半固態(tài)播種對水稻生長性狀的影響及節(jié)水節(jié)肥效果研究

梁玉剛，黃 璜，張啟飛，李靜怡

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙410128；3.農(nóng)業(yè)部華中地區(qū)作物栽培科學觀測試驗站，湖南 長沙 410128）

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半固態(tài)播種對水稻生長性狀的影響及節(jié)水節(jié)肥效果研究

梁玉剛1，2，3，黃 璜1，2，3，張啟飛1，李靜怡1，2，3

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙410128；3.農(nóng)業(yè)部華中地區(qū)作物栽培科學觀測試驗站，湖南 長沙 410128）

摘 要：為破解南方稻田灌溉用水和肥料施用不合理以及資源緊缺等一系列問題，通過水稻半固態(tài)播種與泡田整地播種的對比試驗，研究水稻前期灌溉用水量及肥料不同施用方式對水稻生長性狀的影響。結(jié)果表明：與泡田整地播種相比，水稻半固態(tài)播種拓寬了破胸稻種的吸水途徑，提高了肥料利用效率，避免了有害環(huán)境因子的直接作用，有利于水稻出苗及壯苗的形成；同時，節(jié)約灌溉水資源2 250 m3/hm2，提高水分利用率；尿素施用減少20.75 kg/hm2，利用率增加11.06%；復合肥施用減少78.27～88.79 kg/hm2，利用率增加16.31%～18.50% ；顯著減少無效穗，增加有效穗，提高成穗率；顯著增加每穗實粒數(shù)，提高每穗穗重和結(jié)實率；實現(xiàn)水稻增產(chǎn)，增幅為2.02%～5.06%。采用相應(yīng)配套施肥方式，使水稻劍葉和倒二葉的SPAD維持在較高水平；延緩籽粒灌漿期間劍葉葉綠素a與葉綠素b的降解速率，實現(xiàn)了水稻高產(chǎn)栽培的節(jié)水節(jié)肥和資源高效利用。關(guān)鍵詞：水稻；半固態(tài)播種；生長性狀；節(jié)水節(jié)肥

水稻生產(chǎn)用水量大，占農(nóng)業(yè)用水量65%以上，消耗全國總用水量54%左右[1]。傳統(tǒng)灌溉栽培耗水量高達6 000～9 000 m3/hm2[2]，但利用率僅為40%左右，生產(chǎn)效率不足1.0 kg/hm2，遠低于發(fā)達國家[3]。灌溉不合理以及技術(shù)相對落后，使得水資源利用率低，流失嚴重，更加劇了水資源短缺和水質(zhì)污染問題。我國實現(xiàn)了用全球7%的耕地養(yǎng)活14億人口的壯舉，卻消耗了全球30%的肥料，成為世界化肥第一大消費國。但同樣的化肥利用率不足40%[4]，我國成為化肥第一污染大國[5]。目前，水稻生產(chǎn)過程“資源高投入、低利用、重污染、低效益”等現(xiàn)象普遍存在。前人研究證實，化肥不合理施用，可導致食品質(zhì)量安全下降、資源浪費[6]以及水體污染[7]、大氣污染[8]、土壤酸化板結(jié)和地力下降[9]等；而稻田生產(chǎn)過程中減少灌溉水用量，具有改善田間小氣候[10]、降低肥料流失、減輕水體污染[11]、削弱病蟲危害[12]、減排溫室氣體[13-14]等優(yōu)勢。破解水稻生產(chǎn)水肥利用率不高的問題，對實現(xiàn)低碳、綠色及可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

近幾年，湖南農(nóng)業(yè)大學黃璜課題組致力研發(fā)一種全新水稻節(jié)水節(jié)肥栽培方式——水稻半固態(tài)播種。水稻半固態(tài)播種是將破胸稻種、魚塘或溝田稀泥、無機肥料、有機肥料等以一定比例均勻混合，采用旱直播的方式，運用自主研發(fā)的農(nóng)機，將混合物保持一定株距播種在前期不放水的免耕稻田里。通過大田播種示范，初步研究表明，與傳統(tǒng)水耕直播相比，該技術(shù)具有節(jié)水節(jié)肥、豐產(chǎn)減排、生態(tài)高效、資源高效、降低環(huán)境污染等優(yōu)勢[15]。研究復合肥施用量對中稻秧苗素質(zhì)的影響時發(fā)現(xiàn)，破胸稻種利用本身所吸水分、泥巴水分和土壤水分毛細管作用，保證水稻正常出苗及養(yǎng)分吸收，利于前期壯苗的形成，以復合肥料和泥巴比為1∶120的秧苗素質(zhì)最好[16]。在此基礎(chǔ)上，通過設(shè)計晚稻半固態(tài)播種與直播的對比試驗，進一步研究半固態(tài)播種技術(shù)下的水肥利用和水稻生長性狀變化，旨在為水稻半固態(tài)播種的可行性提供理論支撐，實現(xiàn)水稻豐產(chǎn)及節(jié)水節(jié)肥生產(chǎn)。

1　材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2015年7～10月在湖南省瀏陽市北盛鎮(zhèn)烏龍社區(qū)進行。該地區(qū)屬于亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫16～18 ℃，≥10℃的有效積溫5 000～5 500 ℃，無霜期260～320 d，年降水量 1 200～1 500 mm。土壤類型為第四紀紅色黏土發(fā)育的紅黃泥土，土壤有機質(zhì)33.51 g/kg，全氮1.52 g/kg，全磷0.94 g/kg，全鉀12.68 g/kg，堿解氮含量130.12 mg/kg，有效磷30.78 mg/kg，速效鉀134.71 mg/kg。前茬作物是水稻。

1.2試驗材料

供試水稻品種為中早39（浙江勿忘農(nóng)種業(yè)股份有限公司）；供試肥料有尿素（總氮≥46.4%，粒徑范圍0.85～2.80 mm，重慶建峰化工股份有限公司），復合肥料（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15，總養(yǎng)分≥45%，江西正邦生物化工有限公司），有機肥（鴨糞，當?shù)芈轼喫a(chǎn)）。

1.3試驗設(shè)計

隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)1個對照處理（簡寫為CK）和3個混合處理（簡寫為A1、A2和A3），小區(qū)面積20 m2，3次重復。

播種前，對照處理采用機耕，施底肥（復合肥料）225 kg/hm2；混合處理采用免耕，在半固態(tài)播種泥巴中加入復合肥和鴨糞作為底肥。

7月13日播種，對照處理采用傳統(tǒng)均勻撒播，每小區(qū)播種破胸稻種0.20 kg?；旌咸幚聿捎冒牍虘B(tài)播種，每小區(qū)使用泥巴（含水量65.7%）15 kg，A1、A2和A3處理分別加入復合肥0.136、0.125和0.115 kg，并加入等量破胸稻種0.20 kg和碎鴨糞0.50 kg，攪拌均勻，播種株行距0.20 m×0.25 m。對照處理采用當?shù)馗弋a(chǎn)栽培技術(shù)進行管理，混合處理按照試驗設(shè)計進行管理。

1.4調(diào)查項目與方法

1.4.1稻種田間動態(tài) 稻種田間動態(tài)包括稻種吸水出苗、環(huán)境干擾和養(yǎng)分吸收等動態(tài)；模擬大田實際情況，揭示破胸稻種吸水保苗和養(yǎng)分壯苗的機理。

1.4.2灌溉水和肥料利用情況 通過對比泡田整地水稻所用灌溉水和整個生育期施用肥料總量，得出節(jié)約灌溉水和肥料所用量。

1.4.3分蘗情況 分蘗初期每小區(qū)隨機固定5點進行分蘗動態(tài)調(diào)查，8月3日始，8月28日止，每5 d調(diào)查一次。

1.4.4劍葉和倒二葉葉綠素 每小區(qū)每隔5 d使用SPAD儀器隨機選取15點測量劍葉葉綠素含量；隨后每小區(qū)取樣5點，測量劍葉葉綠素a和葉綠素b含量；用SPAD儀器在分蘗期、孕穗期、抽穗期、齊穗期和乳熟期每小區(qū)隨機15點測量倒二葉葉綠素含量。

1.4.5產(chǎn) 量 理論測產(chǎn)每小區(qū)隨機取樣5點；實際產(chǎn)量取樣3點，每點取樣區(qū)域1 m×1 m；對照處理理論測產(chǎn)每點取樣區(qū)域為0.50 m×0.50 m。理論測產(chǎn)分別調(diào)查水稻有效穗、無效穗、每穗粒數(shù)、穗實粒數(shù)、千粒重。取樣后，所有樣品均采取自然曬干，且用電腦谷物水分計測量樣品水分；以4個處理中最小水分為標準，理論和實際產(chǎn)量均進行換算。

1.5數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用最小顯著差法（LSD）進行顯著性檢驗，圖和表均在Word 2007文檔中制作。

2　結(jié)果與分析

2.1半固態(tài)播種水肥動態(tài)變化模型

由圖1可知，與直播吸水途徑相比，半固態(tài)播種下稻種因稀泥包裹，能利用自身所吸水分、泥巴水分及濕潤土壤水分，拓寬了破胸稻種吸水途徑；泥巴對陽光及其他環(huán)境因子具有一定遮蔽作用，減少蒸發(fā)作用和不利環(huán)境因子對破胸稻種的損害；避免陽光直射帶來的損傷。在無陽光照射時，蒸發(fā)作用減弱，稻田土壤水分通過毛細管作用，對稀泥進行水分補充，彌補部分白天蒸發(fā)散失水分，從而使稻種扎根出苗，消除水分脅迫，提高稻種出苗率。

從圖2中可以看出，與直播養(yǎng)分利用動態(tài)相比，半固態(tài)播種下稀泥將肥料集中在某個“面”內(nèi)，形成“肥料集中效應(yīng)”，秧苗可以快速吸收養(yǎng)分，既保證了前期旺苗和壯苗的形成，又減少了因淋濕和滲透作用所造成的肥料損失。同時，也減少了排放多余泡田整地灌溉水所造成的肥料流失，從而達到前期節(jié)水節(jié)肥的功效。

2.2水稻生育期灌溉水和肥料用量對比

水稻半固態(tài)播種直接播種在免耕的稻田里，與CK處理相比（表1），A1、A2和A3處理省去泡田整地灌溉水量2 250 m3/hm2，折合水稻最高耗水量9 000 m3/hm2[1]，水資源利用效率提高25.00%；CK處理采用少次多量施肥，而A1、A2和A3處理采用多次適量施肥，在分蘗初期減少尿素投入20.75 kg/hm2，利用率提高11.07%；在播種期、分蘗末期和孕穗期總共減少復合肥投入78.27～88.78 kg/hm2，利用率提高幅度為16.31%～18.50%。這表明半固態(tài)播種能實現(xiàn)水肥高效利用，減少資源損失，有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

圖1　不同栽培模式破胸稻種吸水動態(tài)

圖2　不同栽培模式養(yǎng)分動態(tài)變化

表1　不同栽培模式對水稻灌溉水和肥料用量的影響

2.3分蘗動態(tài)變化

從表2中可以看出，無論何種處理，水稻分蘗數(shù)均呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的變化規(guī)律。與CK處理相比，A1、A2和A3處理在水稻分蘗始期分蘗數(shù)少，隨著時間推移，分蘗數(shù)逐漸增加，差異也由顯著變成不顯著；其中，A2和A3在8月23日后，分蘗數(shù)超過CK處理，分別增加8.99%和0.75%，而A1處理減少1.87%。與A1和A3處理相比，A2處理分蘗前期增幅較快，后期增幅減慢，且整個時期分蘗數(shù)均呈增加趨勢；最終A2處理比A1和A3處理分蘗數(shù)分別增加11.07%和8.18%。

表2　不同栽培模式對水稻分蘗的影響

2.4劍葉和倒二葉SPAD動態(tài)變化

由表3可知，CK和A1處理倒二葉SPAD從分蘗期至乳熟期呈減小、增大及減小的變化規(guī)律，A2 和A3處理呈先增大、后減小的變化規(guī)律；4個處理倒二葉SPAD均在抽穗期達到最大值。與CK處理相比，A1、A2和A3處理在孕穗期、齊穗期和乳熟期均呈增加趨勢，且均與CK處理達到極顯著性差異，差異幅度為4.27%～17.92%。A2處理在分蘗期和抽穗期的倒二葉SPAD比CK處理分別增加5.76%和7.07%，且均達到極顯著性差異。A1和A3處理在分蘗期比CK處理分別減少4.02%和4.39%，并達到極顯著性差異；而在抽穗期均呈增加趨勢，A1處理增加效果最佳，與CK處理達到極顯著性差異。與A1和A3處理相比，A2處理從分蘗期至乳熟期均呈增加趨勢，倒二葉SPAD維持在較高水平。

表3　不同栽培模式對水稻倒二葉SPAD的影響

表4　不同栽培模式對水稻劍葉SPAD的影響

表5　不同栽培模式對水稻產(chǎn)量的影響

由表4可知，各處理劍葉SPAD總體呈現(xiàn)先增加后減小的變化規(guī)律。與CK處理相比，A1、A2和A3劍葉SPAD自始至終均呈增加趨勢，并均達到極顯著性差異。與A1和A3 處理相比，A2處理劍葉SPAD總體含量較高，在9月3日、9月9日和10月9日均達到極顯著性差異。

2.5劍葉葉綠素a和葉綠素b動態(tài)變化

由圖3可知，A2處理劍葉的葉綠素a含量始終高于CK處理的，在10月9日差值最大，比CK處理增加92.09%；A1和A3處理劍葉的葉綠素a含量除9 月15日低于CK外，其余時間均高于CK；與A2處理相比，A1和A3處理較CK處理增加的幅度不明顯。9月15日，A1和A3處理劍葉的葉綠素a含量分別比CK處理低3.87%和4.19%。

整體來看，CK、A1、A2和A3處理劍葉的葉綠素a含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，而A1、A2和A3處理劍葉的葉綠素a含量在9月9日達到最大值，CK處理劍葉葉綠素a在9月15日達到最大值。

圖3　不同栽培模式對劍葉葉綠素a的影響

由圖4可知，和葉綠素a含量的變化趨勢一致，A2處理劍葉的葉綠素b含量始終高于CK處理的，增加幅度為12.80%～78.57%；與CK相比，A1和A3處理劍葉的葉綠素b含量在各個時期互有增減，差異不大，且增加幅度小于A2處理。

總體來說，CK、A1、A2和A3處理劍葉葉綠素b含量均呈先增加后減小的變化規(guī)律，且均在9月9日達到最大值。

圖4　不同栽培模式對劍葉葉綠b的影響

2.6產(chǎn) 量

由表5可知，與CK處理相比，A1、A2和A3處理實際產(chǎn)量分別增加2.02%、5.06%和3.90%，且CK處理與A2處理達到顯著性差異；A1、A2和A3處理有效穗均呈增加趨勢，增幅為0.35%～13.03%，無效穗呈減小趨勢，減幅為66.5%～93.5%；4個處理中，以A2處理增加有效穗數(shù)和減少無效穗數(shù)表現(xiàn)最佳，且均與CK處理達到極顯著性差異；A1、A2和A3處理的每穗粒數(shù)、每穗癟粒數(shù)和結(jié)實率分別比CK處理增加21.62%～38.15%、4.93%～21.10%和0.22%～1.90%；A1、A2和A3處理千粒重都呈減小趨勢，分別比CK處理減少7.52%、5.84%和5.04%，且差異均達極顯著水平?？傮w來說，A1、A2和A3處理理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量較CK處理有所增加，其中以A2處理增產(chǎn)效果顯著。這可能與A2處理播種時添加的肥料量最適于水稻前期生長有關(guān)，為增產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

3　討 論

3.1半固態(tài)播種可提高資源利用率，促進稻田可持續(xù)生產(chǎn)

該研究表明，水稻半固態(tài)播種能大幅節(jié)約灌溉用水量，提高水資源利用率；通過前期肥料“集中效應(yīng)”，保證水稻正常生長；后期少量多次施肥，使水稻整個生育期肥料總用量減少，有效地提高了植株養(yǎng)分吸收率和肥料利用率。水稻半固態(tài)播種在前茬水稻收割后，即采用旱直播播種在免耕稻田里，免去泡田整地環(huán)節(jié)，為晚稻生長發(fā)育爭取更多溫光資源；維持稻田耕作層結(jié)構(gòu)，保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性；采用秸稈還田，減少空氣污染；利用溝田清除的淤泥（過篩后）作為基質(zhì)，淤泥回歸稻田，減少水土流失。半固態(tài)播種作為水稻一種全新栽培方式，能減少水肥用量、調(diào)動閑置資源、減少環(huán)境污染等，切實符合低碳、節(jié)約型和可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的方針政策。

3.2半固態(tài)播種可增加有效分蘗，提高產(chǎn)量

水稻是依靠分蘗增產(chǎn)的作物，分蘗的利用情況對水稻產(chǎn)量形成有重要作用[17]。而成穗率是判定水稻分蘗效果最主要的因素，也是水稻高產(chǎn)超高產(chǎn)栽培的關(guān)鍵技術(shù)[18]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要運用水分調(diào)控[19]和養(yǎng)分調(diào)控[20]等措施來減少水稻無效分蘗發(fā)生，增加水稻有效穗，進而提高水稻成穗率。與CK處理相比，混合處理水稻的有效穗、成穗率和產(chǎn)量均呈增加趨勢，水稻無效穗均呈減少趨勢；以A2處理效果最佳。產(chǎn)生這種結(jié)果，一是在水稻生長前期，混合處理處于曬田狀況，土壤含水量低，有效控制了水稻分蘗，后期水分灌溉時，植株充分利用水資源，植株生長健壯，從而減少無效分蘗的發(fā)生；二是混合處理前期，水稻利用肥料“集中效應(yīng)”，快速吸收養(yǎng)分，利于旺苗和壯苗的形成，為優(yōu)勢分蘗奠定基礎(chǔ)；加之后期肥料采取少量多施方法，滿足水稻籽粒正常灌漿，增加稻穗結(jié)實率，提高成穗率；三是對照采用的是直播處理，直播水稻的中后期由于隱蔽作用增強，植株間透風、透光性差，導致產(chǎn)生一些無效穗。半固態(tài)播種增加有效分蘗和抑制無效分蘗的機理，仍需通過試驗深入探討。

3.3半固態(tài)播種可增加水稻穗重，延緩葉片衰老

水稻葉片是進行光合作用最重要的器官，也是積累干物質(zhì)的主要場所，直接影響水稻籽粒產(chǎn)量[21]。葉綠素含量是反應(yīng)葉片生理活性變化的重要指標之一，決定葉片凈光合速率的能力[22-23]。水稻生育后期功能葉片光合產(chǎn)物的多少決定這籽粒灌漿的成敗[24]。而功能葉片程序化衰老引起葉綠素降解及光合作用下降，導致籽粒充實度不高、結(jié)實率及穗重降低，限制著水稻產(chǎn)量潛力的發(fā)揮[22,25]。大量研究表明，水稻灌漿前期葉片衰老頻度低，抽穗后15～20 d衰老頻率陡增[25-26]，說明抽穗后15 d是水稻早衰與否的一個臨界點。與CK處理相比，半固態(tài)播種下水稻前期有利于形成壯苗和旺苗[7]，依據(jù)后期少量多次施肥，水稻劍葉葉綠素和倒二葉葉綠素以及劍葉葉綠a和葉綠素b等含量均維持在較高水平，為籽粒灌漿提供了充足的營養(yǎng)物質(zhì)，最終顯著提高水稻穗重，這與前人[22,25-26]研究結(jié)果相一致。

4　結(jié) 論

試驗結(jié)果表明，半固態(tài)播種拓寬了破胸稻種的吸水途徑，避免了環(huán)境中有害因素的直接作用；泥巴包裹的肥料形成“集中效應(yīng)”，有利于水稻前期旺苗和壯苗的形成，顯著節(jié)約了灌溉用水量和肥料施用量，提高了水肥利用率和生產(chǎn)率；同時，該技術(shù)還合理利用了農(nóng)業(yè)閑置資源，發(fā)揮了閑置資源潛力，減少了資源浪費及其產(chǎn)生的環(huán)境污染。

半固態(tài)播種后前期形成“肥料集中效應(yīng)”，后期再定期精確施肥，使水稻主要功能葉片的葉綠素含量維持在較高水平，可有效提高每穗實粒數(shù)，為籽粒灌漿提供充足的營養(yǎng)物質(zhì)；減少無效分蘗發(fā)生，提高成穗率，最終實現(xiàn)產(chǎn)量增加。而半固態(tài)播種對水稻其他生長性狀的影響機理，仍需進一步深入研究。

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（責任編輯：成 平）

Effect of Semi-solid Seeding on Rice Growth Traits， Water and Fertilizer Use Efficiency

LIANG Yu-gang1,2,3，HUANG Huang1,2,3，ZHANG Qi-fei1，LI Jing-yi1,2,3
（1. College of Agronomy， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC； 2. Southern Collaborative Innovation Center of Paddy Crop and Oil Crops， Changsha 410128， PRC； 3. Observation Station of Crop Cultivation Science of Central China Ministry of Agriculture， Changsha 410128， PRC）

Abstract：In order to solve a serious of problems of unreasonable use of irrigation water, fertilizer and resource shortages in southern paddy, research the effect of different irrigation water consumptions and fertilizer application methods on rice growth traits by the contrast test of semi-solid rice sowing and steeping field tillage sowing. The results showed that: compare with the steeping field tillage sowing，semi-solid rice sowing broaden the water absorption pathway of the breaking chest rice， improve the fertilizer use efficiency， avoid the direct effect of harmful environmental factors， beneficial to the formation of rice seedling emergence and sound seedling. At the same time，saving irrigation water 2250 m3/hm2， increase water use efficiency； carbamide application was reduced by 20.75 kg/hm2, and the utilization rate increased by 11.06%; compound fertilizer reduced 78.27-88.79 kg/hm2, utilization rate increased to 16.31%-18.50%. Significantly reducing the invalid spike, increasing the effective spike, increasing spike rate, increasing the number of grains per spike, increasing the weight and seed setting rate; Achieve rice production, an increase of 2.02%-5.06%. Use the corresponding way of fertilization, maintain SPAD of the rice flag leaves and top 2nd leaves at high level； Delay the degradation rate of chlorophyll a and chlorophyll b in flag leaves during grain filling period， achieve the water saving， fertilizer saving and resource efficient utilization of high yield rice.

Key words：rice; semi-solid seeding; growth character; water saving and fertilizer saving

通訊作者：黃 璜

作者簡介：梁玉剛（1990-），男，安徽淮北市人，碩士研究生，研究方向為作物生態(tài)信息。

基金項目：國家科技支撐計劃項目（2013BAD07B11）

收稿日期：2016-02-23

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.04.007

中圖分類號：S352.5

文獻標識碼：A

文章編號：1006-060X（2016）04-0019-05