胡群¹, 夏敏¹, 张洪程^1,*, 曹利强¹, 郭保卫¹, 魏海燕¹, 陈厚存², 戴其根¹, 霍中洋¹, 许轲¹, 林昌明², 韩宝富^3
1扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心 / 扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州 225009

²海安县作物栽培技术指导站, 江苏海安 226600

³南通锦湖生态农业开发有限公司, 江苏海安 226600

^* 通讯作者(Corresponding author): 张洪程, E-mail: hczhang@yzu.edu.cn 第一作者联系方式: E-mail: 707643578@qq.com
收稿日期:2016-02-05 接受日期:2016-07-11网络出版日期:2016-08-11基金:本研究由江苏省农业科技自主创新基金(CX[12]1003-9), 江苏省农业三新工程(SXGC[2015]325), 国家公益性行业(农业)科研专项(201303102), 国家重点研发计划(2016YFD0300503), 扬州大学科技创新培育基金项目(2015CXJ042)和江苏省重点研发计划(BE2015340, BE2016351, BE2016344)资助

摘要近年来, 长江中下游地区优质食味水稻的种植面积不断拓展, 新型的配套钵苗机插栽培技术增产增效显著。其中, 氮肥施用起着主要的调控作用。以江苏优质食味水稻代表性品种南粳9108和南粳5055为材料, 在总施纯氮量270 kg hm^-2大田氮肥常用量条件下, 设置10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6七种基蘖肥与穗肥比例的处理。比较研究不同处理对钵苗机插优质食味水稻产量及其构成因素、茎蘖动态、叶面积指数、干物质积累、氮素吸收利用等方面的影响。结果表明, 当基蘖肥与穗肥比例为6:4时产量最高, 因其在稳定穗数的基础上, 每穗粒数显著高于其他处理, 群体颖花量高, 同时能显著提高结实率和千粒重。群体茎蘖数随着基蘖肥比例的降低而逐渐减少, 穗肥比例较高的处理拔节之后茎蘖数下降平缓, 成熟期茎蘖成穗率明显高于穗肥比例较低的处理; 6:4处理生育中、后期群体叶面积指数和干物质积累量均较高, 尤其成熟期干物质重以及拔节至成熟期阶段干物质积累量显著大于其他处理。6:4处理拔节之前的氮素积累量较少, 拔节之后氮素积累量和成熟期总吸氮量显著高于其他处理, 氮肥表观利用率、氮肥生理利用率、氮肥农学利用率和偏生产力都显著高于其他处理。基蘖肥与穗肥比例为6:4的氮肥运筹方式, 利于在培育适宜穗数的同时, 培育大穗, 提高结实率和千粒重, 协调产量构成因素, 优化群体质量, 使钵苗机插优质食味水稻达到高产、高效的相互统一。

关键词:氮肥运筹; 钵苗机插; 优质食味水稻; 产量; 氮素吸收利用
Effect of Nitrogen Application Regime on Yield, Nitrogen Absorption and Utilization of Mechanical Pot-Seedling Transplanting Rice with Good Taste Quality
HU Qun¹, XIA Min¹, ZHANG Hong-Cheng^1,*, CAO Li-Qiang¹, GUO Bao-Wei¹, WEI Hai-Yan¹, CHEN Hou-Cun², DAI Qi-Gen¹, HUO Zhong-Yang¹, XU Ke¹, LIN Chang-Ming², HAN Bao-Fu^3
1 Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze Valley, Ministry of Agriculture / Jiangsu Province Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology, Yangzhou 225009, China

² Crop Cultivation Technology Guidence Station, Hai^’an County, Hai’an 226600, China

³ Nantong Kumho Ecological Agriculture Development Co., Ltd, Hai’an 226600, China

Fund:This work was financed by the Agricultural Technology Independent Innovation Fund of Jiangsu Province (CX[12]1003-9), the Three New Agriculture Project of Jiangsu Province (SXGC[2015]325), the China Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201303102), China Key Research and Development Programs (2016YFD0300503), the Science and Technology Innovation Foundation Project of Yangzhou University (2015CXJ042), and the Important Research and Development Programs of Jiangsu Province (BE2015340, BE2016351, BE2016344)
AbstractIn recent years, the planting area of good taste quality rice in the Yangtze River region is continuously expanded. With developing the new matching technology of mechanical pot-seedling transplanting rice, the yield and efficiency of good taste quality rice were increased significantly. Nitrogen fertilizer plays a major role in rice production. Two representative rice cultivars with good taste quality grown in Jiangsu, named Nanjing 9108 and Nanjing 5055, were adopted in this study. The total amount of nitrogen applied in each treatment was 270 kg ha^-1 with different ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer, including 10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, and 4:6. The effects of the nitrogen application strategies on yield and its components, stems and tillers dynamic, leaf area index (LAI), dry matter accumulation, and nitrogen use efficiency of rice were studied and the best method of nitrogen application was also accessed. It was found that the treatment with the ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer of 6:4 had the highest yield, due to its higher spikelets per panicle based on more and stable panicle number, higher seed-setting rate and 1000-gain weight than these of other treatments. The population number of stems and tillers gradually reduced with the ratio of basal-tillering fertilizer decreased and gently decreased after jointing stage in the treatments with more panicle-fertilizer. The percentage of productive tillers decreased with the ratio of panicle-fertilizer increased. During the middle and late growth stages, the treatment of 6:4 had significantly larger LAI and higher dry matter accumulation. The treatment of 6:4 had a litter nitrogen accumulation before jointing, but higher nitrogen accumulation after jointing and higher total nitrogen accumulation at mature stage than other treatments. Apparent nitrogen use efficiency, physiological nitrogen use efficiency, agronomic nitrogen use efficiency and partial factor productivity of applied nitrogen were higher in treatment of 6:4 than in other treatments too. In general, the treatment with the ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer of 6:4 is conducive to get suitable panicle number, large spike, increased filled-grain percentage and 1000-grain weight, coordinative yield components and optimized population quality, which is the best nitrogen application regime for mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality to achieve mutual unity of high yield and high nitrogen use efficiency.

Keyword:Nitrogen application; Mechanical transplanting with pot seedling; Good taste quality rice; Yield; Nitrogen absorption and utilization
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氮素是作物生长必需的三大元素之一, 对作物生长效果明显^[1]。一直以来, 氮肥运筹是水稻生产过程中的重要手段, 与稻谷产量^[2]、氮肥吸收利用和稻米品质等关系密切, 合理运筹不仅增加产量, 且能提高水稻对氮素的吸收利用^[3]。关于氮肥的合理运筹, 前人的研究很多, 赵峰等^[4]研究认为早稻两优287机械栽植, 在基肥、分蘖肥、穗肥中氮比例为5:3:2时有利于提高生育后期的根系活力、形成有效利用养分的根系特征、促进叶片光合能力的发挥, 最终取得较高产量。林忠成等^[5]研究认为当基蘖肥氮比例为60%~70%时, 双季早、晚稻的群体碳氮代谢比较协调, 产量和氮肥利用效率较高。吴文革等^[6]研究认为前氮后移增施穗肥, 能为水稻整个生育期提供比较平衡的氮素供应, 可促进氮素的吸收, 提高氮肥当季利用效率, 双季稻北缘地区早稻的合理施肥方式为基肥:蘖肥:穗肥 = 50:25:25。陈海飞等^[7]研究认为在湖北中低产水稻田氮肥配比处理中, 基、蘖、穗氮肥比例为40:30:30的处理氮素收获指数和氮肥偏生产力较高, 产量也较高。张祥明等^[8]认为产量、氮肥利用率与氮肥基施比例呈现抛物线关系, 抛栽方式基肥占42.97%、移栽方式为40.88%时氮肥利用率最高。由此可见, 前人关于氮肥运筹的研究多集中于以往的常规手插或毯苗机插, 同时所采用的品种多为常规或杂交稻, 针对钵苗机插条件下优质食味水稻的氮肥精确运筹研究尚未见系统报道。
水稻钵苗机插, 是采用新型插秧机将钵育壮秧按一定的行距和株距有序地无植伤地移植于大田的先进技术; 栽后, 缓苗期短, 早生快发, 高峰苗量适宜, 成穗率高, 生育中后期群体光合势、干物质积累以及群体生长率和净同化率都相对较高, 利于机插条件下获得较高的产量, 且能改善稻米品质^{[9, 10]}。随着国家对农业产业结构的调整, 在水稻生产上, 加快优质水稻生产进程已成为今后的发展方向^[11]。近年来, 苏、浙、皖、桂等许多地方开始重视优质食味水稻品种的选育和推广, 人们对优质稻米的要求越来越高, 需求越来越大, 对于影响其产量的氮肥运筹研究显得尤为重要。本研究旨在为钵苗机插优质食味水稻氮肥的合理施用提供理论依据和技术指导, 进一步完善钵苗机插优质食味水稻大田栽培管理技术, 形成具有钵苗机插优质食味水稻特色的高产和高效的栽培技术理论。
1 材料与方法1.1 试验地点与供试品种扬州大学校外试验基地江苏省海安县雅周镇。试验田前茬为小麦(产量约为6.7 t hm^-2), 土壤质地为沙壤土, 地力中等, 含有机质28.1 g kg^-1、全氮1.6 g kg^-1、碱解氮89.4 mg kg^-1、速效磷34.3 mg kg^-1、速效钾85.7 mg kg^-1。
供试品种为南粳9108和南粳5055, 前者原名“ 宁9108” , 由江苏省农业科学院粮食作物研究所以武香粳14/关东194杂交, 于2009年育成, 属迟熟中粳稻品种, 全生育期约为153 d, 整精米率约为72%, 垩白率约为18%, 垩白度约为3.1%, 胶稠度约为89 mm, 直链淀粉含量约为14.2%。后者由江苏省农业科学院粮食作物研究所于2005年育成, 属早熟晚粳稻品种, 全生育期为160 d左右, 整精米率约为72.1%, 垩白率约为15%, 垩白度约为2.1%, 胶稠度约为81 mm, 直链淀粉含量约为12.5%, 两者都属于半糯型品种, 食味品质极佳, 均为江苏省大面积栽培的优质食味水稻。育秧钵盘为D448P型水稻钵苗育秧盘, 规格为61.8 cm× 31.5 cm× 2.5 cm (长度× 宽度× 高度), 每盘448个钵孔, 上部孔径1.6 cm, 底部孔径1.3 cm; 配套育插秧机械为2BD-600 (LSPE-60AM)型水稻钵苗播种机和2ZB-6 (RX-60AM)型钵苗乘坐式高速插秧机。上述机具均由常州亚美柯机械设备有限公司制造。
1.2 试验设计采用单因素随机区组试验方法, 试验因素为基蘖肥和穗肥比例。设置7个氮肥运筹方式即基蘖肥与穗肥比例为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6。同时设置一个对照, 全生育期不施氮肥(CK), 磷、钾肥同比例施入。每处理重复3次, 小区面积15 m², 共48个小区, 随机排列。小区四周设保护行, 每小区之间筑35~40 cm土埂并用塑料薄膜包埂, 以减少各小区间的相互影响。
每公顷施纯氮270 kg, 基肥:蘖肥 = 5:5, N:P:K = 1.0:0.5:0.8。基肥在移栽前1 d施入; 分蘖肥分别于移栽后7 d和2周等量施入; 穗粒肥分别于倒四叶和倒三叶等量施入。另外, 钾肥(K₂O)按基肥和幼穗分化肥(倒四叶)等量施入; 磷肥等量(P₂O₅)作基肥一次施入。其中氮肥为尿素(含氮46.4%)、磷肥为过磷酸钙(含P₂O₅ 12.5%)、钾肥为氯化钾(含K₂O 57%)。根据养分含量计算肥料实物用量, 随称随施。
2014年5月16日和2015年5月17日采用448孔育秧硬盘培育健壮钵苗, 每孔4~5粒, 分别于6月20日和6月22日使用钵苗插秧机机插, 秧龄分别为34 d和35 d, 行距:株距 = 33.0 cm:12.0 cm, 每公顷基本苗105万株。栽后补缺去余, 精确穴苗数。机插时薄水移栽活棵, 分蘖期稳定浅水层灌溉; 在有效分蘖临界叶龄的前一个叶龄, 茎蘖数达到预期穗数的80%时, 开始排水搁田, 轻搁、多搁; 拔节至成熟期湿润灌溉, 干干湿湿; 收获前5~7 d断水。按当地大面积生产统一实施病虫草害防治。
1.3 测定内容与方法1.3.1 茎蘖动态 秧苗返青活棵后, 从每个小区选取2个观察点, 每点选取10穴定期调查, 拔节前每5 d观测一次, 统计茎蘖数, 拔节后每7 d观测一次, 统计茎蘖数, 记录4个重要时期有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期、成熟期的茎蘖数和观察其茎蘖消长动态。
1.3.2 叶面积指数和干物质量 分别于有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期、成熟期, 按每小区茎蘖数的平均数取代表性植株3穴, 用直尺量取叶片长与宽, 并采用比重法测定叶面积(从每株随机选取20张叶片, 统一剪取10 cm长度作为比重叶, 量出每张叶片宽度求取平均值w, 烘干称取比重叶干物质重和每株叶片总干物质重, 每株叶面积 = 每株叶片总干物质重× 0.1× w/比重叶干物质重), 从而计算出叶面积指数。植株105℃下杀青30 min, 75℃下烘干至恒重, 测定各器官干物质质量。
1.3.3 氮素积累量 将样品粉碎后用H₂SO₄- H₂O₂消化, 以半微量凯氏定氮法测定各部分氮含量。
1.3.4 产量 成熟期普查每小区50穴, 计算有效穗数, 取5穴调查每穗粒数、结实率, 以1000粒实粒样本(干种子)称重, 重复3次(误差不超过0.05 g)求取千粒重, 从而求取理论产量。成熟期从各小区割取50穴, 脱粒、去杂晒干后称重求取实际产量。
1.3.5 收获指数 于成熟期按每小区茎蘖数的平均数取代表性植株3穴, 剪去根部, 于105℃下杀青30 min, 75℃下烘干至恒重, 测定其干物质质量, 计算出群体单位面积地上部总干物质积累量。成熟期从各小区割取50穴, 脱粒、去杂晒干至恒重后称取籽粒重量, 计算出群体单位面积经济产量, 计算收获指数。
1.4 数据计算与统计分析氮肥表观利用率(%) = (施氮区植株氮素积累量-空白区植株氮素积累量) /施氮量× 100
氮肥农学利用率(kg kg^-1) = (施氮区水稻产量-空白区水稻产量) /施氮量
氮肥生理利用率(kg kg^-1) = (施氮区水稻产量-空白区水稻产量) / (施氮区植株氮素积累量-空白区植株氮素积累量)
百千克籽粒需氮量(kg) = 植株氮素积累量/产量× 100
收获指数(%) = 群体单位面积经济产量/群体单位面积地上部总干物质积累量× 100
采用Microsoft Excel 2003进行数据的录入和计算, 运用DPS软件进行统计分析。

2 结果与分析2.1 产量及其构成因素基蘖肥与穗肥比例不同, 连续两年钵苗机插优质水稻的产量处理间差异达显著水平。由表1可知,
表1
Table 1
表1(Table 1)

表1 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻的产量及其构成因素 Table 1 Yield and its components of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications 品种 Cultivar 处理 Treatment 穗数 Panicle number (× 104 hm-2) 每穗粒数 Grains per panicle (No. panicle-1) 总颖花量 Total spikelet No. (× 104 No. hm-2) 结实率 Filled-grain percentage (%) 千粒重 1000-grain weight (g) 理论产量 Theoretical yield (kg hm-2) 实际产量 Actual yield (kg hm-2) 2014 南粳9108 Nanjing 9108 10:0 351.15 a 120.33 d 42255.06 bc 92.11 f 25.52 e 9930.71 d 9423.66 d 9:1 348.60 a 122.47 d 42691.89 ab 93.23 e 25.62 e 10197.35 c 9524.72 d 8:2 338.70 b 126.65 c 42897.35 a 93.36 de 25.89 d 10367.12 c 9853.16 c 7:3 332.25 b 130.34 b 43305.22 a 94.41 c 26.23 c 10722.77 b 10318.02 b 6:4 317.10 c 136.63 a 43326.12 a 95.77 b 26.53 b 11006.23 a 10515.08 a 5:5 308.25 d 135.22 a 41681.18 c 93.85 d 26.16 c 10232.69 c 9792.52 c 4:6 300.60 e 134.60 a 40459.32 d 93.65 de 26.15 c 9907.05 d 9736.94 c 对照CK 199.62 f 112.19 e 22395.47 e 97.00 a 26.99 a 5862.92 e 5204.49 e 南粳5055 Nanjing 5055 10:0 361.35 a 114.53 d 41385.42 d 94.65 e 25.47 e 9975.25 de 9398.39 e 9:1 356.25 a 116.84 d 41624.25 cd 95.03 d 25.57 e 10115.67 cde 9499.45 de 8:2 348.60 b 120.43 c 41980.89 bc 95.24 d 25.81 d 10320.69 c 9651.04 d 7:3 343.65 b 123.00 c 42268.95 ab 95.90 c 26.19 bc 10615.69 b 10232.12 b 6:4 329.70 c 129.67 a 42753.81 a 96.57 b 26.27 b 10847.64 a 10434.24 a 5:5 318.30 d 127.59 ab 40611.95 e 96.03 c 26.13 c 10190.26 cd 9853.16 c 4:6 315.15 d 126.20 b 39773.24 f 95.86 c 26.11 c 9955.26 e 9575.25 de 对照CK 200.51 e 107.00 e 21454.04 g 97.05 a 26.97 a 5614.74 f 4901.31 f 2015 南粳9108 Nanjing 9108 10:0 338.54 a 123.33 e 41753.80 de 93.13 g 25.88 e 10061.42 e 9645.99 d 9:1 336.02 ab 125.75 e 42254.24 cd 94.63 f 25.89 e 10350.64 de 9739.46 d 8:2 330.96 b 129.88 d 42984.07 bc 95.76 d 25.92 e 10669.13 c 10134.60 c 7:3 323.39 c 134.46 c 43482.93 ab 96.13 c 26.42 c 11043.03 b 10492.35 b 6:4 313.28 d 141.68 a 44385.03 a 96.39 b 26.61 b 11382.83 a 10684.36 a 5:5 303.17 e 139.69 ab 42351.08 cd 95.67 d 26.23 d 10626.90 cd 10017.37 c 4:6 298.12 e 137.92 b 41117.78 e 95.28 e 26.19 d 10260.33 e 9807.68 d 对照CK 197.06 f 117.93 f 23239.37 f 97.14 a 27.23 a 6145.77 f 5419.24 e 南粳5055 Nanjing 5055 10:0 352.44 a 116.31 f 40991.46 d 94.15 e 25.92 g 10004.66 d 9504.50 e 9:1 349.91 a 119.73 e 41895.39 bcd 94.17 de 26.14 f 10312.68 cd 9693.99 d 8:2 344.86 b 122.46 d 42232.14 bc 94.29 de 26.19 ef 10426.65 c 9901.16 c 7:3 332.23 c 128.96 c 42845.57 ab 95.78 c 26.47 c 10862.65 b 10463.55 b 6:4 325.91 d 134.04 a 43683.85 a 96.44 b 26.67 b 11233.32 a 10608.56 a 5:5 313.28 e 132.14 ab 41397.69 cd 95.81 c 26.38 cd 10464.80 c 10005.50 c 4:6 312.02 e 131.50 b 41030.18 d 94.53 d 26.30 de 10198.92 cd 9741.99 d 对照CK 199.59 f 110.11 g 21977.03 e 97.05 a 27.21 a 5804.01 e 5184.28 f Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 5% probability level. The “ Treatment” in table refers to the ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer. 同一品种同列标注不同小写字母的数据处理间差异达5%显著水平, 表中“ 处理” 指基蘖肥与穗肥比例。

表1 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻的产量及其构成因素 Table 1 Yield and its components of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications

随着基蘖肥比例减少, 水稻产量先增加后减小, 当基蘖肥与穗肥比例为6:4时产量最高, 显著高于其他处理, 如2014年, 南粳9108、南粳5055实际产量分别为10 515.08 kg hm^-2和10 434.24 kg hm^-2, 分别较两品种10:0处理时最低产量9423.66 kg hm^-2和9398.39 kg hm^-2增产10.38%和9.93%。
进一步分析产量构成因素, 不同处理的结实率和千粒重, 随着基蘖肥占总施氮量比例的降低, 呈现先增加后减小的趋势, 除不施氮的对照最高外, 均以6:4处理最高。群体颖花量构成因素的穗数随着基蘖肥占总施氮量比例的降低呈减少趋势, 而每穗粒数随着基蘖肥占总施氮量比例的降低而增加, 而后又略有下降。从本试验结果可知, 钵苗机插优质食味水稻在基蘖肥与穗肥比例为6:4时产量最高, 其次是7:3, 可以看出6:4处理更有利于高产, 其在稳定穗数的基础上, 后期适量施用穗肥可以显著提高每穗粒数, 同时能够提高结实率和千粒重, 从而达到高产。
由于2年试验结果的规律基本一致, 下文以2015年的试验数据进行详细分析。
2.2 群体茎蘖动态和成穗率由表2可知, 基蘖肥与穗肥比例对钵苗机插优质食味水稻不同生育期茎蘖数和最终成穗率影响较大。从有效分蘖临界叶龄期开始各处理茎蘖数差异显著, 表现为随着基蘖肥占总施氮量比例的降低而减少, 各处理在拔节期均达高峰苗, 拔节期、抽穗期和成熟期穗数不同处理间的趋势表现为与有效分蘖临界叶龄期一致; 高峰苗之后, 前期施肥量较大的处理群体茎蘖数消亡较快, 到成熟期, 成穗率随着基蘖肥占总施氮量比例的降低而提高, 说明减少前期基蘖肥的用量可以降低高峰苗的数量, 后期施用穗肥可以提高成穗率。
表2
Table 2
表2(Table 2)

表2 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻的茎蘖动态和成穗率 Table 2 Number of stem and tiller and percentage of productive tiller of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications 品种 Cultivar 处理 Treatment 茎蘖数 Number of stem and tiller (× 104 hm-2) 成穗率 Percentage of productive tiller (%) 有效分蘖临界叶龄期 Critical leaf-age for productive tillers 拔节期 Jointing 抽穗期 Heading 成熟期 Maturity 南粳9108 Nanjing 9108 10:0 351.18 a 426.97 a 356.23 a 338.54 a 79.29 d 9:1 343.60 b 414.34 b 353.70 ab 336.02 a 81.10 c 8:2 336.02 c 399.18 c 351.18 b 330.96 b 82.91 b 7:3 320.86 d 386.55 d 341.07 c 323.39 c 83.66 b 6:4 310.75 e 373.91 e 330.96 d 313.28 d 83.78 b 5:5 300.65 f 361.28 f 318.33 e 303.17 e 83.92 b 4:6 293.07 g 353.70 f 313.28 f 298.12 f 84.29 b 对照CK 194.54 h 209.70 g 199.59 g 197.06 g 93.98 a 南粳5055 Nanjing 5055 10:0 358.76 a 449.71 a 373.91 a 352.44 a 78.37 f 9:1 353.70 b 437.08 b 366.34 b 349.91 a 80.06 e 8:2 351.18 b 426.97 c 361.28 c 344.86 b 80.77 e 7:3 338.54 c 404.23 d 348.65 d 332.23 c 82.19 d 6:4 323.39 d 394.13 e 343.60 e 325.91 d 82.69 d 5:5 308.23 e 373.91 f 330.96 f 313.28 e 83.78 c 4:6 303.17 f 368.86 f 328.44 f 312.02 e 84.59 b 对照CK 204.64 g 214.75 g 202.12 g 199.59 f 92.94 a Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 5% probability level. The “ Treatment” in table refers to the ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer. 同一品种同列标注不同小写字母的数据处理间差异达5%显著水平, 表中“ 处理” 指基蘖肥与穗肥比例。

表2 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻的茎蘖动态和成穗率 Table 2 Number of stem and tiller and percentage of productive tiller of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications

2.3 叶面积指数动态和结实期叶面积衰减率由表3可以看出, 有效分蘖临界叶龄期, 随着基蘖肥占总施氮量比例的降低, 两品种叶面积指数逐渐减小, 处理间差异达显著水平; 拔节期的趋势与有效分蘖临界叶龄期一致; 抽穗期各处理叶面积指数均达最大值, 群体叶面积指数表现出随着基蘖肥占总施氮量比例的降低而先增加后减小, 后期穗肥比例较大的处理叶面积指数多高于前期基蘖肥比例较大的处理; 抽穗后, 各处理叶面积指数均开始下降, 基蘖肥比例较大的处理下降较快, 到成熟期群体叶面积指数呈现抛物线趋势, 6:4处理的叶面积指数显著高于其他处理; 结实期叶面积衰减率随着基蘖肥占总施氮量比例的降低逐渐减少, 而后略有增加, 6:4和7:3处理可以减小叶面积衰减速度。
表3
Table 3
表3(Table 3)

表3 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻的叶面积指数和叶面积衰减率 Table 3 Leaf area index and decreasing rate of leaf area of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications 品种 Cultivar 处理 Treatment 叶面积指数 Leaf area index 叶面积衰减率 Decreasing rate of leaf area (LAI d-1) 有效分蘖临界叶龄期 Critical leaf-age for productive tillers 拔节期 Jointing 抽穗期 Heading 成熟期 Maturity 南粳9108 Nanjing 9108 10:0 2.07 a 4.39 a 6.61 f 2.14 f 0.084 a 9:1 1.96 b 4.27 b 6.79 e 2.33 e 0.084 ab 8:2 1.93 bc 4.08 c 6.86 d 2.49 d 0.082 abc 7:3 1.85 cd 4.02 cd 7.03 b 2.80 b 0.080 c 6:4 1.82 d 3.93 d 7.14 a 2.92 a 0.080 c 5:5 1.70 e 3.75 e 7.02 bc 2.72 bc 0.081 bc 4:6 1.58 f 3.66 e 6.98 c 2.68 c 0.081 bc 对照CK 1.00 g 1.78 f 4.01 g 1.72 g 0.043 d 南粳5055 Nanjing 5055 10:0 2.15 a 4.42 a 6.77 g 2.26 f 0.090 a 9:1 2.03 b 4.36 ab 6.84 f 2.39 e 0.089 ab 8:2 1.97 bc 4.30 b 6.96 e 2.52 d 0.089 ab 7:3 1.89 cd 4.17 c 7.22 b 2.83 b 0.088 bc 6:4 1.84 d 3.95 d 7.31 a 2.99 a 0.086 c 5:5 1.73 e 3.89 d 7.16 c 2.80 b 0.087 c 4:6 1.59 f 3.81 e 7.07 d 2.70 c 0.087 bc 对照CK 1.01 g 1.86 f 4.14 h 1.81 g 0.047 d Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 5% probability level. The “ Treatment” in table refers to the ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer. 同一品种同列标注不同小写字母的数据处理间差异达5%显著水平, 表中“ 处理” 指基蘖肥与穗肥比例。

表3 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻的叶面积指数和叶面积衰减率 Table 3 Leaf area index and decreasing rate of leaf area of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications

2.4 群体干物质积累由表4可知, 拔节之前, 因为基蘖肥比例较高, 干物质积累速率较快, 拔节期两品种各处理的群体干物质积累量表现为随着基蘖肥占总施氮量比例的降低而递减, 各处理之间达显著差异; 拔节之后, 6:4处理的干物质生产量明显增加, 到抽穗期各处理群体干物质积累量随着基蘖肥占总施氮量比例的降低先增加后减小; 成熟期, 各处理总干物质积累量呈现抛物线趋势, 6:4处理干物质积累量最高, 其次是7:3处理。收获指数表现出和成熟期干物质积累量相似的趋势, 先增后降, 同样以6:4处理最高, 说明氮肥适量后移能提高钵苗机插优质食味水稻的收获指数。
表4
Table 4
表4(Table 4)

表4 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻干物质积累 Table 4 Dry matter accumulation of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications 品种 Cultivar 处理 Treatment 干物质积累量 Dry matter accumulation (t hm-2) 收获指数 Harvest index (%) 拔节期 Jointing 抽穗期 Heading 成熟期 Maturity 南粳9108 Nanjing 9108 10:0 5.39 a 11.32 de 18.11 e 48.46 d 9:1 5.10 b 11.33 d 18.17 e 48.79 cd 8:2 5.01 c 11.74 c 18.87 c 48.88 bc 7:3 4.82 d 12.04 b 19.45 b 49.08 abc 6:4 4.80 d 12.20 a 19.74 a 49.32 a 5:5 4.51 e 11.43 d 18.54 d 49.16 ab 4:6 4.38 f 11.16 e 18.21 e 49.00 abc 对照CK 2.60 g 6.02 f 9.66 f 47.67 e 南粳5055 Nanjing 5055 10:0 6.06 a 11.62 18.25 e 47.39 d 9:1 5.67 b 11.84 c 18.60 d 47.43 d 8:2 5.49 c 12.00 b 18.91 c 47.64 c 7:3 5.39 d 12.56 a 19.88 b 47.76 bc 6:4 5.38 d 12.67 a 20.11 a 48.13 a 5:5 5.09 e 11.89 bc 19.03 c 47.85 b 4:6 4.89 f 11.59 d 18.57 d 47.75 bc 对照CK 2.97 g 6.29 e 9.90 f 46.61 e Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 5% probability level. The “ Treatment” in table refers to the ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer. 同一品种同列标注不同小写字母的数据处理间差异达5%显著水平, 表中“ 处理” 指基蘖肥与穗肥比例。

表4 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻干物质积累 Table 4 Dry matter accumulation of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications

2.5 阶段干物质积累及其比例由表5可知, 移栽至拔节期, 两品种各处理干物质积累量随着基蘖肥占总施氮量比例的降低而逐渐减少, 而拔节至抽穗期和抽穗至成熟期则呈先增后减趋势, 均以6:4处理最高, 且氮肥后移处理明显高于前期基蘖肥比例较高处理。从阶段干物质积累比例来看, 移栽至拔节期, 基蘖肥所占比例较大的处理干物质积累比例显著较高, 呈递减趋势; 拔节至抽穗期, 各处理干物质积累比例趋势相反, 呈递增趋势; 抽穗至成熟期, 各处理干物质积累比例无显著差异, 穗肥所占比例较大的处理略高。
表5
Table 5
表5(Table 5)

表5 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻各生育期干物质积累及其比例 Table 5 Dry matter accumulation and its ratio of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications at different growth stages 品种 Cultivar 处理 Treatment 移栽至拔节期 Transplanting to jointing 拔节至抽穗期 Jointing to heading 抽穗至成熟期 Heading to maturity 积累量 Biomass (t hm-2) 比例 Ratio (%) 积累量 Biomass (t hm-2) 比例 Ratio (%) 积累量 Biomass (t hm-2) 比例 Ratio (%) 南粳9108 Nanjing 9108 10:0 5.39 a 29.75 a 5.75 f 31.77 d 6.79 d 37.50 b 9:1 5.10 b 28.07 b 6.08 e 33.47 c 6.83 d 37.62 b 8:2 5.01 c 26.57 c 6.65 d 35.24 b 7.13 c 37.79 ab 7:3 4.82 d 24.79 d 7.22 b 37.11 a 7.41 b 38.10 ab 6:4 4.80 d 24.29 e 7.40 a 37.49 a 7.55 a 38.22 ab 5:5 4.51 e 24.32 e 6.95 c 37.48 a 7.11 c 38.34 ab 4:6 4.38 f 24.03 e 6.79 d 37.27 a 7.05 c 38.70 a 对照CK 2.60 g 26.94 c 3.41 g 35.32 b 3.65 e 37.74 b 南粳5055 Nanjing 5055 10:0 6.06 a 33.18 a 5.47 g 29.95 e 6.63 f 36.31 b 9:1 5.67 b 30.50 b 6.09 f 32.74 d 6.76 e 36.35 b 8:2 5.49 c 29.05 d 6.51 e 34.41 b 6.91 d 36.55 b 7:3 5.39 d 27.10 e 7.18 b 36.09 a 7.32 b 36.81 ab 6:4 5.38 d 26.74 ef 7.37 a 36.63 a 7.44 a 37.01 ab 5:5 5.09 e 26.74 ef 6.91 c 36.30 a 7.13 c 37.49 a 4:6 4.89 f 26.36 f 6.70 d 36.07 a 6.98 d 37.57 a 对照CK 2.97 g 30.02 c 3.32 h 33.49 c 3.61 g 36.49 b Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 5% probability level. The “ Treatment” in table refers to the ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer. 同一品种同列标注不同小写字母的数据处理间差异达5%显著水平, 表中“ 处理” 指基蘖肥与穗肥比例。

表5 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻各生育期干物质积累及其比例 Table 5 Dry matter accumulation and its ratio of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications at different growth stages

2.6 各生育阶段氮素积累量及其比例由表6可知, 拔节之前, 两品种的氮素积累量均以基蘖肥与穗肥比例为10:0的处理最高, 各处理随着基蘖肥占总施氮量比例的降低而减少, 差异达显著水平; 拔节至抽穗期, 穗肥比例较高的处理氮素积累量明显大于穗肥比例较低的处理, 整体呈现出先增后减的趋势; 抽穗至成熟期, 氮素积累量与拔节至抽穗期的变化趋势一致。从阶段氮素积累比例来看, 拔节之前氮素积累量占全生育期总吸氮量的比例, 前面3个处理10:0、9:1、8:2显著高于其他处理, 其他处理间差异不显著; 拔节至抽穗期氮素积累量占全生育期总吸氮量比例, 随着基蘖肥所占比例的降低而逐渐增加; 然而抽穗至成熟期各处理之间的规律并不明显, 均以6:4处理略高。
表6
Table 6
表6(Table 6)

表6 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻各生育阶段氮素吸收积累特点 Table 6 Nitrogen accumulation in each growth stages of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications 品种 Cultivar 处理 Treatment 拔节前 Before jointing 拔节至抽穗期 Jointing-heading 抽穗至成熟期 Heading-maturity 氮素积累量 NA (kg hm-2) 占总吸氮量比例 Ratio to total NA (%) 氮素积累量 NA (kg hm-2) 占总吸氮量比例 Ratio to total NA (%) 氮素积累量 NA (kg hm-2) 占总吸氮量比例 Ratio to total NA (%) 南粳9108 Nanjing 9108 10:0 94.74 a 51.63 a 64.59 d 35.20 d 24.18 e 13.18 c 9:1 87.35 b 47.39 b 72.40 c 39.27 c 24.59 de 13.34 bc 8:2 77.52 c 41.11 c 85.85 b 45.53 b 25.21 cde 13.37 bc 7:3 74.82 cd 39.37 cd 89.73 ab 47.22 ab 25.50 bcd 13.42 bc 6:4 72.58 cde 37.50 d 93.46 a 48.29 a 27.52 a 14.22 a 5:5 70.91 de 37.14 d 93.44 a 48.95 a 26.55 ab 13.91 ab 4:6 70.40 e 37.16 d 92.88 a 49.03 a 26.16 bc 13.81 ab 对照CK 28.76 35.80 33.70 41.94 17.88 22.26 南粳5055 Nanjing 5055 10:0 104.64 a 56.97 a 56.41 d 30.71 d 22.63 d 12.32 c 9:1 93.00 b 50.36 b 68.57 c 37.13 c 23.11 d 12.51 c 8:2 86.17 c 45.96 c 77.19 b 41.18 b 24.11 c 12.86 ab 7:3 81.62 cd 42.66 d 84.83 a 44.34 a 24.87 b 13.00 ab 6:4 80.86 de 41.56 d 88.25 a 45.35 a 25.47 a 13.09 a 5:5 76.87 e 40.69 d 87.58 a 46.35 a 24.49 bc 12.96 ab 4:6 76.29 e 40.54 d 87.78 a 46.65 a 24.11 c 12.81 b 对照CK 28.90 38.35 33.87 44.95 12.58 16.70 NA: nitrogen accumulation. Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 5% probability level. The “ Treatment” in table refers to the ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer. 同一品种同列标注不同小写字母的数据处理间差异达5%显著水平, 表中“ 处理” 指基蘖肥与穗肥比例。

表6 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻各生育阶段氮素吸收积累特点 Table 6 Nitrogen accumulation in each growth stages of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications

2.7 氮素吸收利用率由表7可知, 两品种成熟期氮素积累总量、氮肥表观利用率、氮肥生理利用率、氮肥农学利用率以及氮肥偏生产力均随着基蘖肥占总施氮量比例的降低而呈现先增后减的趋势。其中成熟期氮素积累总量、氮肥表观利用率均以6:4处理最高, 显著高于其他处理, 氮肥生理利用率、氮肥农学利用率以及氮肥偏生产力以6:4和7:3最高, 两处理之间无显著差异。百千克籽粒需氮量则随着基蘖肥占总施氮量比例的降低呈现先减少后增加的趋势, 其中6:4和7:3处理一样, 显著低于其他处理。
表7
Table 7
表7(Table 7)

表7 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻的氮素利用效率 Table 7 Nitrogen use efficiency of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications 品种 Cultivar 处理 Treatment 氮素积累总量 Total NA (kg hm-2) 氮肥表观利用率 ANUE (%) 氮肥生理利用率 PNUE (kg kg-1) 氮肥农学利用率 AE (kg kg-1) 氮肥偏生产力 PFP (kg kg-1) 百千克籽粒需氮量 NRG (kg) 南粳9108 Nanjing 9108 10:0 183.51 d 38.21 d 40.97 c 15.65 c 35.73 c 1.90 b 9:1 184.34 d 38.52 d 41.54 c 16.00 c 36.07 c 1.89 b 8:2 188.58 c 40.09 c 43.56 b 17.46 b 37.54 b 1.86 c 7:3 190.05 b 40.64 b 46.24 a 18.79 a 38.86 a 1.81 d 6:4 193.55 a 41.93 a 46.64 a 19.56 a 39.63 a 1.81 d 5:5 190.90 b 40.95 b 41.59 c 17.03 b 37.10 b 1.91 ab 4:6 189.45 bc 40.41 bc 40.22 c 16.25 c 36.32 c 1.93 a 对照CK 80.34 20.07 1.48 南粳5055 Nanjing 5055 10:0 183.68 e 40.12 e 39.88 d 16.00 d 35.20 d 1.93 a 9:1 184.69 e 40.50 e 41.25 bc 16.70 c 35.90 c 1.91 ab 8:2 187.47 d 41.53 d 42.07 b 17.47 b 36.67 b 1.89 b 7:3 191.32 b 42.95 b 45.27 a 19.44 a 38.64 a 1.83 c 6:4 194.58 a 44.16 a 45.75 a 20.20 a 39.40 a 1.83 c 5:5 188.94 c 42.07 c 42.45 b 17.86 b 37.06 b 1.89 b 4:6 188.18 cd 41.79 cd 40.40 cd 16.88 c 36.08 c 1.93 a 对照CK 75.35 19.20 1.45 NA: nitrogen accumulation; ANUE: apparent nitrogen use efficiency; PNUE: physiological nitrogen use efficiency; AE: agronomic nitrogen use efficiency; PFP: partial factor productivity of applied N; NRG: nitrogen requirement for 100 kg grains. Values followed by different lowercase letters in a column are significantly different at the 5% probability level. The “ Treatment” in table refers to the ratio of basal-tillering-fertilizer to panicle-fertilizer. 同一品种同列标注不同小写字母的数据处理间差异达5%显著水平, 表中“ 处理” 指基蘖肥与穗肥比例。

表7 不同氮肥运筹下钵苗机插优质食味水稻的氮素利用效率 Table 7 Nitrogen use efficiency of mechanical pot-seedling transplanting rice with good taste quality under different nitrogen applications

3 讨论3.1 钵苗机插优质食味水稻的氮肥运筹方式水稻的氮肥运筹是在确定适宜施氮量的基础上, 合理分配各生育期施氮配比的一项栽培措施。合理的氮肥运筹能够高效地施用氮肥, 协调氮肥的农学效应、社会效益和环境效益, 减少氮肥的损失和对环境的不良影响^[12]。在生产上因施肥时期的不同, 氮肥可被分为基肥、返青肥、分蘖肥、长粗肥、促花肥、保花肥、破口肥与粒肥等^[13]。本课题组在综合分析与参考前人研究的基础上, 从大量高产实践中凝练出水稻一生氮肥总体运筹必须最有利于提高抽穗后群体干物质积累量的根本规律, 并把水稻一生不同生育时期名目繁多的施肥简化为基肥、分蘖肥与穗肥^{[14, 15, 16]}。水稻精确定量栽培技术的核心内容就是精确定量施氮, 对于氮肥运筹中基蘖肥与穗肥的比例, 以往的****做了大量研究, 如凌启鸿等^[2]研究认为水稻中小苗移栽, 氮肥运筹基蘖肥与穗肥比例以6:4~5:5利于获得高产。苏祖芳等^[17]研究认为在适宜的总施氮量下基蘖肥的用量由以往的70%~80%, 降低为40%~60%, 增加穗粒肥施用量, 有利于协调穗数和大穗关系, 进一步提高产量。吴文革等^[18]研究认为杂交中籼水稻机插的氮肥运筹技术, 基蘖肥与穗肥适宜比例为6:4, 氮肥后移适当增加穗粒肥的比例有利于后期防早衰, 提高产量。在我国双季稻区, 氮肥施用一般习惯采用“ 一轰头” 的施肥方式, 即基蘖肥与穗肥比例为10:0, 其注重以增穗提高产量。目前对于钵苗机插优质食味水稻的氮肥运筹方式研究较少, 大多是沿用单季稻区常规机插粳稻施肥方法, 但是由于钵苗机插水稻的产量优势以及生理生态特点并不一样, 如何通过氮肥运筹充分发挥钵苗机插优质食味水稻的产量优势, 有必要深入研究。本研究结果表明, 不同的氮肥运筹方式对钵苗机插优质食味水稻的产量和氮素吸收利用有较大的影响, 当基蘖肥与穗肥比例为6:4时, 其产量较高, 其次是7:3处理。本研究在高地力地区, 钵苗机插的氮肥运筹总施氮量可能有所降低, 但其合理的比例并不会变化, 而在低地力地区, 其总施氮量应该略有增加, 同时前期施肥量略有增加, 可能以7:3处理较好。
3.2 氮肥运筹对钵苗机插优质食味水稻产量及其构成因素的影响连续两年的试验结果表明, 不同基蘖肥与穗肥比例对钵苗机插优质食味水稻产量的影响有显著或极显著差异, 均以6:4处理产量较高, 其次是7:3处理。钵苗机插水稻有缓苗期短、早发快长优势, 所以前期基蘖肥施用量较多的处理有效茎蘖数明显较多, 但是群体茎蘖成穗率较低, 同时拔节之后氮素营养不足导致每穗粒数不足, 穗型偏小, 抽穗至成熟期群体光合生产量低, 结实率和千粒重均较低, 导致产量较低。基蘖肥与穗肥比例6:4处理可以获得稳定适宜的穗数, 保证较高的成穗率, 显著增加每穗粒数、结实率和千粒重, 从而获得高产。张洪程等^[19]研究得出水稻氮肥精确后移施用模式高产高效的机制, 即巩固有效分蘖, 以高成穗率争足穗; 攻取大穗, 优化中期群体结构, 至抽穗期既有足量干物质积累又具有较高粒叶比; 强化抽穗后光合物质生产与积累, 协调物质运转, 以强源畅流促充实。这与本研究结果所得出的基蘖肥与穗肥比例6:4处理获得高产的机制基本一致, 适当施用穗肥, 既可以巩固有效分蘖成穗, 又可以促进壮秆大穗。因此, 基蘖肥与穗肥比例为6:4的氮肥运筹方案能充分发挥钵苗机插水稻的高产优势, 提高钵苗机插水稻的效益。
3.3 氮肥运筹对钵苗机插优质食味水稻氮素吸收利用的影响孙永健等^[20]研究认为氮肥后移比例过高会显著加重转运贡献率的负效应, 只有当氮素基蘖肥与穗肥比例协调时才能提高氮素在抽穗前的累积, 促进结实期氮素向籽粒转运量, 才能尽可能地提高结实期各营养器官氮素的转运贡献率及收获指数。万靓军等^[21]研究认为氮肥利用率随着穗肥施氮比例的下降, 有先升后降的趋势, 以基蘖肥与穗肥比例6:4时氮素利用效率最高。何虎等^[22]研究认为等施氮量下, 氮素积累量随穗肥施用比例下降而降低, 氮素农学利用率和生理利用率以基肥:分蘖肥:穗肥= 5:2:3处理最高。上述研究是以双季稻或杂交稻为试验材料, 本研究以钵苗机插优质粳稻为材料, 试验结果表明随着基蘖肥所占比例的降低, 水稻成熟期总吸氮量和氮肥表观利用率、生理利用率、农学利用率以及氮素偏生产力均呈现先增加后降低趋势, 当基蘖肥与穗肥比例为6:4时上述参数值最高, 百千克籽粒需氮量以6:4和7:3的处理最低。从试验结果还可以看出6:4处理在抽穗至成熟期的氮素积累量显著高于其他处理, 而基蘖肥所占比例较大的处理拔节后的氮素积累量显著小于其他处理, 氮肥利用率也较低, 这与丁艳锋等^[23]研究结果一致, 随氮素基蘖肥占总施氮量的比例增大, 提高了拔节前氮素基蘖肥利用率, 但降低了氮肥利用率。王维金等^[24]也指出, 基蘖肥氮在成熟过程中随稻株下、中部叶片和鞘的枯死部分而带出植株体外的量多于穗肥, 所以基蘖肥的利用率低而穗肥的利用率高。合理分期施氮肥能提高水稻吸氮量和氮素利用率^[25], 本研究结果初步明确了钵苗机插优质食味水稻的氮肥吸收利用特性, 基蘖肥与穗肥比例为6:4的处理作为合理的氮肥运筹, 可以显著提高水稻成熟期氮素积累量和氮肥利用率。

4 结论不同氮肥运筹处理对钵苗机插优质食味水稻的产量及其构成因素有显著影响, 当基蘖肥与穗肥比例为6:4时, 水稻在保证稳定有效穗数和成穗率的基础上, 每穗粒数显著增加, 有利于形成大穗, 群体单位面积颖花量较大, 同时结实率和千粒重均较高, 产量较高; 成熟期氮素总积累量多, 氮素吸收利用率高, 百千克籽粒需氮量少。本研究结果得出的氮肥运筹方式基本可以保证钵苗机插优质食味水稻高产和高效, 但是关于氮肥运筹对其稻米品质的影响有待进一步探究。
The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.


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