王亚梁 朱德峰 陈惠哲 张玉屏 向镜 王志刚 张义凯

籼粳杂交稻精准条播育秧机插减氮增产的效应研究

王亚梁 朱德峰*陈惠哲 张玉屏 向镜 王志刚 张义凯

(中国水稻研究所 水稻生物学国家重点实验室, 杭州 310006; *通信联系人, E-mail: cnrice@qq.com)

【目的】明确精准条播育秧机插对籼粳杂交稻产量形成的影响及其在减氮条件下降低产量损失的作用。【方法】以甬优538和甬优1540为供试品种，精准条播(precision drill sowing, PS)16条机插，并以相同播种量传统撒播(broadcast sowing, BS)机插为对照，同时设置不施氮肥(0 kg/hm2, zero-nitrogen application rate, 0N)、适氮(240 kg/hm2, suitable nitrogen application rate, SN)、减氮15%(204 kg/hm2，reduced nitrogen application rate, RN)等3个氮肥施用梯度处理，分析比较产量形成、植株均匀度、干物质积累及氮利用效率。【结果】1)与撒播相比，精准条播通过提高有效穗数使籼粳杂交稻产量平均提高4.3%，减氮条件下精准条播处理的水稻产量降幅小于撒播。2) 精准条播显著降低漏秧率，提高机插苗数均匀度以及有效穗数均匀度。与撒播相比，精准条播处理提高减氮下高峰苗数，两个品种趋势一致。3)与撒播相比，精准条播增加抽穗期叶面积指数，同时增加了抽穗期和抽穗开花后的干物质积累和氮吸收总量，其中减氮处理下表现尤为明显。4) 除0N外，氮素干物质积累量和氮素稻谷生产效率在不同品种方式及氮处理间无显著差异，但精准条播处理显著提高了氮肥吸收利用效率和氮肥农学利用效率，两个品种趋势一致。【结论】精准条播机插能够提高籼粳杂交稻植株均匀度，增加高峰苗数和叶面积指数，促进干物质积累和氮素吸收，进而提高产量，有效减少氮肥减施下籼粳杂交稻的产量损失。

籼粳杂交稻；精准条播机插；氮肥减施；植株均匀度；氮素吸收利用

水稻是我国重要的粮食作物，我国一半以上的人口以稻米为主食，保障水稻稳产高产对维持社会稳定有重要的作用。随着水稻种植规模的逐步扩大，水稻种植方式由人工种植向轻简化、机械化的种植方式转变[1-2]。近年来，籼粳杂交稻由于其明显的产量优势，种植面积在长江中下游流域逐步扩大[3]。水稻机插是保障规模化水稻生产稳产丰产的有效途径[4]，然而由于我国传统机插技术引自日本，撒播育秧机插的方式，播种量较高，播种量高导致秧苗素质弱，发棵慢[5]，传统高播量撒播的机插方式难以发挥籼粳杂交稻的分蘖和产量优势。由于籼粳杂交稻制种产量较低，种子价格比籼型杂交稻高，种植成本有所增加[6]。但低播种量的撒播又导致机插漏秧率增加，需要人工补苗。

籼粳杂交稻达到高产需要较高的氮肥施用量，实际生产中尿素等速效氮肥施用多，氮肥流失高[7]，氮肥利用率低。研究表明采用侧深施肥的方式能够提高氮肥利用效率，降低氮肥施用量[8]，同时改变种植密度及种植规格也能显著提高氮肥利用效率。前人研究表明，增加种植苗数能够在减少氮施用条件下提高产量[9]，但对籼粳杂交稻来说，增加苗数增加了种子成本。传统播种方式秧苗素质差，机插苗数分布不均匀，漏秧率较高，群体生长不均匀，影响群体氮素的吸收利用[10]。如何在低播种量下实现杂交稻高质量机插种植和减氮增产增效值得研究。

为此，中国水稻研究所研发了杂交稻精准播种机插技术，采用气吸式定向定位条播，使播种量从传统撒播的1.5～2.0 kg/667m2降至0.8～1.2 kg/667m2，同时配套取秧方式，显著降低了机插漏秧率，提高了机插均匀度，实现了低播量杂交稻机插技术的突破[11]。然而，杂交稻精准条播对群体均匀度和氮素吸收利用的影响并不清楚。为此，本研究以撒播机插为对照，研究了精准条播下产量形成和氮素利用对适氮和减氮侧深施肥的响应，以期为籼粳杂交稻低播量机插种植以及氮肥减施方式提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试地点及供试品种

试验在中国水稻研究所富阳试验基地进行，2019年供试品种为籼粳杂交稻甬优538，2020年供试品种为籼粳杂交稻甬优1540，两个品种均为长江中下游稻区的主导品种。2019年和2020年试验期间温光气象数据如图1所示，两年试验期间均未出现极端天气。

A－降雨量；B－太阳辐射量；C－气温。

Fig.1.Air temperature, solar radiation and rainfall during growth duration of rice.

1.2 试验设计

播种方式2个处理，氮肥3个处理，共6个处理，每处理3次重复，每重复1个小区，小区规格为5.4 m×60 m。

播种方式为精准条播(precise drill sowing, PS)和传统撒播(broadcast sowing, BS)。选用9寸标准秧盘育秧，根据机插取秧次数(穴数)确定播种，精准条播横向取秧16次，纵向取秧34次，对应标准秧盘横向播种16条，每秧盘取秧544次。在前期试验基础上，设计每穴(丛)播种量为3.5粒，以期达到每穴(丛)2～3苗的均匀机插。甬优538播种量为43.8 g/盘，甬优1540播种量为45.7 g/盘。精准条播和传统撒播的播种量一致。精准条播采用气吸式精准播种流水线(杭州赛得林智能装备有限公司，2BPG -500)，传统撒播采用普通播种流水线(上海矢崎机械贸易有限公司，SYS-1200C)。采用基质育秧，播种后叠盘出苗，待种子出苗0.5 cm后，将秧盘放置到泥浆秧板上。采用旱育秧，秧板上不建立水层。秧龄20 d，利用锦禾插秧机进行机插取秧，横向取秧次数16次，纵向取秧次数34次(经调节实现)，机插规格为30 cm×18 cm。

试验设置3个氮肥施用量，即不施氮肥(0 kg/ hm2, zero-nitrogen application rate, 0N)、适氮(240 kg/ hm2, Suitable nitrogen application rate, SN)、减氮15% (204 kg/hm2，Reduced nitrogen application rate, RN), 氮肥分基肥(40%)、侧深肥(30%)和穗肥(30%) 3次施入。基肥和侧深肥采用丰筑控释肥(N∶P∶K= 25∶10∶10)，穗肥采用尿素。不同氮肥用量处理磷素和钾素施用量与SN处理一致，0N和RN磷和钾施用量利用过磷酸钙和氯化钾补齐(P肥折合成P2O5计算，K肥折合成K2O计算)。

1.3 测定项目

1.3.1 机插苗均匀度和漏秧率

机插后，记录每丛苗数和漏秧率150次(丛)。机插苗数均匀度()计算公式如下：

式中，表示观测值的标准差;表示观测值;`表示观测值的平均数。

1.3.2 分蘖特性

每处理小区定点1.5 m(横向)×1.6 m(纵向)面积。每隔7 d数一次茎蘖数。成穗率(%)=有效穗数/高峰苗数×100%。有效穗数均匀度的计算公式与机插苗数均匀度的相同。

1.3.3 叶面积和干物质积累

每小区取样面积为1.5 m (横向)×1.6 m (纵向)，抽穗期和成熟期取设定面积里的所有植株。将叶片、茎鞘、稻穗分解，利用Li-3000c测定叶面积，在100℃下杀青15 min，后于80℃下烘干至恒重称量，计算群体干物质积累量。叶面积指数=所设面积内总叶面积/2.4 m2。

1.3.4 叶、茎和穗部氮含量及氮素利用效率相关指标计算

利用1.3.3的干样磨碎成粉(过80目筛)，采用浓硫酸消煮(420℃，消解2 h)，用全自动凯氏定氮仪(KjeltecTM8400, FOSS公司生产)测定氮含量。根据干物质积累，计算植株总氮积累量。氮素利用效率相关指标计算如下：

氮素干物质生产效率(kg/kg)=成熟期地上部干物质积累量/成熟期地上部氮素积累量；

氮素稻谷生产效率(kg/kg)=籽粒产量/成熟期地上部氮素积累量；

氮肥吸收利用率(%)=(成熟期施氮区地上部氮素积累量−成熟期不施氮区地上部氮素积累量)/施氮量×100%；

氮肥农学利用效率(kg/kg)=(施氮区籽粒产量−不施氮区籽粒产量)/施氮量。

1.3.5 产量及其结构

成熟期采用五点法普查每小区3.6 m×3.6 m面积产量及其结构，计算有效穗数，并根据平均成穗数取5穴调查每穗粒数、结实率，测定千粒重，计算理论产量，并实收核产。

1.4 数据统计与分析

利用Excel 2016 统计数据并作图，采用SAS 9.4进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 产量及其结构

由表1可知，精准条播育秧后机插通过提高有效穗数显著提高产量，与传统撒播育秧机插相比，甬优538精准条播机插有效穗数平均提高了3.7%，产量提高了5.2%；甬优1540平均有效穗数提高了4.8%，产量提高了6.5%。氮肥施用量减少导致有效穗数和每穗粒数下降进而导致产量下降，与适氮处理相比，甬优538和甬优1540 精准条播育秧机插处理下减氮15%导致产量降低了9.3%和7.9%，甬优538和甬优1540 传统撒播育秧机插处理下减氮15%导致产量降低了11.5%和8.4%。减氮15%条件下甬优538和甬优1540精准条播育秧机插处理产量比传统撒播育秧机插处理高7.0%和6.7%。说明与撒播育秧机插相比，精准条播能够减少因氮肥用量降低而导致的产量损失。

2.2 插苗均匀度和分蘖特性

由表2可知，不同播种方式间机插基本苗数差异不大。精准条播显著降低机插漏秧率进而提高机插苗数均匀度，与传统撒播育秧处理相比，精准条播育秧处理下甬优538机插漏秧率降低68.2%，机插苗数均匀度提高40.0%，甬优1540机插漏秧率降低67.6%，机插苗数均匀度提高62.7%。与适氮处理相比，减氮15%降低分蘖高峰苗数，而精准条播提高高峰苗数。适氮条件下，甬优538精准条播处理分蘖高峰苗数比传统撒播高2.4%，甬优1540精准条播分蘖高峰苗数比传统撒播高3.7%；减氮15%甬优538精准条播分蘖高峰苗数比传统撒播高6.4%，甬优1540精准条播分蘖高峰苗数比传统撒播高2.1%。同时减氮15%下精准条播处理的分蘖高峰苗数和适氮条件下传统撒播的高峰苗数差异不大。播种方式及氮肥施用量对成穗率的影响不大。精准条播处理提高有效穗数均匀度，但在不同氮处理间差异不大，与传统撒播相比，精准条播处理使甬优538和甬优1540有效穗数均匀度平均分别提高40.0%和62.7%。

表1 不同播种方式及氮梯度处理水稻产量及其结构的比较

>BS－撒播；PS－精准条播；0N－不施氮；SN－适氮(240 kg/hm2)；RN－减氮(204 kg/hm2)。数据为平均数±标准差；不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异未达显著。下同。

BS, Broad cast sowing; PS, Precise drill sowing; 0N, Zero-nitrogen application; RN, Reduced nitrogen application(204 kg/hm2); SN, Suitable nitrogen application(240 kg/hm2).Values are Mean±SD; Lowercase letters indicate significant difference among treatments at 0.05 level.The same below.

表2 不同播种方式及氮梯度处理水稻机插苗均匀度及群体分蘖特性的比较

数据为平均数±标准差；不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05, n=3）。下同。

Fig.2.Comparison of leaf area index of rice population by various sowing methods at different nitrogen application levels.

2.3 群体叶面积指数与干物质积累

与适氮处理相比，减氮15%降低抽穗期叶面积指数(图2)，但精准条播处理叶面积指数和干物质积累要高于传统撒播。适氮条件下，精准条播处理甬优538和甬优1540叶面积指数比传统撒播分别高3.2%和6.1%；减氮15%后精准条播处理甬优538和甬优1540叶面积指数比传统撒播分别高3.7%和3.2%。抽穗期干物质积累在各氮肥和播种方式处理下与叶面积变化趋势一致(图3)，与传统撒播相比，精准条播增加了干物质积累，适氮和减氮15%条件下甬优538精准条播处理抽穗期干物质积累量分别增加了7.7%和5.8%，甬优1540抽穗期干物质积累量分别增加了4.9%和5.5%，两个品种减氮下精准条播和适氮下撒播的抽穗期干物质积累差异不显著。精准播种提高了水稻花后的干物质积累，与精准条播相比，适氮和减氮15%条件下甬优538精准条播花后干物质积累分别增加了8.3%和7.9%，甬优1540精准条播处理花后干物质积累量分别增加了9.6%和6.2%。

2.4 群体氮积累量

由图4可知，减氮15%处理减少水稻群体氮积累总量，但精准条播提高水稻群体总氮积累，与传统撒播相比，精准条播处理甬优538和甬优1540抽穗期总氮积累平均增加7.7%和4.4%。减氮条件下精准条播育秧机插和适氮条件下传统撒播育秧机插处理抽穗期总氮积累量不存在显著差异。精准条播育秧机插处理增加群体花后氮积累总量，适氮条件下精准条播育秧机插花后氮积累总量最大。与传统撒播相比，精准条播处理甬优538适氮和减氮15%条件下花后氮积累量增加 16.4%和13.5%，甬优1540适氮和减氮15%条件下花后氮积累量增加15.5%和10.0%。以上说明，精准条播育秧机插能够提高氮素的积累，在减氮条件下表现尤为明显。

A－抽穗期干物质积累; B－抽穗-成熟期干物质积累。

Fig.3.Comparison of dry matter accumulation of rice population by various sowing methods at different nitrogen application levels.

2.5 群体氮利用率

由表3可知，0N下氮素干物质积累效率和氮素稻谷生产效率有最大值，与适氮相比，减氮15%条件下增加了氮素干物质积累生产效率和氮素稻谷生产效率，但在同一播种方式下对氮肥吸收利用率和氮肥农学利用效率影响不大。播种方式对氮素干物质积累生产效率和氮肥稻谷生产效率没有造成显著影响，然而精准条播提高了氮肥吸收利用率和氮肥农学利用率。精准条播处理甬优538氮肥吸收利用率和氮肥农学利用率分别比撒播平均高19.1%和12.1%。甬优1540氮肥吸收利用率和氮肥农学利用率分别比撒播平均高3.9%和7.3%。

A－抽穗期总氮积累量; B－抽穗-成熟期总氮积累量。

Fig.4.Comparison of total nitrogen accumulation of rice population by various sowing methods at different nitrogen application levels.

表3 不同播种方式及氮梯度处理水稻群体氮吸收和利用效率

3 讨论

前人研究表明，水稻机插种植增产通过调节有效穗数最为有效[12]。本研究发现，相对于撒播，精准条播机插提高了有效穗数进而在侧深施肥减氮的条件下提高了水稻产量。施氮量降低抑制秧苗分蘖[13]，然而本研究中出现减氮条件下精准条播的有效穗数和适氮下撒播的有效穗数无显著差异的现象，主要原因是精准条播提高机插的均匀度，每穴机插秧苗分布均匀，群体通风透光性好，进而增加了高峰苗数而提高有效穗数[14]；而在撒播条件下，机插苗数分布不均匀，每穴秧苗数较多时导致秧苗单株之间竞争增加[15]，同时撒播降低了秧苗质量的均匀度，撒播播种密度高，秧苗弱[5]，抑制了秧苗的分蘖能力，秧苗单株贡献率降低，这也是群体高峰苗数在撒播下比精准条播低的重要原因。本研究发现，除0N下有最高的成穗率外，氮肥处理和精准条播对成穗率未造成显著差异，但植株个体的成穗率也受光利用及生长空间等影响[16-17]，撒播机插插苗不均匀，导致植株个体间生长存在差异，插苗不均匀以及空间生长不一导致撒播下群体的有效穗数均匀度在撒播下差异显著，同时在减氮的条件下，个体有效穗数均匀度有提高的趋势，可能和肥料不足抑制个体生长有关。相对于撒播，精准条播提高了叶面积指数进而增加了干物质积累量。由于有效穗数的增加，相对于撒播，精准条播增加了叶面积指数，出现减氮下精准条播和适氮下撒播的叶面积指数差异不大的现象。对于籼粳杂交稻来说，后期干物质积累对产量形成的贡献尤为重要[18]，试验中发现精准条播提高了后期干物质积累能力，这也是精准播种提高产量的原因之一。

减少氮肥用量降低了每穗粒数，不同播种方式间每穗粒数差异不大，相对于撒播，精准条播下有效穗数增加的同时并没有对每穗粒造成影响，这和前人研究指出有效穗数增加降低每穗粒数的研究不同[19]。同时，本研究发现，精准条播提高了抽穗期干物质积累，但每穗粒数并没有增加，这也说明，精准条播提高群体干物质积累主要通过增加有效穗数的途径，在两种播种方式下，有效穗数和穗粒数形成之间的差异需要进一步深入研究。结实率总体上差异不大，氮肥施用增加整体降低颖花结实率，而甬优1540结实率在各处理间并不存在显著差异，这和2020年甬优1540开花期出现了高温天气，高温抑制颖花受精而降低结实率[20]。

群体总氮量的积累和干物质积累的趋势一致，精准条播有效促进了氮肥的吸收。精准播种相对于撒播提高了花后的氮肥积累量。Wu等[21]研究表明，籼粳杂交稻后期氮积累量增加，维持水稻光合作用，促进干物质积累，保障良好的籽粒灌浆，这也是氮肥利用效率增加的原因。精准条播下甬优1540的后期干物质积累和氮积累量相对于撒播增加幅度较大也说明甬优1540在高产下也需要更多的后期氮肥供应。氮素干物质生产效率和氮素稻谷生产效率受播种方式影响不大，只受到施氮量的影响。前人研究表明，不同密度下单氮素利用的生理特性会发生变化[22]。本研究中，虽然撒播下个体分布不均匀，但是基于群体平均计算氮素干物质生产效率和氮素稻谷生产效率，因此出现不同播种方式间差异不显著的现象。然而，精准条播提高了水稻氮肥吸收利用率和氮肥农学利用率，说明精准播种对氮素利用的影响途径是促进氮素吸收，而对氮素转化的影响较小。

生产上的速效氮流失过多，氮肥利用率低，籼粳杂交稻氮肥施用量普遍较高，通过合理的种植方式能够提高群体氮肥的吸收[10]。本研究表明，采用精准条播的方式，一方面在低籼粳杂交稻种子播种量下提高了机插质量；另一方面可以增加群体氮肥的吸收进而增加干物质积累和产量，进而为籼粳杂交稻种植的减氮施用提供新的途径。

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Effects of Precise Drill Sowing-based Seedling Raising ofHybrid Rice for Mechanical Transplanting on Yield Increase Under Nitrogen Reduction Conditions

WANG Yaliang, ZHU Defeng*, CHEN Huizhe, ZHANG Yuping, XIANG Jing, WANG Zhigang, ZHANG Yikai

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【Objective】The purpose of the study is to ascertain the effect of precise drill sowing on yield formation of mechanically transplanted rice and its beneficial effect on yield increasing with nitrogen reduction.【Method】The seeds of Yongyou 538 and Yongyou 1540 were precise drill-sowed (PS) with 16 rows(in horizontal) in standard seedling trays for mechanical transplanting, and the same seed sowing rate was set in traditional broadcast sowing (BS) as the control.And three nitrogen application rate treatments including zero-nitrogen application rate (0 kg/hm2, 0N), suitable nitrogen application rate (240 kg/hm2, SN), and reduced nitrogen application rate (204 kg/hm2, RN) were set to analyze yield formation, plant uniformity, dry matter accumulation and nitrogen use efficiency.【Results】1) Compared with BS, PS significantly increased the yield ofhybrid rice by 4.3% on average with the increasing productive panicles.Under nitrogen reduction, precise drill sowing led to a lower grain yield drop as compared with BS.2) PS significantly reduced the unplanted hill percent, improved the uniformity of mechanically transplanted seedlings and productive panicle number.Compared with BS, PS increased the tiller number at peak tillering stage under RN for both cultivars.3) Compared to BS, PS increased the leaf area index at heading stage, meanwhile increased dry matter accumulation and nitrogen uptake at both heading and post-anthesis stages, particularly under RN treatment.4) Except 0N, there was no significant difference in N dry matter production efficiency and N grain production efficiency among different cultivars and nitrogen treatments, but PS treatment significantly increased N recovery efficiency and N agronomic use efficiency in both cultivars.【Conclusion】PS improves plant uniformity ofhybrid rice population, increases the tiller number at peak tillering stage and leaf area index, promotes dry matter accumulation and nitrogen absorption, and then increases yield and reduces rice yield losses under nitrogen reduction.

hybrid rice; mechanical transplanting with precise drill sowing; nitrogen reduction; plant uniformity; nitrogen absorption and utilization

10.16819/j.1001-7216.2021.210202

2021-02-02；

2021-03-25。

宁波市科技计划资助项目（2019B10003）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（CPSIBRF-CNRRI-202117）；中国农业科学院创新团队资助项目；现代农业产业技术体系建设专项(CARS-01-03A)；浙江省三农六方科技协作项目[CTZB-F190625LWZ-SNY1(1)]。