杂交稻有序机抛增密减肥处理对产量及肥料偏生产力的影响

石 楠 高志强 胡海燕 陈崇怡 文双雅

（湖南农业大学农学院，410128，湖南长沙）

我国是世界上最大的产稻国，同时水稻也是我国重要的粮食作物之一，其稳产高产一直是研究的热点[1]。肥料施用量和移栽密度是影响水稻产量形成的重要调控因素[2]。近年来，肥料的大量施用虽然有效地提高了水稻产量，但同时也带来肥料利用率低和环境污染等问题[3]，所以合理施肥尤为重要。此外，相关研究[4-5]表明，水稻移栽密度过高或过低均可导致水稻产量降低，移栽密度过高会导致水稻生长后期争夺光热资源、滋生病害，移栽密度过低则会导致基本苗不足，浪费地力资源。因此只有合理的氮肥用量和移栽密度才能保证水稻正常的生长发育，同时有利于改善群体生长环境，提高肥料利用率，增加产量[6-8]。

目前我国水稻主要栽培方式大体上可分为机插秧、直播和抛秧3种模式[9-10]。周兵[11]研究发现，与周年机插模式相比，周年抛栽模式可有效提高水稻生育过程中有效积温的利用率，产量提高5.5%，抛秧又可分为有序抛秧与无序抛秧。张军等[12]研究发现，与洗根手插相比，不同品种点抛和撒抛分别可以提高产量14.1%～18.3%和9.87%～13.2%，同时表明相比于无序抛秧，有序抛秧对水稻产量提升效果更加显著。有序抛栽技术是湖南省2020年主推水稻栽培技术之一，与传统抛栽技术相比，有序抛栽机械化程度更高，同时秧苗排列有序，可以充分利用温光条件[13]。本研究探讨在不同肥料水平、不同移栽密度条件下，精量有序机抛栽培对水稻产量和肥料偏生产力的影响，旨在为水稻高产、高效和节本栽培提供理论依据和技术途径。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于 2020年在湖南农业大学浏阳教学科研综合基地（28°30′ N，113°84′ E）进行。试验区面积0.5hm2，系丘陵小盆地，属亚热带季风湿润气候，年均气温17.3℃，1月平均气温5.4℃，7月平均气温 28.7℃，年均降水量 1358.6～1552.5mm。土壤为潴育性水稻土，有机质29.1g/kg、全氮1.58g/kg、全磷0.49g/kg、全钾14.62g/kg，pH 5.71。前茬作物为油菜。

1.2 试验材料及设计

供试品种是目前湖南省水稻生产主推品种晶两优华占。

设3个移栽密度：常规密度（D0：16万穴/hm2）、中密度（D1：19万穴/hm2）和高密度（D2：24万穴/hm2）。

设2个施肥水平：常规施肥处理（N0），即施用复合肥（N︰P︰K=15︰15︰15）600kg/hm2、尿素 255kg/hm2、氯化钾 105kg/hm2；减量施肥处理（N1），即施用复合肥（N︰P︰K=15︰15︰15）450kg/hm2、尿素180kg/hm2、氯化钾75kg/hm2。

试验采用裂区设计，移栽密度为主区，施肥量为副区。各小区面积260m2，3次重复，随机排列。由于全程采用机械化作业，为满足机械化作业条件，2种施肥处理均采用耕前施用复合肥450kg/hm2作基肥，剩余肥料作分蘖肥进行追施。基本操作流程为先施用基肥，之后平整田地，并使用国内第1台由井关机头牵引的高速有序抛秧机2ZP-13进行有序抛秧，秧苗返青后进行各小区起埂隔离，埂高20cm，埂上覆膜，实行单独排灌，最后进行追肥。一季稻有序抛秧栽培于2020年5月3日浸种，5月5日播种育秧，5月23日移栽，9月7日收获。旋耕前施用20kg/hm2石灰调节土壤pH以减少Cd吸收，田间水分管理及病虫害防治按照当地一季稻习惯栽培法进行统一管理。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量构成因素 于水稻完熟期收获前按5点取样法取样，每小区取 10蔸统计有效穗数、穗粒数、千粒重和实粒数。

1.3.2 实际产量 于水稻收获期各小区全部采用机械收获，计算小区产量。

1.3.3 地上部干物质积累 于分蘖中期、孕穗期、齐穗期、灌浆中期、成熟期取样，每个小区取5穴，剪去根，按叶、茎+鞘、穗分开，置于105℃恒温下杀青30min，80℃鼓风干燥箱烘干至恒重，冷却至恒温后称重，计算地上部干物质量。

1.3.4 分蘖成穗规律 返青稳蔸开始至抽穗期结束，每3d进行一次田间调查，选择具有代表性的2行连续10蔸，共20蔸，考察分蘖成穗情况，分蘖期记录单穴茎蘖数（主茎+分蘖，分蘖露尖计数），孕穗后记录有效穗数（含主茎）。

1.3.5 肥料偏生产力 肥料偏生产力（kg/kg）=施肥后所获得的作物产量/化肥纯养分的投入量。

1.4 统计分析

采用SPSS 24.0和Microsoft Office Excel进行数据处理，并绘制图表。

2 结果与分析

2.1 增密减肥互作效应对水稻产量及其构成因子的影响

由表1可知，增密减肥互作效应对水稻产量影响显著，D2N1处理产量最高，其次是D2N0处理，分别较D0N0处理高4.47%和1.05%，在相同施肥量条件下，各处理产量随着种植密度的升高呈先降低再增加趋势；在常规密度条件下，减肥会降低产量，在高密度条件下，减肥会增加产量。

表1 不同处理对水稻产量及其构成因子的影响Table 1 Effects of different treatments on the yield and its components of rice

在不同施肥量处理下，以 N0处理产量最高（平均 8160.28kg/hm2），其次是 N1处理（平均8078.13kg/hm2）；在不同密度处理下，以D2处理产量最高（平均 8603.75kg/hm2），其次是 D0处理（平均8147.03kg/hm2），以D1处理产量最低（平均 7606.84kg/hm2）。

增密减肥处理对水稻产量构成因子的影响效应有差异。增密减肥处理对千粒重影响差异未达到显著水平，各处理中以D1N0千粒重最高，其次是D2N0处理，分别较D0N0处理高3.87%和1.39%；D0N0处理与其余各处理间有效穗数差异达到显著水平，各处理有效穗数均低于D0N0处理，分别较D0N0低4.93%～19.90%；穗粒数以D0N1最高，与其余各处理间差异达显著水平，其次是D1N1处理，在移栽密度相同条件下，减量施肥可以提高水稻穗粒数；各处理结实率以D1N0最高，达到86.54%，其次是D2N0处理，相同移栽密度条件下，减肥会导致水稻结实率下降。

以上分析表明，减少施肥会在一定程度上影响产量，但是通过增加移栽密度，可以达到减肥不减产的效果。表1显示D2N1处理产量最高，但其产量构成各因子均不是最优的，这表明移栽密度与施肥量对水稻产量的影响是多因素共同决定的，而非由单一因素所主导。

2.2 增密减肥互作效应对水稻肥料偏生产力的影响

由表2可知，增密减肥处理对氮肥偏生产力、磷肥偏生产力、钾肥偏生产力以及肥料偏生产力影响差异均达到显著水平，其均以D2N1处理最高，分别较D0N0处理高44.10%、39.30%、42.09%以及42.44%。

表2 不同处理对水稻肥料偏生产力的影响Table 2 Effects of different treatments on fertilizer partial productivity of rice kg/kg

在移栽密度相同的条件下，减肥处理的氮肥偏生产力、磷肥偏生产力、钾肥偏生产力以及肥料偏生产力均高于不减肥处理。在相同施肥量条件下，在一定范围内增加移栽密度可以有效地提高氮肥、磷肥、钾肥以及总的肥料偏生产力。

2.3 增密减肥互作效应对水稻分蘖动态的影响

由图1可知，不同施肥量与移栽密度处理对水稻分蘖发生特性影响不同。从移栽密度对水稻单穴分蘖数影响来看，常规密度处理（D0）单穴分蘖数多于同时期增密处理（D1、D2），这可能是由于密植后加剧了植株对生长空间的竞争，限制了水稻分蘖数的增加；而不同施肥量处理对水稻单穴分蘖数影响程度不同，在常规移栽密度（D0）下，减肥处理（N1）单穴分蘖数高于不减肥处理（N0），但是在增密处理（D1、D2）中，减肥处理（N1）单穴分蘖数均低于不减肥处理（N0）。

图1 不同处理对水稻分蘖动态影响Fig.1 Effects of different treatments on tillering dynamics of rice

2.4 增密减肥互作效应对不同时期水稻地上部干物质积累的影响

由表3可知，增密减肥互作效应对水稻各生育期地上部干物质量影响效应不同。水稻分蘖中期，D0N0处理地上部干物质量最低，其他处理分别较D0N0处理高 7.90%～65.64%，且相同施肥量条件下，D0与 D2处理间差异达显著水平；水稻孕穗期，地上部干物质量仍以D0N0处理最低，其余各处理较D0N0处理高0.13%～36.92%；水稻齐穗期，地上部干物质量以 D0N0最高，较其他处理高3.40%～29.51%；水稻灌浆中期，以D2N1处理地上部干物质量最大，较D0N0处理高6.01%；水稻成熟期，以D2N1处理地上部干物质量最大，其次是D2N0处理。

表3 不同处理对水稻各时期地上部干物质量Table 3 Dry matter weight of the aerial parts in different growth stages of rice under different treatments t/hm2

以上分析表明，在水稻发育前期，增加移栽密度可以有效提高单位面积水稻的地上部干物质量；在水稻发育后期，高密度条件下不减肥导致水稻个体间资源竞争加剧，制约水稻地上部干物质量的增加。

2.5 增密减肥互作效应下施肥量、移栽密度、产量及肥料偏生产力的相关性分析

由表 4可知，水稻产量与移栽密度显著相关（r=0.53*），但与施肥量和肥料偏生产力之间相关性未达到显著水平，说明在肥料减少量较大时，移栽密度的大小对产量影响作用较大。肥料偏生产力与施肥量呈极显著负相关（r=-0.93**），与移栽密度相关性未达到显著水平，移栽密度与施肥量相关性不显著，进一步表明肥料减少后有助于提高肥料偏生产力。

表4 施肥量、移栽密度、产量及肥料偏生产力的相关性分析Table 4 Correlation analysis between fertilizer application rate,transplanting density, yield and fertilizer partial productivity

3 讨论

3.1 施肥量、移栽密度与水稻产量的关系

施肥量和移栽密度均是影响水稻产量的重要因素，研究[14-15]表明，通过优化肥料管理以及合理密植可达到节本增效的目的。本研究表明，与常规栽培措施相比，减肥后移栽密度24万穴/hm2处理可显著提高水稻产量。而杨志长等[16]和陈佳娜等[17]研究发现，低氮高密增产效果不明显，这可能是由于土壤基础肥力、减施肥量和增加种植密度比例差异造成的。施肥量与移栽密度互作效应是影响水稻产量增减的重要因素，李超等[18]研究结果表明，基肥减施总氮量的20%，增密27.3%，可达到增产稳产的目的，本研究结果表明，与D0N0相比，D2N1增产最大，D1N1产量最低。

从产量构成因素来看，不同的施肥量与密度组合对水稻产量构成因素影响不尽相同，施肥量过低会降低水稻有效分蘖数，导致结实率降低，过高则会导致水稻贪青晚熟，易倒伏[19-20]。增密减肥模式与常规肥密模式相比，可以获得相当甚至更高的产量，主要是由于增加移栽密度可以解决由于减肥所造成分蘖数不足的问题，有利于减少无效分蘖，保证群体生长量[21]。本研究结果表明，在常规施肥基础上减肥26.56%，中密度（D1）与常规密度（D0）相比，千粒重、和穗粒数呈下降趋势，有效穗数和结实率呈上升趋势，但产量构成因素中仅穗粒数差异达显著水平，说明此阶段施肥量主要是通过影响穗粒数进而影响产量。而在常规施肥基础上减肥26.56%，高密度（D2）与常规密度（D0）相比，千粒重、有效穗数以及结实率均呈现上升趋势，穗粒数呈下降趋势，这与前人研究[22-23]结果有差异，可能是施肥量与移栽密度互作效应造成的，具体原因有待进一步研究。

3.2 施肥量、移栽密度与肥料偏生产力的关系

美国、日本等国家稻田氮肥利用率一般为40%以上，而我国稻田氮肥利用率一般仅为30%左右，学者[24]提出通过少量多次施肥等方式提升肥料利用率。本研究发现，通过最高种植密度的减肥处理（D2N1）并未造成水稻产量的降低，甚至高于常规密度下的常规施肥处理（D0N0），因此提升了氮肥、磷肥、钾肥以及总的肥料偏生产力。与 D0N0相比，各减肥增密处理肥料偏生产力提高了 23.23%～42.44%，其中提高氮肥偏生产力24.63%～44.10%、磷肥偏生产力 20.45%～39.30%、钾肥偏生产力22.90%～42.09%。说明增加移栽密度、减施肥料可以提高水稻肥料利用效率，该结论与前人[15,17,21]研究结果一致。

3.3 水稻高产高效节氮栽培技术

抛秧栽培主要有手工抛栽和机械抛栽 2种模式，与机插相比，抛秧具有产量高、返青期短、根系损伤轻和根系发达的优点[25-26]，但是手工抛秧造成水稻种植无序化，导致水稻生长后期田间通透性差、病虫害滋生、易倒伏、种植密度难以掌控、秧苗分布格局不整齐和不利于灌浆等问题[27]。本研究以国内第 1台由井关机头牵引的高速有序抛秧机2ZP-13实现水稻有序抛秧，既可以有效解决传统手工抛秧的不足之处，又可以提高抛秧效率，降低了劳动力成本。本研究结果表明，施肥量为复合肥450kg/hm2、尿素180kg/hm2、氯化钾75kg/hm2，移栽密度为24万穴/hm2条件下，水稻产量最高。

4 结论

与常规栽培措施相比，采用减施肥料、增加移栽密度相配套的栽培措施，可提高水稻群体分蘖数和主要生育期地上部干物质积累量；同时，适当减肥增密可提高水稻产量，还可提高氮肥偏生产力、磷肥偏生产力、钾肥偏生产力以及总的肥料偏生产力，达到节本高效、绿色安全的发展目标。有序机抛低肥密植栽培技术在移栽密度为 24万穴/hm2，减肥26.56%条件下可实现增产，促进肥料高效利用。