水稻是我国重要的粮食作物, 增施氮肥是维持水稻高产不可缺少的重要措施，但增施氮肥也会在一定程度上增加茎秆基部节间长度，降低茎粗和壁厚等，从而影响茎秆倒伏指数和抗倒能力^[1]。倒伏是影响水稻高产、稳产的一个重要限制因素, 倒伏使水稻结实率下降, 产量严重降低。李文熙^[2]测算水稻在乳熟期倒伏会减产34%, 而在腊熟期与黄熟期倒伏则分别减产21%和20%。前人的研究表明，影响水稻倒伏的因素很多, 如株高、水稻茎秆的形态^[3-4]、茎秆的组织结构^[5-7]、茎秆的生化特征^[8-9]、水稻干物质生产^{[3, 10]}等。杨守仁等^[11]认为茎秆的抗折能力与株高的平方成反比。除了水稻自身因素以外, 栽培措施也是影响水稻倒伏的一个关键因素, 如使用生长调节剂多效唑、助壮素、抗倒胺等可以提高水稻的抗倒性^[12-13]。有研究认为减少氮肥使用能增加茎基节纤维素和木质素含量增加^[14], 另外施氮肥的时期也对水稻倒伏有影响, 过早施用会增加倒伏, 过迟对产量不利, 会推迟成熟期^[15]。为了进一步研究在超高产栽培水平下氮肥施用量对水稻倒伏性状的影响，本文以超高产两系杂交稻品种广两优676为材料，设置不同的施氮水平处理，研究不同施氮水平对水稻茎秆性状及抗倒伏性的影响, 以期为水稻超高产抗倒栽培提供参考依据。

1.   材料与方法

1.1   试验概况

试验于2015年在尤溪县西城镇麻洋村进行。供试材料为超高产两系杂交稻品种‘广两优676’。3月13日播种，4月19日移栽，8月14日成熟。

1.2   试验设计

设5个施氮处理，分别为施纯氮0、10、20、30、40 g·m^-2，统一施P₂O₅ 7.5 g·m^-2、K₂O 20 g·m^-2。3次重复，随机区组排列，小区面积12 m²。各小区间筑小田埂并包盖塑料薄膜，单独排灌，以防肥水串灌，四周设保护行，株行距20 cm×20 cm。其他田间管理按当地的高产栽培措施进行。

1.3   调查项目及方法

生产实践中，水稻发生倒伏的节位主要是茎秆基部3个伸长节间，即倒3~倒5节间。按文献[3]的方法，于成熟前2 d，每小区各选取有代表性的15个茎蘖测定倒3~倒5节间(含叶鞘)的各节间至穗顶的长度及鲜重、节间长度、节间粗度和秆壁厚度, 用数显推拉力计(HF-5型，福州艾普仪器有限公司产)测定各节间的抗折力。

参照濑古秀生^[16]的方法计算各品种倒3~倒5节间的弯曲力矩和倒伏指数:

弯曲力矩=节间基部至穗顶长度(cm)×该节间基部至穗顶鲜重(g)

倒伏指数=弯曲力矩/抗折力×100%

倒伏指数越大, 则茎秆越易倒伏, 以倒伏指数200为抗倒伏的临界值。

1.4   数据分析

采用DPS v7.05统计软件进行分析。

2.   结果与分析

2.1   不同施氮水平对水稻茎秆性状的影响

茎秆性状是水稻抗倒与否的主要因素，茎秆短、壁厚通常会增大抗折力^[3]。从表 1可以看出，从节间长度来看，总的趋势是随着施氮水平的提高，各节间长度增长，在倒3节间差异未达显著水平；而倒4、倒5节间，施氮处理(处理2~处理5)比无氮处理(处理1)节间长度极显著增长，而各施氮处理间节间增长程度多数未达显著水平。表明施氮可以提高水稻节间长度，特别是基部伸长节间的倒4节和倒5节。从节间粗度来看，与节间长度的情况相似，随着施氮水平的提高，各节间的粗度随着增粗，当施氮量达20 g·m^-2以上时，各处理的节间粗度均比无氮处理区显著增大。从茎秆壁厚来看，各施氮处理与无氮处理间无明显差异，且茎秆壁厚与施氮量的关系缺少规律性，说明施氮对茎秆壁厚影响不大。

表  1  不同施氮水平对水稻茎秆性状的影响

Table  1.  Effects of different nitrogen levels on stem traits of rice

处理	施氮量/ (g·m-2)	倒3节				倒4节				倒5节
		节间长 /cm	节间粗 /mm	茎秆壁厚 /mm		节间长 /cm	节间粗 /mm	茎秆壁厚 /mm		节间长 /cm	节间粗 /mm	茎秆壁厚 /mm
1	0	13.99Aa	6.30Cc	0.84Aa		6.60Bc	7.17Bc	1.03Aa		3.19Bb	6.70Cc	1.18Aa
2	10	16.05Aa	6.80BCb	0.83Aa		8.58Ab	7.25Bbc	0.91Ab		5.13Aa	7.11BCbc	1.05Ab
3	20	15.62Aa	7.09Bb	0.81Aa		9.38Aab	7.70ABb	0.96Aab		5.53Aa	7.59ABab	1.12Aab
4	30	16.03Aa	7.11Bb	0.81Aa		10.09Aa	7.74ABb	0.91Ab		5.79Aa	7.84ABa	1.08Aab
5	40	16.29Aa	7.80Aa	0.86Aa		10.18Aa	8.23Aa	1.02Ab		6.15Aa	8.22Aa	1.16Aab
注：同列数据后不同大、小写字母表示差异达极显著(P < 0.01)或显著(P < 0.05)水平。表 2、3同。

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2.2   不同施氮水平下各节间至穗顶高度及重量比较

各节间至穗顶的高度和至穗顶重量是水稻茎秆弯曲力矩的直接来源，是水稻抗倒性的重要指标，各节间至穗顶的高度是各节间长度的反应。从表 2可以看出，随着施氮水平的提高, 各节间至穗顶高度增高，其中在倒3节间和倒4节间，当施氮量达30 g·m^-2处理以上时，比无氮处理显著或极显著增高，而施氮量为20 g·m^-2及以下的处理，与无氮处理处理相比，高度虽有提高，但未达显著水准；而倒5节间，各施氮处理的至穗顶高度均极显著高于无氮处理，各施氮处理间，较高施氮处理的处理3~处理5显著高于较低施氮处理的处理2。说明施氮处理主要影响的是基部伸长节间特别是倒5节的长度。

表  2  不同施氮水平下各节间至穗顶高度及重量比较

Table  2.  Comparison of the height and weight of each internode to the top of the panicle under different nitrogen application levels

处理	施氮量/ (g·m-2)	倒3节			倒4节			倒5节
		至穗顶高/cm	至穗顶重/g		至穗顶高/cm	至穗顶重/g		至穗顶高/cm	至穗顶重/g
1	0	107.0Bb	23.35Ab		113.6Bb	25.06Cc		116.8Bc	27.72Cd
2	10	110.2ABab	25.23Aab		118.8Aab	27.14BCbc		123.9Ab	29.55BCcd
3	20	110.7ABab	25.59Aab		120.1Aab	28.31ABCb		125.6Aab	32.85ABbc
4	30	113.1ABa	26.62Aab		123.2Aa	29.30ABab		129.0Aab	34.10ABab
5	40	113.7Aa	27.69Aa		123.9Aa	31.37Aa		130.0Aa	37.12Aa

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而从节间至穗顶重量来看, 也是随着施氮水平的提高，重量逐渐提高，其中倒3节间，施氮量达40 g·m^-2的处理至穗顶重显著高于无氮处理，而其余各施氮处理至穗顶重的差异未达显著水准；在倒4、倒5节间，施氮量达20 g·m^-2及以上处理的至穗顶重均显著或极显著高于无氮处理。

2.3   不同施氮水平对各节间抗折力、弯曲力矩及倒伏指数的影响

抗折力、弯曲力矩是评价水稻倒伏的主要指标，而倒伏指数是最终各个数据对水稻是否抗倒的综合评价。从表 3可以看出，随着施氮量的增加，各节间的抗折力随着降低，但降低程度均未达显著水平，表明本试验中施氮量的增加对抗折力影响不大。从弯曲力矩来看，随着施氮量的增加，各节间的弯曲力矩增大，其中，在倒3节间，处理4、处理5分别与无氮处理差异达显著、极显著水平；而在倒4、倒5节间，当施氮量达20g·m^-2以上时，其弯曲力矩比无氮处理极显著增大。

表  3  不同施氮水平对各节间抗折力、弯曲力矩及倒伏指数的影响

Table  3.  Effects of different nitrogen levels on breaking-resistant strength, bending moment and lodging index for each internode

处理	施氮量/ (g·m-2)	倒3节				倒4节				倒5节
		抗折力/g	弯曲力矩	倒伏指数		抗折力/g	弯曲力矩	倒伏指数		抗折力/g	弯曲力矩	倒伏指数
1	0	1675.6Aa	2515.4Bb	158.6Bb		1889.3Aa	2859.1Cc	157.9Bc		2342.8Aa	3255.8Dd	142.6Dd
2	10	1633.9Aa	2790.5ABab	172.2Bb		1843.7Aa	3227.5BCbc	176.7Bbc		2208.3Aa	3671.4CDcd	167.1CDcd
3	20	1526.7Aa	2839.6ABab	187.0ABb		1808.8Aa	3406.0ABb	189.3Bb		2155.1Aa	4134.6BCbc	195.0BCbc
4	30	1432.0Aa	3002.7ABa	217.6Aa		1625.2Aa	3602.8ABab	231.0Aa		2066.1Aa	4388.8ABab	213.5ABb
5	40	1413.9Aa	3147.5Aa	223.6Aa		1611.2Aa	3886.6Aa	244.1Aa		2027.1Aa	4831.7Aa	247.2Aa

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从综合指标倒伏指数来看，同样地，随着施氮量的增加，各节间的倒伏指数逐渐增大，当施氮量达30 g·m^-2以上时，各节间的倒伏指数均极显著高于无氮处理。从表 3也可以看出，当施氮量达30 g·m^-2以上时，各节间的倒伏指数均大于200，即极容易出现倒伏现象。可见，在本试验范围内，对于两系杂交稻品种广两优676来说，要保证其抗倒伏，其最大施氮量不能大于20 g·m^-2。经调查，施氮量30 g·m^-2以上的处理在成熟前遇大风已发生部分倒伏。

2.4   茎秆抗倒伏性状与施氮量的相关关系

对茎秆性状及抗倒伏性状与施氮量的相关关系进行分析。从表 4可以看出，各节间的节间长与施氮量呈正相关关系，其中倒4、倒5节间达极显著水平；各节间的茎秆壁厚与施氮量关系不密切，表明不同施氮水平对节间茎秆壁厚没影响；各节间抗折力与施氮量之间呈极显著负相关，即施氮量越多，抗折力越低；各节间的至穗顶高、至穗顶重、弯曲力矩、倒伏指数均与施氮量呈极显著正相关关系。

表  4  茎秆性状、抗倒伏性状与施氮量的相关关系

Table  4.  Correlation coefficients between culm traits and lodging resistance with nitrogen application rates

节间	节间长	节间粗	茎秆壁厚	至穗顶高	至穗顶重	抗折力	弯曲力矩	倒伏指数
倒3节	0.7791	0.9602**	0.1491	0.9670**	0.9798**	-0.9790**	0.9799**	0.9826**
倒4节	0.9319**	0.9645**	-0.0548	0.9599**	0.9909**	-0.9513**	0.9920**	0.9814**
倒5节	0.8958**	0.9956**	-0.0293	0.9507**	0.9929**	-0.9805**	0.9967**	0.9970**
注：*表示显著相关(P < 0.05), **表示极显著相关(P < 0.01)。

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3.   讨论与结论

水稻高产栽培需要有一定生物学产量为基础，因而要求植株达到一定株高水平。但株高上升使茎秆承受的重量(弯曲力矩)增加，倒伏的风险增大，因此高产与抗倒存在一定的矛盾^{[1, 17]}。研究结果显示，随着施氮水平的提高，各节间长度随着增长，其中倒4、倒5节间，施氮处理比无氮处理节间长度极显著增长，表明施氮可以提高水稻节间长度，从而使株高提高，增加了倒伏风险。但也有认为株高并不是影响水稻倒伏的最重要因素，矮秆不一定抗倒，高秆也不一定发生倒伏，认为除株高因素外，还有很多因素影响水稻的倒伏^{[11, 18-19]}。

研究结果显示，随着施氮量的增加，各节间粗度增粗，而茎秆壁厚无明显差异；各节间的抗折力下降，但差异不显著；由于随施氮水平的提高而节间长度随之增长，导致穗顶高增高，且至穗顶重增加，从而导致弯曲力矩加大，因此抗倒伏指数加大。杨世民等^[1]研究认为，由于碳氮代谢常存在一定的矛盾，茎秆氮含量过高不利其贮藏物质的积累，从而会降低茎秆的抗倒性，因而倒伏指数与茎秆氮含量呈显著负相关。本研究结果显示节间粗度随施氮量的增加而增粗，但抗折力并没有增强，反而是下降，推测是由于上述原因所导致。杨世民等^[1]同时还认为增施氮肥会在一定程度上降低茎粗和壁厚，从而影响茎秆的倒伏指数和抗倒能力。这与本研究的结果有所不同，本研究得出结果却是增施氮肥节间粗度随着增粗，而对茎秆壁厚无影响。

本研究结果显示，施氮量在20 g·m^-2范围内，水稻倒伏指数小于200，仍有较强的抗倒伏能力，当施氮量达30 g·m^-2以上时，倒伏指数超过200，即容易发生倒伏。赵雅静等^[20]以优质稻佳辐占为材料的研究结果则认为，在适中施氮量(施氮13.8 g·m^-2)下，茎秆相对矮壮、产量高；而王晓玲等^[21]研究了不同用量缓释氮对超级稻抗倒性的影响，结果则得出品种88S/112在27 g·m^-2的高氮水平下，各节间的倒伏指数仍低于200，表现抗倒。显示不同研究所得结果不尽相同，究其原因可能是因供试品种差异所致，因此品种的差异使其在最优施肥量方面存在差异，即说明不同类型的抗倒伏品种不能用统一的模式来说明^[22]。