不同灌溉方式、施氮量和種植密度對水稻莖蘗利用及產量的影響

蔡永盛,薛菁芳,杜曉東,趙海新,楊麗敏,王立楠,陳書強

(黑龍江省農業科學院水稻研究所,農業農村部寒地粳稻冷害科學觀測實驗站,佳木斯 154026)

水稻(Oryza sativaL.)是我國最主要的糧食作物之一,同時也是第一大耗水作物,其灌溉用水占我國農業總用水的65%以上[1-2]。黑龍江省作為我國水稻種植面積最大、總產量最高的省份,傳統淹水灌溉模式下水稻的生產用水占農業用水的96%,占全省社會用水的70%[3],水資源正成為制約黑龍江稻作持續發展的重要因素[4]。

化肥的應用有效提高了糧食產量,但隨著施用量的增加,一些負面影響也逐漸凸顯,如肥料利用率降低、土壤理化性狀破壞、作物品質及產量降低等[5]。適宜的水稻群體結構是保障抽穗后光合生產能力的關鍵,而施氮量和栽植密度是影響水稻群體結構及生物量的形成、積累及轉運的重要因素。在水稻生產過程中,傳統的常規灌溉方式耗水量巨大,采用節水灌溉方式很有必要。本研究通過在不同灌溉方式下研究施氮水平和栽植密度對水稻莖蘗利用情況及產量的影響,明確不同水稻品種最優栽培因素配置,旨在為黑龍江省水稻節水高產高效栽培提供一定的理論基礎和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2020年黑龍江省農業科學院水稻研究所進行,地理位置為N46°49′,E130°22′,屬于典型的溫帶大陸性季風氣候,年均氣溫3℃左右,≥10℃活動積溫2 521℃,無霜期130—140 d;年均降水量510 mm。試驗地土壤為草甸土,有機質含量為2.70%,土壤速效磷含量為39.78 mg/kg、速效鉀含量為202.76 mg/kg、堿解氮含量為126.46 mg/kg,pH 6.4。

供試品種為‘龍粳31’,圓粒;‘龍粳1525’,長粒香型,在當地均可正常成熟。

1.2 試驗設計

采用三因素完全隨機試驗設計,三個因子為:(1)灌溉方式:常規灌溉,全生育期總灌水量為540.27 m3(常灌);節水灌溉(即插秧后無水層管理),全生育期總灌水量為280.14 m3(控灌)。(2)株距水平:12 cm;14 cm;16.7 cm,行距均為30 cm。(3)施氮水平:0 kg/hm2(0N);115 kg/hm2(115N);138 kg/hm2(138N);161 kg/hm2(161N)。磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)用量分別為90 kg/hm2和150 kg/hm2。供試氮、磷、鉀肥分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)和硫酸鉀(K2O 60%)?；实视昧空?0%,磷肥100%,鉀肥50%;分蘗肥氮肥30%;穗肥氮肥20%,鉀肥50%;粒肥氮肥10%。每個處理50 m2,設3個重復,田間管理措施同大田生產。

1.3 測定項目

1.3.1 莖蘗動態

插秧后,調查基本苗數。齊穗后10 d,每7 d調查一次莖蘗數,連續調查5穴。

群體最高莖數為每平方米莖數最大值;

群體最高分蘗數=群體最高莖數-基本苗數;

群體分蘗穗數=收獲穗數-基本苗數;

有效分蘗率=(分蘗穗數/最高分蘗數)×100%;

分蘗穗比例=(分蘗穗數/收獲穗數)×100%;

成穗率=(收獲穗數/最高莖數)×100%;

1.3.2 理論產量

取大小一致中等穗10個,測定其每穗長、實粒數、秕粒數和空粒數等,計算每穗粒數、結實率、有效穗數、千粒重等產量構成因素。經濟系數=穗干重/谷草干重。

1.3.3 實際產量

每小區收獲2 m2,自然晾干脫谷,稱重,曬干,換算成標準含水量后計算產量。

1.4 統計分析

運用Microsoft Office Excel 2003軟件整理數據,采用dps 7.05軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 對產量及其構成因素的影響

由表1可知,控灌處理的產量高于常灌處理,但差異均不顯著。長粒品種‘龍粳1525’以115N處理產量最高,138N處理產量次之,0N處理產量最低;而圓粒品種‘龍粳31’以138N處理產量最高,161N處理產量次之,0N處理產量最低,各處理與0N處理相比,差異均達顯著水平。長粒品種‘龍粳1525’以14 cm株距處理產量最高,12 cm株距處理產量次之,16.7 cm株距處理產量最低;圓粒品種‘龍粳31’以12 cm株距處理產量最高,14 cm株距處理產量次之,16.7 cm株距處理產量最低。

表1 不同處理對產量及其構成因素的影響Table 1 The effect of different treatments on yield and its constituent factors

進一步分析不同處理對產量構成因素的影響發現,單位面積穎花量高的處理,其產量高于其他處理。不同灌溉方式對兩品種產量及其構成因素影響較小;不同施氮量處理對‘龍粳1525’單位面積穗數、結實率和千粒重影響較大,對‘龍粳31’單位面積穗數和每穗粒數影響較大;隨著株距的增大,兩品種單位面積穗數呈先增加后減少的趨勢,每穗粒數呈先減少后增加的趨勢。

由表2可知,品種對產量的影響不顯著,而灌溉方式、施氮量和株距對產量的影響均達到了極顯著水平。灌溉方式與施氮量、品種與株距的互作效應對產量有極顯著影響;品種、灌溉方式、株距三者間的互作和品種、株距、施氮量三者間的互作對產量也有顯著影響。

表2 品種、灌溉方式、施氮量和種植密度間的互作效應分析Table 2 Analysis of the interaction effects among varieties,irrigation methods,nitrogen application rate and planting density

灌溉方式與施氮量的互作效應對每穗粒數、每平方米穎花量、結實率和千粒重的影響均達到了極顯著水平,灌溉方式與株距的互作效應對每平方米穗數、每平方米穎花量、結實率和千粒重的影響均達到了極顯著水平,施氮量和株距的互作效應對結實率和千粒重的影響均達到了極顯著水平,施氮量和品種的互作效應對每平方米穗數和千粒重分別有顯著和極顯著影響,株距和品種的互作效應對每平方米穗數、每穗粒數和每平方米穎花量的影響均達到了極顯著水平。

2.2 對莖蘗利用情況的影響

由表3可知,不同灌溉方式對水稻莖蘗利用情況影響有所不同,長粒品種‘龍粳1525’的最高莖數和最高分蘗數均以控灌處理最高,圓粒品種‘龍粳31’則相反。隨著株距的增加,兩品種群體最高莖數、最高分蘗數和分蘗穗數均呈下降趨勢。長粒品種‘龍粳1525’的群體最高莖數、最高分蘗數和分蘗穗數在161N處理下最大,且與0N處理和115N處理差異達顯著水平,與138N處理差異不顯著。圓粒品種‘龍粳31’的群體最高莖數、最高分蘗數和分蘗穗數在161N處理下最大,且與0N處理差異均達顯著水平,與其他處理差異均不顯著。

表3 不同處理對莖蘗利用情況的影響Table 3 Effects of different treatments on the utilization of stem tillers

長粒品種‘龍粳1525’的有效分蘗率和成穗率均以控灌處理最高,且與常灌處理相比,差異達顯著水平;圓粒品種‘龍粳31’的有效分蘗率以控灌處理最高,且與常灌處理相比,差異達顯著水平。兩品種的群體分蘗穗比例均表現為161N處理最高,且與0N處理差異顯著,長粒品種‘龍粳1525’的有效分蘗率和成穗率均以處理115N處理最高,且與138N處理差異達極顯著水平,與161N處理差異達顯著水平。

2.3 莖蘗利用情況與產量之間的相關系數

由表4可知,最高莖數和最高分蘗數與產量呈正相關,均未達顯著水平;分蘗穗數、有效分蘗率和成穗率與產量均極顯著正相關。

表4 莖蘗利用情況與產量的相互關系Table 4 The relationship between tiller utilization and yield

2.4 產量與處理構建因子的優化方程

如表5所示,可通過調節不同粒形水稻品種灌溉方式、施氮量和種植密度,來提高產量。長粒品種‘龍粳1525’的最優配置為控灌處理、116.13 kg/hm2施氮量和14 cm株距,產量最大值為8 558.58 kg/hm2;對于圓粒品種‘龍粳31’而言,最優配置為控灌處理、134.52 kg/hm2施氮量和12 cm株距,產量最大值為9 357.61 kg/hm2。

表5 產量與處理構建因子的優化方程Table 5 Optimization equations of yield and treatment construction factors

3 討論

黑龍江水稻種植面積大,灌溉用水量多,為了水稻產業的可持續性發展,應選用節水栽培方式或模式。近年來關于節水灌溉對水稻生長、發育及產量影響的研究較多,但對水稻產量的影響不盡一致,這可能與土壤和氣候條件、水稻品種特性、土壤水分狀況和灌溉方法以及試驗時間不同有關[6-7]。不同的灌溉模式直接導致稻田土壤水分狀況的差異,而土壤水分狀況能夠對水稻分蘗動態、株高及產量形成因素產生較大影響[8-9]。于艷敏等[10]研究表明,節水灌溉方式促進有效分蘗的發生,使有效穗數顯著高于常規灌溉方式水稻,增大了水稻“庫”容,這也是節水灌溉方式下水稻高產的原因之一。朱士江等[11]研究表明,灌溉模式不會改變水稻分蘗基本的規律,只會影響水稻分蘗增加或減少的幅度,濕潤灌溉較控制灌溉、間歇灌溉和淹灌對有效分蘗率影響最大。本研究表明,長粒品種‘龍粳1525’在控灌處理、115 kg/hm2施氮量和14 cm株距下的產量較常規灌溉高,而圓粒品種‘龍粳31’在控灌處理、138 kg/hm2施氮量和12 cm株距下的產量較常規灌溉高。從產量構成因素來看,節水灌溉處理下,2個品種的單位面積穗數和穎花量較常規灌溉高,這可能是由于節水灌溉方式有利于提高根系活力,使水稻吸收更多的水分和養分,促使葉片早生快發,提高成穗率所致[12]。

施氮量和種植密度顯著影響水稻群體建成和個體發育,在一定范圍內通過增加施氮量和提高栽植密度,有利于群體葉面積與個體葉面積的協調發展[13]。在種植密度較高時,增施氮肥雖可以增加群體穗數,但會導致結實率的下降,不利于增產。在種植密度較低時,施氮量對水稻產量的影響較為顯著,水稻產量也往往與施氮量呈顯著正相關[14-15]。李熙英等[16]與祁玉良等[17]認為分蘗能力較弱的品種不能適應稀植高氮的栽培模式。本試驗中圓粒品種‘龍粳31’為分蘗能力一般的品種,其產量最高的處理為控灌處理、138 kg/hm2施氮量和12 cm株距,適宜密植,施氮量為中氮水平。長粒品種‘龍粳1525’分蘗能力較強,產量最高的處理為控灌方式、115 kg/hm2施氮量和14 cm株距,種植密度較‘龍粳31’降低,施氮量為低氮水平,這與前人的研究結果一致。同時施氮量的增加會加重水稻倒伏和病蟲害的風險,因此,稀植高氮的栽培方法不僅存在減產風險,而且對環境有較大的負面影響。蔡桂青等[18]研究表明,提高種植密度,減少氮肥用量,可實現水稻高產。隨著施氮量及栽植密度的增加群體葉面積指數增加,會導致葉片葉綠素含量的降低。要實現水稻生產高產高效必須要有一個合適的高光效群體結構,因此,在以后的水稻生產中,應根據不同品種適當調整種植密度、氮肥施用量,以提高水稻氮肥吸收利用率。

4 結論

長粒品種‘龍粳1525’的最優處理為控灌方式、116.13 kg/hm2施氮量和14 cm株距,產量最大值為8 558.58 kg/hm2;圓粒品種‘龍粳31’的最優處理為控灌方式、134.52 kg/hm2施氮量和12 cm株距,產量最大值為9 357.61 kg/hm2。該研究可為黑龍江節水高產優質的水稻栽培提理論基礎和實踐依據。