后增加。从氮肥运筹方式来看,播种量在S1、S2条件下,抽穗期SPAD值均在N2下最大,N1下最小,光合作用速率、气孔导度和蒸腾速率均以N3处理下相对较高。在S3条件下,抽穗期和齐穗后15 d其SPAD值均随着氮素穗肥比例的增加而变大,光合作用速率在抽穗期时随着氮素穗肥比例表现为先增加后降低,而在齐穗后15 d表现为持续增加,气孔导度和蒸腾速率则在N2、N3处理下相对较大。

2.2 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻物质积累与转运的影响

从图1可以看出,播种量和氮肥运筹方式以及它们之间的互作对水稻拔节期、抽穗期和成熟期干物质积累量的影响均较大。从播种量来看,3个时期干物质积累量均在播种量为22.5 kg/hm2时最大,拔节期总干物质积累量在播种量为30.0 kg/hm2时最低,而抽穗期和成熟期时干物质积累量则在播种量为15.0 kg/hm2时较低。在不同播种量下,氮肥运筹方式对水稻干物质积累量的影响基本一致。S1条件下,随着氮素穗肥的增加,干物质积累量均有不同程度的增加,3个时期干物质积累量均表现为N3>N2>N1,差异显著。在S2条件下,随着氮素穗肥的增加,拔节期和抽穗期干物质积累量均表现为不同程度的增加,而成熟期干物质积累量则分别在N3和N2处理下达到最高和最低,且差异达到显著水平。在S3条件下,不同氮肥运筹方式对干物质积累量均表现为N2处理下最高,而在N1处理下较低。

表2 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻SPAD值和光合作用速率的影响

S1: Seeding rate of 15.0 kg/hm2; S2: Seeding rate of 22.5 kg/hm2; S3: Seeding rate of 30.0 kg/hm2; N1: Ratio of nitrogen application at transplanting stage, tillering stage and booting stage is 50%, 20% and 30%, respectively; N2: Ratio of nitrogen application at transplanting stage, tillering stage and booting stage is 30%, 30% and 40%, respectively; N3: Ratio of nitrogen application at transplanting stage, tillering stage and booting stage is 40%, 10% and 50%, respectively. Values within a column followed by different lowercase letters indicate the significant difference of the same seeding rate different among three nitrogen fertilizer managements at the 0.05 probability levels。

柱状图上的不同小写字母表示在同一播种量下3个氮肥运筹之间在P<0.05水平差异有统计学意义。 Different lowercase letters above the columns indicate statistically significant differences of the same seeding rate different among three nitrogen fertilizer managements at the 0.05 probability level.图1 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻主要生育时期干物质积累量的影响Fig.1 Effect of nitrogen fertilizer management on dry matter accumulation at main growth stages of hybrid rice under different seeding rates

从表3可见,抽穗期茎鞘干物质量、成熟期茎鞘干物质量、抽穗后干物质积累量、茎鞘物质的输出率和转换率受播种量、氮肥运筹方式和它们之间互作的影响大多达到显著或极显著水平。其中,抽穗期茎鞘干物质量、成熟期茎鞘干物质量和抽穗后干物质积累量均在播种量为22.5 kg/hm2(S2)时最高,且能获得较高的茎鞘物质的输出率和转换率以及产量。而在播种量为15.0 kg/hm2(S1)时,尽管其抽穗后干物质积累量比播种量为30.0 kg/hm2(S3)下稍高,但由于其茎鞘物质输出率和茎鞘物质转换率均较低,未能获得高产。

从氮肥运筹方式来看,在不同播种量下氮肥运筹方式对水稻物质积累和转运均有较大影响。S1条件下,氮素穗肥比例增加能提高抽穗期茎鞘干物质量以及抽穗后干物质积累量,而成熟期茎鞘的干物质量则为先增加后降低,茎鞘物质的输出率和转换率则与成熟期茎鞘干物质量的规律则相反。S2条件下,N3处理能提高抽穗期、成熟期茎鞘干物质量,而抽穗后干物质积累量则随着氮素穗肥的增加先降低后增加。茎鞘物质输出率和茎鞘物质转换率均表现为N2下最大,N1下最小。S3条件下,随着氮素穗肥比例的增加,抽穗期和成熟期茎鞘干物质量以及抽穗后的干物质积累量均表现先增加后降低,而茎鞘的物质输出与转运能力规律与之相反。

2.3 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻主要生育期氮素积累的影响

除播种量对抽穗期和成熟期叶氮素积累量以及抽穗期穗部氮素积累量的差异不明显外,播种量、氮肥运筹方式以及它们之间的互作对不同生育时期各器官氮素积累量的影响均达到显著水平(表4)。就播种量而言,各主要生育时期下茎鞘氮素积累量、拔节期的叶氮素积累量和成熟期穗氮素积累量均表现为S2处理下最大,S3最小,差异明显。抽穗期和成熟期的叶片氮素积累量和抽穗期穗部氮素积累量在3种播种量下差异不大,但均在S2处理下相对较高。

从氮肥运筹处理来看,不同播种量时氮肥运筹对水稻主要生育期各器官氮素积累量影响差异较大。在S1、S2条件下,氮素穗肥比例占总氮50%(N3处理)时能促进拔节期、抽穗期和成熟期茎鞘与叶片以及穗部氮素积累,由此可以看出在此播种量下适当氮肥穗肥的比例能够促进植株氮素的积累。而当播种量增加到30.0 kg/hm2(S3)时,直播水稻主要生育时期各器官氮素积累规律均随着氮素穗肥比例的增加表现为先增加后降低,且N1和N3处理下主要生育时期各器官氮素积累量的差异不明显。

2.4 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻氮素转运能力的影响

从表5可以看出,播种量、氮肥运筹方式以及它们之间的互作对茎鞘和叶片氮素转运量、氮素转运率以及氮素贡献率的影响大多达到显著或极显著的水平。就播种量而言,茎鞘氮素转运量和氮素转运贡献率均表现为S1>S2>S3,而叶片氮素贡献率表现与之相反;叶片氮素转运量和氮素转运率均表现为S2>S3>S1,茎鞘氮素转运率分别在S1下最大,S2下最小。

从氮肥运筹方式来看,在S1、S3条件下,氮肥运筹方式对直播水稻氮素转运的影响规律大体一致。其中,随着氮素穗肥比例的增加,茎鞘氮素转运量均有所降低,茎鞘氮素转运率和贡献率则表现为先降低后增加,而叶片氮素转运量、转运率和贡献率均表现为先增加后降低,但增加或降低的程度均有所不同,差异显著。S2条件下与S1、S3条件下氮肥运筹对水稻氮素转运的影响差异较大。主要表现在增加氮素穗肥比例,茎鞘氮素转运量、转运率和贡献率均表现为先增加后降低,这与S1、S3条件下基本呈相反趋势,而叶片氮素转运量随着氮素穗肥比例的增加表现为先降低而后增加,叶片氮素转运率和贡献率则持续下降,且N1处理显著高于N2、N3处理。

2.5 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻氮素吸收利用的影响

由表6可知,播种量、氮肥运筹方式以及它们之间的互作对氮素吸收与利用的影响大多均达到显著或极显著水平。在不同播种量下氮素干物质生产效率和氮素稻谷生产效率均表现为S3>S2>S1,在一定范围内增加播种量有利于氮肥偏生产力、氮素农学效率以及氮表观利用率的增加,但继续增加则反而降低。氮素的收获指数在不同播种量下差异不明显。

表5 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻氮素转运的影响

表6 在不同播种量下氮肥运筹方式对直播杂交稻氮素吸收利用的影响

从氮肥运筹方式来看,在S1、S2条件下,氮素稻谷生产效率和氮素收获指数均在N1下相对较大,氮素利用效率均表现为N3>N2>N1,且差异达到显著水平,而氮素干物质生产效率则表现各异。在S3条件下氮肥运筹方式对氮素吸收与利用的影响与在S1、S2下有所不同,其中,增加氮素穗肥比例有利于提高氮素干物质生产效率,而氮肥偏生产力、氮素农学效率和氮表观利用率均随着氮素穗肥比例的增加表现为先增加后降低,且N2与N1、N3处理差异达到显著水平,而氮素稻谷生产效率和氮素收获指数则在不同氮肥运筹方式下差异不显著。

3 讨论

3.1 播种量和氮肥运筹方式对直播杂交稻光合生理特性的影响

前人研究表明,提高结实期群体光合积累量的形态生理基础指标主要是适宜LAI、叶片着生状态和高效叶面积[15]。同时,较大的叶面积(特别是较高的上三叶叶面积)和叶片中叶绿素含量能够提高群体光合效率和剑叶的净光合速率,从而延缓植株的衰老,为抽穗后干物质积累和籽粒灌浆奠定基础[16]。从本试验来看,增加直播稻播种量在一定程度能提高拔节期叶面积指数,抽穗后叶面积指数、上三叶叶面积指数、SPAD值、光合作用速率、气孔导度和蒸腾速率则表现为先增加后降低,对齐穗后15 d光合效率的影响不大。由此可以看出,增加播种量虽然能够在前期增大水稻叶面积指数,但在后期由于群体过大会使下部叶片过早枯黄死亡、降低叶面积指数,同时光合效率和SPAD值均会有所下降。而从氮肥运筹方式来看,3种播种量下,氮肥适当后移(N2处理)能够提高水稻抽穗前期叶面积指数,将氮肥后移(N3处理)有利于提高抽穗后水稻叶面积指数、光合作用效率、气孔导度和蒸腾速率。结合播种量和氮肥运筹组合而言,播种量控制在22.5 kg/hm2左右,氮素穗肥比例为50%下虽然其拔节期叶面积指数略小于S2与N2组合,但其抽穗后上三叶叶面积指数较大,同时有较高的光合效率和SPAD值,为后期干物质积累和籽粒灌浆均打下了较好的基础。

3.2 播种量和氮肥运筹方式对直播杂交稻物质积累与转运的影响

群体干物质量和抽穗后干物质积累量与水稻产量均有较大关系。张中华[17]研究表明,直播稻播种量与拔节期干物质量呈显著线性正相关,与抽穗后干物质积累量呈显著抛物线关系,同时认为在播种量为15 kg/hm2和22.5 kg/hm2时抽穗后干物质积累量较高,并能获得较理想产量。吴桂成等[18]认为,随着播种量的增加,拔节期干物质量表现为持续增加,抽穗期干物质量则表现先增加之后变化不明显,而抽穗后干物质量在播种量为22.5 kg/hm2和33.0 kg/hm2时显著高于15.0 kg/hm2,具有较大增产潜力。本研究表明,播种量与氮肥运筹方式对水稻干物质的积累与转运能力的影响均较大。水稻物质积累与转运能力均随着播种量的增加表现为先增加后降低,且在播种量30.0 kg/hm2(S3)条件下,除抽穗后干物质积累量相对15.0 kg/hm2(S1)较低外,水稻物质积累与转运能力均比S1高。由此可以看出,直播稻播种量不能过低或过高,合理的播种量有利于群体密度和个体的协调发展,获得较高的叶面积指数,提高光合作用效率,且具备较高的物质积累与转运能力,进而提高水稻产量。

在不同播种量下，氮肥运筹方式对水稻干物质生产效率的影响较大。播种量小于22.5 kg/hm2(S1和S2)时,增加氮素穗肥比例能促进拔节期、抽穗期和成熟期干物质积累以及抽穗期和成熟期茎鞘干物质量,当播种量继续增加到30.0 kg/hm2(S3)时,水稻主要生育时期干物质积累量、抽穗期和成熟期茎鞘干物质量均随穗肥比例的增加表现为先增加后降低。而抽穗后干物质积累量、茎鞘物质输出率和转换率在不同播种量下随着氮素穗肥比例的增加表现却不一致。这可能是因为,播种量较小时,在N1、N2氮肥运筹方式下前期氮肥用量基本能够满足群体和个体生长的需求,提高穗肥时期氮肥用量能促进后期群体和个体的生长,提高物质积累与转运能力并获得较高产量。而播种量过大时,群体数量大,如果前期氮肥施用不足会使得群体中个体难以较好的生长,进而影响前期群体结构,将氮肥用量适当倾向于基、蘖肥,使得个体可吸收养分充足,保证了抽穗前后茎鞘干物质量的积累达到一定程度,物质转运能力适当,可获得相对理想的产量。因此,氮肥运筹对水稻干物质积累量与转运受播种量的影响较大,在一定播种量范围内,提高氮肥穗肥比例有助于提高干物质积累量并获得较高的物质转运能力,而播种量过大时,则需要适当将氮肥前移以满足水稻前期群体与个体的协调生长。

3.3 播种量和氮肥运筹方式对直播杂交稻氮肥利用的影响

徐春梅等[19]认为施氮量以及群体密度的增加可以提高叶片氮素转运量,且氮素偏生产力、氮素农学利用率以及氮素收获指数与施肥量之间的关系表现为显著负相关,同时密度过大会使得氮素农学利用率以及氮素收获较低。本研究表明,增加播种量能促进各主要生育时期水稻氮素的积累、干物质生产以及稻谷生产效率,但会降低茎鞘氮素转运量,而叶片氮素转运量、氮素偏生产力以及氮素利用率则表现为先升高后降低,播种量对氮素收获指数的影响不明显。氮素积累量和氮素转运能力与产量均呈显著正相关。从本试验可知,在播种量为22.5 kg/hm2时能获得较高的氮素积累量和氮素利用效率,继续提高播种量虽然能够有利于干物质生产效率或稻谷生产能力,但也会降低氮肥的利用效率,且造成产量降低。

氮素利用效率受多种因素影响。林洪鑫等[20]研究表明,氮肥后移能够提高茎鞘和叶片的氮素转运率,中氮水平氮肥后移可以提高水稻产量、生物产量、氮素积累量以及氮肥利用效率。本研究表明,在S1、S2条件下,增加氮素穗肥比例可以提高氮素积累量、氮素农学效率和氮表观利用率,虽然在一定程度上降低了氮素稻谷生产效率和氮素收获指数,但能够获得较理想的产量;而当播种量在30.0 kg/hm2时,增施氮素穗肥能促进氮素干物质生产效率,但氮素积累量、氮素偏生产能力以及氮素的利用率表现为先增加后降低。由此可以看出,在播种量低于22.5 kg/hm2时,通过合理的氮素基、蘖肥以满足水稻植株前期氮肥需求的同时,适当提高氮素穗肥的比例能够提高水稻氮素的积累并促进氮素的吸收与利用。而播种量过大则需要适当将氮肥前移以满足前期水稻对氮素需求,提高氮肥利用。

4 结论

播种量和氮肥运筹方式对直播杂交稻的光合特性、物质积累与转运和氮素吸收与利用的影响大多都达到显著和极显著的水平,且抽穗期叶面积指数和光合作用效率与水稻产量和氮素利用效率存在一定的正相关关系。就本试验来看,当播种量低于22.5 kg/hm2时,氮肥适当后移能够促进后期群体生长,提高水稻产量、干物质生产效率以及氮素吸收和利用效率。而当播种量增加到30.0 kg/hm2时,氮肥适当前移可以提高水稻产量和氮素的吸收与利用。结合产量、干物质生产效率和氮素吸收利用来看,在播种量为22.5 kg/hm2下采用基肥、蘖肥和穗肥分别占40%、10%和50%的氮肥运筹方式，能有较好的光合特性、较强的物质积累与转运能力以及较高的氮素吸收利用效率,为本试验最佳组合。

[1] 张洪程,龚金龙.中国水稻种植机械化高产农艺研究现状及发展探讨.中国农业科学,2014，47(7):1273-1289. Zhang H C, Gong J L. Research status and development discussion on high-yielding agronomy of mechanized planting rice in China.ScientiaAgriculturaSinica, 2014,47(7):1273-1289. (in Chinese with English abstract)

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Effects of seeding rates and nitrogen fertilizer managements on photosynthetic productivity and nitrogen utilization in direct-seeded rice.

Journal of Zhejiang University (Agric. & Life Sci.), 2015,41(5):516-526

Jiang Mingjin, Ma Jun*, Sun Yongjian, Yan Fengjun, Xu Hui, Yang Zhiyuan, Sun Jiawei

(KeyLaboratoryofCropPhysiology,Ecology,andCultivationinSouthwestChina,MinistryofAgriculture/RiceResearchInstitute,SichuanAgriculturalUniversity,Wenjiang611130,Sichuan,China)

Due to the climatic feature of low light, small temperature difference and high humidity, transplanting rice was the major pattern in rice production in Sichuan Basin. As the rural labor force was decreased and the new types of rural management body were developing rapidly, the development of direct-seeded rice has becoming increasingly concerned. With the further development of direct seeding technology,direct seeding technique of rice has been successfully applied in 12 provinces and cities in China, which showed a significant role in improving the production and efficiency. In terms of the particular climate, topographic condition, and the hybrid rice in Sichuan Province, there were few studies on direct-seeded rice. Many researches had been done on the growth and development in direct-seeded rice under mechanical dry direct seeding and precision hill-direct-seeding, but the nitrogen management in those studies was according to the high-yield cultivation management of transplanting rice, and whether the nitrogen fertilizer management of transplanting rice was appropriate for direct-seeded rice was undefined. Seeding rate could immediate affect the population quality of rice plants and grain yield. The former researches often used the conventional rice as material but not the hybrid rice, so, further studies on the effects of seeding rate and nitrogen management on the dry matter production characteristic, nitrogen absorption and utilization law in direct-seeded hybrid rice were necessary.

Hybrid rice 446A/518 was used to investigate the effects of seeding rate and nitrogen fertilizer management on the photosynthetic productivity, dry matter accumulation and translocation, nitrogen absorption and utilization under manual wet direct-seeding, and the correlation among the three which are photosynthesis index, grain yield and nitrogen utilization efficiency of rice plants were also taken to analyze.

The results indicated that increasing the seeding rate would enhance the leaf area index during jointing stage and promote the nitrogen accumulation, nitrogen use efficiency (NUE) for biomass production and NUE for grain production. However, the leaf area index (LAI), SPAD value, photosynthetic rate, dry matter accumulation and translocation, partial factor productivity of applied nitrogen and NUE firstly increased and then decreased with the increasing of seeding rate. From the views of nitrogen management, the nitrogen fertilization for heading sprouting of 40% (N2) would obtain the highest LAI during jointing stage. Adding the nitrogen fertilization for heading sprouting was beneficial to increase LAI after heading stage and promote photosynthetic rate, dry matter accumulation and nitrogen accumulation, enhance substance accumulation and turn-over capacity and nitrogen-absorption and nitrogen utilization efficiency under the seeding rates of 15.0 or 22.5 kg/hm2. Moreover, when the seeding rate was added up to 30.0 kg/hm2, through antedisplacement of nitrogen would avail the nutrient absorbability of rice and promote substance accumulation and turn-over capacity and improve the NUE. Correlation analysis indicated that both the photosynthetic efficiency and LAI during heading stage were significantly correlated with grain yield, nitrogen-absorbing ability and nitrogen-utilizing efficiency of rice plants.

In summary, when the seeding rate was 22.5 kg/hm2and the ratio of nitrogen application at transplanting stage, tillering stage and booting stage were 40%, 10%, and 50%, respectively, it would lead to gain the relatively high grain yield and higher photosynthetic efficiency, dry matter production capacity and nitrogen utilization efficiency.

seeding rate; nitrogen fertilizer management; photosynthetic productivity; nitrogen uptake; nitrogen use efficiency

农业部作物生理生态与耕作重点实验室开放课题(201303);国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAD16B05;2012BAD04B13;2013BAD07B13);四川省科技支撑计划项目(2013NZ0046;2014NZ0041;2014NZ0047);国家自然科学基金(31101117);四川省育种攻关专项(2011NZ0098-15)资助。

联系方式:蒋明金(http://orcid.org/0000-0002-2081-543X),E-mail:mj_jiang2008@163.com

2015-07-10;接受日期(Accepted):2015-07-31;网络出版日期(Published online):2015-09-18

S 511; S 352.2; S 143.1

*通信作者(Corresponding author):马均(http://orcid.org/0000-0001-6103-5635),E-mail:majunp2002@163.com

URL:http://www.cnki.net/kcms/detail/33.1247.s.20150918.1745.006.html