施氮量、种植密度对寒地盐碱条件下水稻产量及干物质积累的互作效应

马波 来永才 王俊河 刘传增 刘凯 胡继芳 谭可菲 王麒 卞景阳 赵富阳 刘蕊

（1国家耐盐碱水稻技术创新中心 东北分中心，哈尔滨 150000；2黑龙江省农业科学院 齐齐哈尔分院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；3黑龙江省农业科学院，哈尔滨 150000；4黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163000；第一作者：mabo8210@163.com）

盐碱地是一种广泛存在的土壤类型，是土地资源中的一个重要组成部分。目前，世界有盐碱地约9.55亿hm2，占全球总耕地面积的20%[1]。松嫩平原是世界三大苏打盐碱地集中分布地区之一，现有盐碱化土地面积约342万hm2，主要分布在吉林省和黑龙江省西部地区[2]。研究表明，水稻生长的水环境对土壤的可溶性盐碱起到淋溶作用，水稻自身特有的生物作用也能减少盐碱危害[3-4]。可见，盐碱地种植水稻对改良盐碱地和保障我国粮食安全具有重大意义。

氮肥和种植密度是影响作物产量的关键栽培技术因素[5-8]。众多研究表明，施氮水平和种植密度对水稻产量有显著影响，但在肥力与密度互作效应方面的试验结果存在差异[9]。周江明等[10]研究认为，施氮水平和移植密度对水稻产量有显著影响，但其互作效应不显著。刘文祥等[11]对陆两优996的研究结果表明，施氮水平和种植密度互作对有效穗数和产量影响达显著水平。目前对于氮肥和种植密度对盐碱条件下水稻产量及干物质积累的互作效应研究鲜有报道。鉴于此，本研究以综合性状优良且耐盐碱水稻品种龙粳21为试验材料，采用单因子效应和互作效应分析，研究施氮量和种植密度互作对盐碱条件下水稻产量及干物质积累的影响情况，旨在为提高寒地盐碱地水稻产量提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试水稻为综合性状优良且耐盐碱的品种龙粳21，由黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院筛选并提供[12]。试验于2019年在齐齐哈尔市种畜场大田条件下进行，该地区土壤属中度盐碱地，土壤理化指标：碱解氮146.7 mg/kg，有效磷38.6 mg/kg，速效钾138.4 mg/kg，有机质30.5 g/kg，pH 8.7，盐分含量0.38%。

1.2 试验设计

单因子试验分别设6个氮肥用量处理（N1，60 kg/hm2；N2，90 kg/hm2；N3，120 kg/hm2；N4，150 kg/hm2；N5，18 kg/hm2；N6，210 kg/hm2）和6个种植密度处理（D1，20丛/m2；D2，23丛/m2；D3，26丛/m2；D4，29丛/m2；D5，32丛/m2；D6，35丛/m2）。

互作效应试验采用二次正交旋转组合设计，试验因子实际水平见表1。各处理磷、钾肥用量相同，磷肥（P2O5）用量46.9 kg/hm2，钾肥（K2O）用量60.0 kg/hm2。氮肥中，基肥∶分蘖肥∶穗肥为4∶3∶3；磷肥全部作基肥；钾肥基肥和穗肥各50%。其他管理与当地水稻生产相同。小区面积30 m2，随机区组排列，3次重复。

表1 正交试验因子编码水平

1.3 调查项目及方法

成熟期每小区取3点，每点取6 m2实测产量，并进行室内考种。在齐穗期测干物质量，采用叶面积测定仪YMJ-A测定叶面积指数（LAI），采用光合测定仪-ECA-PB0402测定剑叶光合速率。

1.4 数据处理

试验数据采用DPS 8.01和Excel 2003软件进行统计分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 单因子对盐碱条件下水稻产量的影响

由图1、图2可见，盐碱条件下水稻产量与氮肥和种植密度均呈显著的二次曲线关系，说明氮肥过高或过低，插秧过密或过稀，均不利于高产。同时获得了氮肥与产量的回归方程为：y=-0.2005x2+67.975x+1404.9，R2为0.9405；种植密度与产量的回归方程为y=-12.216x2+805.69x-5 938.8，R2为0.8715。表明两个方程均有较高的决定程度。并获得了盐碱条件下龙粳21最佳产量的单因子施氮量和种植密度分别为：169.9±5.0kg/hm2和32.9±1.0丛/m2。

图1 施氮量与龙粳21产量回归曲线

图2 种植密度与龙粳21产量回归曲线

2.2 施氮量和种植密度对盐碱条件下水稻产量的互作效应

盐碱条件下水稻产量（Y）与施氮量（X1）、种植密度（X2）互作的回归方程为：Y=7446.16+457.81X1+566.11X2-1005.61X12-504.81X22+143.15X1X2，方程失拟检验F1=1.1253＜F0.05，回归方程检验F2=13.0617＞F0.01，说明方程可靠，可做进一步分析。对方程做三维图形，由图3可见，氮肥和种植密度相互配合可以显著增加盐碱环境下水稻产量，但高氮肥和高密度配合下产量不增反降，中等施氮量和较高密度互作更易获得高产。施氮量在135 kg/hm2、种植密度在34.6丛/m2时产量达到最高7 948.17 kg/hm2。

图3 盐碱条件下施氮量和种植密度互作对龙粳21产量的回归模型

2.3 施氮量和种植密度对盐碱条件下水稻干物质积累的互作效应

盐碱条件下水稻齐穗期干物质积累量与氮肥和种植密度互作的回归方程为：Y=64 51.86+860.09X1+737.97X2-57.38X12-0.85X22+327.68X1X2，方程失拟检验F1=0.9464＜F0.05，回归方程检验F2=45.3994＞F0.01，说明方程可靠，可做进一步分析。对方程做三维图形，由图4可见，盐碱环境下水稻齐穗期干物质量与氮肥、种植密度互作效应明显，高氮肥与高密度配合能够显著增加齐穗期干物质量，施氮量在210 kg/hm2、种植密度在37.5丛/m2时达到最高9 103.20 kg/hm2。

图4 盐碱条件下施氮量和种植密度互作对龙粳21齐穗期干物质积累量的回归模型

2.4 施氮量和种植密度对盐碱条件下水稻LAI的互作效应

盐碱条件下水稻齐穗期LAI（Y）与施氮量（X1）和种植密度（X2）互作的回归方程为：Y=4.77+0.59X1+0.55X2+0.08X12+0.11500X22+0.12750X1X2，方程失拟检验F1=0.6337＜F0.05，回归方程检验F2=18.9404＞F0.01，说明方程可靠，可做进一步分析。对方程做三维图形，由图5可见，盐碱环境下水稻齐穗期LAI与施氮量、种植密度互作效应明显，高氮肥用量与高密度配合能够显著增加齐穗期LAI，最大值为6.39。

图5 盐碱条件下施氮量和种植密度互作对龙粳21齐穗期叶面积指数（LAI）的回归模型

2.5 施氮量和种植密度对盐碱条件下水稻剑叶光合速率的互作效应

盐碱条件下水稻齐穗期剑叶光合速率（Y）与施氮量（X1）和种植密度（X2）互作的回归方程为：Y=14.43+0.83X1-0.36X2-0.31X12-0.49X22+0.23X1X2，方程失拟检验F1=0.4799＜F0.05，回归方程检验F2=15.76＞F0.01，说明方程可靠，可做进一步分析。对方程做三维图形，由图6可见，盐碱环境下水稻齐穗期剑叶光合速率与氮肥、种植密度互作效应明显，较高氮肥用量与中等密度配合能够显著增加齐穗期剑叶光合速率，最大值为15.32 μmol/m2·s。

图6 盐碱条件下施氮量和种植密度互作对龙粳21齐穗期光合速率的回归模型

2.6 施氮量和种植密度对盐碱环境下水稻产量构成因子的互作效应

由表2可知，盐碱环境下水稻产量构成因子与施氮量和种植密度互作的回归方程中，千粒重回归方程不显著且失拟显著，不能利用该方程进行模拟；而单位面积穗数和穗粒数回归方程极显著且失拟不显著，可做进一步分析。单位面积穗数会随着氮肥用量和种植密度的增加显著增加，高氮肥和高密度配合更容易获得较多穗数；氮肥用量过高或过低、种植过密均不利于大穗的形成，中等施氮量和较低的种植密度配合更易获得大穗。

表2 盐碱条件下龙粳21产量构成因子与氮肥和种植密度互作的回归方程

3 讨论与结论

众多研究结果表明，氮肥用量过多或过少都不利于水稻生产[13-14]。同时种植密度对产量的影响呈抛物线型变化，密度过低或过高均不利于产量的提高[15]。盐碱地的水稻产量制约因素比较多，前期分蘖少造成穗数不足，中期干物质积累不足造成穗粒数减少，后期早衰易造成结实率和千粒重下降，降低产量[16]。在寒地盐碱地区水稻的实际生产管理中，施氮量过高或种植密度不合理是产量普遍偏低的主要原因之一[17]。严凯等[18]研究认为，盐碱条件下水稻产量会随一定范围内的施氮量增加而提高，超出一定范围产量不升反降。本研究中，产量与氮肥和种植密度均呈显著的二次曲线关系，并获得了盐碱条件下龙粳21产量的氮肥用量、种植密度单因子最佳值：169.9±5.0 kg/hm2，32.9±1.0丛/m2。但在生产中水稻产量往往会受到氮肥用量和种植密度互作的影响[19-20]。本研究发现，盐碱条件下施氮量和种植密度互作对水稻产量影响显著，中等施氮量和较高密度互作更易获得高产，互作效应下施氮量、种植密度最佳值为135.0 kg/hm2、34.6丛/m2，氮肥用量低于单因子最佳值而密度高于单因子最佳值。可见，在盐碱条件下，可以有效利用氮肥用量和种植密度的互作效应来提高水稻产量[21]。

本研究结果表明，盐碱条件下水稻齐穗期干物质积累量、LAI和剑叶光合速率与氮肥和种植密度互作效应明显，高氮肥与高密度配合能够获得较高的齐穗期干物质积累量和LAI，但产量却显著下降；中等氮肥和中等密度配合能够获得较高的齐穗期剑叶光合速率，从而增加水稻产量。由此说明，在盐碱条件下只有当氮肥与种植密度协调配合获得适宜的齐穗期干物质量和LAI，增加齐穗期光合速率，才更易获得高产。

施氮量和种植密度影响水稻群体结构，适宜的施氮量和种植密度可以优化水稻群体结构[22]。本研究表明，在盐碱条件下高氮肥和高密度配合更容易获得较多穗数，但中等施氮量和较低密度配合更易获得大穗，施氮量、种植密度与千粒重不存在互作效应。因此要氮肥、种植密度相互配合，从而构建合理的群体结构，营造高质量的水稻群体，盐碱条件下的水稻产量潜力才会得以发挥。