麦/油-稻轮作下秸秆还田与氮肥管理对直播杂交稻氮素利用特征的影响

【目的】探明秸秆还田和氮肥管理对麦/油后直播杂交稻氮素积累、转运、氮肥利用效率及籽粒产量的影响。【方法】选用优质三系杂交稻宜香优2115,采用二因素裂区设计,麦、油茬田同步开展试验,处理完全一致。主区为麦/油秸秆全量翻埋还田(M₁)和秸秆不还田(对照,M₀),副区设4个氮肥管理,即不施氮对照(N₀)、m_基肥∶m_分蘖肥∶m_促花肥∶m_保花肥比例分别为1∶0∶0∶0(N₁)、3∶3∶2∶2(N₂)、2∶2∶3∶3(N₃),测定了直播杂交稻主要生育时期各器官的氮素积累量及籽粒产量。【结果】结果表明,两种轮作方式下,氮肥管理对直播杂交稻主要生育时期的氮素积累、齐穗后茎鞘、叶片的氮素转运及稻株氮素利用效率均存在显著或极显著的调控效应。秸秆还田显著提高麦/油茬杂交稻中后期的氮素积累量、茎鞘和叶片的氮素转运量以及氮肥利用效率,其中,氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥表观利用率较秸秆不还田分别提高了34.96%/28.76%、2.52%/2.61%和31.91%/22.30%。同时,油菜秸秆还田下直播杂交稻各生育时期氮素积累和产量较麦秆还田表现更好,籽粒产量提高481 kg/hm²(5.22%)。M₁N₂处理、M₀N₃处理下,直播杂交稻各阶段的氮素积累速率明显加大,促进结实期茎鞘和叶片的氮素向穗部转运,成熟期稻株氮素积累量优势明显且有较高的氮素利用效率(麦/油茬稻氮肥农学利用率、偏生产力和表观利用率分别达17.87 kg∙kg^-1/17.85 kg∙kg^-1、67.27 kg∙kg^-1/71.28 kg∙kg^-1、74.93%/75.05%),最终实现高产。【结论】在麦/油-稻轮作下秸秆全量还田,配合N₂氮肥管理,可有效提高直播杂交稻氮素吸收、利用效率,增加籽粒产量,尤以油菜秸杆还田的效果更好。     

栽插和秸秆还田方式对水稻氮素吸收利用和产量的影响

【目的】秸秆还田方式影响土壤和肥料中养分的有效性,本研究通过比较不同还田方式下水稻产量、氮素吸收利用的差异,为水稻人工插秧和毯苗机插技术选择适宜的秸秆还田方式提供依据。【方法】本试验于2016-2018年在成都温江四川农业大学水稻研究所试验田进行,以籼型三系杂交稻F优498为试验材料,采用两因素裂区设计,主区为秸秆不还田(S0)、覆盖还田(S1)和翻埋还田(S2) 3种还田方式,副区为人工插秧(HT)和毯苗机插(MT) 2种栽插方式,氮肥用量为N 135 kg/hm^2,按基肥∶蘖肥∶促花肥∶保花肥=3∶3∶2∶2的比例施用。磷肥(过磷酸钙)用量为P2O5 90 kg/hm^2,作基肥一次施入;钾肥(氯化钾)用量为K2O 150 kg/hm^2,施用比例为基肥∶穗肥=7∶3。分别于分蘖盛期、拔节期、齐穗期和成熟期采集茎鞘、叶和穗样品测定干物重和氮含量,计算不同时期氮素积累、转运及氮素利用效率。【结果】秸秆还田方式对人工和机械插秧水稻产量、植株氮素积累及氮素利用具有显著影响。1)与S0相比,S1、S2处理提高了水稻产量,抑制了水稻分蘖盛期氮素积累,促进了拔节期至成熟期各器官及植株氮素积累,提高了植株氮含量,S1效果优于S2,且S1提高了氮素茎鞘转运量(44.1%)、茎鞘转运率(10.2%)、叶片转运量(23.5%)和穗氮增加幅度(21.2%),S2仅提高了氮素茎鞘转运量(24.7%)、茎鞘转运率(6.5%)和穗氮增加幅度(16.7%)。氮肥农学效率和氮素回收率表现为S1> S2,但S1、S2氮素的稻谷生产效率均有所降低。2)分蘖盛期至拔节期,HT处理的水稻各器官氮素积累、各时期植株氮素积累、氮素转运和产量均大于MT处理的,氮素回收率则显著低于MT处理的。秸秆还田方式对不同栽插方式氮素积累和转运的影响程度不一,分蘖盛期HT处理的氮素积累以S2处理最小,MT处理则以S1最小。两种栽插方式下拔节期至成熟期氮素积累和转运量、氮肥农学利用率及吸收利用率均以S1处理最大。【结论】从提高水稻产量和氮素利用率来看,人工插秧和毯苗机插均适宜采用小麦秸秆覆盖还田模式,并以覆盖还田结合人工插秧方式为最佳。     

缓释尿素与普通尿素配施对直播杂交籼稻叶片生长及产量的影响

【目的】逐步采用机械化直播的集约栽培模式已是水稻种植的主要趋势之一,本文研究了机械化水稻直播条件下,缓释尿素与普通尿素不同配施对水稻生长和产量的影响特征,为直播稻的高产高效施肥技术提供理论基础。【方法】以优质杂交籼稻‘宜香优2115’为材料,采用两因素裂区设计,主区为直播 (C_D) 和手插 (C_H) 两种栽植模式;副区为氮肥运筹方式,总施氮量150 kg/hm2,设普通尿素按基、蘖、穗肥配比为3∶3∶4 (U₃₀),普通尿素全量基施 (U₁₀₀),缓释尿素全量基施 (S₁₀₀) 及缓释尿素 (基肥) 与普通尿素 (穗肥) 配比为8∶2 (S₈₀)、6∶4 (S₆₀)、4∶6 (S₄₀) 6种肥料运筹方式,以不施氮肥 (CK) 为对照。调查了直播水稻的叶色变化、叶片生长、LAI、剑叶光合作用和叶片碳氮代谢及其与产量形成的关系。【结果】1) 直播稻产量略高于手插稻,前者有效穗数优势显著,后者优势在于每穗粒数,其产量差异表现取决于有效穗数和每穗粒数是否充分互补,具体体现在总颖花数,优势肥料处理在有效穗数和每穗粒数上协调性更强。2) 缓释尿素与普通尿素的配施处理下叶色表现,直播稻和手插稻分别呈“三黑三黄”和“二黑二黄”交替变化,直播稻的叶色相对较浅;直播稻叶片生长前快后慢,齐穗期LAI及齐穗后剑叶Pn值均较低,但其高效叶面积率较高,表明后期群体上部功能叶叶面积较大,群体质量较高;在叶片碳氮代谢上,直播稻中、后期叶片NSC/N较高,碳代谢较旺盛,两种栽植方式中高产处理后期叶片NSC/N相近,均较低,但代谢途径不同,直播稻主要通过增强氮代谢,手插稻则通过增强碳水化合物的同化进行调节。增加穗肥占比可有效优化直播稻中后期的叶片质量。3) 相关分析显示,孕穗期的叶片增长率、LAI、剑叶Pn及叶片NSC/N均与产量呈显著或极显著相关,表明孕穗期的叶片质量是影响产量形成的关键。4) 直播稻和手插稻分别在基肥 (缓释尿素) 与穗肥 (普通尿素) 配比为4∶6和8∶2下产量最高,分别达12.11 t/hm2和11.51 t/hm2,较普通尿素常规运筹 (U₃₀) 分别增产15.55%和5.40%。【结论】缓释尿素与普通尿素配施下,增大速效穗肥比例,前期控氮控群体,后期增氮壮个体,实现直播稻群体与个体的协调,增强后期氮代谢,有效调节叶片碳氮比,提高叶片质量防早衰,是增产的有效途径。     

水氮管理对不同氮效率水稻根系性状、氮素吸收利用及产量的影响

【目的】探究水氮管理措施对不同氮效率水稻根系构型、氮素吸收利用和产量形成的影响,以及根系性状特征与氮素吸收利用和产量关系。【方法】试验采用三因素裂裂区设计,主区为2个不同氮效率水稻品种德香4103(氮高效型)和宜香3724(氮低效型),裂区设置"常规灌溉"和"控制性交替灌溉"2种水分管理方式,裂裂区为SPAD指导施肥、优化施肥以及农民习惯施肥3种施氮模式,运用岭回归分析方法探究根系构型与氮素吸收利用和产量的关系。【结果】水稻抽穗期根系性状、产量、每穗粒数、千粒重及总颖花量均存在显著的基因型差异。氮高效品种德香4103每穗粒数多,群体库容量大,产量较氮低效品种宜香3724高0.24%~11.31%;控制性交替灌溉有利于水稻千粒重的增长,常规灌溉则对水稻有效穗数、每穗粒数及群体颖花量提高更为有利;SPAD指导施肥和优化施肥处理能够提高水稻有效穗数和每穗粒数,扩大群体颖花量以保证其对农民习惯施肥的产量优势;由于水氮互作效应的存在,控制性交替灌溉下施氮处理与空白处理水稻千粒重的差距比常规灌溉的大幅降低,使得控制性交替灌溉下施用氮肥的增产效果更佳。德香4103的氮肥生理利用率较宜香3724平均高8.69%,常规灌溉下水稻氮积累量较高,控制性交替灌溉下氮肥回收率、农学利用率、生理利用率均较优;与农民习惯施肥处理相比,SPAD指导施肥与优化施肥模式更有利于水稻氮素吸收利用效率的提高。拔节期、抽穗期和成熟期水稻根系构型与产量岭回归方程的决定系数范围为0.4198~0.9028,其中,抽穗期根系性状与产量关系最为密切,氮高效和氮低效品种的决定系数均超过0.9。在拔节期,水稻细分枝根长对产量影响最大;在抽穗期,氮高效和氮低效品种存在差异,前者是粗分枝根长,后者是细分枝根表面积对产量影响最大;在成熟期,不定根长与产量关系最为密切。水稻抽穗期根系构型对氮积累量变化的解释程度较高,岭回归方程决定系数均接近0.7。就水氮管理措施而言,氮高效和氮低效水稻均应采用常规灌溉配套SPAD指导施肥或控制性交替灌溉结合优化施肥来实现产量的提高。【结论】水稻抽穗期根系构型与产量、氮积累量关系密切,采用合理的水氮管理措施能够实现水稻产量和氮素吸收利用效率的同步提高。     

秸秆还田与栽插方式对水稻根系生长及产量的影响

通过明确不同秸秆还田与栽插方式下水稻根系及产量形成的差异,为不同栽插方式下秸秆还田提供理论和实践依据,以迟熟型杂交籼稻F优498为试验材料,采用2因素裂区设计,主区设置秸秆不还田、覆盖还田和翻埋还田3种还田方式,副区为人工移栽和毯苗机插2种栽插方式,研究不同秸秆还田方式和栽插方式下水稻根干质量、根冠比、根系形态生理特征及产量形成的差异。结果表明:1)秸秆还田对根系生长的影响表现为前抑后促,抑制了分蘖盛期单茎和群体根系的生长,促进了拔节期至成熟期根系的生长,齐穗期翻埋还田水稻根系生长更好,成熟期则是覆盖还田根干质量、根数更高。各生育时期根系直径,分蘖盛期和成熟期的单茎、群体根系指标以及根干质量,拔节后15 d、齐穗后15 d和成熟期单茎伤流强度均表现为人工移栽毯苗机插,但拔节期和齐穗期根系形态指标和群体根干质量小于毯苗机插。不同于翻埋还田对毯苗机插稻齐穗期根系生长有利,覆盖还田能有效促进人工移栽稻齐穗期根系生长,减缓花后根系衰老,维持单茎较大伤流强度。2)与秸秆不还田相比,秸秆还田平均使水稻增产3.50%,与人工移栽互作的增产率为2.03%～9.81%,与毯苗机插互作的增产不明显,其中又以秸秆覆盖还田与人工移栽互作增产效果最佳。3)分蘖盛期根干质量,成熟期根干质量、单茎根系指标和群体根系指标,分别与每穗粒数、总颖花量和产量显著正相关,分蘖单茎和群体根系形态指标与有效穗呈显著负相关。综上所述,秸秆还田后人工移栽均实现了增产,而毯苗机插多表现为减产,覆盖还田产量较翻埋还田高。覆盖还田与人工移栽互作下的水稻根系早生快发、衰老慢、单茎伤流强度大,产量最高,翻埋还田促进了毯苗机插中期的根系生长,但齐穗后根系衰老快,单茎伤流强度小。     

常规氮肥与缓释氮肥配施对不同株距机插杂交稻磷素吸收、转运及分配特征的影响

在前期研究确定总氮用量180 kg hm^–2下, 缓释氮肥与常规氮肥7∶3配施比例可获得机插稻高产的基础上, 研究缓释氮肥配施和不同株距下机插杂交稻磷素积累、分配与利用特征及其与产量的关系。采用二因素裂区设计, 设3种机插株距(行距均为30 cm) 16、18及20 cm和4个缓释氮肥用量(36、66、96和126 kg hm–2)与常规氮肥(均为54 kg hm^–2)配施处理。结果表明, 缓释氮肥用量对机插稻主要生育时期磷素积累量、各生育阶段磷素吸收量及吸收速率、结实期茎鞘磷素转运量及转运率和叶片磷素转运率及贡献率均有显著影响。在株距为18 cm, 群体密度为18.52万穴 hm^–2, 缓释氮肥(96 kg hm^–2)与常规氮肥(54 kg hm^–2)配施总量为150 kg hm–2时, 可有效提高机插稻对磷素的吸收, 促进结实期茎鞘、叶片磷素向穗部的转运及分配, 能充分发挥本区域机插杂交籼稻的优势, 产量可达11 463.8 kg hm–2, 为本试验的最佳肥密运筹处理。株距为16 cm, 群体密度(20.84万穴 hm^–2)相对较大, 施氮总量为180 kg hm^–2时, 群体吸收的磷总量较高, 进一步促进了植株体内磷素的吸收转运及分配, 有利于产量提高, 但从节本增效的角度考虑, 以缓释氮肥配施量150 kg hm^–2为宜; 株距增加到20 cm施氮总量在180 kg hm^–2下, 群体(16.67万穴 hm–2)较小, 吸收磷素的绝对量少, 茎鞘、叶片中的磷素向穗部转运量多, 穗部磷素积累量增加, 产量增加。相关分析表明, 株距与缓释氮肥配施量耦合下, 尤其以齐穗期至成熟期茎鞘磷素转运量与产量相关性较高(r = 0.72**), 更有利于产量的提高。     

氮肥运筹与栽植方式对杂交籼稻籽粒灌浆及产量的影响

以杂交籼稻‘Ⅱ优498’为材料,在光温条件差异较大的四川省汉源和温江两地研究氮肥运筹方式[(基蘖肥与穗肥配比分别为9∶1(N_1)、7∶3(N_2)和5∶5(N_3)]与栽植方式[宽窄行栽培(C_1)、三角形栽培(C_2)、扩行减株栽培(C_3)、抛秧栽培(C_4)]对水稻库容量、籽粒灌浆充实及产量的影响,探明光温特性、养分调控和栽植方式与水稻籽粒灌浆及产量形成的关系。结果表明:1)光温优越的汉源地区水稻籽粒库容量、充实度、结实率和千粒重均优于温江,籽粒的最初生长势较低,达到灌浆峰值的日期推迟,前、中期的灌浆强度较高,历时久,生长量占比亦较大,且灌浆活跃期较长,更易获得高产;2)随着氮肥后移程度的增加,水稻最大库容量呈减小趋势,但籽粒的充实率、充实指数、库有效充实度、结实率和千粒重等均呈增加趋势,籽粒最初生长势降低,最大灌浆速率(G_(max))和平均灌浆速率(G_(mean))提高,达到灌浆峰值的日期推迟、生长量占比增加,灌浆历时缩短,总体以氮肥适度后移(N_2)处理产量更高;3)不同栽植方式在结实率和千粒重上的差异较小,而在生物产量、最大库容量、灌浆特征参数和充实指标上存在较大差异,各栽植方式在获得高产时存在相似的灌浆特性,即库容量较大,籽粒最初生长势较低,达到灌浆峰值的日期延迟、生长量占比较大,G_(max)和G_(mean)较高,宽窄行栽培、三角形栽培、扩行减株栽培和抛秧栽培分别在N_1、N_1、N_2和N_3条件下获得高产,其中三角形栽培产量最优;4)相关分析表明,随着最大库容量的增大,籽粒的最初生长势降低,灌浆峰值期延后,前、中期的灌浆历时与灌浆强度增加,达灌浆峰值期的生长量比例亦增加,且在前、中期的灌浆强度和前期的灌浆贡献率优势显著时更易获得高产。因此,提高水稻产量应结合当地的生态条件并针对不同的栽植方式采取相应的氮肥运筹措施。     

麦/油-稻轮作下秸秆还田与氮肥管理对直播杂交稻氮素利用特征的影响

【目的】探明秸秆还田和氮肥管理对麦/油后直播杂交稻氮素积累、转运、氮肥利用效率及籽粒产量的影响。【方法】选用优质三系杂交稻宜香优2115，采用二因素裂区设计，麦、油茬田同步开展试验，处理完全一致。主区为麦/油秸秆全量翻埋还田(M1)和秸秆不还田(对照，M0)，副区设4个氮肥管理，即不施氮对照(N0)、m基肥∶m分蘖肥∶m促花肥∶m保花肥比例分别为1∶0∶0∶0(N1)、3∶3∶2∶2(N2)、2∶2∶3∶3(N3)，测定了直播杂交稻主要生育时期各器官的氮素积累量及籽粒产量。【结果】结果表明，两种轮作方式下，氮肥管理对直播杂交稻主要生育时期的氮素积累、齐穗后茎鞘、叶片的氮素转运及稻株氮素利用效率均存在显著或极显著的调控效应。秸秆还田显著提高麦/油茬杂交稻中后期的氮素积累量、茎鞘和叶片的氮素转运量以及氮肥利用效率，其中，氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥表观利用率较秸秆不还田分别提高了34.96%/28.76%、2.52%/2.61%和31.91%/22.30%。同时，油菜秸秆还田下直播杂交稻各生育时期氮素积累和产量较麦秆还田表现更好，籽粒产量提高481 kg/hm2(5.22%)。M1N2处理、M0N3处理下，直播杂交稻各阶段的氮素积累速率明显加大，促进结实期茎鞘和叶片的氮素向穗部转运，成熟期稻株氮素积累量优势明显且有较高的氮素利用效率(麦/油茬稻氮肥农学利用率、偏生产力和表观利用率分别达17.87 kg?kg–1/17.85 kg?kg–1、67.27 kg?kg–1/71.28 kg?kg–1、74.93%/75.05%)，最终实现高产。【结论】在麦/油-稻轮作下秸秆全量还田，配合N2氮肥管理，可有效提高直播杂交稻氮素吸收、利用效率，增加籽粒产量，尤以油菜秸杆还田的效果更好。     

不同氮效率水稻根系形态和氮素吸收利用与产量的关系

【目的】探究不同氮效率水稻根系形态和氮素吸收利用与产量关系的规律,明确水稻高产根系形态特征,提出相应的水氮优化管理措施。【方法】2013年以氮高效品种川农优498和氮低效品种川优6203为试验材料,进行不同穗肥运筹比例的裂区试验;2014年以相同试验材料进行穴苗数和促花肥、保花肥配比的裂裂区试验;2015年以氮高效品种德香4103和氮低效品种宜香3724为试验材料,进行水分管理方式和氮肥施用模式的裂裂区试验;分别以上述3个大田试验获得的产量、根系形态及氮素吸收利用相关指标为样本,通过计算方差膨胀因子诊断变量间存在的多重共线性关系。在多重共线性严重的情况下,运用岭回归分析研究根系形态、氮素吸收利用和产量三者之间的关系。基于这些关系在年度间的重演性,确定其中普遍存在的共性规律。【结果】(1)氮高效品种拔节期、抽穗期及成熟期的氮素积累量、氮素干物质生产效率和干物重与产量岭回归方程的决定系数范围分别为0.0219—0.3961、0.0452—0.1379和0.0914—0.6694,氮低效品种分别为0.0084—0.6190、0.1224—0.4341和0.0818—0.4881,产量与氮素吸收利用的关系年度间重演性较差,无明显共性规律;以根干重、不定根数量、长度、表面积、体积、粗分枝根长度、表面积、体积以及细分枝根长度、表面积、体积11项根系形态指标为自变量,氮素积累量、氮素干物质生产效率和干物重三者分别为因变量进行岭回归分析,氮高效品种的回归方程决定系数范围分别为0.0527—0.2728、0.0653—0.3139和0.0714—0.3158,氮低效品种分别为0.0607—0.5040、0.0555—0.4411和0.0724—0.5449,氮素吸收利用与根系形态的关系规律年度间存在较大差异;2013—2015年,氮高效和氮低效品种抽穗期根系形态与产量岭回归方程的决定系数均超过0.8,P0.001,表明抽穗期根系形态对产量具有显著影响是共性规律。(2)在以抽穗期根系形态指标为自变量,产量为因变量的岭回归方程中,氮高效品种的粗分枝根长度标准回归系数最高,对产量影响最大;对氮低效品种而言,细分枝根表面积的增加对产量提高最有利。(3)常规施氮量(150 kg·hm~(-2))下,优化施肥模式为穗肥占比40%,且保花肥的比例达到或超过50%,其结合交替灌溉,有利于优化根系形态;SPAD指导施肥模式下,施氮量较优化施肥减少(由150 kg·hm~(-2)降为120 kg·hm~(-2)),采用常规灌溉比交替灌溉更有利于根系形态优化。【结论】水稻抽穗期根系形态与产量关系极为密切,合理的水氮管理措施能够优化根系形态提高产量。常规灌溉结合SPAD指导施肥或交替灌溉结合优化施肥均有利于氮高效品种抽穗期粗分枝根长度的增长和氮低效品种细分枝根表面积的增大,最终提高产量。