機械直播與灌溉模式對水稻根系特征和產(chǎn)量的影響

程建平+趙鋒+陳少愚+李陽+汪本福+徐得澤+蔡海亞+游艾青+費長亮+萬晟杰+張旅峰+章桃娟+皮楚舒

摘要：為探明機械直播和灌溉模式對水稻（Oryza sativa L.）產(chǎn)量和根系特征的影響，2013～2014年，設(shè)置水直播淹水灌溉（WF）、水直播間歇灌溉（WSW）、旱直播淹水灌溉（DF）和旱直播間歇灌溉（DSW）4種模式，以常規(guī)移栽淹水灌溉為對照（CK），考察水稻根系特征、產(chǎn)量等參數(shù)。結(jié)果表明， 2013年，WF和WSW分別較CK實際產(chǎn)量提高7.3%和5.3%，DF和DSW與CK產(chǎn)量差異不顯著，2014年產(chǎn)量情況大致相同。機械直播模式和灌溉模式均有利于水稻根系伸展和提高根系活力，旱直播模式能夠延緩后期葉片衰老，從而在增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)前提下達到節(jié)水的目的。

關(guān)鍵詞：機械直播; 灌溉模式;根系特征;水稻（Oryza sativa L.）產(chǎn)量

中圖分類號：S511;S507;S504.2 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：0439-8114（2015）23-5823-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.23.008

Effects of Mechanical Direct-sowing and Irrigation Mode on Root

Characteristics and Yield of Rice

CHENG Jian-ping1，2，ZHAO Feng1，CHEN Shao-yu1，LI Yang1，WANG Ben-fu1，XU De-ze1，CAI Hai-ya1，

YOU Ai-qing1，2，F(xiàn)EI Chang-liang2，WAN Sheng-jie2，ZHANG Lü-feng4，ZHANG Tao-juan4，PI Chu-shu4

（1.Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm and Genetic Improvement/Food Crops Institute，Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China; 2.Hubei Collaborative Innovation Center for Grain Industry， Yangtze University， Jingzhou 434025， Hubei， China;

3.Yangxin Bureau of Agriculture， Huangshi 435200， Hubei， China; 4.Agricultural Technology Extension Center of Xishui County

in Hubei Province， Xishui 438200， Hubei， China）

Abstract： In order to verify the effects of mechanical direct-sowing and irrigation mode on rice root system characteristics and yield， the experiments of involving both mechanical direct-sowing modes and irrigation modes， such as water direct-sowing and conventional flooding mode（WF）， water direct-sowing and and intermittent irrigation mode（WSW）， dryland direct-sowing and conventional flooding mode（DF） and dryland direct-sowing and and intermittent irrigation mode（DSW） to compare with conventional transplanting and flooding irrigation（CK） were conducted in 2013 and in 2014， respectively， some rice paremeters， such as root system characteristics and yield were investigated. The results indicated that， in 2013， the actual yield of WF and WSW were increased by 7.3% and 5.3% than CK， respectively， but yield difference was not significant between dryland direct-sowing treatments and CK; the changed tendency of the actual yields was roughly same in 2014 as ?those in 2013. Mechanical direct-sowing mode and irrigation mode was good for rice roots extend and improved root activity， dryland direct-sowing mode could postpone leaf senility of the leaves in rice later stage of growth， which was condutive to saving-water in the case of increase or no significant cut yield.endprint

Key words： mechanical direct-sowing; irrigation mode; root characteristics; rice yield

中國水稻種植面積占糧食總面積的27.3%（2012年），水稻作為中國主要的糧食作物，其灌溉用水占全國用水量的54%左右，農(nóng)業(yè)總用水量的65%以上[1]。全國90%以上的稻田分布在南方，該區(qū)域水稻的灌溉用水量占總灌溉用水量的90%以上。南方雖然降雨充沛，但由于水資源年際間、地區(qū)間以及年內(nèi)分布極不均勻，從而導(dǎo)致季節(jié)性的干旱頻繁發(fā)生[2]。傳統(tǒng)的大水淹灌方式不僅影響水稻高產(chǎn)潛力的發(fā)揮，而且加劇灌溉用水的日趨緊張，同時因徑流、滲漏和排水引起環(huán)境污染[3-5]。國外相關(guān)研究結(jié)果表明，采用“濕潤灌溉”和“間歇灌溉”，水稻耗水量比傳統(tǒng)淹水灌溉可減少32%，但產(chǎn)量幾乎相同，說明在水分非虧缺條件下水稻合理灌溉可獲得高產(chǎn)，達到水分高效利用的效果[4，6-8]。水對水稻生長直接起到促進和控制作用，科學(xué)的水分管理對發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，挖掘水稻品種和種植模式的生產(chǎn)潛力具有重要的意義。

直播相對于傳統(tǒng)的人工栽插模式，減少了育秧、拔秧、運秧和扦插等多道工序。隨著中國城市化的推進，農(nóng)村勞動力減少的趨勢十分明顯。直播作為一種輕簡化的栽培模式，在廣大南方地區(qū)“不推自廣”。隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其農(nóng)業(yè)機械化栽培的興起，機械直播已在世界各地廣泛推廣。近年來，隨著新型直播稻技術(shù)的研究及廣泛應(yīng)用，在世界范圍內(nèi)水稻直播面積在進一步擴大。美國水稻種植面積的80%采用旱直播，20%采用水直播;意大利100%采用機械化直播。在菲律賓的早稻種植中，至少有30%的灌溉面積采用直播技術(shù);埃及的45萬hm2水稻中，直播面積占20%以上，而且直播面積正在迅速增加。前蘇聯(lián)水稻種植全部采用旱直播，機械化程度高，生產(chǎn)每噸稻谷僅需14～17個工時。澳大利亞水稻種植面積90%以上采用飛機直播，10%旱直播。韓國水稻種植面積的50%采用直播。國內(nèi)機械化直播機械創(chuàng)制更新較快，類型上主要有機械條播機和穴直播機。其中由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的機械精量穴直播機，可同步開溝施肥、株距可調(diào)、行距可選，播種量可有效控制，植株的有序布局和田間通風(fēng)透光性較大的改善。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，南方一些地區(qū)有較大的水稻機械直播傾向，如江蘇、浙江、安徽等。西北地區(qū)多數(shù)采用旱直播，西南地區(qū)的四川、貴州等山地丘陵地帶，也正大力進行適宜本地區(qū)機械直播推廣技術(shù)的研究。本研究考察了不同機械直播模式和灌溉制度下水稻的根系形態(tài)、根系活力和水分利用效率，旨在為水稻節(jié)水栽培模式提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料與機具

水稻品種采用湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成的兩系雜交中秈稻廣兩優(yōu)476。水直播采用2BD-10普通型水稻精量穴直播機，動力為久保田SPU-48c乘坐式插秧機機頭，10行，行距25 cm;旱直播采用2BDH-10型水稻精量旱（穴）直播機，配50～70馬力拖拉機，10行，行距20 cm。

1.2 ?試驗設(shè)計與實施

試驗采取裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為機械水直播和機械旱直播兩個處理;副區(qū)按生育期水分管理方式分為淹水灌溉和間歇灌溉兩個處理，同時以人工移栽淹水灌溉作為對照（CK）。即：水直播淹水灌溉（WF）、水直播間歇灌溉（WSW）、旱直播淹水灌溉（DF）、旱直播間歇灌溉（DSW）、人工移栽淹水灌溉（CK）共5個處理，每處理3次重復(fù)。小區(qū)面積為400 m2，小區(qū)之間做高20 cm、寬30 cm的埂子，并用塑料薄膜包裹，以防小區(qū)間串肥串水。水直播的田間土壤已沉淀幾天，直播機可以開出播種溝并且土壤不會塌陷蓋住種子，旱直播為旋耕后直接播種，田間無積水。淹水灌溉是在出苗后長期保持田間水層，間歇灌溉為不保持田間持續(xù)有水層，使土壤干濕交替。

所有處理于5月23日播種，CK育秧按常規(guī)方法進行，6月20日移栽。試驗中水直播播種株距15～18 cm，每667 m2穴數(shù)1.5萬～1.8萬;旱直播株距18～23 cm;每667 m2穴數(shù)1.45萬～1.85萬。施肥和病蟲草害管理按常規(guī)方法實施。

1.3 ?測定項目及方法

1.3.1 ?根系特征

1）根系活力。根系活力測定采用傷流法。在晴天18：00，每小區(qū)按平均分蘗找出3穴水稻從莖基部15 cm處橫切，用稱量好的脫脂棉（苗期1 g，其余生育期5～7 g）包裹住并用保鮮膜包住脫脂棉，橡皮筋固定，次日早上6：00取稱量脫脂棉，計算差值。

2）根系形態(tài)。各生育期，每小區(qū)按平均分蘗取樣3穴，將根系沖洗干凈，用根系掃描軟件Winrhizo掃描，并分析總根數(shù)、根尖數(shù)、根表面積等相關(guān)參數(shù)。

1.3.2 ?葉片SPAD值與葉片衰老指數(shù) ?分別于水稻齊穗期和齊穗后25 d，應(yīng)使用葉綠素SPAD測定儀測定劍葉葉綠素SPAD值;葉片衰老值（Leaf senescence value）采用齊穗后25 d的SPAD值與齊穗期SPAD值比值的百分率表示。

1.3.3 ?測產(chǎn)與考種 ?每小區(qū)收割2 m2，人工脫粒，自然光照曬干稱重，再換算成13.5%含水量。同時每小區(qū)按平均分蘗取5穴，考察每穗粒數(shù)、結(jié)實率、有效穗數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.4 ?統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)均采用Excel和SPSS 11.5統(tǒng)計軟件進行分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?根系形態(tài)特征

不同機械直播模式和灌溉模式下水稻根系形態(tài)特征有所不同（表1）。從表1可以看出，分蘗期，水稻總根長DF和DSW顯著低于CK，WF和WSW與CK差異不顯著;根冠比DF和DSW顯著高于CK，WF和WSW與CK差異不顯著，根表面積和根體積有類似趨勢。灌溉措施對根冠比影響較大，其中WSW較WF提高9.09%，DSW較DF提高25%。水稻根尖數(shù)DF和DSW顯著小于CK，而WSW和WF與CK差異不顯著。最長根長受灌溉措施影響比較明顯，其中WSW和DSW顯著高于其余處理。endprint

2.2 ?根系傷流強度

水稻齊穗期根系傷流量受到播種機具和灌溉方式的影響，且表現(xiàn)出一定的互作效應(yīng)（圖1）。從圖1可以看出，DSW根系傷流強度較CK提高82.0%;WSW和DF分別較CK提高49.4%和33.8%，但兩者在統(tǒng)計學(xué)上與CK未達到顯著水平。

2.3 ?葉片葉綠素SPAD值與衰老值

由圖2可見，旱直播齊穗期（08-20）和齊穗期后25 d的SPAD值均高于水直播，其中齊穗期（08-20）DSW的SPAD值與WSW和WF之間的差異達顯著水平，齊穗期后25 d的SPAD值差異更明顯，旱直播間歇灌溉和淹水灌溉均極顯著大于水直播，而旱直播處理間無顯著差異，水直播處理間也無顯著差異。

旱直播葉片衰老后期較慢，水直播葉片SPAD值下降顯著大于旱直播，即旱直播葉片后期衰老速率顯著低于水直播，而旱直播處理間無顯著差異，水直播表現(xiàn)類似。說明旱直播后期葉片可以較長時間保持較高的光合作用速率，進行較長時間的干物質(zhì)積累，而水直播則因為葉片衰老較快，相比旱直播葉片功能期顯著縮短。

2.4 ?產(chǎn)量及其構(gòu)成

從表2可以看出，2013年，無論實際產(chǎn)量還是理論產(chǎn)量，WF和WSW均顯著高于CK，也高于DF和DSW，DF和DSW與CK差異不顯著。WF和WSW較CK實際產(chǎn)量分別提高5.3%和7.3%。機械模式水稻結(jié)實率顯著高于CK，節(jié)水措施提高了水稻結(jié)實率，但差異不顯著。DF穗總粒數(shù)顯著高于CK及其余處理，但其有效穗數(shù)較少。WF和WSW有效穗數(shù)顯著高于DF，與CK差異不顯著，其中WSW有效穗數(shù)顯著高于DSW。

由表3可知，2014年，旱直播的有效穗數(shù)顯著低于水直播，是造成產(chǎn)量較低的關(guān)鍵因子，平均有效穗比水直播和人工移栽分別低29.7%和33.5%;旱直播的平均每穗粒數(shù)高于水直播和人工移栽處理，其中旱直播間歇灌溉的每穗粒數(shù)顯著高于水直播淹水灌溉和人工移栽;結(jié)實率DSW最高，為91.9%，顯著高于其他處理;千粒重處理間差異不顯著。水直播實收產(chǎn)量高于旱直播和常規(guī)移栽產(chǎn)量，分別高6.1%和0.9%，其中水直播間歇灌溉顯著高于旱直播，其產(chǎn)量達8 171 kg/hm2，比旱直播淹水灌溉高11.1%，同時高于常規(guī)移栽產(chǎn)量，各處理的理論產(chǎn)量有相似的趨勢。

3 ?小結(jié)與討論

一些研究認為，采用“濕潤灌溉”和“間歇灌溉”，水稻耗水量比傳統(tǒng)淹水灌溉可減少32%，產(chǎn)量幾乎相同，說明在水分非虧缺條件下合理灌溉水稻可獲得高產(chǎn)，達到水分高效利用的效果[4，6-8]。兩年試驗結(jié)果表明，灌溉模式對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響不顯著，而種植模式相對影響較大。其中，水直播均較常規(guī)移栽顯著提高水稻產(chǎn)量，2013年產(chǎn)量提高幅度達5%以上;2014年，水直播實收產(chǎn)量高于旱直播和常規(guī)移栽產(chǎn)量，分別高6.1%和0.9%，旱直播與常規(guī)移栽產(chǎn)量差異不顯著。造成旱直播產(chǎn)量較低的關(guān)鍵因子是有效穗數(shù)降低。機械播種后田間調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，旱直播出苗率較水直播低，這可能是導(dǎo)致該模式最終有效穗不足的原因之一。如何提高旱直播的水稻出苗率，將在以后的研究中重點關(guān)注。

間歇灌溉調(diào)整了水稻根系土層水、肥、氣、熱的關(guān)系，有利于根系的生長[9]。試驗結(jié)果表明，不同機械種植模式和灌溉方式可顯著提高最長根長和根冠比，且表現(xiàn)出一定的疊加效應(yīng)。水稻機械精量穴直播模式具有“成行成穴”、“同步開溝起壟”的特點，減少了個體根系伸展無序競爭，有利于根系發(fā)育;儲水溝的存在，調(diào)和了水稻根際灌水和通氣的矛盾[10]。此結(jié)果與鄭天翔等[11，12]研究大致相同。根系最長根長和根系傷流強度分別代表根系拓展范圍和活力。由此可見，根系分布范圍越廣、活力越強越有利于從土壤中獲取水分，從而提高水分的利用率。

間歇灌溉模式下水稻葉片葉綠素總含量也明顯高于淹水灌溉，葉綠素a含量和葉綠素b含量的比值也明顯增加，從而可以更多更有效地將光能轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)能，為同化提供更充足的來源，維持光合作用高效運轉(zhuǎn)，和前人研究結(jié)果類似[13]。旱直播水稻生長后期葉片衰老明顯較水直播延緩，可適當增加光合功能，有利于后期的充分灌漿。

綜上可見，機械直播模式和灌溉方式均有利于水稻根系分布和提高活力，延緩后期葉片衰老，從而在增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上達到節(jié)水的目的。

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