施氮量和移栽密度对双季杂交稻干物质生产及氮肥利用率的影响

【目的】研究施氮量和移栽密度对双季杂交稻干物质生产及氮肥利用率的影响。【方法】以株两优819为早稻材料、泰优398为晚稻材料,设置3种施氮量水平(早稻分别为0、120、150 kg/hm^(2),晚稻分别为0、150、225 kg/hm^(2))、3个移栽密度(早稻分别为13.3 cm×16.7 cm、13.3 cm×20.0 cm、16.7 cm×20.0 cm,晚稻分别为16.7 cm×20 cm、16.7 cm×23.3 cm、16.7 cm×26.7 cm)。【结果】增施氮肥能显著提高水稻干物质量的积累,移栽密度对干物质量影响较小,早晚稻干物质量在成熟期均以N3M1处理最高,其中早稻干物质量比其他处理增加8.81%~110.24%,晚稻较其他处理增加9.12%~117.12%。早稻N2M2处理氮肥吸收利用率最高达60.73%,晚稻N2M3处理氮肥吸收利用率最高达63.20%。增施氮肥不能显著提高对产量的贡献率,对晚稻收获指数影响也较小;早晚稻增施氮肥能显著提高水稻总氮累积量,早稻增幅为67.50%~77.03%,晚稻增幅为73.18%~115.12%;早稻各施肥处理对氮肥农学利用率和生理利用率的影响较小,晚稻减氮处理的农学利用率增幅达52.66%、生理利用率增幅达59.00%;早晚稻减氮均能提高水稻偏肥生产力,早晚稻增幅分别为15.54%、48.58%。移栽密度对早晚稻产量贡献率表现为M3处理分别比M1、M2处理高18.52%~47.22%、23.42%~35.42%;对总氮累积量、收获指数、农学利用率和偏肥生产力的影响均较小;低栽培密度可提高早稻生理利用率,增幅可达52.19%~144.14%,但对晚稻的生理利用率影响较小。【结论】N2M2、N3M3处理能使双季杂交稻保持较高的氮肥利用率和干物质积累量,且N2M2处理既能节肥也能维持较高的氮肥利用能力。

水肥协同对双季杂交稻农艺性状及产量的影响

为明确湖南双季稻区水稻生产适宜的施氮水平和灌溉方式,采用随机区组设计,以陵两优942和领优华占分别为早晚稻材料,设置N1~N3共3个施氮水平(早晚稻均分别为150,120,0 kg/hm^(2))和W1~W3共3个灌溉方式(早晚稻均分别为水层灌溉W1、湿润灌溉W2、干湿交替灌溉W3),研究不同水肥协同处理对双季杂交稻农艺性状及产量的影响。结果表明:增施氮肥能显著提高水稻SPAD值,但在早晚稻上整体呈N1和N2的SPAD值相近,而灌溉方式呈W3既能使早晚稻保持较高SPAD,也能避免后期贪青晚熟;水稻叶面积指数(LAI)在一定程度上同施氮量呈正比,在早稻(全生育期)和晚稻(生育前期)N1和N2之间的LAI值相近,但在晚稻(生育后期)N1高于N2,而灌溉方式对早晚稻LAI值影响较小,主要以W3略高;增施氮肥能显著促进水稻干物质量的积累,除早稻(乳熟期)单株干物质量呈N2高于N1和晚稻(齐穗期)呈N1高于N2外,早晚稻其余时期的单株干物质量呈N1和N2相近,整体上说明减氮并不会显著降低水稻单株干物质量,灌溉方式对早稻影响较小,对晚稻影响较大,整体早晚稻单株干物质量以W3增长效果较好,W2其次;增施氮肥能显著提高水稻理论、实际产量和有效穗数,但其在N1和N2表现效果相近,早晚稻N1、N2的实际产量相较对照组N3,增幅分别为53.21%~59.64%,21.65%~32.68%,说明早稻减氮增产效果明显,晚稻减氮效果增产不佳主要是因为高氮并非常规晚稻施氮水平,而灌溉方式对产量及产量构成因素均不存在显著性差异。水肥协同下N2W2、N2W3处理能使早晚稻获得较高的叶片SPAD和LAI,干物质积累和产量及产量构成因素下早稻以N2W3处理表现效果俱佳,晚稻以N1W3处理效果较好。综上,早稻以N2W3处理既能满足高产,也能起到节肥节水的作用;晚稻N2W3处理虽然在SPAD和LAI表现较好,但其干物质积累、产量表现不及N1W3处理,所以晚稻以N1W3处理增产效果明显。因此,从经济和生态效益来看,在干湿交替方式下,早稻以施氮量为120 kg/hm^(2)、晚稻以150 kg/hm^(2)、能充分发挥水肥互作效应,它们增产潜力俱佳,更利于水稻生长发育和提高产量。

灌溉模式和有机肥配施对水稻产量、光合特性和氮肥利用率的影响

针对湘北地区农业水资源日益紧缺和水稻生产上滥施化学氮肥的现状,为了节约淡水资源、降低化肥用量、实现水肥协同和资源高效利用,设置2种灌溉方式(W_(1):全生育期淹水灌溉;W_(2):全生育期湿润灌溉)和4个施氮水平(N_(0):不施氮肥;N_(1):施N量150 kg/hm^(2),肥料为尿素氮100%;N_(2):施N量150 kg/hm^(2),肥料为尿素氮80%+有机氮(菜枯)20%;N_(3):施N量150 kg/hm^(2),肥料为尿素氮60%+有机氮(菜枯)40%),分析水稻产量、光合特性、氮素代谢和氮肥利用率对灌溉模式和有机肥配施的响应规律。结果表明:与W_(1)相比,W_(2)显著增加水稻产量、氮肥利用率、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等;在不同施氮处理下,增加有机肥比例能显著提高产量,N_(3)、N_(2)、N_(1)分别比N_(0)增产28.32%、25.52%、18.88%,同时氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力也表现为N_(3)>N_(2)>N_(1),N_(3)的氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力分别达到了78.52%、9.77 kg/kg、46.91 kg/kg。综合评分法表明,灌溉模式和有机肥配施的最佳模式为W_(2)N_(3),即湿润灌溉、施N量150 kg/hm^(2)、肥料为尿素氮60%+有机氮(菜枯)40%组合。该研究结果可为湘北地区水稻水肥管理提供科学依据。

高光谱早稻生理指标可跨期预测性的初步研究

叶绿素含量和叶片氮含量是作物生长状况的重要指标,对其实时精准的监测有助于田间生产管理以及作物品质产量的提高。当前,高光谱技术和经验回归方法被广泛应用于构建作物生化参数预测模型。但是,有关同一生命活动周期内,作物跨期预测叶片生化参数的研究还存在空白。以超级早稻为研究对象,分别获取了蘖盛期、孕穗期、齐穗期、灌浆期和成熟期5个时期120组叶片高光谱数据、叶绿素以及叶片氮含量(LNC),采用python 3.6编程,scikit-learn(0.22.1)用来构建模型和验证评估,通过网格搜索(GridSearch)和五折交叉验证(5-flod cross validation)在训练集中确定偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)3种不同算法的最佳模型参数,结合数据的跨期处理,分别建立针对不同生育期的水稻叶片氮含量跨期预测模型和叶绿素跨期预测模型。此外,评估跨期预测模型与传统非跨期预测模型,独立数据对模型进行检验。结果表明,(1)基于高光谱的早稻叶绿素、氮素的非跨期预测模型中,PLSR模型预测效果最佳,分别为叶绿素(R^(2)=0.84,RMSE=1.85)、氮素(R^(2)=0.85,RMSE=0.11)。(2)基于SVR的早稻叶绿素跨期预测模型预测效果最佳,分别为跨分蘖期(R^(2)=0.54)、跨孕穗期(R^(2)=0.36)、跨齐穗期(R^(2)=0.30)、跨灌浆期(R^(2)=0.55)、跨成熟期(R^(2)=0.74)。该结果为利用高光谱数据构建超级稻叶绿素含量预测模型提供新的理论参考,为水稻叶绿素含量的动态监测提供了模型依据。(3)早稻叶片氮含量跨期预测模型的拟合度很差,叶片氮含量预测具有不可跨期性。与非跨期预测模型相比,跨期预测模型虽然精度有所下降,但能有效克服经验模型普适性差的缺陷,有利于在同一生命活动周期内,实现作物不同生育期的生理指标预测,对实际生产管理具有重要意义。研究发现,作物生理指标存在可跨期预测性,这一概念为作物表型、作物内部品质以及产量的预测研究提供了新的思路。

施氮量与肥料配比对水稻群体生长和产量的影响

以Y两优911为材料,采用两因素裂区试验设计,施氮量(N1、N2、N3分别为120、180、240 kg/hm^(2)的纯N施用量)为主区,肥料配比(F1、F2分别为1.0∶0.5∶1.0、1.0∶0.6∶1.2的氮磷钾配比)为副区,研究施氮量与肥料配比对水稻群体生长和产量的影响。结果表明,施肥能显著提高水稻产量,各施肥处理比不施肥处理(CK)增产52.81%~81.53%,N3和N2处理的产量显著高于N1,F2与F1处理的产量差异不显著。N2F2处理的产量最高,为9.04 t/hm^(2),与N3F2和N3F1处理差异不显著,但显著高于其他处理。产量构成因素与产量的相关性大小依次为有效穗数、每穗总粒数、结实率、千粒重。N2F2处理的叶面积指数在齐穗期和乳熟期分别比其他处理高7.52%~106.50%和5.88%~122.77%,各处理的地上部总干物质积累量在齐穗期至成熟期均以N3F2、N3F1、N2F2处理较高;群体生长率在乳熟期至成熟期以N2F2处理最高。综上,N2F2处理更能有效控制群体生长,获得较高的群体质量,达到节肥增产的作用。

氮肥与密度对水稻光合特性和产量的影响

针对目前水稻氮肥用量过多,移栽密度逐步降低的问题,以株两优819为材料,设置N1~N3共3个施氮量水平(分别为0、120和150 kg/hm^(2))和M1~M3共3个密度水平(分别为13.3 cm×16.7 cm、13.3 cm×20.0 cm和16.7cm×20.0cm),研究了氮肥用量和移栽密度对水稻生长发育和产量的影响。结果表明:1)增施氮肥能促进叶片叶绿素(SPAD)的提高,移栽密度对叶片叶绿素(SPAD)影响较小,在齐穗期—乳熟期N3处理的水稻叶绿素含量持续增加,而其他处理在齐穗期达到最大值:2)叶面积指数在一定程度上随施氮量和移栽密度增加而上升,N2处理在乳熟期叶面积指数迅速增长且高于其他处理;3)增施氮肥能够提高水稻叶片的净光合速率,而移栽密度对其净光合速率的影响不显著,生育前期N2处理的净光合速率高,而生育后期N3处理的净光合速率高;4)随着施氮量和移栽密度的增加,产量均呈现先增后减的趋势,肥密交互作用显著,N3M1与N2M2产量较高,水稻产量与有效穗数、穗粒数呈显著正相关,与千粒重之间相关不显著。因此,以施氮量为120 kg/hm^(2)、移栽密度13.3 cm×20.0 cm处理能使杂交早稻组合株两优819形成适宜的群体结构,最终获得较高的产量和较好的经济与生态效益。

^(15)N示踪技术分析不同灌溉模式下水稻对氮素的利用规律

为推动水稻水氮高效协同利用,本研究采取^(15)N示踪技术试验,研究了施氮量(N_(0),N_(160),N_(200),N_(240))和灌溉模式(干湿交替,常规灌溉)对水稻氮素利用规律。结果显示,随着施氮量的增加,水稻植株不同生育阶段的肥料氮和植株总氮积累、水稻成熟期各器官的氮素积累量均显著上升,成熟期的穗粒氮素积累量最高,达到67.20%~69.02%;随着施氮量的增加,水稻植株各营养器官不同来源氮的转运量随之增加,各器官的氮素转运量比较中:叶>茎>根;随着施氮量的增加,齐穗后不同来源氮的积累量及其对穗粒氮的贡献率显著增加,土壤肥料氮残留量显著上升,残留率呈现出下降的趋势,氮素损失率显著上升;干湿交替灌溉处理能够提高水稻不同时期不同器官的氮素积累量,一定程度上提升氮素利用率,提高水稻产量。本研究归纳了不同灌溉条件和不同施氮条件下水稻对氮素吸收、利用、残留、损失的规律,为水稻高效栽培提供了科学依据。