摘要：为了明确氮肥运筹对早稻两优287机械栽植产量形成的作用机制，在总施氮量（纯氮）为150 kg/hm2条件下，设置基肥、分蘖肥、穗肥比例分别为7∶3∶0（n1）、6∶3∶1（n2）、5∶3∶2（n3）、4∶3∶3（n4）和 3∶3∶4（n5）5个氮肥运筹模式，分析水稻根系形态与伤流量、叶绿素、茎鞘干物质转运和产量构成因素等状况。结果表明，①各处理间产量及氮肥农学利用率均以n3最高，与其他处理间差异达显著水平；以n5最低，与其他处理间差异也均达显著水平。②随着氮肥的后移，水稻总根长和根比表面积呈降低趋势，根数和根干重以n3最大，其根系伤流量也最大。③n5水稻叶片spad值灌浆期和收获期相对较高，出现贪青现象。④n3和n4的茎鞘物质输出率和茎鞘物质转换率较低，叶片干物质输出率为负值。从而得知，早稻两优287机械栽植，在基肥、分蘖肥、穗肥中氮比例为5∶3∶2时有利于提高生育后期的根系活力、形成有效利用养分的根系特征、促进叶片光合能力的发挥，最终取得较高产量。
　　关键词：氮肥运筹；早稻；机械栽植；根系特征；产量
　　中图分类号：s511.3+1 文献标识码：a 文章编号：0439-8114（2013）07-1505-05
　　氮素是蛋白质形成的基础，施用氮肥能够提高水稻株高、叶绿素含量、蛋白质水平，最终提高水稻产量[1]。然而，氮肥施用过量会导致氮肥利用率（nitrogen use efficiency，nue）降低以及水污染[2]。在现代水稻栽培体系中，合理的氮肥运筹对促进水稻大面积均衡增产至关重要。WwW.11665.CoM
　　氮肥运筹对水稻产量及品质作用效果受水稻品种、种植制度、土壤肥力等因素的影响[3-7]。由于植物根系是水分和养分吸收的主要器官，其形态和生理特性与地上部的生长发育和产量的形成密切相关，根系形态和活力一定程度上限定了氮肥的利用状况[8，9]。机械栽植与传统手插在苗龄和伤根状况上不同，机械栽植一般采用小苗移栽，伤根现象较手插严重。因此，根系发育进程与传统移栽差异较大，其吸收功能也不尽相同。前人的研究表明，根系性状与水稻品种的氮吸收量关系密切[10]。通过氮肥调控可以促进水稻地上、地下协调发展，进而提高产量[11]。水稻中后期光合效率和茎叶干物质输出量与其产量关系密切[12]，氮肥适当后移能够提高群体光合势、产量以及氮肥当季利用率[13]。
　　水稻机械栽植通过定行、定穴、定苗栽插有利于合理调控水稻群体质量。目前，中国水稻机械化栽植面积占全国水稻种植面积的13%，2010年新增面积预计达100万hm2，占全国水稻种植面积的16%[14]。本研究采用湖北省早稻机械栽植氮肥运筹的几种常见模式，以主推品种两优287为研究对象[15]，以明确不同氮肥运筹模式对水稻产量形成的生物学机制，旨在为水稻机械化高产栽培提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地点概况
　　试验地点设置在湖北省农业科学院南湖试验站和湖北省京山县（112°43′-113°39′ e，30°42′-31°27′ n），属中亚热带季风气候区。年日照时数1 978.8～2 012.8 h，年太阳辐射总量452.2～460.5 kj/m2，年平均气温16.1 ℃，无霜期230 d左右，年均降雨量1 020～1 150 mm，41%～45%的雨量集中在夏季。光热丰富、降雨充沛、雨热同期，具有发展农业的优越气候条件。所选试验田块连续多年种植水稻，土地平整，肥力均一，交通方便，灌排条件完善。土壤类型为黄棕壤瀦育型水稻土，土壤有机质含量为25.2 g/kg、碱解氮含量为137.9 mg/kg、速效磷含量为10.2 mg/kg、速效钾含量为54.4 mg/kg、ph为5.3。
　　1.2 育秧与栽插
　　供试水稻品种为感温性早籼稻品种两优287。2011年3月15日育秧。开沟做秧床，秧床宽1.4 m，沟宽0.4 m，沟深0.15 m。要求厢面平整，灌透底水。采用小拱棚旱育秧，竹片起拱，竹拱间距60～100 cm，拱高40～45 cm，覆盖地膜，四周盖严、捂实。播种到出苗前一般不灌水，出苗到2叶期前膜内温度应控制在25 ℃以内，2叶期开始应看天气通风炼苗，并于3叶期左右彻底揭膜。育秧前期均匀浇水，盘边可略重；后期主要浇盘边。秧盘直径为58 cm×28 cm，播种量80～100 g/盘。4月18日移栽。采用手扶式插秧机，插秧规格为13.3 cm×30.0 cm。每穴取苗量为2～3株。每公顷基本苗为24.0万～25.5万穴。试验所用插秧机型号为东洋pf355s。
　　1.3 试验处理与田间管理
　　氮肥按基肥、分蘖肥和穗肥不同施用比例设置5个氮肥运筹模式，即基肥、分蘖肥

穗肥中氮肥比例分别为7∶3∶0（n1）、 6∶3∶1（n2）、5∶3∶2（n3）、4∶3∶3（n4）和3∶3∶4（n5），同时另设无氮处理（n0）以考察氮肥农学利用率。施氮（n）、磷（p2o5）、钾 （k2o）总量分别为150、94、131 kg/hm2。磷肥作为基肥一次施入，钾肥分别以基肥和穗肥平均施入。基肥于移栽前2 d施入，分蘖肥移栽后10 d施用，穗肥于倒三叶期施入。各处理均设3次重复，小区面积为12 m×15 m。同时施入“大粒锌”3 kg/hm2、“大粒硅”60 kg/hm2。其余田间管理按当地习惯操作。
　　1.4 研究项目与方法
　　1.4.1 根系形态 于分蘖期和齐穗期分别按小区平均茎蘖数选择2穴水稻，利用地面半径为10 cm的圆柱形不锈钢取样器（两半圆弧面相扣构成），以水稻根基部为中心，打入土面以下40 cm深，移出取样器，打开取出土柱（包括根），装入塑料网袋后，依次用自来水、去离子水冲洗干净，采用winrhizo pro根系分析系统（型号为la2400，加拿大产）获取根系总长度、根直径、根表面积、根体积和根尖数等相关参数，同时采用直尺量取根系最长根长。 1.4.2 根系伤流量 分别于齐穗期和收获期按小区平均茎蘖选择2穴，用剪刀在根基部以上15 cm处平齐剪断，伤口擦拭后，用预先称重的脱脂棉包裹，上面用塑料薄膜覆盖后用皮筋固定。伤流吸收时间段保持在下午6∶00至次日上午8∶00之间，保证吸收时间在14 h左右。吸收伤流后的脱脂棉称重。两次称重之差为吸取伤流的重量。同时调查伤流所在水稻的分蘖数。
　　1.4.3 叶绿素 利用叶片spad值指示叶绿素含量，分别于分蘖期、齐穗期、灌浆期和收获期采用spad仪测定主茎倒一叶和倒二叶叶片的spad值，测定部位为上部、中部、下部，取平均值，连续测定10穴植株。
　　1.4.4 干物质转运 茎鞘物质输出率（epmss，exporting percentage of matter of stem and sheath）、茎鞘物质转换率（tpmss，transporting percentage of matter of stem and sheath）和叶片物质输出率（epml，exporting percentage of matter of leaves）的计算参照赵步洪等[16]的方法，具体计算公式为：
　　epmss=（a1-a2）/a1×100%
　　tpmss=（a1-a2）/c2×100%
　　epml=（b1-b2）/b1×100%
　　式中，a1、b1分别为齐穗期茎鞘、叶片的干物质量；a2、b2和c2分别为收获期茎鞘、叶片和穗的干物质量，取样方法同1.4.1。
　　1.4.5 产量及其构成因素 谷粒成熟时去边行后，以5点取样法取样，各小区样点连续取10穴，共50穴，统计有效穗数。根据其平均值选取有代表性的植株10穴，测定水稻各经济性状，包括有效穗数、每穗颖花数、结实率、千粒重。同时，在每小区实收单打计算实际产量。
　　1.4.6 氮肥农学利用率 采用氮肥农学利用率（nitrogen agronomic efficiency， nae）作为衡量氮肥利用的指标，其计算公式为：氮肥农学利用率（nae）=（施氮区稻谷产量-不施氮区稻谷产量）/施氮量。
　　1.5 数据处理与统计
　　采集的数据采用excel和spss 11.5软件进行统计分析，处理间差异采用lsd检验或duncan’s新复极差检验。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同氮肥运筹模式对根系特征的影响
　　早稻两优287根系形态特征随氮肥在水稻不同生育时期施用的比例不同呈现规律性的变化（表1）。随氮肥后移，总根长和根表面积降低，与n1相比，n2、n3、n4和n5总根长分别减少3.1%、9.2%、19.0%和34.8%，而根表面积分别减少17.3%、18.8%、22.3%和 35.6%。水稻最长根长随氮肥后移而伸长。根数和根干重以n3最大，与其他处理间差异显著；与n3比较，氮肥前移或后移根数和根干重均逐渐减少。
　　2.2 不同氮肥运筹模式对根系伤流量的影响
　　由图1可见，不同氮肥运筹模式下，机插早稻两优287根系伤流强度齐穗期和成熟期均存在差异。齐穗期n3根系伤流量最大，其中与n4和n5差异达显著水平，分别较二者上升了23.8%和24.6%。成熟期水稻根系伤流量均显著降低，其中n2和n5下降幅度最大。成熟期，n3根系伤流量依旧最大，显著高于n1、n2和n5。n4由于降低幅度较小，其伤流量与n3差异未达到显著水平，n5此时仅为n3的51.0%。
　　2.3 不同氮肥运筹模式对叶片spad值的影响
　　由表2可知，不同氮肥运筹对机插早稻两优287叶片spad值在不同生育时期的影响不同。在分蘖期，n3倒一叶spad值显著高于n1和 n2，倒二叶仅显著高于n2，与其余处理间差异不显

著。齐穗期水稻此两个叶位spad值在处理间均无显著性差异。灌浆期，n5倒一叶spad值显著高于 n1，但与其余处理间差异不显著；而倒二叶除与n4差异不显著外，均显著高于其余处理。当氮肥后移时，水稻灌浆期叶片spad值有上升的趋势，而在收获期这一趋势表现的更为明显。n5的倒一叶和倒二叶spad值在收获期显著高于其余处理，水稻群体表现明显的贪青现象。
　　2.4 不同氮肥运筹模式对光合物质转运的影响
　　齐穗期早稻两优287干物质总量不同氮肥运筹处理间均无显著差异，但收获期差异显著，其中n3和n4显著高于其余处理（表3）。n3和n4的 epmss和tpmss较低，与n1相比，n3的epmss和tpmss降低了55.5%和67.3%，n4降低了92.5%和94.9%，差异均达显著水平。n5的tpmss较n1也显著降低。由此可见，n3和n4相对其余处理，穗部干物质的增加对齐穗前干物质积累量的依赖程度较小。从epml上看，n3、n4两处理均为负值，说明齐穗后叶片干物质积累量有所增加。综上可知，齐穗后n3和n4叶片依然保持较强的光合能力，增加了对穗部干物质的输送比例。
　　2.5 不同氮肥运筹模式对氮肥农学利用率的影响
　　由图2可见，水稻氮肥农学利用率以n3最高，与其他处理间差异均达显著水平；n5最低，与其他处理间也均达显著水平；其余3个处理间差异不显著。
　　2.6 不同氮肥运筹模式对产量及其构成因素的影响
　　随氮肥后移，水稻产量呈现先增加后减少的趋势（表4）。与n1相比，n2、n3和n4实际产量分别提高了1.6%、3.7%和1.2%，而 n5降低了10.3%。当穗肥中追施氮肥比例过大时，水稻明显出现贪青的现象，显著降低水稻产量。理论产量也呈类似规律。有效穗数以n4最高，n1最低，n1显著低于其余处理。每穗总粒数和千粒重各处理间差异不显著。结实率n4显著低于n1、n2和n3，但与n5差异不显著。
　　3 讨论 3.1 氮肥运筹对早稻机械栽植根系特征的影响
　　根系形态结构与活性及其与产量的关系一直是水稻根系研究的一个热点[8]，而氮素高效吸收取决于水稻根系的生物学特征。张岳芳等[10]研究表明，改良抽穗期单株根系性状（根数、根干重、总根长、总吸收面积、根系活力）有利于提高氮的吸收量，也有利于提高产量。本研究发现，水稻齐穗期总根长和根表面积随氮肥后移而逐渐减小，而最长根长逐渐增加（表1）。说明随后期氮肥用量增加，水稻扎根更深，而前期多施氮量有利于提高根数。n3产量最高，其根系伤流量、根数和根干重等指标均较其余处理大。潘晓华等[17]研究认为，根系活力和根干重与水稻产量正相关，这一研究结果与本研究结果是一致的。但也有研究认为根干重和根系伤流量不一定能反映水稻的高产性状[18，19]。但更多观点认为，根干重和根系伤流量与产量有很密切的相关性[20-22]。造成判断根系指标与产量相关性结论差异的原因可能与品种和种植制度有关。氮素养分的吸收对根系活力有重要影响，合理的氮肥配比有利于根系伤流量的提高 [22]。本研究结果表明，当基肥、分蘖肥、穗肥比例为5∶3∶2（即n3）时的氮肥配比有利于根系伤流量的提高，与之前研究结果一致。
　　3.2 氮肥运筹对早稻机械栽植光合物质积累与转运及产量的影响
　　水稻产量的高低主要决定于抽穗至成熟期的光合生产能力，子粒产量的绝大部分来源于抽穗后的光合产物，一般占子粒产量的70%～90% [23]。本研究表明，氮肥运筹模式是影响机插早稻中后期光合物质积累、转运的重要原因。通过氮肥后移可以提高灌浆期水稻叶片的spad值，能较好地提高此阶段品种光合潜力的发挥（表2）。n5的spad值虽然最高，从光合物质的转运情况看，其epmss和tpmss依然很高，其主要原因是后期氮肥施用较多导致贪青，光合物质不能顺利向库（颖果）中充实。因此，在总施氮量适宜的情况下，适当减少生育前期施氮量，控制群体物质生长量，在保证苗够的基础上，适当增加生育后期施氮量，提高后期叶片光合能力，可使抽穗至成熟阶段有较大的光合物质生产能力，显著提高作物的氮肥农学利用率（图2）和产量（表4），这与我们前期对籼型中稻机械栽插的研究结果是一致的[24]。li等[25]研究认为分蘖期氮肥用量过大，而co2相对不足，会抑制水稻光合能力的发挥，最终导致氮肥利用率的下降，这可能是氮肥适当后移水稻增产的原因。
　　4 结论
　　提高群体有效穗数是氮肥后移在早稻两优287机械栽植中产量提高的主要原因。在施用纯氮总

量为150 kg/hm2条件下，氮肥在基肥、分蘖肥、穗肥中比例分别为5∶3∶2时，机械栽插水稻两优287产量和氮肥农学利用率最高。在此氮肥运筹模式下，水稻具有较多的根数、适宜的根长和表面积以及较强的根系活力，可为水稻齐穗后地上部养分吸收提供根系形态和功能支持，进而提高其齐穗后叶片光合功能和干物质的积累和转运。
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