为了研究低氮密植栽培对水稻分蘖发生及成穗率、干物质积累及其转化、氮素利用率和产量的影响，2012—2013年以超级稻Y两优1号为材料，在湖南长沙和海南澄迈进行了施氮量(75、150、225 kg N hm-2)与栽插密度(68、40、27、19穴 m-2)，每穴苗数(单、双、三本 穴-1)与栽插密度(40、27、19、14穴 m-2)的大田栽培试验。结果表明，在基本苗数相同或相近的条件下，减苗增密在齐穗期和成熟期的干物质量及产量分别比增苗减密高10.5%、5.2%和2.9%，有效穗数对产量的贡献最大，达到显著水平；在低氮密植条件下，有效分蘖期缩短6 d左右，分蘖成穗率、表观转化率、氮肥偏生产力和氮素籽粒生产效率分别提高10.9%、21.0%、150.6%和19.6%。在施氮量为75 kg N hm-2的密植(40~68穴 m-2)条件下，齐穗期和成熟期的干物质量及长沙点产量分别比中、高氮(150~225 kg N hm-2)常规密度(19~27穴 m-2)低3.2%、7.5%和1.2%，但差异不显著，而澄迈点产量在2012年和2013年分别比之低5.2%和高9.1%，且差异均达显著水平。在施氮量为150 kg N hm-2的密植条件下，成熟期干物质量比高氮常规密度低1.7%，但齐穗期干物质量和产量比高氮常规密度高10.3%和3.3%。因此，超级稻采用低氮密植栽培，在100~150 kg N hm-2和40穴 m-2条件下提早了够苗期，增加了有效穗数，提高了分蘖成穗率和结实率，加之齐穗期适宜的干物质积累和较高的表观转化率，有利于高产的形成和氮肥利用率的提高。
全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(10): 15911602 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家现代农业产业技术体系建设水稻栽培与土壤岗位科学家项目(2011–2015)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 邹应斌, E-mail: ybzou123@126.com, Tel: 0731-84618758
第一作者联系方式: E-mail: xbxie_agri@163.com
Received(收稿日期): 2015-03-08; Accepted(接受日期): 2015-06-01; Published online(网络出版日期): 2015-06-05.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150605.1655.001.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.01591
低氮密植栽培对超级稻产量和氮素利用率的影响
谢小兵 1 周雪峰 1 蒋 鹏 2 陈佳娜 1 张瑞春 1 伍丹丹 1 曹放波 1
单双吕 1 黄 敏 1 邹应斌 1,*
1湖南农业大学农学院, 湖南长沙 410128; 2四川省农业科学院水稻高粱研究所, 四川德阳 618000
摘 要 : 为了研究低氮密植栽培对水稻分蘖发生及成穗率、干物质积累及其转化、氮素利用率和产量的影响 ,
2012—2013年以超级稻 Y两优 1号为材料, 在湖南长沙和海南澄迈进行了施氮量(75、150、225 kg N hm–2)与栽插密度
(68、40、27、19穴 m–2), 每穴苗数(单、双、三本 穴–1)与栽插密度(40、27、19、14穴 m–2)的大田栽培试验。结果表
明, 在基本苗数相同或相近的条件下, 减苗增密在齐穗期和成熟期的干物质量及产量分别比增苗减密高 10.5%、5.2%和
2.9%, 有效穗数对产量的贡献最大, 达到显著水平; 在低氮密植条件下, 有效分蘖期缩短 6 d左右, 分蘖成穗率、表观转
化率、氮肥偏生产力和氮素籽粒生产效率分别提高 10.9%、21.0%、150.6%和 19.6%。在施氮量为 75 kg N hm–2的密植
(40~68穴 m–2)条件下, 齐穗期和成熟期的干物质量及长沙点产量分别比中、高氮(150~225 kg N hm–2)常规密度(19~27
穴 m–2)低 3.2%、7.5%和 1.2%, 但差异不显著, 而澄迈点产量在 2012 年和 2013 年分别比之低 5.2%和高 9.1%, 且差异
均达显著水平。在施氮量为 150 kg N hm–2的密植条件下, 成熟期干物质量比高氮常规密度低 1.7%, 但齐穗期干物质量
和产量比高氮常规密度高 10.3%和 3.3%。因此, 超级稻采用低氮密植栽培, 在 100~150 kg N hm–2和 40穴 m–2条件下提
早了够苗期, 增加了有效穗数, 提高了分蘖成穗率和结实率, 加之齐穗期适宜的干物质积累和较高的表观转化率, 有利
于高产的形成和氮肥利用率的提高。
关键词: 超级稻; 低氮密植栽培; 产量; 干物质; 氮素利用率
Effect of Low Nitrogen Rate Combined with High Plant Density on Grain Yield
and Nitrogen Use Efficiency in Super Rice
XIE Xiao-Bing1, ZHOU Xue-Feng1, JIANG Peng2, CHEN Jia-Na1, ZHANG Rui-Chun1, WU Dan-Dan1, CAO
Fang-Bo1, SHAN Shuang-Lü1, HUANG Min1, and ZOU Ying-Bin1,*
1Agronomy College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2 Institute of Rice and Sorghum, Sichuan Academy of Agricultural
Sciences, Deyang 618000, China
Abstract: In order to study the impacts of low nitrogen rate combined with high plant density on tillering, earbearing tiller per-
centage, dry matter accumulation, apparent transformation rate, N-use efficiency and grain yield, field experiments with three
nitrogen rates (75, 150, and 225 kg N ha–1) and four plant densities (68, 40, 27, and 19 hill m–2) as well as with three levels of
number of seedlings per hill (1, 2, and 3 seedling(s) hill–1) and four plant densities (40, 27, 19, and 14 hill m–2) were conducted
using super rice cultivar Y-liangyou 1 at Changsha, Hunan Province and Chengmai, Hainan Province in 2012–2013. The results
showed that when seedlings per unit area were the same or approximate in combination with reducing seedlings per hill and in-
creasing density (RSID), the dry matter accumulated 10.5% and 5.2% more than those with increasing seedlings per hill and re-
ducing density (ISRD) at heading and maturity, respectively. RSID also produced 2.9% higher grain yield than ISRD. Panicles
m–2 had the highest and significant contribution to grain yield in RSID. Productive tillering stage was shorter by six days, and
earbearing tiller percentage, apparent transformation rate (ATR), partial factor productivity of applied nitrogen (PEP) and internal
utilization efficiency of nitrogen (IE) were respectively higher by 10.9%, 21.0%, 150.6%, and 19.6% under low nitrogen rate
(75–150 kg N ha–1) combined with high plant density (40–68 hills m–2) than under higher nitrogen rate (225 kg N ha–1) combined
with low plant density (19–27 hills m–2). The combination of applying 75 kg N ha–1 and transplanting 40–68 hills m–2 produced
3.2% and 7.5% biomass less than those of applying 150–225 kg N ha–1 and transplanting 19–27 hills m–2 at heading and maturity,
1592 作 物 学 报 第 41卷
respectively, but the differences were not significant. Meanwhile, the former combination decreased 1.2% and 5.2% grain yield at
Changsha in two years and at Chengmai in 2012, respectively, while increased 9.1% at Chengmai in 2013, and the differences
were significant at Chengmai. However, the combination of applying 150 kg N ha–1 and transplanting 40–68 hills m–2 produced
10.3% biomass and 3.3% grain yield more than that of applying 225 kg N ha–1 and transplanting 19–27 hills m–2, except for
biomass decreased 1.7% at maturity. Therefore, the adoption of low nitrogen rate (100–150 kg N ha–1) combined with high
planting density (40 hills m–2) would improve both grain yield and N-use efficiency for super rice due to reaching the projected
tillers earlier, increasing panicles, improving earbearing tiller percentage and seed setting rate, and having suitable biomass and
higher ATR at heading stage.
Keywords: Super rice; Cultivation with low nitrogen rate and high planting density; Grain yield; Dry matter; Nitrogen use
efficiency
随着我国耕地面积的不断减少和对粮食需求的不断
增加 , 通过合理密植和优化施肥等栽培措施提高水稻单
产对稳定粮食生产和保障粮食安全具有重要的意义[1]。缘
于水稻品种特性的演变和栽培技术的发展 , 我国水稻种
植密度经历了由稀植(高秆品种)到密植(矮秆品种的穗数
型栽培)再到稀植(半矮秆杂交稻的穗粒兼顾型栽培)的过
程[2]。1996年农业部组织实施超级稻育种计划以来, 超级
稻的选育取得重大进展, 分别于 2000、2004、2011 和 2014
年实现第一至四期单季水稻产量目标(10.5~15.0 t hm–2)[3-4]。
超级稻高产潜力主要表现为大穗 , 通常在生产上培育带
蘖壮秧或小苗稀植移栽以降低本田基本苗数 , 促进个体
健壮生长以优化群体结构 , 在稳定穗数的基础上提高穗
重而获得高产(重穗型栽培)[5-6]。目前我国育成的超级稻品
种普遍分蘖能力较强[6]、根系发达[7-8]、干物质生产量大[9-11],
在稀植条件下要获得稳定穗数的同时培育大穗并保持后
期功能叶片不早衰 , 必然要确保氮素的供给才能达到高
产或超高产。而有研究认为, 在我国南方亚热带地区通过
增施氮肥不能弥补超级早稻栽插密度降低所导致的分蘖
数不足和产量下降[12]。虽然超级稻生产 1000 kg稻谷需氮
量不高于普通水稻(杂交稻)[8,10,13-15], 但为了充分发挥其
产量潜力, 农民常常施用过量的氮肥以获得高产, 从而导
致氮肥利用率低[14,16-17]和氮肥盈余[18]。然而研究表明减氮
增密(减少施氮量增加密度)既可以实现水稻高产又能提
高氮素利用率 [19-23], 但前人研究的最高密植处理趋近于
常规密度以及局限于双季稻或低产田。因此, 本试验在湖
南长沙和海南澄迈进行两项大田栽培试验: (1)研究减苗
增密(减少每穴苗数增加密度)对一季超级稻产量形成的
影响, 以期探明在基本苗数相同或相近时, 增加栽插密度
比增加每穴苗数更有利于超级稻高产的形成; (2)在栽插
密度比常规密度增加 13~49 穴 m–2 的基础上, 研究低氮
密植对超级稻氮素利用率和产量形成的影响 , 以期为超
级稻低氮密植高产栽培提供理论和实践依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及地点
以超级稻 Y 两优 1 号为材料, 于 2012—2013 年在湖
南长沙(28°1111 N, 112°0415 E)和海南澄迈(19°4511N,
110°1152E)进行大田栽培试验。试验田连年种植水稻 ,
冬季休闲。其中, 长沙土壤质地为潮泥土, 耕作层土壤 pH
为 6.15, 含有机质 25.02 g kg–1、全氮 1.47 g kg–1、速效磷
57.89 mg kg–1、速效钾 55.60 mg kg–1。澄迈土壤质地为沙
壤土, 耕作层土壤 pH为 5.90, 含有机质 21.35 g kg–1、全氮
1.04 g kg–1、速效磷 38.83 mg kg–1、速效钾 114.50 mg kg–1。
1.2 试验设计
试验 1为施氮量与栽插密度试验, 试验 2为每穴苗数
与栽插密度试验。
试验 1 按裂区设计排列, 以施氮量为主处理, 设低氮
(75 kg N hm–2)、中氮(150 kg N hm–2)、高氮(225 kg N hm–2)
3个水平, 分别以 N1、N2、N3表示; 以栽插密度为副处理,
设 68、40、27、19穴 m–2 4个水平, 每穴栽插双本苗, 分
别以 D1、D2、D3、D4表示, 其中 D1、D2为密植处理, D3、
D4为常规密度。氮肥按基肥(移栽前 1 d)∶分蘖肥(移栽后
7 d)∶促花肥(倒四叶期)∶保花肥(倒二叶期) = 5∶2∶2∶
1施用。磷肥施用 75 kg P2O5 hm–2, 全部用作基肥。钾肥
施用 105 kg K2O hm–2, 按基肥∶促花肥 = 1∶1施用。主
处理间作田埂, 用塑料薄膜包埋, 处理间单排单灌。
试验 2同样采用裂区设计, 以每穴栽插的基本苗数为
主处理, 设每穴单本、双本、三本苗 3个水平, 分别以 S1、
S2、S3 表示; 以栽插密度为副处理, 设 40、27、19、14
穴 m–2 4 个水平, 分别以 M1、M2、M3、M4 表示, 其中
M1为密植处理, M2、M3、M4为常规密度。施氮量为 150 kg
N hm–2, 按基肥(移栽前 1 d)∶分蘖肥(移栽后 7 d)∶促花
肥(倒四叶期)∶保花肥(倒二叶期) = 5∶2∶2∶1施用, 磷
肥、钾肥的用量和施用方法与试验 1相同。主处理间留空
行, 用作走道。
试验 1和试验 2设在同一田块, 中间用田埂隔离。除
施肥、栽插密度、基本苗数等处理因子不同外, 两个试验
的其他栽培管理措施均相同。试验田主区面积 60 m2, 裂
区面积 15 m2, 重复 3次。统一采用湿润育秧, 手工栽插,
秧苗移栽至返青期保持浅水层 , 返青期至有效分蘖临界
叶龄期采用干湿间歇交替灌溉 , 无效分蘖叶龄期排水搁
田 7 d, 孕穗期至抽穗期采用湿润灌溉, 抽穗后至收获前 7
d 保持浅水灌溉, 之后断水。按当地高产栽培进行化学防
控病虫害和田间杂草。2012 年澄迈于 1 月 13 日播种, 2
月 15日移栽, 4月 22日至 24日齐穗, 5月 27日收割; 长
沙于 5月 14日播种, 6月 12日移栽, 8月 18日至 22日齐
第 10期 谢小兵等: 低氮密植栽培对超级稻产量和氮素利用率的影响 1593
穗, 9月 28日收割。2013年澄迈于 1月 17日播种, 2月 23
日移栽, 4月 28日至 30日齐穗, 5月 29日收割; 长沙于 5
月 17日播种, 6月 15日移栽, 8月 19—22日齐穗, 9月 29
日收割。
1.3 测定项目及方法
1.3.1 分蘖动态 2012 年在移栽后 10 d, 从每个小区
定株选取 6穴, 每 4 d记载一次分蘖数至齐穗期。
1.3.2 齐穗期干物质 于齐穗期, 从每个小区随机选
取生长均匀且有代表性的植株6穴(边两行除外), 剪去根
系后均按茎叶、穗分类, 在105℃杀青30 min, 转至70℃
烘干至恒重 , 测定干物质量 (2013年长沙点齐穗期数据
不完整)。
1.3.3 产量及其构成 于成熟期 , 按对角线取样法 ,
从每个小区选取 5~10穴(D1、D2和 M1选取 10穴, D3、D4、
M2、M3和 M4选取 5 穴), 脱粒后用水选法分离实粒和秕
粒 , 烘干后考察结实率和千粒重(恒重 ), 并测定样本稻
草、实粒、秕粒的干重。从每小区中心收割 5 m2用于测
产, 折算成 14%含水量的实收产量, 同时调查每个小区
20穴, 计算单位面积有效穗数。
1.3.4 花后干物质生产比例和表观转化率 根据 1.3.2
和 1.3.3 所得齐穗期(茎叶、穗)和成熟期(稻草、实粒、秕
粒)的干物质量 , 花后干物质生产量=成熟期干物质量－
齐穗期干物质量。花后干物质生产比例(%)=100×花后干
物质积累/成熟期干物质量。表观转化率(%)=100×(齐穗期
茎叶干重－成熟期稻草干重)/籽粒干重。
1.3.5 氮肥偏因素生产率和氮素籽粒生产效率 成熟
期的稻草、实粒和秕粒经消化后采用荷兰 Skalar公司生产
的 Skalar San++流动注射分析仪测定氮素含量。氮肥偏因
素生产率(kg kg–1)=施氮区稻谷产量(kg hm–2)/施氮量(kg
N hm–2), 氮素籽粒生产效率(kg kg–1)=籽粒产量(kg hm–2)/
总氮累积量(kg N hm–2)。
1.4 数据处理
用 Microsoft Excel 2007整理数据, 用 DPS软件进行
数据分析, 用 LSD0.05法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 施氮量与栽插密度对水稻产量及其构成的影响
2012 年长沙和澄迈点施氮量和栽插密度对水稻产量
影响达到显著或极显著水平, 但施氮量与密度的互作对
产量影响不显著; 2013 年长沙点施氮量及其与密度的互
作和澄迈点栽插密度对产量影响达到极显著水平, 而其
余对产量影响不显著(表 1)。由表 2 可知, 2012—2013 年
两点产量随着施氮量和密度的增加表现为增加趋势, 其
中密植处理(D1、D2)的产量显著高于常规密度(D3、D4), 除
2013 年澄迈点外, 中氮(N2)和高氮(N3)水平的产量显著高
于低氮水平(N1), 但中氮与高氮之间产量差异不显著。
2013年澄迈在低氮水平(N1D1, 8.37 t hm–2)下获得最高产
量, 其余在高氮水平下获得, 分别为 N3D1 (9.39 t hm–2,
2012年澄迈)、N3D2 (11.12 t hm–2, 2012年长沙)和 N3D3
(8.62 t hm–2, 2013年长沙), 而最低产量均为 N1D4。从低氮
水平密植处理和高氮水平常规密度的产量来看, 2012 年
澄迈、2013年长沙在低氮水平下密植处理的平均产量分别
为 8.18 t hm–2和 8.13 t hm–2, 略低于中、高氮水平常规密度
的平均产量(8.64 t hm–2和 8.63 t hm–2、8.24 t hm–2和 8.59 t
hm–2), 而 2012 年长沙点在低氮水平下密植处理的平均产
量(10.29 t hm–2)介于中、高氮水平之间, 2013年澄迈点
表 1 不同施氮量和每穴苗数与栽插密度对产量影响的方差分析
Table 1 Analysis of variance of grain yield affected by transplanting densities under different N application rates and seedlings
per hill
地点 Site 处理 Treatment 2012 2013
湖南长沙 Changsha, Hunan 栽插密度 Transplanting densities (D) 4.49* 2.77ns
施氮量 N application rates (N) 6.16** 25.35**
栽插密度×施氮量 (D×N) 0.73ns 4.58**
栽插密度 Transplanting densities (M) 0.97ns 7.84**
每穴苗数 Seedlings per hill (S) 8.08** 5.37*
栽插密度×每穴苗数(M×S) 0.29ns 0.46ns
海南澄迈 Chengmai, Hainan 栽插密度 Transplanting densities (D) 9.71** 11.57**
施氮量 N application rates (N) 45.67** 0.37ns
栽插密度×施氮量 (D×N) 1.57ns 1.64ns
栽插密度 Transplanting densities (M) 4.08* 16.09**
每穴苗数 Seedlings per hill (S) 9.17** 16.42**
栽插密度×每穴苗数(M×S) 0.78ns 0.51ns
表中的数值为 F值, D和 M分别代表试验 1和试验 2密度的简称。*表示差异达到 0.05的显著水平, **表示差异达到 0.01的显著
水平, ns表示差异不显著。
The data in table are F-values. D and M represent the planting density of experiment 1 and experiment 2, respectively. * Significant at the
0.05 probability level based on analysis of variance. ** Significant at the 0.01 probability level based on analysis of variance. ns denotes
non-significance based on analysis of variance.
1594 作 物 学 报 第 41卷
(8.32 t hm–2)则比中、高氮水平高; 然而除2013年长沙点中
氮水平下密植处理的平均产量(8.52 t hm–2)略低于高氮水
平常规密度的产量(8.59 t hm–2)外, 其余均高于高氮水平。
施氮量和栽插密度对有效穗数、每穗粒数、总颖花数
和结实率的影响达到显著水平(2012年澄迈的每穗粒数和
长沙的结实率及2013年长沙的总颖花数例外)。有效穗数
随施氮量和密度的增加而增加, 而每穗粒数与之不同, 一
般在N2水平下最多 , 随密度的增加而减少 ; 总颖花数随
施氮量的增加表现为增加趋势 , 随密度变化趋势不尽一
致。2012年密植处理的总颖花数高于常规密度, 但2013年
差异较小; 结实率随施氮量的增加反而表现为降低趋势
(2013年长沙例外), 随密度的变化规律不明显, 2012年澄
迈密植处理的结实率低于常规密度 , 而2012年长沙和
2013年两点与之相反。施氮量(2012年澄迈例外)和密度
(2013年澄迈例外)对千粒重的影响达显著水平, 但均没有
相同规律。通过产量与产量构成的通径分析可知, 除2013
年长沙点有效穗数(0.3436*)对产量的总贡献第二外, 2012
年长沙点和两年澄迈点均以有效穗数对产量的总贡献最
大, 分别为0.6229**、0.7366**、0.6220**。由此可知, 低氮
密植处理获得最高或较高产量主要是因为密植在增加有效
穗数和总颖花数的同时, 减少施氮量还可以提高结实率。
2.2 每穴苗数与栽插密度对水稻产量及其构成的影响
两年两试验点每穴苗数和栽插密度对产量的影响达
到显著水平(2012年长沙点密度处理例外), 而互作对产量
的影响均不显著(表1)。随着每穴苗数的增加, 长沙点产量
表现为降低趋势, 以S1的产量最高, 2012年显著高于S2、
S3, 2013年显著高于S2; 澄迈点与之相反, 以S2或S3的产
量最高, 两年S2与S3产量差异不显著, 但均显著高于S1。
随密度的增加 , 长沙和澄迈产量均表现为增加趋势 , 以
M1的产量最高 , M4的产量最低, 但2012年长沙点密度间
产量差异不显著。从表3可知, 2012—2013年澄迈点最高产
量在每穴三本水平(S3)下获得, 均为S3M1 (9.00 t hm–2和
8.21 t hm–2), 最低产量组合为S1M4 (7.87 t hm–2和6.62 t
hm–2); 而长沙点的最高产量在每穴单本水平(S1)下获得 ,
分别为S1M2 (10.68 t hm–2)和S1M1 (8.77 t hm–2), 最低分别
为S3M4 (9.63 t hm–2)和S2M4 (7.55 t hm–2)。
有效穗数随每穴苗数和栽插密度的增加而显著增加,
每穗粒数与之相反 , 随每穴苗数和栽插密度的增加而显
著减少。每穴苗数与密度对2012年澄迈点和2013年长沙点
总颖花数的影响达到显著水平 , 但没有表现出一致的规
律。结实率因每穴苗数和密度的影响较小, 在每穴双本水
平(S2)下最高且随密度增加有提高的趋势, 但只有2013年
长沙点和澄迈点(每穴苗数)达到显著水平。千粒重在两年
长沙点和2013年澄迈(每穴苗数)的差异达到显著水平, 同
样在每穴双本水平下最高且随密度增加而增加。
依据表 3基本苗数(每穴苗数和密度的乘积)相同或相
近的组合即 S1M2与 S2M4 (27~28 本 m–2)、S1M1与 S3M4
(40~42 本 m–2)、S2M2与 S3M3 (54~57 本 m–2)、S2M1与
S3M2 (80~81 本 m–2) 可知, S1M2、S1M1、S2M2 和 S2M1
通过密度增加基本苗数(减苗增密), S2M4、S3M4、S3M3和
S3M2通过每穴苗数增加基本苗数(增苗减密)。除 2012 年
澄迈点的 S1M2与 S2M4, 2013年长沙点的 S2M2与 S3M3和
澄迈点 S2M2与 S3M3及 S1M1与 S3M4外, 其余均通过减苗
增密所获得的产量高于增苗减密, 其中 2012 年长沙点和
澄迈点分别高 1.7%~9.0%、0.3%~1.9%, 2013 年分别高
0.5%~14.0%、4.5%~4.9%。对于产量构成因子来说, 通过
减苗增密所形成的有效穗数高于增苗减密(2012 年长沙点
S1M1与 S3M4例外), 两年长沙点均达显著水平, 澄迈点仅
2012 年 S2M2与 S3M3、S2M1与 S3M2和 2013 年 S1M2与
S2M4未达到显著水平。而每穗粒数则是通过增苗减密的
处理高于减苗增密 , 但两年长沙点及 2012 年澄迈点的
S1M2 和 S2M4 与之相反。总颖花数、结实率和千粒重因
密度或每穴苗数的增加没有一致的规律。通过产量与产
量构成的通径分析可知 , 除 2012 年长沙点以每穗粒数
(0.3646*)对产量的贡献最大外, 2013 年长沙点和两年澄
迈点均以有效穗数对产量的贡献最大, 分别为 0.6515**、
0.6822**、0.8064**。可见 , 在基本苗数相同或相近的情
况下 , 减苗增密比增苗减密形成更多的有效穗数 , 从而
达到高产。
2.3 施氮量和每穴苗数与栽插密度对分蘖动态和成穗率
的影响
相同密度下单位面积茎蘖数随施氮量或每穴苗数的
增加而增加 , 而相同施氮量或每穴苗数下在高峰苗期之
前随密度的增加而增加(图1)。但在高峰苗期之后, 澄迈点
在相同苗数下单位面积茎蘖数始终随密度的增加而增加
(S1M2例外, 图1-D), 长沙点M4的茎蘖数反而高于M3 (图
1-C), 而在相同施氮量下D4的茎蘖数反而高于D2和D3 (澄
迈点高氮水平下仅高于D3, 图1-A和B)。
由表2和表3中单位面积有效穗数和图1可知, 随着施
氮量的增加和密度的减小, 有效分蘖期均相应延长, 其中
长沙点分别为1 d (相对于N1)左右和4~9 d (相对于D1), 澄
迈点分别为2~4 d和2~8 d。随着每穴苗数的增加和密度的
减小 , 有效分蘖期分别缩短和延长 , 其中长沙点均为4~
6 d (相对于S1或M1), 澄迈点分别为5~8 d和3~8 d。可见,
由于施氮量对有效分蘖期的影响小于密度 , 低氮水平密
植处理的有效分蘖期比高氮水平常规密度缩短6 d左右。
每穴苗数和密度对有效分蘖期的影响相当 , 故基本苗数
相同或相近的组合(S1M2与S2M4、S1M1与S3M4、S2M2与
S3M3、S2M1与S3M2)有效分蘖期差异不大。
施氮量对分蘖成穗率的影响不明显 , 而栽插密度对
其影响达到显著水平, 分蘖成穗率随密度的增加而增加;
每穴苗数和密度对澄迈点成穗率的影响不显著, 而对长
沙点影响显著, 成穗率随每穴苗数增加而降低, 但随密度
变化没有一致规律; 施氮量和每穴苗数与密度的互作对
成穗率的影响均未达到显著水平。长沙和澄迈低氮水平密
植处理的分蘖成穗率比中氮常规密度分别高 18.3%和
第 10期 谢小兵等: 低氮密植栽培对超级稻产量和氮素利用率的影响 1595
1596 作 物 学 报 第 41卷
第 10期 谢小兵等: 低氮密植栽培对超级稻产量和氮素利用率的影响 1597
图 1 施氮量和每穴苗数与栽插密度对水稻分蘖动态的影响
Fig. 1 Effect of N application rates, seedlings per hill and transplanting density on tillering dynamic in rice
N1、N2、N3分别为 75、150、225 kg N hm–2, D1、D2、D3、D4分别为 68、40、27、19穴 m–2; S1、S2、S3分别为每穴单本、双本、三
本, M1、M2、M3、M4分别为 40、27、19、14穴 m–2。A(C)、B(D)分别代表长沙和澄迈的分蘖动态。
N1, N2, and N3 are 75, 150, and 225 kg N hm–2, respectively. D1, D2, D3, and D4 are 68, 40, 27, and 19 hills m–2, respectively. S1, S2, and S3 are
1, 2, and 3 seedling(s) per hill, respectively. M1, M2, M3, and M4 are 40, 27, 19, and 14 hills m–2, respectively. A(C) and B(D) are tillering
dynamic of Changsha and Chengmai, respectively.
10.9%, 而与高氮水平相比, 长沙点略低于高氮水平, 澄
迈点则高 14.6%, 同样中氮水平密植处理的成穗率与高氮
常规密度相比, 长沙点低 5.7%, 澄迈点则高 19.6% (数据
未列出)。从基本苗数相同或相近的组合来看, 除 S2M2与
1598 作 物 学 报 第 41卷
S3M3及澄迈点的 S1M2与 S2M4外, 其余都是减苗增密的
分蘖成穗率高于增苗减密。
2.4 施氮量与栽插密度对干物质积累和氮肥利用率的影
响
齐穗期和成熟期干物质随施氮量与栽插密度的增加
表现为显著增加趋势, 而其互作仅 2012 年澄迈点齐穗期
有显著差异。施氮量与栽插密度及其互作对齐穗期茎叶表
观转化率和花后干物质占总干重比例的影响不显著, 而
收获指数仅 2012 年长沙的施氮量及其与密度的互作和
2013 年澄迈的密度对其影响未达显著水平。对于氮肥利
用率而言, 减少氮肥的施用量可以显著提高氮肥偏因素
生产力和氮素籽粒生产效率, 两年两点均以低氮(N1)水平
下的氮肥利用率最高, 显著高于 N2、N3; 增加密度仅能提
高氮肥偏因素生产力, 以 D1、D2处理最高, 显著高于 D3、
D4, 而氮素籽粒生产效率随密度的增加反而有下降趋势,
但差异较小。
由表 4和表 5可知, 齐穗期和成熟期在低氮水平密植
处理的干物质均低于高氮水平常规密度。2012 年齐穗期
干物质在中氮水平密植处理最高, 2013 年则在高氮水平
密植处理最高, 而成熟期干物质除 2013 年长沙点在高氮
水平下常规密度最高外, 其余均在高氮水平下密植处理
最高。在两年两点试验中, 低氮和中氮水平下密植处理的
表 4 施氮量与栽插密度对干物质积累和氮肥利用率的影响(2012)
Table 4 Effect of N application rates and transplanting densities on dry matter accumulation, PEP and IE in 2012
处理
Treatment
齐穗期
Heading (g m–2)
成熟期
Maturity (g m–2)
表观转化率
ATR (%)
花后干物质
生产比例
PPR (%)
收获指数
Harvest index
氮肥偏因素
生产力
PEP (kg kg–1)
氮素籽粒
生产效率
IE (kg kg–1)
湖南长沙 Changsha, Hunan
N1D1 1352.9 1953.1 25.3 30.7 0.52 136.0 56.1
N1D2 1227.6 1923.1 18.8 35.9 0.53 138.3 59.7
N1D3 1104.7 1743.7 11.1 36.5 0.51 124.7 61.7
N1D4 1062.5 1585.6 20.1 32.9 0.54 118.9 59.8
N2D1 1595.1 2286.5 26.0 30.4 0.51 71.6 46.2
N2D2 1385.4 2115.3 20.8 33.7 0.53 70.6 50.4
N2D3 1354.6 2020.2 23.0 31.9 0.53 68.9 52.9
N2D4 1243.9 1812.2 26.9 30.7 0.53 64.8 53.2
N3D1 1514.2 2587.6 4.3 41.2 0.49 46.9 35.3
N3D2 1329.2 2213.6 12.0 39.7 0.52 49.4 47.4
N3D3 1236.7 2232.0 5.8 43.5 0.52 45.5 47.5
N3D4 1431.0 2096.6 26.4 31.9 0.54 46.7 45.8
LSD0.05 268.3 386.3 24.6 15.5 0.03 8.2 9.3
海南澄迈 Chengmai, Hainan
N1D1 1018.7 1398.8 36.3 26.8 0.55 108.7 73.6
N1D2 922.1 1208.4 41.4 23.6 0.54 109.5 84.0
N1D3 808.1 1294.0 20.8 37.1 0.56 107.2 77.6
N1D4 803.5 1159.5 32.0 30.0 0.56 98.7 79.9
N2D1 1086.2 1441.9 41.3 24.2 0.51 59.8 71.4
N2D2 1106.9 1377.8 48.0 19.4 0.53 59.4 69.4
N2D3 1012.3 1466.1 30.2 30.8 0.53 58.0 63.2
N2D4 943.9 1576.1 17.1 40.0 0.54 57.2 57.1
N3D1 1096.8 1747.8 21.5 37.3 0.52 41.7 54.9
N3D2 954.7 1441.4 22.4 33.3 0.48 39.7 62.0
N3D3 1022.9 1566.6 24.1 34.6 0.55 38.3 57.0
N3D4 1015.8 1451.3 26.8 29.6 0.50 38.4 65.9
LSD0.05 91.5 193.8 19.7 11.6 0.03 4.0 8.3
N1、N2、N3分别为 75、150、225 kg N hm–2, D1、D2、D3、D4分别为 68、40、27、19穴 m–2。ATR、PPR、PEP和 IE分别为表
观转化率、花后干物质生产比例、氮肥偏生产力和氮素籽粒生产效率。
N1, N2, and N3 are 75, 150, and 225 kg N hm–2, respectively. D1, D2, D3, and D4 are 68, 40, 27, and 19 hills m–2, respectively. ATR, PPR,
PEP, and IE are abbreviations of apparent transformation rate, post-anthesis dry matter production rate, partial factor productivity of applied
nitrogen, and internal utilization efficiency of nitrogen, respectively.
第 10期 谢小兵等: 低氮密植栽培对超级稻产量和氮素利用率的影响 1599
表 5 施氮量与栽插密度对干物质积累和氮肥利用率的影响(2013)
Table 5 Effect of N application rates and transplanting densities on dry matter accumulation, PEP and IE in 2013
处理
Treatment
齐穗期
Heading
(g m–2)
成熟期
Maturity
(g m–2)
表观转化率
ATR (%)
花后干物质
生产比例
PPR (%)
收获指数
Harvest
index
氮肥偏因素
生产力
PEP (kg kg–1)
氮素籽粒
生产效率
IE (kg kg–1)
湖南长沙 Changsha, Hunan
N1D1 —# 1613.4 — — 0.45 110.0 82.4
N1D2 — 1475.0 — — 0.44 106.8 82.2
N1D3 — 1462.3 — — 0.46 99.9 88.4
N1D4 — 1345.4 — — 0.45 99.1 91.4
N2D1 — 1800.7 — — 0.47 56.2 67.6
N2D2 — 1676.6 — — 0.45 57.4 73.2
N2D3 — 1745.9 — — 0.48 55.4 78.2
N2D4 — 1574.0 — — 0.47 54.4 76.7
N3D1 — 1696.2 — — 0.46 36.2 66.1
N3D2 — 1791.8 — — 0.45 37.6 60.6
N3D3 — 1884.8 — — 0.45 38.3 60.0
N3D4 — 1717.2 — — 0.48 38.0 67.3
LSD0.05 183.0 0.02 3.7 17.8
海南澄迈 Chengmai, Hainan
N1D1 870.1 1426.5 18.4 38.6 0.54 111.6 64.2
N1D2 919.0 1332.9 31.3 31.2 0.53 110.2 90.2
N1D3 840.5 1196.6 33.1 29.0 0.51 103.0 98.7
N1D4 780.0 1160.7 30.3 31.8 0.51 93.0 93.3
N2D1 1010.3 1481.3 26.8 31.0 0.49 55.3 73.1
N2D2 1049.9 1389.9 39.8 24.6 0.49 52.4 66.5
N2D3 981.3 1410.8 31.5 30.2 0.48 51.4 64.8
N2D4 934.8 1341.1 32.1 29.9 0.48 51.9 81.7
N3D1 1289.3 1496.5 56.0 13.1 0.49 36.4 67.9
N3D2 1043.1 1531.2 27.1 31.8 0.48 35.5 58.4
N3D3 897.1 1408.1 20.5 36.3 0.48 34.1 62.6
N3D4 948.2 1416.5 26.6 32.6 0.51 32.6 62.6
LSD0.05 184.2 214.3 31.0 17.0 0.02 4.9 13.5
N1、N2、N3分别为 75、150、225 kg N hm–2, D1、D2、D3、D4分别为 68、40、27、19穴 m–2。ATR、PPR、PEP和 IE分别为表
观转化率、花后干物质生产比例、氮肥偏生产力和氮素籽粒生产效率。#2013年长沙齐穗期数据不完整。
N1, N2, and N3 are 75, 150, and 225 kg N hm–2, respectively. D1, D2, D3, and D4 are 68, 40, 27, and 19 hills m–2, respectively. ATR, PPR,
PEP, and IE are abbreviations of apparent transformation rate, post-anthesis dry matter production rate, partial factor productivity of applied
nitrogen, and internal utilization efficiency of nitrogen, respectively. # Not sampling at heading in 2013 in Changsha.
表观转化率均高于高氮水平常规密度 , 但花后干物质占
总干重比例表现为低氮水平密植处理低于高氮水平常规
密度。另外, 澄迈点低氮密植处理的收获指数高于中、高
氮常规密度, 而长沙点与之相反。从表 4和表 5还可以看
出, 不管是氮肥偏因素生产力还是氮素籽粒生产效率, 低
氮水平的密植处理分别比高氮水平的常规密度平均高
150.6%和 19.6%。
2.5 每穴苗数与栽插密度对干物质积累的影响
每穴苗数对齐穗期和成熟期干物质、表观转化率、花
后干物质生产比例和收获指数的影响未达到显著水平 ,
而密度对其影响除收获指数和 2012 年澄迈点成熟期干物
质外均达到显著水平 , 其中齐穗期和成熟期的干物质随
密度增加表现为增加趋势, 其他指标没有一致规律; 每穴
苗数与密度的互作仅对 2012 年澄迈点表观转化率和花后
干物质生产比例的影响显著, 其余均不显著。
在基本苗数相同或相近的组合之间, S1M2、S1M1、
S2M2和 S2M1齐穗期的干物质积累量高于 S2M4、S3M4、
S3M3 和 S3M2, 成熟期干物质除 S2M2 与 S3M3 (澄迈)和
S2M1与 S3M2外, 其余也均前者高于后者, 即通过减苗增
密积累的干物质量高于增苗减密。各组合之间收获指数差
异较小, 而表观转化率与花后干物质生产比例呈互补趋
势, 即表观转化率下降时花后干物质生产比例则提高, 前
1600 作 物 学 报 第 41卷
表 6 每穴苗数与栽插密度对干物质积累和收获指数的影响
Table 6 Effect of seedlings per hill and transplanting densities on dry matter accumulation and harvest index
地点
Site
处理
Treatment
基本苗数
Seedlings m–2
齐穗期
Heading (g m–2)
成熟期
Maturity (g m–2)
表观转化率
ATR (%)
花后干物质生产比例
PPR (%)
收获指数
Harvest index
2012
S1M2 27 1278.1 2045.4 17.2 37.6 0.54
S2M4 28 1140.7 1922.3 11.7 40.6 0.54
S1M1 40 1287.7 2346.1 5.6 45.0 0.55
S3M4 42 1152.5 1921.3 10.7 40.0 0.54
S2M2 54 1238.7 2211.1 4.7 43.9 0.54
S3M3 57 1177.1 1866.5 17.5 36.8 0.54
S2M1 80 1345.6 2235.8 10.1 39.7 0.53
S3M2 81 1212.1 2273.5 2.5 46.7 0.55
湖南长沙
Changsha,
Hunan
LSD0.05 244.5 249.2 17.0 10.7 0.03
S1M2 27 986.3 1368.0 34.2 27.9 0.53
S2M4 28 823.7 1321.5 16.6 37.5 0.51
S1M1 40 998.6 1533.5 23.2 34.9 0.52
S3M4 42 903.6 1422.0 17.1 36.4 0.51
S2M2 54 1054.3 1322.4 48.0 20.2 0.51
S3M3 57 910.5 1356.7 27.0 32.7 0.52
S2M1 80 1088.4 1474.0 36.1 26.0 0.53
S3M2 81 958.0 1472.7 24.6 34.9 0.52
海南澄迈
Chengmai,
Hainan
LSD0.05 102.8 174.0 14.8 9.2 0.02
2013
S1M2 27 —# 1758.6 — — 0.45
S2M4 28 — 1413.1 — — 0.47
S1M1 40 — 1750.3 — — 0.44
S3M4 42 — 1525.1 — — 0.45
S2M2 54 — 1724.8 — — 0.44
S3M3 57 — 1705.1 — — 0.44
S2M1 80 — 1646.9 — — 0.44
S3M2 81 — 1749.8 — — 0.46
湖南长沙
Changsha,
Hunan
LSD0.05 241.1 0.02
S1M2 27 775.3 1260.1 19.3 38.5 0.52
S2M4 28 746.9 1201.5 21.2 37.6 0.51
S1M1 40 858.2 1269.6 24.7 32.4 0.50
S3M4 42 781.5 1198.0 24.9 34.7 0.52
S2M2 54 897.4 1255.0 35.9 28.5 0.51
S3M3 57 899.1 1357.0 28.7 33.4 0.54
S2M1 80 1071.7 1337.6 48.6 18.7 0.52
S3M2 81 951.4 1472.8 23.2 34.9 0.52
海南澄迈
Chengmai,
Hainan
LSD0.05 142.2 147.2 23.4 14.1 0.03
S1、S2、S3分别为每穴单本、双本、三本, M1、M2、M3、M4分别为 40、27、19、14 穴 m–2。ATR 和 PPR 分别为表观转化率和
花后干物质生产比例。#2013年长沙齐穗期数据不完整。
S1, S2, and S3 are 1, 2, and 3 seedling(s) per hill, respectively. M1, M2, M3, and M4 are 40, 27, 19, and 14 hills m–2, respectively. ATR and
PPR are abbreviations of apparent transformation rate and post-anthesis dry matter production rate, respectively. # Not sampling at heading in
2013 in Changsha.
第 10期 谢小兵等: 低氮密植栽培对超级稻产量和氮素利用率的影响 1601
者提高则后者下降。
3 讨论
“密”, 即合理密植, 是我国农业的“八字宪法”之
一。20世纪50年代末至70年代中, 随着第一次水稻绿色革
命的矮秆化和早熟化 , 我国水稻高产栽培强调增加栽插
密度; 20世纪70年代中至90年代末, 随着化肥施用量的增
加和分蘖能力强的杂交水稻的推广应用 , 移栽密度大幅
度降低; 20世纪90年代中期以来, 超级稻的选育获得重大
进展, 其产量潜力主要表现为大穗, 在生产上通常培育带
蘖壮秧或小苗稀植移栽[2,5-6]。然而, 超级稻在稀植条件下
要获得稳定穗数的同时培育大穗并保持后期功能叶片不
早衰, 必然要确保氮素的供给才能达到高产或超高产。目
前, 为了充分发挥超级稻的增产潜力, 氮肥施用量过大,
导致氮肥利用率低[14,16-17]和氮肥盈余[18]。已有研究表明通
过适当增加栽插密度及减少氮肥用量 , 既可以实现水稻
高产又能提高氮素利用率[19-23]。从本研究结果来看, 密植
处理D1与D2之间, 或常规密度D3与D4之间的产量差异不
显著 , 但密植处理的产量显著高于常规密度 , 增幅为
4.5%~12.5%。低氮(N1)密植处理与中氮(N2)或高氮(N3)常
规密度比较, 产量或高或低, 存在年度间和地点间差异。
其中, 2012年澄迈、2013年长沙点低氮密植处理的平均产
量略低于中、高氮常规密度, 但2012年长沙点介于中氮和
高氮之间, 2013年澄迈点则比中氮和高氮高; 而两年两点
中氮密植处理的平均产量均高于高氮常规密度。低氮密植
处理的氮肥偏生产力分别比中氮和高氮常规密度高
89.4%~114.6%和184.0%~232.6%, 氮素籽粒生产效率分
别高5.4%~30.9%和23.3%~29.2%; 中氮密植处理的氮肥
偏生产力比高氮水平常规密度高48.8%~61.4%, 氮素籽粒
生产效率高3.6%~14.6%。这与前人的研究结果基本一致。
但是, 大幅增加栽插密度也会带来如下问题。
(1) 超级稻一般分蘖能力较强[6], 栽插密度过大会缩
短有效分蘖期, 增加无效分蘖数, 降低分蘖成穗率, 影响
个体和群体的健壮[24-25]。本研究表明, 密植处理与常规密
度相比, 有效分蘖期缩短6 d左右, 但分蘖成穗率平均提高
10.9%。密植处理D1在所有处理中有效穗数最多, 每穗粒数
最少, 总颖花量最多或较多, 虽然最终产量显著高于常规
密度, 但与密植处理D2差异不显著, 甚至略低于D2(长沙),
可能是由于D1的密度过高, 影响了个体和群体的健壮。
(2) 依据刘学军等 [26]的研究结果 , 我国南方稻田每
年干湿沉降和灌溉水中输入的氮素总量约为70 kg hm–2,
按氮素表观吸收利用率为50%计算, 2012年长沙点N1D1、
N1D2的土壤供氮达69.2 kg hm–2和61.3 kg hm–2, 而2013年
则余留至土壤的氮素达12.4 kg hm–2和15.0 kg hm–2; 海南
点除2013年N1D1需要土壤供氮17.9 kg hm–2外, 其余低氮
密植处理均余留至土壤1.7~20.9 kg hm–2氮素。可见, 长期
低氮(75 kg hm–2)密植(68穴 m–2)栽培可能对土壤肥力产
生不利影响, 建议生产上增施有机肥培肥地力。
(3) 由于本研究是小区试验且采用手工栽插, 用工成
本较高, 随着水稻机械化插秧和轻简栽培的大面积推广,
用工成本会大大降低。低氮密植可以节省氮肥, 但同时增
加密度也会增加用种量, 伴随病虫害的加重, 因此, 低氮
密植栽培的综合经济效益和病虫危害的程度有待深入研
究。
综上所述, 超级稻的施氮量 100~150 kg N hm–2和栽
插密度 40 穴 m–2 左右, 不仅有利于稻田的可持续生产,
还能获得高产并显著提高氮肥利用率。
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