不同種植方式水稻的產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率及對后茬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響

摘要：通過田間試驗，研究了旱播旱管（T1）、旱播水管（T2）、移栽水管（T3）三種水稻種植方式對水稻產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率及后茬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與T3相比，所有水稻品種在T1種植方式下產(chǎn)量均有所下降，平均降幅達10.3%，但節(jié)約灌溉用水73.4%，水分生產(chǎn)效率提高28.2%；T2的產(chǎn)量與T3差異不顯著，但在總用水量及水分生產(chǎn)效率方面優(yōu)于T3。T1種植方式的后茬小麥產(chǎn)量和地上部生物量最高，T2次之。

關鍵詞：稻麥輪作；旱直播水稻；種植方式；產(chǎn)量；水分生產(chǎn)效率

中圖分類號：S511；S512.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）10-2471-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.007

Abstract：Field experiments were conducted to examine rice grain yield and water productivity under different planting patterns and their effects on growth and yield of succeeding winter wheat in rice-wheat rotation system in Hubei Province. In rice season， three planting patterns were adopted， including dry direct-seeded aerobic rice（T1）， dry direct-seeded flooded rice （T2）， and transplanted flooded rice（T3）. Experimental results showed that the rice grain yield of T1 reduced by 10.3% as compared with T3. However， the water productivity of rice planted under T1 increased by 28.2% and 73.4% of irrigation water 1was saved as compared with that under T3. No significant differences were observed in rice grain yields between T2 and T3， but the water productivity and the total water consumption under T2 was relatively better than that under T3. Different rice planting patterns had significant influence on growth and yield of succeeding winter wheat. The highest wheat grain yield and aboveground biomass production were observed when preceding rice was planted under T1 among the three different planting patterns， T2 was the second.

Key words： rice-wheat rotation system；dry direct-seeded rice；planting pattern；grain yield；water productivity

水稻是中國的主要糧食作物之一，其中灌溉稻種植面積約占水稻總種植面積的95%[1]，水稻灌溉用水量約占農(nóng)業(yè)用水的50%[2]。中國是世界上人均占有水資源最貧乏的國家之一[3]，在過去10年中平均每年農(nóng)業(yè)灌溉缺水300億m3，每年受旱面積2 000萬～2 600萬hm2，即使在水資源豐富的南方，每年有160萬～200萬hm2水稻因季節(jié)性干旱而嚴重減產(chǎn)[4]，水資源匱乏嚴重制約了移栽稻的生產(chǎn)，因此急需實行節(jié)水灌溉和提高水分生產(chǎn)效率。近年來興起的旱作水稻在節(jié)水、高產(chǎn)上取得了一定成果[5，6]。直播稻分為濕直播和旱直播，旱直播具有節(jié)水省工的優(yōu)點[7，8]。趙成全等[9]在遼寧省進行的水稻旱直播試驗結(jié)果表明，水稻旱直播比育秧移栽節(jié)水25%～50%，產(chǎn)量比插秧提高5.33%。朱倫[10]進行早稻的旱直播栽培試驗，研究發(fā)現(xiàn)旱直播比常規(guī)栽培增產(chǎn)22%，可節(jié)約灌溉用水6 000 m3/hm2。稻-麥輪作是中國南方地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要耕作方式之一，不同的水稻種植方式，對水稻產(chǎn)量、水分利用效率及后茬小麥的生長有明顯影響。水稻旱作能夠顯著提高后茬小麥的產(chǎn)量[11，12]。Aggarwal等[13]和吳延壽等[14]研究結(jié)果表明，前茬水稻水作導致土壤比較板實，不利于后茬作物扎根和生長而導致減產(chǎn)。孫文娟等[15]研究表明，水稻旱作后土壤的理化性狀優(yōu)于水作，有利于小麥生長。薛琳[16]研究表明，水稻旱作后土壤速效氮和有效磷均高于水稻水作。目前，稻-麥輪作系統(tǒng)中旱播旱管、旱播水管、移栽水管三種水稻種植方式對后茬冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響鮮見報道。本研究通過設置三種不同的水稻種植方式，對不同種植方式水稻的產(chǎn)量和水分利用效率及后茬冬小麥的生長發(fā)育和產(chǎn)量進行了研究，旨在為旱直播水稻與小麥輪作的進一步推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2014年5月至2015年6月在湖北省武穴市大金鎮(zhèn)試驗基地（29°51′N，115°33′E）進行。水稻供試品種為兩個抗旱品種常規(guī)秈稻綠旱1號和雜交秈稻旱優(yōu)3號，以及當?shù)赝茝V面積較大的常規(guī)秈稻品種黃華占和超級秈稻品種揚兩優(yōu)6號，小麥供試品種為鄭麥9023。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 采用裂區(qū)設計，前茬水稻試驗種植方式為主區(qū)，三種種植方式分別是旱播旱管（T1）、旱播水管（T2）、移栽水管（T3），四個品種為副區(qū)，設4次重復，每個小區(qū)面積為30 m2。與水稻三種種植方式相對應，后茬小麥相應記為旱播旱管（T1）、旱播水管（T2）和移栽水管（T3）。試驗前各處理土壤基本情況見表1。

1.2.2 田間管理 前茬水稻田間管理方式如下，旱播旱管（T1）：采用機器旋耕，耙平后手工條播，5月1日播種，行距25 cm，播種量為60 kg/hm2。旱播旱管的水分管理方式主要以雨養(yǎng)為主，只在土壤狀況過于干旱（water potential≤-50 kPa）時適量灌溉；旱播水管（T2）：整地、播種過程以及出苗后到四葉期之前其管理方式均與旱播旱管相同，當幼苗達到四葉期時，開始淹灌管理直到齊穗后15 d為止，在此過程中全田始終保持3～10 cm的水層；移栽水管（T3）：常規(guī)水育秧，5月2日播種，5月27日移栽，栽插密度為25.0 cm×13.3 cm，每穴3苗，在本田中先旋耕再耘田，從移栽到收獲前兩周左右全田始終保持3～10 cm的水層。各主區(qū)田埂高度為25 cm，且均用農(nóng)用薄膜包裹，各區(qū)獨立灌水，田間精細管理，不采取曬田措施，及時控制和防治病蟲害。后茬小麥采用機器旋耕，耙平后手工條播，10月14日播種，行距20 cm，播種量為150 kg/hm2，全生育期雨養(yǎng)，挖好“三溝”（墑溝、腰溝、地頭溝）防止小區(qū)中積水，嚴格控制雜草和防治病蟲害。

前茬水稻施純氮150 kg/hm2，按基肥、分蘗肥、穗肥三次施入，比例為8∶11∶11；施純鉀100 kg/hm2，按基肥、穗肥兩次施入，比例為1∶1；施純磷40 kg/hm2、純鋅5 kg/hm2，均作基肥一次性施入。后茬小麥施純氮180 kg/hm2，按基肥、拔節(jié)肥、穗肥三次施入，比例為6∶7∶7；施用五氧化二磷120 kg/hm2、氧化鉀105 kg/hm2和純鋅5 kg/hm2，均作基肥一次施入。

1.2.3 取樣與樣品處理 水稻于成熟期取樣，取0.5 m2植株樣品，考察有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重。小麥于分蘗期、孕穗期、齊穗期取樣，取0.5 m2植株樣品，測定分蘗數(shù)、葉面積指數(shù)及生物量，樣品在80 ℃下烘干至恒重；于成熟期取0.5 m2植株樣品，考察有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重。

1.2.4 測定項目及方法 水稻灌溉用水是由安裝有水量流量計的水泵完成，記錄灌溉次數(shù)，每次灌溉時單獨記錄各個處理的灌溉用水量，同時在全田中央設有雨量計，用于監(jiān)測整個生育期內(nèi)的降雨情況。水分生產(chǎn)效率計算公式為：WP=Y/（I+R），其中Y為水稻產(chǎn)量，I為凈灌溉水量，R為降雨量。

水稻至成熟期，每個小區(qū)分別選取5 m2測產(chǎn)，單獨曬干風選后，稱出干谷重，同時測定干谷水分含量，然后計算折合含水量為14%的稻谷產(chǎn)量。小麥于成熟期每個小區(qū)選取3 m2測產(chǎn)，曬干風選后測定小麥子粒含水量，然后計算折合含水量為14%的小麥產(chǎn)量。

1.3 統(tǒng)計分析

采用Excel 2013軟件進行數(shù)據(jù)整理，用Statistix 9軟件統(tǒng)計與顯著性分析，采用Sigmaplot 10.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植方式水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因子

三種水稻種植方式中，旱播水管（T2）和移栽水管（T3）種植方式的水稻產(chǎn)量均高于旱播旱管（T1），且T2和T3種植方式的產(chǎn)量無顯著性差異，T1種植方式下的生物量與T2和T3種植方式的生物量差異均達顯著性水平（表2）。除綠旱1號外，其他3個品種在旱播水管（T2）和移栽水管（T3）種植方式的生物量均高于旱播旱管（T1），T1種植方式下的生物量與T2和T3種植方式的生物量差異均達顯著水平。除旱優(yōu)3號外，其他3個品種的收獲指數(shù)在3種種植方式間均無顯著性差異。將3種種植方式下的產(chǎn)量計算平均值，4個品種中揚兩優(yōu)6號的產(chǎn)量最高，其次為黃華占和旱優(yōu)3號，綠旱1號的產(chǎn)量最低，生物量的表現(xiàn)趨勢與產(chǎn)量完全相同，收獲指數(shù)在4個品種間差異不大，只有旱優(yōu)3號的收獲指數(shù)略低于其他3個品種。

從產(chǎn)量構(gòu)成因子角度來分析各種植方式間的差異（表2），除旱優(yōu)3號外，其他3個品種的有效穗數(shù)均在T1種植方式下最高，而在T2和T3種植方式下，其他3個品種的單位面積穗數(shù)并無顯著性差異，只有綠旱1號在T2種植方式下的有效穗數(shù)顯著高于T3。而每穗穎花數(shù)在3種方式間所表現(xiàn)出的差異則與單位面積穗數(shù)剛好相反。在T1種植方式下的單位面積穎花數(shù)顯著低于T2和T3種植方式。結(jié)實率和千粒重在3種種植方式間并未表現(xiàn)出一致的規(guī)律。有效穗數(shù)方面，常規(guī)稻品種綠旱1號和黃華占高于另外兩個雜交稻品種；而在每穗穎花數(shù)方面，揚兩優(yōu)6號遠高于另外3個品種；單位面積穎花數(shù)方面，黃華占和揚兩優(yōu)6號遠高于兩個旱稻品種。

2.2 不同種植方式水稻的灌溉、降雨情況及水分生產(chǎn)效率

水稻在T1種植方式下，在整個生育期內(nèi)的灌溉量與灌溉次數(shù)遠低于T2和T3兩種種植方式，T2的灌溉量與灌溉次數(shù)也略低于T3（表3）。在整個生育期內(nèi)，T1和T2灌溉次數(shù)分別只有2次和7次，遠低于T3種植方式的10次灌溉。將4個品種的灌溉量、總用水量計算平均值，在3種種植方式下，T1和T2分別比T3節(jié)約灌溉用水73.4%和24.0%；就總用水量而言，T1和T2平均分別比T3節(jié)水30.2%和9.9%。同樣，T1和T2種植方式的水分生產(chǎn)效率（WP）平均分別比T3高28.2%和12.1%。由以上數(shù)據(jù)可以看出，T1種植方式是一種節(jié)水、省工的種植方式，而T2種植方式在水分用量、灌溉次數(shù)以及WP方面也在一定程度上優(yōu)于T3種植方式。4個品種由于受到生育期長度的影響，其水分用量略有不同，但是各品種在不同種植方式的WP表現(xiàn)趨勢一致。在相同處理中，WP的最大值都出現(xiàn)在揚兩優(yōu)6號中，這說明超級雜交稻在產(chǎn)量方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢的同時，在抗旱性以及水分利用方面也具有明顯的優(yōu)勢。

2.3 不同水稻種植方式對后茬小麥生長發(fā)育的影響

2.3.1 后茬小麥分蘗數(shù) 在分蘗期以后，所有水稻種植方式的后茬小麥分蘗數(shù)是一個持續(xù)減少的過程，且T1種植方式后茬小麥在整個生育期內(nèi)的分蘗數(shù)和有效穗數(shù)（孕穗期以后分蘗數(shù)即為有效穗數(shù)）均高于T2和T3兩種種植方式，T2的分蘗數(shù)也略高于T3（圖1）。在分蘗期T1、T2和T3種植方式的后茬小麥單位面積分蘗數(shù)分別為629、567和554個；隨著小麥無效分蘗逐漸死亡，T1、T2和T3種植方式后茬小麥成穗率分別為80.6%、84.3%和82.2%。

2.3.2 后茬小麥葉面積指數(shù) 與T3種植方式相比，T1和T2種植方式均能增加后茬小麥的葉面積指數(shù)（LAI）。其中以T1后茬小麥LAI最高，這與T1種植方式下后茬小麥分蘗最多、群體最大有關，且T2后茬小麥LAI也略高于T3。在分蘗期與孕穗期，三種種植方式的后茬小麥LAI差異不顯著，在齊穗期T1、T2與T3的LAI差異到達最大（圖2）。

2.3.3 后茬小麥生物量 從整個試驗過程來看，后茬小麥生物量積累經(jīng)歷了一個快速-緩慢-快速的過程（圖3）。分蘗到孕穗期，隨著開春后溫度的升高和土壤水肥氣熱狀況的變化，植株進入快速生長期，各處理間生物量差異趨勢變大。從孕穗期到齊穗期，生物量的積累變慢。之后隨著子粒灌漿，生物量積累速率又開始上升，直至收獲期，各處理后茬小麥生物量積累均達到最大，其中T1種植方式后茬小麥生物量最大，達10.62 t/hm2，分別比T2和T3兩種植方式高9.0%和10.9%。

2.4 不同水稻種植方式對后茬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響

在3種水稻種植方式的后茬小麥中，旱直播（T1和T2）種植方式下的后茬小麥的產(chǎn)量顯著高于移栽水管（T3）后茬，說明前茬水稻旱直播均能夠增加后茬小麥產(chǎn)量（表4）。其中T1后茬小麥產(chǎn)量達4.45 t/hm2，T2和T3后茬小麥產(chǎn)量依次為4.31和3.95 t/hm2，T1和T2分別比T3增產(chǎn)12.7%和9.1%。3種水稻種植方式的后茬小麥生物量和收獲指數(shù)表現(xiàn)出與產(chǎn)量相同的趨勢，但處理間差異不顯著。

3種水稻種植方式的后茬小麥單位面積有效穗數(shù)以T1最高，T2次之，兩者分別比T3高11.5%和5.5%，而每穗粒數(shù)在3種處理間差異不顯著。總體而言，3種水稻種植方式的后茬小麥單位面積粒數(shù)總體表現(xiàn)為T1>T2>T3，處理間差異不顯著。3種水稻種植方式的后茬小麥千粒重同樣表現(xiàn)出T1>T2>T3的規(guī)律，且T1顯著大于T3，T1與T2、T2與T3間差異不顯著。

3 小結(jié)與討論

旱直播水稻（T1和T2）與移栽水管水稻（T3）相比省去了育秧移栽環(huán)節(jié)，節(jié)省了秧田占地，同時也節(jié)省了秧田用水和用工。旱播水管（T2）與移栽水管（T3）相比，在節(jié)水省工的同時，其產(chǎn)量間也不存在顯著差異；在水分利用效率上，4個品種在T2種植方式下的WP都要顯著高于T3。因此，從投入、產(chǎn)量以及對水資源利用效率來看，旱播水管是替代育秧移栽的一種比較理想的種植方式。T1種植方式與T3相比，產(chǎn)量均有所降低，平均降幅達10.3%，但降幅低于殷曉燕等[17]調(diào)查所得出平均減產(chǎn)11%～20%的結(jié)論值，產(chǎn)量降低的原因主要是每穗粒數(shù)和單位面積穎花數(shù)的降低；在水分利用效率方面，T1處理有著顯著的優(yōu)勢，與T3處理相比，4個品種WP平均提高28.2%，與Gill等[18]研究得出旱直播水稻W(wǎng)P比移栽稻高出33.3%的結(jié)果相一致。綜合4個品種來看，T2與T3種植方式下的水稻產(chǎn)量之間無顯著性差異，這主要取決于兩種方式下相近的生物量和穩(wěn)定的收獲指數(shù)；而T1與T3相比，其產(chǎn)量較低的主要原因是較低的生物量積累。

在三種水稻種植方式的后茬小麥中，與移栽水管（T3）后茬小麥相比，旱直播（T1和T2）后茬小麥能夠增產(chǎn)，主要是旱直播水稻收獲后土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀含量高于移栽水管（表1）。前人研究表明，水稻旱作后土壤的理化性狀優(yōu)于水作，利于微生物生長，導致旱作后土壤微生物量碳、氮均高于水作[19]。本試驗在小麥孕穗到灌漿期連續(xù)遭遇陰雨天氣，空氣濕度大，發(fā)生了赤霉病。前人研究表明，空氣相對濕度過高，易導致植物氣孔開度減小，抑制了葉肉細胞對光合作用底物CO2的吸收，最終影響光合產(chǎn)物的形成[20-23]。同時空氣濕度過高，會提高赤霉病的發(fā)生概率并導致減產(chǎn)[24-26]?？偟膩碚f，小麥產(chǎn)量偏低，主要在于較低生物量積累，在實際生產(chǎn)中，應綜合考慮選擇耐高空氣濕度品種，最大限度的緩解高空氣濕度年份對小麥生產(chǎn)的不利影響。

本研究結(jié)果表明，旱直播水稻采用適宜的水分管理方式可以穩(wěn)產(chǎn)，可以節(jié)約灌溉用水及提高水分生產(chǎn)效率，并且可以提高后茬小麥的產(chǎn)量。旱播旱管水稻的水分利用效率優(yōu)勢很大，因此，在一些水分缺乏地區(qū)旱播旱管這種種植模式有著很大的推廣空間。在雨水較多的湖北省，應綜合選擇耐高空氣濕度的小麥品種，而且在未來發(fā)展旱直播水稻與小麥輪作這項栽培技術(shù)仍有待于進一步的完善和提高，以實現(xiàn)產(chǎn)量效益的雙豐收。

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