全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(3): 466476 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30771274), 国家科技攻关计划项目(2006BAD02A13-3-2), 2008年中央级科研院所基本科研业务费专项基金
(农业)项目(200803030)和江苏省基础研究计划项目(BK2009005)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 杨建昌, E-mail: jcyang@yzu.edu.cn
Received(收稿日期): 2009-06-19; Accepted(接受日期): 2009-12-08.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00466
中粳稻不同栽培模式对产量及其生理特性的影响
薛亚光 1 陈婷婷 1 杨 成 2 王志琴 1 刘立军 1 杨建昌 1,*
1 扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州 225009; 2 江苏省东海农场, 江苏东海 222312
摘 要: 旨在探讨水稻高产与氮肥高效利用的栽培技术。用中粳稻品种进行当地高产栽培(对照)、超高产栽培和高产
高效栽培等处理, 比较分析在不同栽培技术体系下产量形成特点及其生理原因。与对照相比, 高产高效栽培增加了根
和地上部植株干重、提高了根系细胞分裂素含量、根系氧化力、粒叶比、灌浆中后期叶片光合速率、抽穗期茎鞘中
非结构性碳水化合物累积量、物质运转率和收获指数; 产量增加了 31%, 氮肥农学利用率(单位施氮量增加的产量)
增加了 57%。说明通过栽培技术的集成优化, 可以促进植株生长, 进而获得高产和氮肥高效利用的效果。
关键词: 中粳稻; 高产高效; 氮肥利用率; 实地养分管理; 精确灌溉; 植株生长
Effects of Different Cultivation Patterns on the Yield and Physiological Charac-
teristics in Mid-Season Japonica Rice
XUE Ya-Guang1, CHEN Ting-Ting1, YANG Cheng2, WANG Zhi-Qin1, LIU Li-Jun1, and YANG Jian-Chang1,*
1 Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 2 Donghai Farm of Jiangsu
Province, Donghai 222312, China
Abstract: Rice is one of the most important food crops in China. The realization of continuously high yield has great significance
in ensuring food security and society stability. Meanwhile, low nitrogen (N) use efficiency is a serious problem in rice production
in China. The objective of this study was to investigate if a cultivation technique could coordinately increase both grain yield and
N use efficiency in rice. Mid-season japonica rice cultivars were used with the treatments of local high-yielding cultivation (con-
trol), super high-yielding cultivation, and high-yielding and high N use efficiency cultivation (HHC). The characteristics of grain
yield formation under different cultivation systems and their physiological basis were analyzed. The results showed that, com-
pared with the control, the HHC significantly increased biomass of root and shoot, root cytokinin concentration and root oxidation
activity, grain-leaf ratio, leaf photosynthetic rate during the mid and late grain filling periods, nonstructural carbohydrate accumu-
lation in stems and sheaths at the heading time, remobilization of carbon accumulated from heading to mature stage, and harvest
index. The HHC increased grain yield by 31% and agronomic N use efficiency (increased grain yield per unit N application) by
57% when compared with the control. The results suggest that root and shoot growth could be improved and high grain yield and
high N use efficiency could be achieved through integrating and optimizing cultivation techniques in rice production.
Keywords: Mid-season japonica rice; High yield and high efficiency; Nitrogen use efficiency; Site-specific nutrient management;
Precise irrigation; Root and shoot growth
水稻是我国最重要的粮食作物, 其种植面积占
整个谷物播种面积的 26.6%, 稻谷总产占粮食总产
的 43.6%[1-2]。长期以来, 为减轻人口增加对粮食需
求的压力, 我国一直将提高单位面积产量作为水稻
生产的主要任务。目前, 全国的水稻单产水平已超
过 6 t hm2, 高出世界平均水平 65%, 这为我国乃至
世界粮食生产的发展作出了重要贡献。但在另一方
面, 随着水稻产量水平的提高, 化肥特别是氮肥的
施用量不断增加。目前, 我国氮肥用量占全球氮肥
用量的 30%, 为世界第一消费大国[3]。中国稻田单季
水稻氮肥用量平均为 180 kg hm2, 这一用量比世界
稻田氮肥单位面积平均用量大约高 75%左右。太湖
稻区部分高产田的施氮量为 270~300 kg hm2, 高的
已达 350 kg hm2 [3-4]。氮肥的过量施用直接和间接地
导致一系列不良的环境反应。氮肥的表面流失和渗漏
直接导致地下水污染和江河湖泊的富营养化作用[3-5]。
第 3期 薛亚光等: 中粳稻不同栽培模式对产量及其生理特性的影响 467


过高的氮肥投入还会造成水稻倒伏、后期贪青迟熟、
加重病虫害和稻米品质变劣等危险[6-8]。
实现作物高产和氮肥的高效利用是当前农业生
产的迫切需求。为此, 国内外农业科学工作者作了
大量工作并形成了一批重要的技术, 如“测土配方技
术”、“超高产栽培技术”、“精确定量栽培技术”、“实
地养分管理技术”等, 为提高作物产量或减少氮肥施
用量做出了重要贡献 [5-12]。但这些技术或侧重于高
产、或侧重于养分资源的高效利用, 难以实现产量
与氮肥利用效率的大幅度同步提高。本试验以中粳
稻品种为材料, 比较分析了在不同栽培模式下产量
形成特点和氮肥利用效率差异及其生理原因, 旨在
为建立水稻高产氮肥高效利用栽培技术体系提供理
论和实践依据。
1 材料与方法
1.1 高产与氮肥高效利用栽培技术的小区试验
1.1.1 材料与试验地基本情况 试验于 2006—
2007 年在连云港市黄淮海地区良种示范基地(东海
县, 3420′N, 11840′E)和 2008年在扬州大学农学院
实验农场(3230′N, 11925′E)进行。两地前茬作物均
为小麦。连云港市黄淮海地区良种示范基地土壤质
地为黏壤土, 含有机质 1.96%、全氮 0.12%、碱解氮
85.40 mg kg1、速效磷 27.35 mg kg1、速效钾为
170.80 mg kg1; 供试的品种为中熟粳稻品种连粳 6
号, 5 月 17 日播种, 6 月 17 日移栽, 株行距为 25
cm×13 cm, 每穴 2个种子苗, 于 8月 30日抽穗, 10
月 18日收割。扬州大学农学院实验农场土壤质地为
沙壤土, 耕作层含有机质 2.02%、全氮 0.13%、碱解
氮 86.2 mg kg1、速效磷 24.5 mg kg1、速效钾 85.6 mg
kg1; 供试品种为连粳 6号和淮稻 9号(超级稻), 5月
10日播种, 6月 10日移栽, 株行距为 20 cm×20 cm,
每穴 2个种子苗, 于 8月 22日抽穗, 10月 16日收割。
1.1.2 处理 用拖拉机旋耕试验田 , 耕深 8~10
cm, 上水后耱平。设以下 4个处理。
A, 氮空白区。不施氮肥, 仅在移栽前基施磷
肥 (过磷酸钙 , 含 P2O5 13.5%)和钾肥 (氯化钾 , 含
K2O 60%), 施用时间和施用量见表 1。除生育中期
(12~14叶龄期)排水搁田外, 其余时期保持水层。
B, 当地高产栽培(对照)。目标产量 8.5~9.0 t
hm2。总施氮量(纯氮)为 270 kg hm2, 按基肥(移栽
前)∶分蘖肥(移栽后 5~7 d)∶穗肥(叶龄余数 1.5)＝
6∶2∶2施用。氮、磷、钾肥施用时间和施用量见表
1。除生育中期排水搁田外, 其余时期保持水层。
C, 超高产栽培(高量化肥投入取得高产)。目标
产量 11~12 t hm2。采用以下关键栽培技术:
I 稀播育壮秧。湿润育秧, 播量较一般高产栽培
减少 15%, 秧大田比＝1∶5~6。秧龄 22~25 d, 移栽
时秧苗带分蘖 2~3个。
II 增加氮肥用量 , 前氮后移。氮肥 (纯氮 )
435~450 kg hm2分基肥、分蘖肥、促花肥(叶龄余数
3.5)和保花肥(叶龄余数 1.2) 4 次施用。氮、磷、钾
肥施用时间和施用量见表 1。
III 精确灌溉。从移栽至返青建立浅水层; 返青
至有效分蘖临界叶龄期(Nn)前 2 个叶龄期(Nn2)进
行间隙湿润灌溉, 低限土壤水势为10 kPa (土壤埋
水深度 10~15 cm); (Nn1)叶龄期至(Nn)叶龄期进
行排水搁田, 低限土壤水势为20 kPa (土壤埋水深
度 15~20 cm), 并保持 1个叶龄期; (Nn+1)叶龄期至
二次枝梗分化期初(倒三叶开始抽出)进行干湿交替
灌溉 , 低限土壤水势为25 kPa (土壤埋水深度
25~30 cm); 二次枝梗分化期(倒三叶抽出期)至出穗
后 10 d进行间隙湿润灌溉, 低限土壤水势为10 kPa
(土壤埋水深度 10~15 cm); 抽穗后 11 d至抽穗后 45
d 进行干湿交替灌溉, 低限土壤水势为15 kPa (土
壤埋水深度 14~18 cm)。各生育期达到上述指标即灌
2~3 cm浅层水, 用水分张力计监测土壤水势。通过
田间挖坑或在田间插入直径为 10 cm的塑料管监测
土壤埋水深度。
D, 高产与氮肥高效利用栽培(合理投入获得高
产, 简称高产高效栽培)。目标产量 10~11 t hm2, 氮
肥农学利用率>20 kg kg1 N。采用以下主要栽培技术:
I 稀播育壮秧。同超高产栽培。
II 实地养分管理。依据土壤养分的有效供给量、
水稻的目标产量和稻株对养分的吸收量和当季的肥
料利用率确定氮、磷、钾总施肥量范围; 依据叶色
或叶片含氮量与叶绿素测定仪(SPAD)测定值或叶色
卡(LCC)读数的对应关系 , 确定主要生育期水稻需
氮供氮的 SPAD和 LCC指标值。根据目标产量和土
壤的供肥能力 , 在超高产栽培和高产高效栽培中 ,
适当增加磷、钾肥的施用量。各处理氮、磷、钾肥
施用时间和实际施用量见表 1。
III 精确灌溉。同超高产栽培。
小区面积 6 m × 8 m, 重复 4次, 随机区组排列。
各小区间筑埂并用塑料薄膜包埂。区组间筑灌水沟
便于各小区单独灌溉。

468 作 物 学 报 第 36卷

表 1 试验地不同处理的施肥量
Table 1 Amount of fertilizer application for different treatments (kg hm2)
基肥
Basal fertilizer
分蘖肥
Tillering
fertilizer
促花肥
Spikelet-promoting
fertilizer
保花肥
Spikelet- protecting
fertilizer
总施肥量
Total amount 品种
Variety
处理
Treat-
ment
N P2O5 K2O N N P2O5 K2O N N P2O5 K2O

A 0 45 90 0 0 0 0 0 0 45 90
B 162 45 90 54 0 0 0 54 270 45 90
C 225 63 75 45 90 27 75 90 450 90 150
连粳 6 号
Lianjing 6
D 120 63 75 75 45 1)
60 2)
50 3)
27 75 60 1)
45 2)
55 3)
300 90 150

A 0 45 90 0 0 0 0 0 0 45 90
B 162 45 90 54 0 0 0 54 270 45 90
C 210 60 75 45 90 27 75 90 435 90 150
淮稻 9 号
Huaidao 9
D 120 63 75 75 60 27 75 60 315 90 150
A: 不施用氮肥(0N); B: 当地高产栽培; C: 超高产栽培; D: 高产高效栽培; 1)、2)和 3)分别代表 2006、2007和 2008年促花肥或保
花肥的氮肥施用量。
A: no nitrogen was applied (0N); B: local high-yielding cultivation; C: super high-yielding cultivation; D: high-yielding and high effi-
ciency cultivation. The symbols 1), 2), and 3) represent the nitrogen application of spikelet-promoting fertilizer or spikelet-protecting fertilizer
in 2006, 2007, and 2008, respectively.

1.1.3 取样与测定
1.1.3.1 干物质及叶面积测定 分别于移栽期、
有效分蘖临界叶龄期(Nn)、拔节期、抽穗期和成熟
期(收获前 1 d), 从各小区取 10 穴稻株, 分解为绿
叶、枯叶、茎、鞘和穗(抽穗以后), 测定叶面积和干
物质重。以长×宽×0.75计叶面积。
1.1.3.2 植株碳水化合物与氮磷钾含量的测定
上述各期测定干物质的样品经粉碎后用于测定植株
非结构性碳水化合物(NSC)和氮(N)、磷(P)、钾(K)
的含量。用蒽酮法测定 NSC(可溶性糖和淀粉), 用
FOSS 公司的全自动凯氏定氮仪测定氮, 用钒钼黄
比色法测定磷, 用火焰光度法测定钾[13]。
1.1.3.3 根干重和根系活力测定 分别于拔节
期、抽穗期和成熟期, 各处理取 6穴稻株, 剪去地上
部分后以每穴根茬为中心, 用自制挖根器(长 30 cm,
宽 10 cm, 高 20 cm)挖取根土, 置 40目尼龙网袋中,
用流水冲洗, 烘干后称重。
分别在抽穗期、乳熟期和蜡熟期, 各处理取 6
穴稻株, 用上述相同方法取根后, 测定根系氧化力
和根中玉米素(Z)和玉米素核苷(ZR)含量。用 α-萘胺
法[14]测定根系氧化力。参照 Bollmark等[15]介绍的酶
联免疫法(ELISA)测定根系 Z+ZR含量, 每一样品至
少重复 4次。Z+ZR的回收率(%) 为 80.5  6.5。
1.1.3.4 考种计产 成熟期各小区取 2个 10穴用
于考种, 考查每穗粒数、结实率和千粒重。各小区
按实收穴数计产。
1.2 高产高效栽培技术的示范
1.2.1 示范品种和示范地基本情况 示范基地设
在江苏省东海农场一分场 8 号地第 1 条田(GPS：
3428.763 N, 11846.265 E)。试验地前茬为小麦, 土
壤类型为黏质壤土, 含有机质 2.46%、速效氮 103 mg
kg1、速效钾 207 mg kg1、速效磷 32 mg kg1。2007
年和 2008 年的示范品种分别为连粳 6 号和苏秀 9
号。5 月 18 日播种, 6 月 18 日移栽, 株行距为 25
cm×13 cm, 每穴 2个种子苗, 于 8月 30日抽穗, 10
月 18日收割。示范基地的面积均为 1.33 hm2, 采用
上文介绍的高产高效栽培技术。在高产高效示范方
内选择一个田块(面积 0.12 hm2)作为对照(当地高产
栽培)。对照田的土壤质地和养分、选用的品种同超
高产田, 育秧方式、栽插密度和肥水管理等均同当
地的常规高产栽培。当地高产栽培(对照地)的氮(N)、
磷(P2O5)和钾(K2O)施用量分别为 270、54和 108 kg
hm2, 两品种的施肥量相同, 施肥时间、施肥次数和
各次的施肥量比例同表 1 中的处理 B。高产高效栽
培示范地的氮肥施用量, 连粳 6 号为 300 kg hm2,
苏秀 9号为 315 kg hm2; 两品种的施磷量均为 90 kg
hm2, 施钾量为 180 kg hm2, 施肥时间、施肥次数
和各次施肥量比例同表 1中的处理 D。
1.2.2 考种与计产 在收获前每品种各类型田块
取 100穴测定穗数, 取 3个 10穴测定稻株干重、结
实率和千粒重以及茎、鞘、叶、穗中氮、磷、钾含
量。5点梅花形取样法, 每点实收 10 m2以上, 去除
第 3期 薛亚光等: 中粳稻不同栽培模式对产量及其生理特性的影响 469


杂质, 按稻谷含水量 14%计产, 并经验收专家组核实。
1.3 计算与统计方法
每穗粒数(颖花数) = 实收产量/(单位面积穗数×
结实率×千粒重);
收获指数 = 籽粒产量(含水量 14%)/地上部分
总干重(含水量 14%);
颖花/叶(cm2) = 总颖花数/抽穗期叶面积;
实粒/叶(cm2) = 总实粒数/抽穗期叶面积;
粒重(mg)/叶(cm2) = 籽粒产量/抽穗期叶面积;
茎鞘 NSC运转率(%) = (抽穗期茎鞘 NSC量–成
熟期茎鞘 NSC量)/抽穗期茎鞘 NSC量×100;
NSC对籽粒的贡献率(%) = [抽穗期茎鞘中 NSC
量–成熟期茎鞘中 NSC量]/籽粒重量×100;
氮吸收利用率(%) = (施氮区作物吸氮量–氮空
白区作物吸氮量)/施氮量;
氮农学利用率(kg 稻谷 kg1 N) = (施氮区产量
–氮空白区产量)/施氮量;
氮生理利用率(kg 稻谷 kg1 N) = (施氮区籽粒
产量–氮空白区籽粒产量)/(施氮区植株吸氮量–空白
区植株吸氮量);
氮偏生产力(kg 稻谷 kg1 N) = 水稻产量/施氮量;
产谷利用效率(kg kg1) = 稻谷产量(kg)/稻株中
养分(N, P, K)吸收量(kg);
产谷吸收量(kg t1) = 稻株中养分(N, P, K)吸收
量(kg)/稻谷重量(t)。
用 SAS 软件进行数据方差分析, 用最小显著差
法(LSD0.05)检验平均数。
2 结果与分析
2.1 高产高效栽培试验结果
2.1.1 产量及其构成因素 当地高产栽培 (对
照)、超高产栽培和高产高效栽培 3年的平均产量分
别为每公顷 9.41、11.84和 11.56 t (表 2)。超高产栽
培和高产高效栽培的产量均显著高于对照。总颖花
量(穗数×每穗颖花数)的显著增加是超高产栽培和高
产高效栽培产量增加的主要原因。与超高产栽培相
比, 高产高效栽培的每穗颖花数显著减少, 因而总
颖花量显著降低, 但结实率显著提高。总实粒数(穗
数×每穗颖花数×结实率)在超高产栽培(434 × 106粒
hm2)与高产高效栽培 (423×106 粒 hm2)间仅相差
2.5%, 因而两者的产量无显著差异。相同品种的千
粒重在各处理间差异很小。在 4种处理中, 0N处理
的产量最低。在不同年份、不同地点或不同品种间,
各处理的结果趋势表现一致(表 2)。

表 2 各处理的水稻产量及其构成因素
Table 2 Grain yield and its components for different treatments
地点/年份
Location/year
品种
Variety
处理
Treatment
穗数
No. of panicles
(×104 hm2)
每穗粒数
Spikelets per
panicle
结实率
Filled grains
(%)
千粒重
1000-grain
weight (g)
产量
Grain yield
(t hm2)

A 142 c 147 d 90.5 a 27.2 a 5.14 c
B 264 b 161 c 82.7 c 26.7 a 9.38 b
C 286 a 183 a 85.4 b 27.0 a 12.07 a
东海/2006
Donghai/2006
连粳 6号
Lianjing 6
D 282 a 175 b 87.6 a 27.1 a 11.72 a

A 139 d 149 d 90.3 a 27.1 a 5.07 c
B 263 c 160 c 83.5 b 26.8 a 9.42 b
C 278 a 186 a 84.9 b 26.9 a 11.81 a
东海/2007
Donghai/2007
连粳 6号
Lianjing 6
D 276 a 172 b 88.6 a 27.0 a 11.35 a

A 136 c 138 d 88.2 a 27.1 a 4.49 c
B 254 b 155 c 82.3 b 27.0 a 8.79 b
C 274 a 176 a 83.9 b 27.1 a 10.96 a
扬州/2008
Yangzhou/2008
连粳 6号
Lianjing 6
D 268 a 170 b 87.6 a 27.2 a 10.86 a

A 142 d 176 d 82.2 a 28.3 a 5.81 c
B 206 c 225 c 76.8 c 28.1 a 10.03 b
C 236 a 252 a 75.1 c 28.0 a 12.51 a
扬州/2008
Yangzhou/2008
淮稻 9号
Huaidao 9
D 232 b 234 b 80.2 b 28.3 a 12.32 a
A: 不施用氮肥(0N); B: 当地高产栽培; C: 超高产栽培; D: 高产高效栽培。同年份同品种内比较, 标以不同字母的值在 0.05水
平上差异显著。
A: no nitrogen was applied (0N); B: local high-yielding cultivation; C: super high-yielding cultivation; D: high-yielding and high efficiency
cultivation. Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level within the same year and the same variety.
470 作 物 学 报 第 36卷

2.1.2 氮肥利用效率 氮肥的吸收利用率(施氮
后植株吸收氮的增加量占总施氮量的比例)、农学利
用率(单位氮肥增加的稻谷产量)、生理利用率(施氮
后增加的稻谷产量占植株吸收氮增加量的比值)和
氮肥偏生产力(产量与施氮量的比值)均以高产高效
栽培的最高, 显著高于对照(当地高产栽培)或超高
产栽培(表 3)。超高产栽培的氮肥吸收利用率显著高
于对照, 氮肥农学利用率与对照无显著差异, 但生
理利用效率和氮肥偏生产力显著低于对照。表明高
产高效栽培提高了氮肥的利用效率, 超高产栽培虽
然促进了稻株对氮肥的吸收利用, 但未能将吸收的
氮素有效地转化为经济产量。
2.1.3 生理性状
2.1.3.1 干物质重和根冠比 图 1表明各生育期植
株地上部和根系干物质重, 超高产栽培和高产高效
栽培显著高于当地高产栽培; 在超高产栽培与高产
高效栽培两处理间无显著差异(图 1-a~f)。各时期的
根冠比, 在 4种处理中均以当地高产栽培(对照)最低
(图 1-g~i); 拔节期和抽穗期的根冠比在 0N、超高产
栽培和高产高效栽培 3 个处理间无显著差异; 成熟期
的根冠比, 高产高效栽培显著高于其他各处理。
在拔节前, 当地高产栽培的氮肥施用量高于高
产高效栽培, 但拔节时的干物质重低于高产高效栽
培(图1-a~c), 其原因可能与移栽时的秧苗素质有关。
高产高效栽培所用的秧苗素质好, 移栽后稻苗返青
和分蘖发生早, 干物质累积快, 而当地高产栽培所
用的秧苗素质差 , 移栽后稻苗返青和分蘖发生迟 ,
干物质累积慢。
2.1.3.2 根系生理活性和叶片光合速率 抽穗
期、乳熟期和蜡熟期的根系氧化力和根中玉米素
(Z)+玉米素核苷(ZR)含量, 均表现为高产高效栽培>
超高产栽培>当地高产栽培(对照)>0N, 特别是根系
Z+ZR 含量, 高产高效栽培明显高于其他各处理(图
2-a~f)。
与根系生理活性的变化趋势相一致, 结实期叶
片光合速率表现为高产高效栽培>超高产栽培>当地
高产栽培(对照)>0N (表 4)。超高产栽培特别是高产
高效栽培在每穗颖花数较多情况下有较高的结实率,
灌浆结实期根系活力强、根系细胞分裂素(Z+ZR)含
量高、叶片衰老慢(叶片光合速率高)是其重要生理
原因。
2.1.3.3 叶面积和粒叶比 抽穗期叶面积指数
(LAI)的大小与施氮量的多少表现一致, 即 LAI超高
产栽培>高产高效栽培>当地高产栽培(对照)>0N (表
5)。各处理的颖花/叶(cm2), 高产高效栽培显著大于
超高产栽培和当地高产栽培, 超高产栽培与当地高
产栽培间无显著差异(表 5)。实粒/叶(cm2)和粒重/叶
(cm2), 表现为高产高效栽培>超高产栽培>当地高产
栽培(对照)>0N。上述结果说明, 与当地高产栽培相
比, 超高产栽培在叶量和库量(颖花量)上同步增加,

表 3 各处理的氮肥利用效率
Table 3 Nitrogen use efficiency of rice for different treatments
地点/年份
Location/year
品种
Variety
处理
Treatment
吸收利用率
Recovery efficiency
(%)
农学利用率
Agronomic efficiency
(kg kg1 N)
生理利用率
Physiological effi-
ciency (kg kg1 N)
偏生产力
Partial factor pro-
ductivity (kg kg1 N)

B 39.11 c 15.70 b 40.15 b 34.74 b
C 44.78 b 15.41 b 34.39 c 26.82 c
东海/2006
Donghai/2006
连粳 6号
Lianjing 6
D 48.63 a 21.93 a 45.09 a 39.07 a

B 40.19 c 16.11 b 40.09 b 34.89 b
C 44.73 b 14.98 b 33.48 c 26.24 c
东海/2007
Donghai/2007
连粳 6号
Lianjing 6
D 47.53 a 20.93 a 44.04 a 37.83 a

B 37.33 c 15.93 b 42.66 b 32.56 b
C 41.91 b 14.38 b 34.31 c 24.36 c
扬州/2008
Yangzhou/2008
连粳 6号
Lianjing 6
D 45.17 a 21.23 a 47.01 a 36.20 a

B 39.70 c 15.63 b 41.45 b 37.15 b
C 41.49 b 15.40 b 37.12 c 28.76 c
扬州/2008
Yangzhou/2008
淮稻 9号
Huaidao 9
D 44.95 a 20.67 a 45.97 a 39.11 a
B: 当地高产栽培; C: 超高产栽培; D: 高产高效栽培。同年份同品种内比较, 标以不同字母的值在 0.05水平上差异显著。
B: local high-yielding cultivation; C: super high-yielding cultivation; D: high-yielding and high efficiency cultivation. Values followed
by different letters are significantly different at the 0.05 probability level within the same year and the same variety.
第 3期 薛亚光等: 中粳稻不同栽培模式对产量及其生理特性的影响 471




图 1 各处理水稻地上部分干重(a, b, c)、根干重(d, e, f)和根冠比(g, h, i)
Fig. 1 Aboveground biomass (a, b, c), root biomass (d, e, f), and root-shoot ratio (g, h, i) of rice for different treatments
A: 不施用氮肥(0N); B: 当地高产栽培; C: 超高产栽培; D: 高产高效栽培。
A: no nitrogen was applied (0N); B: local high-yielding cultivation; C: super high-yielding cultivation; D: high-yielding and high
efficiency cultivation.



图 2 水稻各处理根系氧化力(a, b, c)和根玉米素+玉米素核苷含量(d, e, f)
Fig. 2 Root oxidation activity (a, b, c) and zeatin + zeatin riboside concentration (d, e, f) of rice for different treatments
A: 不施用氮肥(0N); B: 当地高产栽培; C: 超高产栽培; D: 高产高效栽培。
A: no nitrogen was applied (0N); B: local high-yielding cultivation; C: super high-yielding cultivation; D: high-yielding and high
efficiency cultivation.
472 作 物 学 报 第 36卷

表 4 各处理水稻剑叶光合速率
Table 4 Photosynthetic rate of the flag leaf of rice for different treatments
抽穗后天数 Days after heading 品种/年份
VarietyQ/year
处理
Treatment 5–7 d 12–14 d 20–21 d 28–30 d

A 15.6 c 13.4 d 10.5 d 6.5 d
B 18.9 b 17.8 c 14.6 c 10.3 c
C 21.4 a 20.5 b 16.7 b 12.6 b
连粳 6号/2006
Lianjing 6/2006
D 22.5 a 22.3 a 18.9 a 14.8 a

A 14.8 c 14.1 d 11.2 d 5.6 d
B 19.4 b 18.9 c 15.4 c 9.8 c
C 22.3 a 21.5 b 17.6 b 11.2 b
连粳 6号/2007
Lianjing 6/2007
D 23.9 a 23.1 a 20.4 a 13.3 a

A 15.6 c 14.3 d 10.8 d 7.5 d
B 20.4 b 18.9 c 16.3 c 11.2 c
C 24.5 a 22.2 b 18.6 b 13.8 b
淮稻 9号/2008
Huaidao 9/2008
D 25.3 a 24.6 a 21.9 a 16.5 a
A: 不施用氮肥(0N); B: 当地高产栽培; C: 超高产栽培; D: 高产高效栽培。同一年份内比较, 标以不同字母的值在 0.05水平上
差异显著。
A: no nitrogen was applied (0N); B: local high-yielding cultivation; C: super high-yielding cultivation; D: high-yielding and high effi-
ciency cultivation. Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level within the same year.

表 5 各处理水稻叶面积指数(LAI)和粒叶比
Table 5 Leaf area index (LAI) and grain-leaf ratio of rice for different treatments in experiments
品种/年份
Variety /year
处理
Treatment
抽穗期
LAI at heading
颖花/叶
Spikelets /leaf (cm2)
实粒/叶
Filled grains/leaf (cm2)
粒重/叶
Grain yield (mg)/leaf (cm2)

A 4.28 d 0.49 c 0.44 d 12.01 d
B 7.32 c 0.58 b 0.48 c 12.81 c
C 8.86 a 0.59 b 0.50 b 13.62 b
连粳 6号/2006
Lianjing 6/2006
D 7.76 b 0.64 a 0.56 a 15.10 a

A 4.47 d 0.46 c 0.42 d 11.34 d
B 7.40 c 0.57 b 0.47 c 12.72 c
C 8.93 a 0.58 b 0.49 b 13.23 b
连粳 6号/2007
Lianjing 6/2007
D 7.71 b 0.62 a 0.55 a 14.72 a

A 4.53 d 0.55 c 0.45 d 12.83 d
B 7.36 c 0.63 b 0.48 c 13.62 c
C 8.97 a 0.66 b 0.50 b 14.95 b
淮稻 9号/2008
Huaidao 9/2008
D 7.81 b 0.70 a 0.56 a 15.77 a
A: 不施用氮肥(0N); B: 当地高产栽培; C: 超高产栽培; D: 高产高效栽培。同一年份内比较, 标以不同字母的值在 0.05水平上
差异显著。
A: no nitrogen was applied (0N); B: local high-yielding cultivation; C: super high-yielding cultivation; D: high-yielding and high effi-
ciency cultivation. Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level within the same year.

但叶源对产量的贡献大; 在高产高效栽培下库的增
加超过叶量的增加, 同时提高了叶源的质量, 增加
了叶源对产量的贡献。
2.1.3.4 物质运转与收获指数 抽穗期茎与鞘中
非结构性碳水化合物(NSC)累积量表现为高产高效
栽培>超高产栽培>当地高产栽培(对照)>0N; 成熟
期茎与鞘中 NSC 累积量表现为超高产栽培>高产高
效栽培>当地高产栽培(对照)>0N (表 6)。抽穗至成熟
期茎与鞘中NSC的运转率及其对籽粒的贡献率均表
现为高产高效栽培>0N>当地高产栽培>超高产栽
培。高产高效栽培的收获指数也显著高于其他各处
理(表 6)。说明高产高效栽培促进了抽穗前 NSC 在
第 3期 薛亚光等: 中粳稻不同栽培模式对产量及其生理特性的影响 473


茎与鞘中的积累, 在结实期则促进了茎与鞘中 NSC
向籽粒的运转, 从而提高了收获指数。
2.2 高产高效栽培示范结果
2.2.1 产量及其构成 2007 和 2008 两年高产高
效栽培(HHC)示范地的平均产量为 12.84 t hm2, 较
当地高产栽培的 9.46 t hm2增加了 35.73% (表 7)。
高产高效栽培的单位面积穗数和每穗颖花数分别较
对照增加了 11.24%和 10.80%, 总颖花量增加了
24.75%, 结实率平均提高了 6.4个百分点。千粒重在
高产高效栽培和对照间无显著差异。说明总颖花量
的增加和结实率的提高, 尤其是总颖花量的增加是
高产高效栽培产量大幅度增加的主要原因。
2.2.2 N、P、K 吸收利用效率 高产高效栽培水
稻 N、P和 K吸收的产谷利用效率(吸收 1 kg养分所
生产的稻谷)显著高于对照; N、P和 K的产谷吸收量
(每生产 1 000 kg稻谷所吸收养分的量), 高产高效栽
培水稻则显著低于对照(表 8)。生产每吨稻谷吸收的
N、P、K, 高产高效栽培水稻分别为 20.9~21.0、
5.5~5.8和 22.4~23.8 kg, 对照(当地高产栽培水稻)分
别为 22.7~23.4、5.8~6.6和 25.0~25.9 kg。
3 讨论
3.1 关于水稻高产高效的技术途径
持续提高作物产量是否必须依赖于水肥资源的
大量投入, 作物高产与资源高效能否协同, 这一直
是国内外关注的热点, 也是学术界仍在争论的重大

表 6 各处理水稻茎鞘中非结构性碳水化合物(NSC)的转运及收获指数
Table 6 Remobilization of non-structural carbohydrate (NSC) in culms and sheaths during grain filling and harvest index of rice for
different treatments
品种/年份
Variety /year
处理
Treatment
抽穗期 NSC
NSC at heading
(t hm2)
成熟期 NSC
NSC at maturity
(t hm2)
NSC运转率
Remobilized
NSC (%)
NSC对产量贡献率
NSC contributed to
grain yield (%)
收获指数
Harvest index

A 2.09 d 1.66 d 20.45 b 8.36 b 0.509 b
B 3.48 c 3.05 c 12.36 c 4.59 c 0.505 bc
C 5.19 b 4.91 a 5.48 d 2.32 d 0.496 c
连粳 6号/2006
Lianjing 6/2006
D 5.91 a 3.50 b 40.78 a 20.56 a 0.518 a

A 2.10 d 1.71 d 18.67 b 7.69 b 0.505 b
B 3.42 c 2.96 c 13.43 c 4.81 c 0.501 b
C 5.72 b 5.47 a 4.45 d 2.11 d 0.499 b
连粳 6号/2007
Lianjing 6/2007
D 5.94 a 3.74 b 36.98 a 19.38 a 0.520 a

A 2.25 d 1.78 d 20.88 b 8.09 b 0.501 b
B 3.69 c 3.02 c 17.89 c 6.68 c 0.488 c
C 5.43 b 4.98 a 8.29 d 3.40 d 0.482 c
淮稻 9号/2008
Huaidao 9/2008
D 6.25 a 3.85 b 38.40 a 19.64 a 0.515 a
A: 不施用氮肥(0N); B: 当地高产栽培; C: 超高产栽培; D: 高产高效栽培。同一年份内比较, 标以不同字母的值在 0.05水平上
差异显著。
A: no nitrogen was applied (0N); B: local high-yielding cultivation; C: super high-yielding cultivation; D: high-yielding and high effi-
ciency cultivation. Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level within the same year.

表 7 高产高效示范地水稻产量及其构成因素
Table 7 Grain yield and its components of rice in high-yielding and high efficiency cultivation demonstration
品种/年份
Variety /year
栽培方式
Cultivation pattern
穗数
No. of panicles
(×104 hm2)
每穗粒数
Spikelets per
panicle
结实率
Filled grains
(%)
千粒重
1000-grain
weight (g)
产量
Grain yield
(t hm2)

CK 310 b 152 b 80.0 b 26.5 a 9.39 b 连粳 6号/2007
Lianjing 6/2007 HHC 359 a 162 a 85.5 a 26.8 a 12.90 a
CK 290 b 135 b 90.4 b 26.9 a 9.53 b 苏秀 9号/2008
Suxiu 9/2008 HHC 317 a 156 a 95.8 a 27.0 a 12.78 a
CK: 对照(当地高产栽培); HHC: 高产高效栽培。同年份同品种内比较, 标以不同字母的值在 0.05水平上差异显著。
CK: control (local high-yielding cultivation); HHC: high-yielding and high-efficiency cultivation. Values followed by different letters
are significantly different at the 0.05 probability level within the same year.
474 作 物 学 报 第 36卷

表 8 高产高效示范地水稻 N、P、K吸收的产谷利用率和产谷吸收量
Table 8 Internal nutrient efficiency (INE) and absorption amount for grain production (AAGP) of N, P, and K in high-yielding and
high efficiency cultivation demonstration
产谷利用率 INE (kg Grain kg1) 产谷吸收量 AAGP (kg t1 Grain) 品种/年份
Variety/year
栽培方式
Cultivation pattern N P K N P K

CK 42.7 b 152.3 b 38.6 b 23.4 a 6.6 a 25.9 a 连粳 6号/2007
Lianjing 6/2007 HHC 47.9 a 171.3 a 42.0 a 20.9 b 5.8 b 23.8 b
CK 44.0 b 173.8 b 40.0 b 22.7 a 5.8 a 25.0 a 苏秀 9号/2008
Suxiu 9/2008 HHC 47.7 a 180.5 a 44.7 a 21.0 b 5.5 b 22.4 b
CK: 对照(当地高产栽培); HHC: 高产高效栽培。同年份同品种内比较, 标以不同字母的值在 0.05水平上差异显著。
CK: control (local high-yielding cultivation); HHC: high-yielding and high-efficiency cultivation. Values followed by different letters
are significantly different at the 0.05 probability level within the same year.

科学命题[16-18]。发达国家在这个问题上往往采用环
境优先的原则, 而我国人多地少、资源紧缺, 持续提
高作物单产, 同时高效利用有限的资源, 是农业可
持续发展的必由之路。本试验和示范结果表明, 通
过栽培技术的优化管理, 实现产量与资源利用效率
的协同提高是可能的。
本研究表明, 实现作物或水稻高产高效, 首先
依赖于作物产量的大幅度提高, 这是实现高产高效
的前提; 其次 , 通过养分和水分的优化管理 , 在养
分投入不增加或少增加条件下 , 大幅度提高产量 ,
进而提高养分利用效率。
在养分投入不增加或少增加条件下如何大幅度
提高产量 , 实现水稻高产高效 , 其栽培途径是什
么？从试验示范中总结出以下三点：
(1) 增穗增粒扩大产量库容 大幅度地扩大
产量库容(增加总颖花量或总粒数)是实现水稻超高
产的前提。增加单位土地面积的颖花量/粒数, 可以
通过增加穗数; 增加每穗粒数; 或两者兼之。一些研
究者认为, 在长江中下游稻区, 扩大产量库容主要
是通过稳定穗数、增加每穗颖花数而取得[19-20]。但
从本试验和示范的结果看, 在高产高效栽培条件下,
增加穗数与增加每穗颖花数均是产量增加的重要原
因。生产实践证明, 过分强调大穗, 容易造成结实率
降低的风险, 特别是在结实期遇到低温寡照, 风险
就更大。作者于 2006年采用大穗型(每穗颖花数 200
粒以上)的杂交稻品种九优 418 进行高产高效示范,
结果与当地高产栽培的产量并无显著差异 (资料未
发表)。其中一个重要原因, 就是结实期遇到低温寡
照, 九优 418的穗数少, 每穗颖花数多, 结实率低。
因此, 通过增穗增粒扩大产量库容, 这是实现高产、
稳产、高效的重要途径。
(2) 培育健壮根系提高结实率 在一般情况
下, 每穗粒数与结实率呈负相关[21-22]。但我们观察
到, 高产高效栽培水稻的每穗粒数和结实率较对照
均显著增加。说明每穗粒数和结实率并非是一对不
可协调的矛盾。在高产高效栽培条件下, 如何实现
每穗粒数和结实率的同步提高, 这是高产育种和栽
培需要解决的一个关键问题。Zhang等[23]认为, 在每
穗颖花数较多的情况下提高结实率, 关键是提高结
实期根系活力。本研究结果也表明, 高产高效栽培
水稻的根干重、结实期根系氧化力和根系细胞分裂
素(Z+ZR)含量均显著高于或大于对照。说明促进根
系生长, 提高根系生理活性, 是实现每穗粒数和结
实率的同步提高的重要条件。
(3) 增加和促进茎鞘中非结构性碳水化合物
(NSC)的积累与运转 生物产量特别是抽穗至成
熟期干物质积累的大幅度提高是获取水稻高产的基
础。但本研究也观察到 , 水稻抽穗期茎与鞘中的
NSC积累量以及抽穗至成熟期NSC的运转率及其对
籽粒产量的贡献率 , 高产高效栽培均显著高于对
照。有研究表明, 抽穗前茎与鞘中较高的 NSC积累
可以促进库容的形成, 提高灌浆初期籽粒库的生理
活性, 较早地启动籽粒特别是弱势粒的灌浆; 而抽
穗至成熟期NSC向籽粒的运转有利于保持水稻正常
的生理代谢, 加速籽粒灌浆充实[24-25]。以上结果说
明, 增加抽穗期茎与鞘中的 NSC 积累, 在结实期促
进 NSC 向籽粒运转, 可以促进籽粒灌浆, 提高收获
指数和物质生产效率。
3.2 关于氮肥利用效率的评价指标
衡量氮肥利用率常用的定量指标有氮肥吸收利
用率、生理利用率、农学利用率和氮肥偏生产力等。
这些指标从不同的侧面描述了作物对氮素或氮肥的
利用效率[3]。我国一般用氮肥的吸收利用率(RE)作为
氮肥利用效率的一个指标[4-7,26]。我们在试验中观察
到, 高投入超高产栽培处理的氮肥吸收利用率很高
(>41%), 但氮肥的农学利用率、生理利用率和偏生
第 3期 薛亚光等: 中粳稻不同栽培模式对产量及其生理特性的影响 475


产力并不高, 说明在高投入超高产栽培条件下稻株
吸收的氮并没有充分地在增加产量上发挥作用, 吸
收的氮滞留在稻草中, 形成氮的奢侈吸收。所以氮
肥的吸收利用率指标并不能充分反映施氮的增产效
应或经济效益。而氮肥的农学利用率直接反映了施
氮的增产效率, 且该指标不需要测定稻株中含氮量
和氮累积量, 计算方便。鉴此作者认为, 在生产上用氮
肥农学利用率评定氮肥利用效率更为直接和简单。
3.3 关于水稻高产高效栽培的关键技术
有关水稻高产的栽培技术, 一些研究者从品种选
用、育苗、栽种方式、养分管理等作了报道[9-10,27-32]。
选用产量潜力大的高产品种、培育壮秧、宽行窄距、
合理的肥水管理等均是水稻高产栽培的重要技术。
根据本研究示范结果, 作者提出水稻高产高效的两
个关键栽培技术：
(1) 实地养分管理技术 该技术要点是依据
土壤养分的有效供给量、获得水稻的目标产量的养
分吸收量和当季的肥料利用率, 确定氮、磷、钾总
施肥量范围 ; 依据叶色或叶片含氮量与叶绿素仪
(SPAD)测定值或叶色卡(LCC)读数的对应关系 , 确
定主要生育期水稻需氮供氮的 SPAD和 LCC指标值
和施肥量。通过实地实时养分管理, 获得施肥时间
和施肥量与水稻对矿质营养需求吸收的协调一致 ,
从而最大限度地提高肥料的利用效率, 获得优质高
产的协调发展。根据作者对 26个中熟粳稻的测定结
果, 江苏省中熟粳稻氮素穗肥施用的叶色(SPAD)值
为 39, 当茎上最上完全展开叶的 SPAD值小于 39、
等于 39 或大于 39 时, 穗肥氮肥(促花肥＋保花肥)
的施用量分别可占氮肥总施用量的 46%~50%、
36%~45%和 25%~35%[6]。
杜永等 [33]指出, 在超高产栽培中, 水稻因产量
的增加对磷、钾的吸收量也会增加, 需要增加磷、
钾肥的施用量才能保持土壤磷、钾含量输入与输出
的平衡。在本试验和示范的超高产栽培和高产高效
栽培中, 较当地高产栽培增加了磷、钾肥的施用量。
本研究结果表明, 高产高效示范田磷、钾肥的施用
量尽管高于对照田, 但高产高效栽培磷、钾的产谷
利用率仍显著高于常规高产栽培。说明在超高产栽
培和高产高效栽培中, 根据目标产量和土壤供肥能
力适当增加磷、钾肥的施用量, 也是获得高产高效
及其可持续发展的重要条件。
(2) 精确灌溉技术 其技术要点是按生育期
设置灌溉的低限土壤水势指标, 利用土壤张力计或
地下水位埋深监测土壤水分状况, 全生育期进行干
湿交替灌溉。在生产上该灌溉技术可简称“浅-轻-干
灌模式”, 即移栽至返青田间保持 2~3 cm 浅水层,
生育中期(分蘖末、拔节初)轻搁田, 其余时间干湿交
替灌溉。搁田期土壤复水指标为土壤水势20~ 30
kPa, 干湿交替灌溉土壤落干期的复水指标为土壤
水势10~ 20 kPa。穗数型粳稻品种、沙土地或土壤
埋水深, 用上限值; 大穗型品种、黏土地或土壤埋水
浅, 用下限值。也可根据与土壤水势相对应的土壤
外观形态或土壤水埋深作为灌溉的指标。
上述关键栽培技术于 2008年江苏省 8个县(市)
的农业新技术展示基地进行示范, 均取得了高产、
优质、养分水分高效利用的效果。
4 结论
实现水稻高产高效, 水稻产量的大幅度提高是
前提; 其次是通过养分和水分的优化管理提高养分
利用效率。在高产高效栽培下, 较高的根冠生长量、
粒叶比、结实期根系生理活性以及抽穗期茎鞘中较
高的 NSC 积累和结实期较高的 NSC 向籽粒运转是
实现水稻高产高效的重要生理原因。实地养分管理
技术和精确灌溉技术可作为中熟水稻高产高效栽培
的两个关键技术。
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