• ISSN 1008-505X
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壮秧影响不同节氮水平下早稻产量及氮肥吸收利用

陈金 涂田华 谢江 曾广初 李瑶 邱才飞 关贤交 邓国强 陈先茂 邵彩虹 徐明岗 彭春瑞

引用本文:
Citation:

壮秧影响不同节氮水平下早稻产量及氮肥吸收利用

    作者简介: 陈金E-mail:chenjin2004777@163.com;† 涂田华与第一作者同等贡献 E-mail:tutianhua@yeah.net;
    通讯作者: 徐明岗, E-mail:xuminggang@caas.cn ; 彭春瑞, E-mail:pcrtfs@163.com
  • 基金项目: 国家科技支撑计划(2013BAD07B12);国家自然科学基金项目(31601263);中国博士后科学基金(2017M622100);江西省博士后科研项目(2017KY11)。

Seedling vigour influences nitrogen utilization and yield of early rice under different nitrogen-saving conditions

    Corresponding author: XU Ming-gang, E-mail:xuminggang@caas.cn ;PENG Chun-rui, E-mail:pcrtfs@163.com
  • 摘要: 【目的】培育壮秧和施用分蘖肥是促进水稻早发的重要措施,但增施分蘖肥易导致水稻无效分蘖增加和氮素流失。研究双季稻区早稻壮秧和分蘖肥节氮条件下产量形成和氮素吸收利用特性,以期为早稻节氮控污和丰产栽培提供科学依据。【方法】以超级杂交早稻‘淦鑫203’为材料,采用壮苗育秧 (状秧) 和普通育秧 (普秧) 两种方式培育秧苗。于2014—2015年进行大田试验,设置壮秧常规施氮 (VS+100%N)、节氮10% (VS–10%N)、节氮20% (VS–20%N)、节氮30% (VS–30%N) 4个处理,以普秧常规施氮 (NS+100%N) 处理和不施氮空白 (NS+0N) 处理分别作对照,共6个处理。减施的氮肥均在分蘖肥中扣除,除不施氮对照外,各处理基肥氮 (72 kg/hm2) 和穗肥氮 (54 kg/hm2) 均保持不变。分析早稻拔节期、齐穗期和成熟期SPAD值、光合速率、硝酸还原酶活性和各器官氮素含量,并测定成熟期水稻产量及其构成,明确了植株总氮积累量、氮素转运量、氮表观转运率、氮素利用效率等。【结果】与NS+100%N处理相比,壮秧条件下分蘖肥节氮10%~30%对叶片SPAD值和光合速率无显著影响,但壮秧能促进分蘖发生和成穗,在生育中后期可逐渐弥补分蘖肥节氮对分蘖期干物质积累的不利影响,成熟期VS–10%N和VS–20%N处理干物质积累量较对照NS+100%N增加,产量分别增加了8.5%和1.5%;VS–30%N处理干物质积累量和产量则呈下降趋势。同时,壮秧有利于提高早稻叶片硝酸还原酶活性、各器官氮含量和氮积累量,与NS+100%N处理相比,VS+100%N处理成熟期氮素积累量显著增加了6.9%,VS–10%N和VS–20%N处理无显著变化,VS–30%N处理显著下降了9.7%。壮秧处理氮素回收率和氮素农学效率较NS+100%N处理分别显著提高了12.1%~22.4%和9.9%~24.7% (P < 0.05)。【结论】双季稻区早稻壮秧可以促进分蘖早发,提高叶片的干物质生产能力和氮代谢性能,弥补分蘖肥减氮后对水稻前期生长的不利影响,提高后期的干物质生产量和氮运转量。通过培育壮秧,分蘖肥减施总施氮量的20%以内,早稻产量不会下降,可实现水稻的节氮、丰产和节本栽培,有利于提高氮素利用效率和减少氮素流失对环境的污染。
  • 图 1  不同节氮水平下早稻叶片的SPAD值

    Figure 1.  Leaf SPAD values of early rice under different nitrogen-saving levels

    图 2  不同节氮水平下早稻齐穗期叶片的光合速率

    Figure 2.  Leaf net photosynthetic rate of early rice under different nitrogen-saving levels in heading stage

    图 3  不同节氮水平下早稻茎蘖动态

    Figure 3.  Tillering dynamics of early rice under different nitrogen-saving levels

    图 4  不同节氮水平下早稻地上部干物质积累量

    Figure 4.  Aboveground dry matter accumulation of early rice under different nitrogen-saving levels

    图 5  不同节氮水平早稻叶片硝酸还原酶活性(2015年)

    Figure 5.  Leaves nitrate reductase activity of early rice under different nitrogen-saving levels(2015 year)

    表 1  壮秧和普通秧苗生长性状

    Table 1.  Growth attributes of vigorous and normal seedlings

    年份
    Year
    秧苗
    Seedling
    叶龄
    Leaf age
    株高
    Plant height
    (cm)
    茎蘖数
    Tiller No.
    (No./plant)
    茎基宽
    Stem base width
    (cm)
    根干重
    Root dry weight
    (g/100 plants)
    地上部干物量
    Shoot dry weight
    (g/100 plants)
    2014普秧Normal4.1 a21.9 a1.1 b0.4 a1.4 a5.8 b
    壮秧Vigorous4.4 a19.9 a1.4 a0.6 a1.7 a6.2 a
    2015普秧Normal4.2 b22.5 a1.2 b0.5 a1.5 b5.7 b
    壮秧Vigorous4.6 a20.6 a1.6 a0.6 a1.8 a6.4 a
    注(Note):同列数值后不同小写字母表示壮秧和普秧生长性状同季节内在 5% 水平差异显著 Values followed by different letters mean significant difference in growth traits between the normal and vigorous seedlings at the 5% probability level in the same year.
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    表 2  不同处理具体基施和追施氮量 (kg/hm2)

    Table 2.  Rates of basal application and top dressing of nitrogen input

    处理Treatment总施氮量Total nitrogen基肥Basal fertilizer分蘖肥Tillering fertilizer穗肥Panicle fertilizer
    NS+100%N180725454
    VS+100%N180725454
    VS–10%N162723654
    VS–20%N144721854
    VS–30%N12672 054
    NS+0N 0 0 0 0
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    表 3  不同节氮水平下早稻产量及其构成

    Table 3.  Grain yield and yield components of early rice under different nitrogen-saving levels

    处理
    Treatment
    有效穗数
    No. of panicles
    (×104/hm2)
    成穗率
    Effective tiller percentage (%)
    每穗总粒数
    Grain number
    (No./panicle)
    结实率
    Seed setting rate
    (%)
    千粒重
    1000-grain weight
    (g)
    实际产量
    Yield
    (t/hm2)
    2014
    NS+100%N249.0 b72.5 a139.2 a71.7 b26.8 a7.2 d
    VS+100%N282.0 a77.4 a135.4 a80.8 a27.3 a8.5 a
    VS–10%N279.0 a82.7 a130.6 a79.4 ab27.1 a8.4 a
    VS–20%N254.0 b79.9 a133.6 a80.1 ab26.9 a7.6 c
    VS–30%N236.0 b76.1 a128.9 a79.5 ab26.7 a6.9 d
    NS+0N127.0 c72.5 a104.3 b86.4 a29.5 a3.9 e
    2015
    NS+100%N316.0 a62.1 a121.3 a82.7 a27.1 ab7.5 b
    VS+100%N334.0 a64.1 a122.8 a85.1 a26.7 bc7.8 a
    VS–10%N324.0 a66.8 a125.0 a84.2 a25.9 c7.7 ab
    VS–20%N312.5 a66.0 a124.8 a83.4 a26.1 c7.4 bc
    VS–30%N290.0 b65.0 a121.3 a82.3 a25.9 c7.1 c
    NS+0N173.0 c70.6 a101.2 b89.3 a28.0 a4.4 d
    FF value
    年季Year (Yr)207.266**18.943**12.718**13.597**29.622**2.273
    处理Treatment (T)163.084**0.66611.081**4.490**28.861**415.497**
    Yr × T0.8080.6190.6980.9193.516*13.799**
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05). *—P < 0.05; **—P < 0.01.
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    表 4  不同节氮水平下早稻叶片的氮素积累与转运量

    Table 4.  Leaf nitrogen accumulation and translocation of early rice under different nitrogen-saving levels

    处理
    Treatment
    含氮量N content (g/kg)氮积累量N accumulation (kg/hm2)氮素转运量
    N translocation
    (kg/hm2)
    氮素转运率
    N translocation efficiency
    (%)
    齐穗期
    Heading
    成熟期
    Maturity
    齐穗期
    Heading
    成熟期
    Maturity
    NS+100%N31.1 a 10.5 ab56.0 a 15.4 ab 44.4 ab79.3 a
    VS+100%N31.7 a10.8 a58.8 a16.3 a47.4 a80.6 a
    VS–10%N31.0 a 10.3 ab55.9 a 15.4 ab 44.5 ab79.4 a
    VS–20%N30.5 a 10.2 ab 54.5 ab14.1 b 43.9 ab80.5 a
    VS–30%N30.0 a 9.6 b48.9 b12.0 c39.0 b79.8 a
    NS+0N22.5 b 7.0 c28.0 c 4.8 d20.3 c72.3 b
    注(Note):不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage (P < 0.05).
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    表 5  不同节氮水平早稻茎鞘的氮素积累与转运量

    Table 5.  Nitrogen accumulation and translocation in stem-sheath of early rice under different nitrogen-saving levels

    处理
    Treatment
    含氮量N content (g/kg)氮积累量N accumulation (kg/hm2)氮转运量
    N translocation
    (kg/hm2)
    氮转运率
    N translocation efficiency
    (%)
    齐穗期
    Heading
    成熟期
    Maturity
    齐穗期
    Heading
    成熟期
    Maturity
    NS+100%N12.9 a 6.1 ab 37.4 ab 16.5 bc 25.1 ab66.9 a
    VS+100%N13.1 a6.4 a39.7 a18.9 a26.5 a66.4 a
    VS–10%N12.9 a 6.2 ab 37.5 ab 17.7 ab 24.3 ab64.8 a
    VS–20%N12.5 a 6.1 ab 35.3 ab 16.6 abc 22.7 ab64.4 a
    VS–30%N11.8 a5.6 b33.0 b15.1 c20.6 b62.1 a
    NS+0N 7.3 b4.6 c19.7 c 7.6 d 7.8 c38.6 b
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage (P < 0.05).
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    表 6  不同节氮水平下早稻穗部氮素积累量

    Table 6.  Panicle nitrogen accumulation of early rice under different nitrogen-saving levels

    处理
    Treatment
    含氮量N content (g/kg)氮素积累量N accumulation (kg/hm2)穗部氮增量(kg/hm2)
    Panicle N increment
    齐穗期Heading成熟期Maturity齐穗期Heading成熟期Maturity
    NS+100%N14.0 a11.0 a 21.4 ab 101.8 ab 80.4 ab
    VS+100%N14.4 a11.4 a23.3 a107.8 a84.6 a
    VS–10%N13.9 a10.9 a 21.6 ab101.2 b 79.6 ab
    VS–20%N13.8 a10.7 a 21.3 ab101.6 b 80.3 ab
    VS–30%N13.1 a10.6 a19.5 b 93.8 c74.3 b
    NS+0N11.2 b 8.8 b15.7 c 51.2 d35.4 c
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage (P < 0.05).
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    表 7  不同节氮水平下早稻氮素的吸收及利用

    Table 7.  N uptake and utilization efficiency of early rice under different nitrogen-saving levels

    处理
    Treatment
    氮吸收总量Total N uptake (kg/hm2)氮素回收率
    N recovery efficiency
    (%)
    氮素生理利用率
    N physiological efficiency
    (kg/kg)
    氮素农学效率
    N agronomy efficiency
    (kg/kg)
    齐穗期Heading成熟期Maturity
    NS+100%N114.8 a133.7 b39.0 c44.3 a14.8 d
    VS+100%N121.7 a143.0 a 44.1 ab43.1 a16.2 c
    VS–10%N115.1 a134.4 b43.7 b45.6 a 17.0 bc
    VS–20%N 111.1 ab132.3 b47.7 a43.1 a 17.6 ab
    VS–30%N101.4 b120.8 c 45.4 ab47.3 a18.4 a
    NS+0N 63.5 c 63.6 d
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage (P < 0.05).
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-10
  • 网络出版日期:  2020-01-17
  • 刊出日期:  2020-01-01

壮秧影响不同节氮水平下早稻产量及氮肥吸收利用

    作者简介:陈金E-mail:chenjin2004777@163.com
    作者简介:† 涂田华与第一作者同等贡献 E-mail:tutianhua@yeah.net
    通讯作者: 徐明岗, xuminggang@caas.cn
    通讯作者: 彭春瑞, pcrtfs@163.com
  • 1. 江西省农业科学院/农业农村部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室/国家红壤改良工程技术研究中心,江西南昌 330200
  • 2. 江西省吉安县农业技术推广中心,江西吉安 343100
  • 3. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室,北京 100081
  • 基金项目: 国家科技支撑计划(2013BAD07B12);国家自然科学基金项目(31601263);中国博士后科学基金(2017M622100);江西省博士后科研项目(2017KY11)。
  • 摘要: 【目的】培育壮秧和施用分蘖肥是促进水稻早发的重要措施,但增施分蘖肥易导致水稻无效分蘖增加和氮素流失。研究双季稻区早稻壮秧和分蘖肥节氮条件下产量形成和氮素吸收利用特性,以期为早稻节氮控污和丰产栽培提供科学依据。【方法】以超级杂交早稻‘淦鑫203’为材料,采用壮苗育秧 (状秧) 和普通育秧 (普秧) 两种方式培育秧苗。于2014—2015年进行大田试验,设置壮秧常规施氮 (VS+100%N)、节氮10% (VS–10%N)、节氮20% (VS–20%N)、节氮30% (VS–30%N) 4个处理,以普秧常规施氮 (NS+100%N) 处理和不施氮空白 (NS+0N) 处理分别作对照,共6个处理。减施的氮肥均在分蘖肥中扣除,除不施氮对照外,各处理基肥氮 (72 kg/hm2) 和穗肥氮 (54 kg/hm2) 均保持不变。分析早稻拔节期、齐穗期和成熟期SPAD值、光合速率、硝酸还原酶活性和各器官氮素含量,并测定成熟期水稻产量及其构成,明确了植株总氮积累量、氮素转运量、氮表观转运率、氮素利用效率等。【结果】与NS+100%N处理相比,壮秧条件下分蘖肥节氮10%~30%对叶片SPAD值和光合速率无显著影响,但壮秧能促进分蘖发生和成穗,在生育中后期可逐渐弥补分蘖肥节氮对分蘖期干物质积累的不利影响,成熟期VS–10%N和VS–20%N处理干物质积累量较对照NS+100%N增加,产量分别增加了8.5%和1.5%;VS–30%N处理干物质积累量和产量则呈下降趋势。同时,壮秧有利于提高早稻叶片硝酸还原酶活性、各器官氮含量和氮积累量,与NS+100%N处理相比,VS+100%N处理成熟期氮素积累量显著增加了6.9%,VS–10%N和VS–20%N处理无显著变化,VS–30%N处理显著下降了9.7%。壮秧处理氮素回收率和氮素农学效率较NS+100%N处理分别显著提高了12.1%~22.4%和9.9%~24.7% (P < 0.05)。【结论】双季稻区早稻壮秧可以促进分蘖早发,提高叶片的干物质生产能力和氮代谢性能,弥补分蘖肥减氮后对水稻前期生长的不利影响,提高后期的干物质生产量和氮运转量。通过培育壮秧,分蘖肥减施总施氮量的20%以内,早稻产量不会下降,可实现水稻的节氮、丰产和节本栽培,有利于提高氮素利用效率和减少氮素流失对环境的污染。

    English Abstract

    • 水稻高产、高效和优质栽培对我国粮食安全和生态安全具有重要意义。近年来,我国水稻持续丰产主要依靠肥料增施,但氮肥过量施用不仅不会增加产量[1-2],反而会导致氮肥利用效率下降、氮素流失增加,农业面源污染加剧[3-4]。合理减少水稻氮肥用量,改变农田面源污染日益严重的现状,实现水稻生产的提质增效,已成为水稻生产亟需解决的问题。双季稻区早稻育秧期间低温、阴雨寡照导致秧苗素质差而难以早发,生产上为促进早发往往大量施用分蘖肥,虽然有促早发效果但也会带来有效分蘖大量增加、成穗率下降等问题,影响群体质量和增加面源污染风险。

      水稻分蘖及分蘖成穗率是影响产量形成的重要因素,基、蘖肥施氮量与水稻分蘖发生和单位面积有效穗数密切相关。但实际生产中存在基、蘖肥用量偏高的问题[5],且水稻基、蘖肥的氮素利用率因前期根量少、吸收力弱而偏低,基肥和蘖肥的氮素回收率仅为9%~22%和17%~34%[6],导致氮肥流失严重。水稻壮秧具有分蘖多、茎秆粗壮、根系发达、根冠比和群体生物量大、生理酶活性强等特点[7],有利于移栽后返青与有效分蘖发生和成穗,对本田期水稻群体发展及产量形成都有重要影响[8-9],是水稻稳产高产栽培的关键措施之一。前人就壮秧和氮肥运筹对水稻生长发育和产量形成的研究较多,认为壮秧可显著提高水稻单位面积有效穗数和群体颖花量,增加库容量,从而显著增加产量[10-11]。通过施用送嫁肥培育高素质秧苗,促进分蘖的早生快发,增加分蘖成穗率,显著提高水稻氮肥利用率、生物量和产量[12]。同时,有研究表明,通过优化管理,水稻推荐氮肥减量空间为31%,其中基、蘖肥是其主要的减量方向[13]。基于壮秧的生理特点,壮秧可能在减少前期施氮量条件下保障水稻本田前期分蘖早发,构建合理的群体并实现丰产,但有关壮秧的节氮效应及在节氮条件下壮秧对双季稻区早稻产量形成与氮吸收利用的影响研究鲜见报道[14-16]。因此,研究了不同节氮水平下壮秧对双季稻区早稻干物质生产、产量和氮素吸收利用特征的影响,旨在明确壮秧的节氮效应及其产量形成和氮吸收运转特性,为双季稻区早稻节氮控污丰产栽培提供理论依据。

      • 试验于2014—2015年在江西省吉安县横江镇进行,早稻品种为淦鑫203。

      • 采用旱床育秧技术,秧床基肥施45%复合肥 (N∶P2O5∶K2O = 15∶15∶15) 60 g/m2。普秧培育采用清水间歇浸种,红壤旱地土壤做秧床,播种量为160 g/m2秧床。壮秧培育采用100 mg/kg烯效唑间歇浸种,菜园土做秧床,播种量为80 g/m2秧床,并在移栽前5天增施送嫁肥 (46%尿素、60%氯化钾分别施用10 g/m2秧床)。

        壮秧培育技术显著提高了壮秧处理的秧苗素质 (表1)。与常规育秧相比,壮秧处理秧苗株高2年平均降低了8.7%,叶龄、茎蘖数、茎基宽、根干重和地上部生物量分别平均增加了16.8%、31.2%、33.4%、18.7%和10.5%,其中,茎蘖数和地上部生物量差异达显著水平 (P < 0.05)。

        表 1  壮秧和普通秧苗生长性状

        Table 1.  Growth attributes of vigorous and normal seedlings

        年份
        Year
        秧苗
        Seedling
        叶龄
        Leaf age
        株高
        Plant height
        (cm)
        茎蘖数
        Tiller No.
        (No./plant)
        茎基宽
        Stem base width
        (cm)
        根干重
        Root dry weight
        (g/100 plants)
        地上部干物量
        Shoot dry weight
        (g/100 plants)
        2014普秧Normal4.1 a21.9 a1.1 b0.4 a1.4 a5.8 b
        壮秧Vigorous4.4 a19.9 a1.4 a0.6 a1.7 a6.2 a
        2015普秧Normal4.2 b22.5 a1.2 b0.5 a1.5 b5.7 b
        壮秧Vigorous4.6 a20.6 a1.6 a0.6 a1.8 a6.4 a
        注(Note):同列数值后不同小写字母表示壮秧和普秧生长性状同季节内在 5% 水平差异显著 Values followed by different letters mean significant difference in growth traits between the normal and vigorous seedlings at the 5% probability level in the same year.
      • 在本田期设置壮秧 (vigorous seedling,VS) 下常规施氮 (VS+100%N)、节氮10%(VS–10%N)、节氮20%(VS–20%N)、节氮30%(VS–30%N) 4个施氮水平,其中节氮比例为分蘖肥减施总施氮量的比例;为比较壮秧的节肥效应及计算氮肥利用率,增设2个处理,即普秧 (normal seedling,NS) 常规施氮 (NS+100%N) 和不施氮空白 (NS+0N) 2个处理,共6个处理,每个处理3次重复,小区面积20 m2,随机区组排列,共18个小区。氮、磷、钾肥分别用尿素 (含N 46%)、钙镁磷肥 (含P2O5 12%)、氯化钾 (含K2O 60%),磷肥作基肥一次性施用,钾肥按基肥∶分蘖肥∶穗肥用量比4∶3∶3施用,P2O5用量为90 kg/hm2,K2O用量为180 kg/hm2;水稻返青后 (移栽后7天) 施用分蘖肥,倒二叶露尖时施用穗肥。各处理氮肥施用量见表2。土壤耕层基础肥力为:pH 5.22,有机质23.4 g/kg,全氮2.10 g/kg,碱解氮252.0 mg/kg,有效磷44.8 mg/kg,速效钾94.5 mg/kg。

        表 2  不同处理具体基施和追施氮量 (kg/hm2)

        Table 2.  Rates of basal application and top dressing of nitrogen input

        处理Treatment总施氮量Total nitrogen基肥Basal fertilizer分蘖肥Tillering fertilizer穗肥Panicle fertilizer
        NS+100%N180725454
        VS+100%N180725454
        VS–10%N162723654
        VS–20%N144721854
        VS–30%N12672 054
        NS+0N 0 0 0 0
      • 早稻播种期为3月20日左右,秧龄28天,移栽规格为16.7 cm × 20 cm,每穴2株。各小区间做双埂隔开,并覆膜。田间水分管理及病虫草害防治按当地高产栽培方法进行。

      • 茎蘖动态:移栽时各小区定点10穴,间隔5天调查分蘖动态,至齐穗期结束。

        叶片净光合速率与叶绿素含量:拔节期取顶2叶中部,齐穗期取剑叶中部,采用日本Mi-nolta Camera公司生产的SPAD—502测定叶片SPAD值,每小区测定10片叶。2015年于齐穗期取剑叶中部,采用美国 LI-COR 公司生产的LI-6400便携式光合作用测定仪测定叶片光合速率,测定时间为晴天9:00—11:30,每小区测定5片叶。

        干物质积累及氮素含量:于拔节期、齐穗期和成熟期,每小区按每穴茎蘖平均数取代表性植株3穴,分茎鞘、叶片和穗三部分,经105℃杀青30 min,75℃下烘干至恒重。2015年齐穗期和成熟期植株样烘干磨粉后采用凯氏定氮法测定茎鞘、叶片和穗器官氮含量[17]

        叶片硝酸还原酶活性:于2015年分蘖期和拔节期取顶2叶,齐穗期取剑叶,参照李合生主编的《植物生理生化实验原理和技术》[18],采用活体法测定叶片硝酸还原酶活性。

        产量及其构成:水稻成熟期调查单位面积穗数,并从每个小区按每穴平均穗数取代表性植株5穴考种,调查每穗粒数、结实率和千粒重。然后将每个小区单打单收,田间直接测定湿谷产量,取1 kg左右水稻籽粒样品烘干后计算含水量,计算实际产量时扣除取样面积,并按稻谷13.5%的含水量计算实际产量。

        相关参数的计算方法:

        氮积累量 = 干物质量 × 氮含量;

        植株总氮素积累量 = 地上部各器官氮素积累量之和;

        叶片 (茎鞘) 氮素转运量 = 抽穗期叶片 (茎鞘) 氮素累积量 - 成熟期叶片 (茎鞘) 氮素累积量;

        叶片 (茎鞘) 氮表观转运率 = 叶片 (茎鞘) 氮转运量/抽穗期叶片 (茎鞘) 氮积累量 × 100%;

        氮素回收率 = (施氮区植株总吸氮量 - 不施氮区植株总吸氮量)/施氮量 × 100%;

        氮素生理利用率 = (施氮处理产量 - 不施氮区产量)/(施氮处理植株总吸氮量 - 不施氮区植株总吸氮量);

        氮素农学效率 = (施氮区产量 - 不施氮区产量)/施氮量。

      • 数据采用Excel 2003和DPS进行分析处理,用最小显著性差异法(LSD)检验平均数。

      • 与NS+100%N处理相比,4个壮秧处理在拔节期和齐穗期,叶片SPAD值差异不显著;VS+100%N在两年、两个生育期SPAD值高于普秧对照,2015年差异达到显著水平,VS–10%N、VS–20%N和VS–30%N与NS+100%N处理差异均不显著 (P > 0.05,图1)。2015年5个氮肥处理齐穗期净光合速率没有显著差异 (图2),表明通过培育壮秧,可以弥补分蘖肥减氮对水稻叶片光合特征的不利影响,壮秧条件下分蘖肥节氮10%~30%对叶片SPAD值和光合速率较常规栽培NS+100%N处理无显著影响。

        图  1  不同节氮水平下早稻叶片的SPAD值

        Figure 1.  Leaf SPAD values of early rice under different nitrogen-saving levels

        图  2  不同节氮水平下早稻齐穗期叶片的光合速率

        Figure 2.  Leaf net photosynthetic rate of early rice under different nitrogen-saving levels in heading stage

      • 茎蘖动态调查结果表明,在移栽后22天内,VS+100%N、VS–10%N、VS–20%N和VS–30%N处理茎蘖数较NS+100%N处理平均分别增加了20.3%、11.0%、5.5%和3.7%,但最高苗数除VS+100%N处理外,均有所下降 (图3),表明壮秧有很好地促进分蘖早发的效应。此外,图3显示,2014年早稻茎蘖高峰期苗数显著低于2015年,原因是2014年返青至有效分蘖期 (4月23日至5月12日) 日平均气温较近10年和2015年分别低1.5℃和1.2℃,水稻前期生长较慢,分蘖发生受到影响。

        图  3  不同节氮水平下早稻茎蘖动态

        Figure 3.  Tillering dynamics of early rice under different nitrogen-saving levels

        从不同处理早稻地上部干物质积累量动态可以看出,节氮30%处理在3个生育期干物质积累量均低于其他施氮处理,VS–10%N和VS–20%N处理在拔节期和齐穗期的地上部干物质积累量与NS+100%N没有显著差异 (2014年拔节期除外),表明即使适当减少分蘖期氮肥投入,壮秧也可提高早稻地上部干物质的积累量,特别是生育后期的干物质积累量,可弥补分蘖肥减氮对分蘖期干物质积累量的影响 (图4)。

        图  4  不同节氮水平下早稻地上部干物质积累量

        Figure 4.  Aboveground dry matter accumulation of early rice under different nitrogen-saving levels

      • 2014年移栽后受低温影响,水稻前期生长较慢,分蘖发生受到影响,有效穗数低于2015年,导致两年的产量构成因素差异显著,但各处理两年的变化趋势基本一致,实际产量年际差异不显著。从表3看出,5个氮肥处理早稻的成穗率、穗粒数、结实率均没有显著差异,节氮主要影响了有效穗数、千粒重,最终影响了产量。使用壮秧条件下,节氮10%、20%与不节氮处理相比千粒重没有显著变化,节氮30%的有效穗数和产量两年均比不节氮出现了显著下降。进一步分析发现,与NS+100%N处理相比,VS+100%N、VS–10%N和VS–20%N处理有效穗数分别提高了9.5%、7.3%和0.5%,VS–30%N处理降低了12.5%。表明壮秧促进了分蘖早发和成穗,在分蘖期减氮20%以下时仍可保持有效穗数不减少和产量不下降。

        表 3  不同节氮水平下早稻产量及其构成

        Table 3.  Grain yield and yield components of early rice under different nitrogen-saving levels

        处理
        Treatment
        有效穗数
        No. of panicles
        (×104/hm2)
        成穗率
        Effective tiller percentage (%)
        每穗总粒数
        Grain number
        (No./panicle)
        结实率
        Seed setting rate
        (%)
        千粒重
        1000-grain weight
        (g)
        实际产量
        Yield
        (t/hm2)
        2014
        NS+100%N249.0 b72.5 a139.2 a71.7 b26.8 a7.2 d
        VS+100%N282.0 a77.4 a135.4 a80.8 a27.3 a8.5 a
        VS–10%N279.0 a82.7 a130.6 a79.4 ab27.1 a8.4 a
        VS–20%N254.0 b79.9 a133.6 a80.1 ab26.9 a7.6 c
        VS–30%N236.0 b76.1 a128.9 a79.5 ab26.7 a6.9 d
        NS+0N127.0 c72.5 a104.3 b86.4 a29.5 a3.9 e
        2015
        NS+100%N316.0 a62.1 a121.3 a82.7 a27.1 ab7.5 b
        VS+100%N334.0 a64.1 a122.8 a85.1 a26.7 bc7.8 a
        VS–10%N324.0 a66.8 a125.0 a84.2 a25.9 c7.7 ab
        VS–20%N312.5 a66.0 a124.8 a83.4 a26.1 c7.4 bc
        VS–30%N290.0 b65.0 a121.3 a82.3 a25.9 c7.1 c
        NS+0N173.0 c70.6 a101.2 b89.3 a28.0 a4.4 d
        FF value
        年季Year (Yr)207.266**18.943**12.718**13.597**29.622**2.273
        处理Treatment (T)163.084**0.66611.081**4.490**28.861**415.497**
        Yr × T0.8080.6190.6980.9193.516*13.799**
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in a column indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05). *—P < 0.05; **—P < 0.01.
      • 壮秧有利于提高双季稻区早稻后期的叶片氮含量、氮素积累和转运 (表4)。VS+100%N处理齐穗期和成熟期平均叶片氮含量较NS+100%N处理增加了2.2%,VS–10N%、VS–20%N和VS–30%N处理分别较NS+100%N处理下降了1.1%、2.6%和6.3%;VS+100%N处理齐穗期和成熟期平均叶片氮素积累量较NS+100N处理增加了5.1%,VS–10%N处理无显著变化,VS–20%N和VS–30%N处理分别平均下降了5.8%和17.6% (P < 0.05)。此外,与NS+100%N处理相比,VS+100%N处理早稻叶片氮素转运量提高了6.7%,VS–10%N和VS–20%N处理基本无变化,VS–30%N处理下降了12.1%。

        表 4  不同节氮水平下早稻叶片的氮素积累与转运量

        Table 4.  Leaf nitrogen accumulation and translocation of early rice under different nitrogen-saving levels

        处理
        Treatment
        含氮量N content (g/kg)氮积累量N accumulation (kg/hm2)氮素转运量
        N translocation
        (kg/hm2)
        氮素转运率
        N translocation efficiency
        (%)
        齐穗期
        Heading
        成熟期
        Maturity
        齐穗期
        Heading
        成熟期
        Maturity
        NS+100%N31.1 a 10.5 ab56.0 a 15.4 ab 44.4 ab79.3 a
        VS+100%N31.7 a10.8 a58.8 a16.3 a47.4 a80.6 a
        VS–10%N31.0 a 10.3 ab55.9 a 15.4 ab 44.5 ab79.4 a
        VS–20%N30.5 a 10.2 ab 54.5 ab14.1 b 43.9 ab80.5 a
        VS–30%N30.0 a 9.6 b48.9 b12.0 c39.0 b79.8 a
        NS+0N22.5 b 7.0 c28.0 c 4.8 d20.3 c72.3 b
        注(Note):不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage (P < 0.05).
      • 壮秧提高了早稻茎鞘氮含量和氮素积累量 (表5)。VS+100%N处理齐穗期、成熟期茎鞘氮含量和氮素积累量较对照NS+100%N处理平均分别增加了3.5%和10.2%,VS–10%N和VS–20%N处理基本无变化,VS–30%N处理分别平均下降了8.4%和10.2%。壮秧有增加茎鞘氮素在灌浆期的转运量的趋势,VS+100%N处理茎鞘氮素转运量较对照NS+100%N处理提高了5.5%,VS–10%N、VS–20%N和VS–30%N处理呈下降趋势但差异不显著。

        表 5  不同节氮水平早稻茎鞘的氮素积累与转运量

        Table 5.  Nitrogen accumulation and translocation in stem-sheath of early rice under different nitrogen-saving levels

        处理
        Treatment
        含氮量N content (g/kg)氮积累量N accumulation (kg/hm2)氮转运量
        N translocation
        (kg/hm2)
        氮转运率
        N translocation efficiency
        (%)
        齐穗期
        Heading
        成熟期
        Maturity
        齐穗期
        Heading
        成熟期
        Maturity
        NS+100%N12.9 a 6.1 ab 37.4 ab 16.5 bc 25.1 ab66.9 a
        VS+100%N13.1 a6.4 a39.7 a18.9 a26.5 a66.4 a
        VS–10%N12.9 a 6.2 ab 37.5 ab 17.7 ab 24.3 ab64.8 a
        VS–20%N12.5 a 6.1 ab 35.3 ab 16.6 abc 22.7 ab64.4 a
        VS–30%N11.8 a5.6 b33.0 b15.1 c20.6 b62.1 a
        NS+0N 7.3 b4.6 c19.7 c 7.6 d 7.8 c38.6 b
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage (P < 0.05).
      • 壮秧有提高早稻穗部氮素积累的趋势。VS+100%N处理齐穗期和成熟期平均穗部氮含量较对照NS+100%N处理增加了3.4%,VS–10%N、VS–20%N和VS–30%N处理则平均分别下降了0.8%、1.7%和5.0%。穗部氮素积累量以VS+100%N处理最高,VS–10%N和VS–20%N处理较NS+100%N处理基本无变化,VS–30%N处理成熟期穗部氮素积累量较对照NS+100%N处理显著下降了8.5%(P < 0.05)(表6);穗部氮素增量变化趋势与氮素积累量基本一致。

        表 6  不同节氮水平下早稻穗部氮素积累量

        Table 6.  Panicle nitrogen accumulation of early rice under different nitrogen-saving levels

        处理
        Treatment
        含氮量N content (g/kg)氮素积累量N accumulation (kg/hm2)穗部氮增量(kg/hm2)
        Panicle N increment
        齐穗期Heading成熟期Maturity齐穗期Heading成熟期Maturity
        NS+100%N14.0 a11.0 a 21.4 ab 101.8 ab 80.4 ab
        VS+100%N14.4 a11.4 a23.3 a107.8 a84.6 a
        VS–10%N13.9 a10.9 a 21.6 ab101.2 b 79.6 ab
        VS–20%N13.8 a10.7 a 21.3 ab101.6 b 80.3 ab
        VS–30%N13.1 a10.6 a19.5 b 93.8 c74.3 b
        NS+0N11.2 b 8.8 b15.7 c 51.2 d35.4 c
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage (P < 0.05).
      • 表7可见,壮秧显著提高了早稻成熟期氮素吸收总量和氮素农学效率。与NS+100%N处理相比,VS+100%N和VS–10%N处理成熟期氮素吸收总量分别平均增加了6.9%和0.5%,VS–20%N和VS–30%N处理分别平均下降了1.1%和9.7%,其中VS+100%N和VS–30%N处理与NS+100%N处理差异显著 (P < 0.05)。壮秧处理氮素回收率和氮素农学效率较NS+100%N处理分别显著提高了12.1%~22.4%和9.9%~24.7% (P < 0.05),但氮肥生理利用率处理间差异不显著。

        表 7  不同节氮水平下早稻氮素的吸收及利用

        Table 7.  N uptake and utilization efficiency of early rice under different nitrogen-saving levels

        处理
        Treatment
        氮吸收总量Total N uptake (kg/hm2)氮素回收率
        N recovery efficiency
        (%)
        氮素生理利用率
        N physiological efficiency
        (kg/kg)
        氮素农学效率
        N agronomy efficiency
        (kg/kg)
        齐穗期Heading成熟期Maturity
        NS+100%N114.8 a133.7 b39.0 c44.3 a14.8 d
        VS+100%N121.7 a143.0 a 44.1 ab43.1 a16.2 c
        VS–10%N115.1 a134.4 b43.7 b45.6 a 17.0 bc
        VS–20%N 111.1 ab132.3 b47.7 a43.1 a 17.6 ab
        VS–30%N101.4 b120.8 c 45.4 ab47.3 a18.4 a
        NS+0N 63.5 c 63.6 d
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示同一生育期不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage (P < 0.05).
      • 壮秧有利于提高叶片硝酸还原酶活性,壮秧条件下节氮10%和20%对硝酸还原酶活性无显著影响。各生育期皆以VS+100%N处理最高,全生育期平均较NS+100%N处理提高了13.7%;VS–10%N和VS–20%N处理全生育期平均与对照NS+100%N处理差异不显著;VS–30%N处理分蘖期硝酸还原酶活性下降了19.7% (P < 0.05),拔节期和齐穗期差异不显著 (图5)。表明壮秧下节氮量低于20%对叶片硝酸还原酶活性无显著影响,但节氮30%处理导致分蘖期叶片硝酸还原酶活性显著下降。

        图  5  不同节氮水平早稻叶片硝酸还原酶活性(2015年)

        Figure 5.  Leaves nitrate reductase activity of early rice under different nitrogen-saving levels(2015 year)

      • 培育壮秧和施用氮肥是水稻增产的主要栽培技术,对水稻干物质生产和产量形成有重要影响。一般认为壮秧是高产的基础,可以促进早发和后期高光效群体形成,而施氮量与产量一般存在抛物线关系,不同条件下存在高产最适施用量[19]。同时,壮秧与分蘖肥增加施氮量都是促早发的技术途径,但分蘖肥增施氮肥易导致无效分蘖大量发生而影响后期群体质量,特别是双季稻区早稻有效分蘖期短,这种情况更加明显,且分蘖肥的利用率低养分易流失导致环境污染[6, 20]。有研究表明,节氮15%处理水稻灌浆期叶片光合速率无显著变化,但节氮30%处理则显著下降[21]。本研究结果表明,壮秧条件下分蘖肥减少总施氮量的10%~30%,对个体叶片光合性能无显著影响;但壮秧促进了水稻前期分蘖早发和分蘖成穗,改善了中、后期水稻群体质量,增加中、后期的干物质生产量,可以弥补分蘖期氮肥减施对水稻分蘖期干物质积累量的不利影响,VS–10%N和VS–20%N处理成熟期干物质积累量较NS+100%N处理反而略有增加,VS–30%N处理较NS+100%N处理虽有降低但不显著;同时,壮秧条件下分蘖肥减施氮量10%~20%时有效穗不会明显减少,VS+100%N、VS–10%N和VS–20%N处理早稻产量2年平均分别增加了11.0%、8.5%和1.5%。在水稻高产栽培技术中,如“三高一保”栽培技术[22]、“早蘖、壮秆、强源”高产栽培技术[16]、“精苗稳前,控蘖优中,大穗强后”超高产定量化栽培技术[15]以及其它壮秧剂培育壮秧高产栽培技术等[23],都认为秧苗粗壮、充实度高,移栽大田后返青活棵快,分蘖发生早而快,且低位优势分蘖多,成穗率高,有利于构建后期高光效群体,抽穗后干物质积累多,结实率高,实现了水稻丰产。综上所述,壮秧能弥补分蘖肥节氮20%以内对分蘖发生和前期干物质生产的不利影响,在早发的基础上促进后期干物质积累量的提高,有利于高产,是丰产节氮栽培的有效技术措施。

      • 水稻壮秧具有分蘖多、茎秆粗壮、根系发达、根冠比大、生理活性强等特点[7],有利于高产群体构建和促进根系对氮素的吸收,是提高肥料利用率和实现水稻高效生产的途径之一。本研究显示,壮秧可提高全生育期叶片硝酸还原酶活性,促进氮的吸收,有提高各器官灌浆期氮素含量和积累量的趋势,较好缓解了减氮后导致氮素吸收量减少的矛盾,使成熟期VS+100%N处理氮素吸收总量较NS+100%N处理显著增加了6.9%,节氮10%~20%条件下氮素吸收量不会下降,且氮素回收效率和氮素农学效率显著提高。

        有研究表明,高产栽培下施氮量与水稻前期植株氮含量和氮素吸收无显著相关性,适度的低施氮量仍可满足水稻生长发育的需求[24-25],表明基、蘖肥用氮量适当减少对水稻前期氮代谢无显著影响。本研究中,节氮10%和20%条件下壮秧处理对植株各地上部器官的氮素含量和叶片硝酸还原酶活性无显著影响,但节氮30%时叶片氮素含量显著下降,表明壮秧条件下分蘖肥减施总施氮量的20%以内不会影响水稻植株的氮素代谢。有研究认为,随施氮量增加氮素积累量提高,氮肥利用效率下降[26-29];但也有研究认为,通过合理的基、蘖肥运筹或培育壮秧,氮素积累量和氮肥利用率也可随施氮量增多而增加[12,30]。本研究中,节氮10%和20%条件下壮秧处理与对照NS+100%N处理氮素积累总量无明显变化,但节氮量达到30%时氮素积累总量下降,而氮素回收率均呈提高趋势。因此,通过培育壮秧,分蘖期减施总施氮量20%以下时,不会影响双季稻区早稻氮素的吸收量,最终提高氮肥利用效率,可实现氮肥高效利用与水稻丰产及保护环境的有机统一。

      • 关于壮秧增产效果前人已作了较多研究,明确了壮秧的增产效应及机理,但在化肥减施背景下,研究壮秧节氮栽培技术却较少。本研究根据江西多年多点试验确定的双季稻区早稻高产的适宜施氮量 (180 kg N/hm2) 作为常规施氮量[22],研究壮秧的节氮效应、适宜节氮比例及对氮肥利用效率的影响,表明在壮秧条件下分蘖肥节省总施氮量的20%以内不会导致产量下降,而且能提高氮肥利用效率。壮秧节氮栽培中选择分蘖肥节氮,首先是壮秧与施用分蘖肥促进水稻分蘖相比,具有无效分蘖少、分蘖成穗率高的优势,壮秧条件下减少分蘖肥比例不会影响分蘖早发及导致穗数减少,保障早稻丰产;其次,水稻前期根系不发达,分蘖肥氮肥吸收利用率低,且大量氮素溶解在田面水中增加了氮素流失风险。因此,壮秧条件下分蘖肥节氮既降低了氮肥流失风险,又有利于早稻高产群体构建。

        壮秧节氮栽培关键是培育健壮秧苗,但双季稻区早稻育秧期间低温阴雨天气频发,不利于秧苗生长,应采用旱育保温育秧方式,并在技术上抓好以下几个关键环节:一是选择高肥力土壤做秧床或营养土 (如菜园土);二是适当稀播,一般播种量以80~100 g/m2秧床为宜;三是采用100 mg/kg烯效唑间歇浸种,或采用含有化控剂的育秧肥或壮秧剂育秧,或在1叶1心期喷施100 mg/kg烯效唑,以促蘖壮根;四是移栽前5天秧床浇施10 g/m2尿素和10 g/m2氯化钾作为送嫁肥。据估算,壮秧节氮技术增加培育壮秧成本43.5元/hm2,包括浸种剂15元/hm2,送嫁肥13.5元/hm2及施肥人工15元/hm2;但本田期按节氮20% ( N 36 kg/hm2) 计算,节本187.5元/hm2;因此,壮秧节氮技术可实现节本144元/hm2

      • 壮秧可以提高双季稻区早稻硝酸还原酶活性、氮含量和氮积累量,促进水稻氮素吸收。在节氮低于20% (即分蘖肥减施总施氮量的20%) 条件下,壮秧可以弥补分蘖期氮肥减施对早稻前期生长的不利影响,不会导致水稻减产而且还略有增产,并能提高氮素利用效率,但节氮30%会使水稻的产量和氮素吸收受到不利影响。因此,通过培育壮秧,分蘖肥减施总施氮量的20%以内能够满足双季稻区早稻对氮素的需求,实现水稻节氮和丰产,进而有利于提高氮素利用效率和减少氮素对环境的污染。

    参考文献 (30)

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