土壤耕作方式對湘南晚稻產(chǎn)量形成、米質(zhì)與水分利用效率的影響

易鎮(zhèn)邪，朱偉文，周文新，陳平平，王曉玉，屠乃美

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院／南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙 410128）

水資源短缺是當(dāng)今世界面臨的普遍問題，是糧食生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。近年來，我國北方干旱半干旱地區(qū)節(jié)水抗旱技術(shù)研究與應(yīng)用發(fā)展較快，但南方地區(qū)作物生產(chǎn)節(jié)水技術(shù)研究與應(yīng)用相對滯后。主要分布于南方的水稻是我國最重要的糧食作物，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的第一用水大戶，開展水稻節(jié)水技術(shù)研究意義重大。就南方水稻節(jié)水栽培，前人已開展了一些研究。郭榮發(fā)等［1］針對直播早、晚稻研究了滲灌栽培的節(jié)水效果與產(chǎn)量效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)淹灌栽培相比，滲灌栽培早稻可節(jié)水50%、增產(chǎn)12%，而晚稻可節(jié)水40%、增產(chǎn)約8%。肖新［2］在南方丘陵地區(qū)的研究表明，節(jié)水灌溉雙季稻模式、水旱輪作雙季稻模式、稻油輪作模式的綜合效益都優(yōu)于常規(guī)稻作模式。王怡紅［3］研究發(fā)現(xiàn)，南方水稻壟作栽培的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)明顯。整體來看，南方水稻節(jié)水栽培技術(shù)研究還較少，同時(shí)，各地的自然條件與生產(chǎn)習(xí)慣各不相同，因此，各地均需因地制宜地開展水稻節(jié)水技術(shù)研究。衡邵丘陵盆地是湖南省重要的水稻主產(chǎn)區(qū)之一，但該區(qū)域水稻生產(chǎn)面臨較為嚴(yán)重的水資源短缺問題，季節(jié)性干旱較為突出。因此，本研究以湘南丘崗區(qū)（衡陽）晚稻為研究對象，研究土壤耕作與栽培方式對水稻產(chǎn)量、稻米品質(zhì)、水分利用效率的影響，旨在為湘南水稻節(jié)水豐產(chǎn)綜合技術(shù)體系的構(gòu)建提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2014年，以當(dāng)?shù)胤N植面積較大的雜交稻品種‘豐源優(yōu)299’為試驗(yàn)材料，在湖南省衡陽縣西渡鎮(zhèn)梅花村富樂農(nóng)場（112°39′E，26°99′N）開展大田試驗(yàn)。試驗(yàn)地前作為水稻，土壤類型為壤土，土壤pH 5.66，0～30 cm土層含有機(jī)質(zhì) 37.93 g／kg、全氮1.45 g／kg、全磷0.59 g／kg、全鉀20.45 g／kg、堿解氮138.46 mg／kg、有效磷 7.96 mg／kg、速效鉀 40.94 mg／kg。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生理與分子生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)免耕與翻耕兩個(gè)處理，副區(qū)設(shè)平作與壟作兩個(gè)處理，共4個(gè)處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，每小區(qū)插植599穴。施肥方式按照當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣進(jìn)行：基肥施用尿素（含N46.4%）75 kg／hm2與復(fù)合肥（N∶P∶K＝26∶10∶16）300 kg／hm2，不追肥。

平作與壟作采取不同水分管理方式。平作水分管理方式：在關(guān)鍵生育時(shí)期，如返青期和孕穗—抽穗期田間保持5 cm水層，其他時(shí)期采取間歇灌溉方式（即田面自然落干后再灌水），收獲前1周斷水。壟作水分管理方式：水稻插秧前先起壟作廂，廂寬1.20 m，溝寬25 cm、深20～25 cm，返青期和孕穗—抽穗期保持畦面5 cm水層，其他時(shí)期畦面無水層（溝內(nèi)有水）。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

生育時(shí)期與莖蘗動(dòng)態(tài)：記載播種、移栽、分蘗盛期、孕穗、齊穗、乳熟、成熟和收獲等關(guān)鍵生育時(shí)期。返青后，每小區(qū)定點(diǎn)10穴，每5 d記載一次水稻莖蘗數(shù)，直至齊穗。

干物質(zhì)積累：于分蘗盛期、孕穗期、齊穗期、乳熟期、成熟期取樣，每小區(qū)按平均單穴莖蘗數(shù)（穗數(shù)）取代表性植株3穴，分葉、莖、穗等部位裝袋，105℃條件下殺青30 min后，80℃烘干至恒重后稱重。

產(chǎn)量及其構(gòu)成：成熟期每小區(qū)調(diào)查連續(xù)80穴水稻的有效穗數(shù)，計(jì)算平均單穴有效穗數(shù)，然后按平均單穴有效穗數(shù)每小區(qū)取樣5蔸，帶回室內(nèi)考察每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。同時(shí)，每小區(qū)收割100穴，考察實(shí)際產(chǎn)量。

稻米品質(zhì)：稻谷儲(chǔ)存3個(gè)月后碾米，考察糙米率、精米率、整精米率、長寬比、堊白粒率、堊白度、堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量、粗蛋白含量等米質(zhì)指標(biāo)。

水分利用效率：在晚稻移栽前和收獲后分別測定稻田土壤含水量，計(jì)算晚稻生育期內(nèi)稻田土壤貯水量的變化；記錄全生育期內(nèi)的灌溉時(shí)間和次數(shù)，推算灌溉水量；根據(jù)衡陽縣氣象局的降雨量數(shù)據(jù)，計(jì)算晚稻全生育期內(nèi)的降水總量。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)計(jì)算總耗水量 ETm＝P＋I(xiàn)－△W，式中：ETm為總耗水量，P為降雨量，I為灌溉量，△W為稻田土壤貯水量的變化。水分利用效率（WUE，kg／m3）＝稻谷籽粒產(chǎn)量／耗水量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理與作圖采用Excel 2007軟件和DPS 7.05軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤耕作方式對晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.1.1 晚稻實(shí)際產(chǎn)量

由表1可見，免耕處理實(shí)際產(chǎn)量顯著低于翻耕處理，平作與壟作條件下免耕處理分別減產(chǎn)10.2%和16.4%；4個(gè)組合處理中，免耕壟作處理的實(shí)際產(chǎn)量最低，顯著低于其他3個(gè)處理。在翻耕條件下，壟作和平作處理間實(shí)際產(chǎn)量差異極??；而免耕條件下，壟作處理實(shí)際產(chǎn)量較平作處理下降顯著，降幅達(dá)6.9%。翻耕處理晚稻經(jīng)濟(jì)系數(shù)較免耕處理有所提高，相同耕作條件下，壟作栽培和平作栽培的經(jīng)濟(jì)系數(shù)差異不大。

表1 不同土壤耕作方式的晚稻實(shí)際產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)系數(shù)Table 1 Effect of soil tillage modes on actual yield of late rice

2.1.2 晚稻產(chǎn)量構(gòu)成因素

由表2可見，有效穗數(shù)以翻耕平作處理最多，免耕壟作處理最少；相同耕作條件下，平作處理比壟作處理有效穗數(shù)增加顯著；而在相同栽培方式下，免耕處理有效穗數(shù)與翻耕處理差異不顯著。晚稻千粒重在27.21～27.57 g之間，處理間無顯著差異；每穗實(shí)粒數(shù)，翻耕處理顯著高于免耕處理，而壟作處理和平作處理間差異不大；結(jié)實(shí)率在72.45%～77.31%之間，翻耕處理較免耕處理顯著提高，壟作處理略高于平作處理。可見，晚稻免耕相對于翻耕處理顯著減產(chǎn)主要是每穗實(shí)粒數(shù)與結(jié)實(shí)率顯著下降所致，而壟作條件下水稻減產(chǎn)主要是有效穗數(shù)減少所致。

表2 不同土壤耕作方式的晚稻產(chǎn)量構(gòu)成因素比較Table 2 Effect of soil tillage modes on yield components of late rice

2.2 土壤耕作方式對晚稻產(chǎn)量形成特性的影響

2.2.1 莖蘗動(dòng)態(tài)

土壤耕作方式對晚稻莖蘗動(dòng)態(tài)的影響見圖1。各處理莖蘗動(dòng)態(tài)基本一致，即呈先快速增長，后逐漸減少趨于平穩(wěn)的趨勢，但各處理在莖蘗數(shù)與變化速度等方面有明顯差異。前期莖蘗數(shù)增長速度以免耕平作處理最大，其他依次為免耕壟作、翻耕壟作和翻耕平作處理；最高莖蘗數(shù)呈現(xiàn)免耕平作＞免耕壟作＞翻耕壟作＞翻耕平作處理的趨勢。各處理莖蘗數(shù)下降速度也有明顯差異，其中翻耕平作與翻耕壟作處理下降較緩慢，而免耕平作與免耕壟作處理下降較快。各處理最終莖蘗數(shù)（有效穗數(shù)）呈現(xiàn)翻耕平作＞免耕平作＞翻耕壟作＞免耕壟作處理的趨勢。可見，土壤耕作方式對晚稻莖蘗動(dòng)態(tài)有明顯影響，其中翻耕平作處理莖蘗變化相對平穩(wěn)，成穗率較高，為高產(chǎn)量奠定了重要基礎(chǔ)。

2.2.2 晚稻干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)

圖1 不同土壤耕作方式下的晚稻莖蘗動(dòng)態(tài)Fig.1 Effect of soil tillage modes on tillering dynamics of late rice

圖2 不同土壤耕作方式下的晚稻地上部干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)Fig.2 Effect of soil tillage modes on shoot dry weight of late rice

由圖2可見，各處理干物質(zhì)重量均隨生育進(jìn)程推進(jìn)而逐漸增大。齊穗期之前，平作處理地上部干物重增長較壟作處理快，但齊穗期后，平作處理干物質(zhì)重量增長放緩，而壟作處理，尤其是翻耕壟作處理干物質(zhì)重量增長速率加快。壟作處理齊穗前干物重顯著低于平作處理，但齊穗期后差異逐漸減小，到成熟期，翻耕壟作處理的干物重與平作處理無明顯差異；免耕壟作處理干物質(zhì)積累量顯著低于其他處理。

2.3 土壤耕作方式對晚稻稻米品質(zhì)的影響

由表3可見，加工品質(zhì)指標(biāo)中，處理間糙米率、精米率差異不大，免耕條件下壟作與平作處理整精米率差異不大，而翻耕條件下壟作處理整精米率顯著高于平作處理。外觀品質(zhì)指標(biāo)中，處理間稻米長寬比差異不大，堊白率、堊白度均表現(xiàn)免耕處理顯著高于翻耕處理的趨勢，而其在壟作與平作處理間差異不顯著。蒸煮品質(zhì)指標(biāo)中，處理間的堿消值與直鏈淀粉含量差異不顯著，處理間膠稠度差異顯著，免耕處理較翻耕處理顯著降低，而壟作處理顯著高于平作處理。各處理間稻米粗蛋白含量無顯著差異。

表3 不同土壤耕作方式的晚稻稻米品質(zhì)比較Table 3 Effect of soil tillage modes on rice quality traits

2.4 土壤耕作方式對晚稻水分利用效率的影響

由表4可見，處理間的灌溉水利用效率差異極顯著，壟作處理灌溉水利用效率極顯著高于平作處理，免耕與翻耕條件下分別提高53.4%和51.5%，同時(shí)可見，翻耕處理灌溉水利用效率較免耕處理顯著提高。壟作處理顯著減少了總耗水量，顯著提高了總耗水利用效率，其在免耕與翻耕條件下分別提高7.5%和8.8%；免耕處理則由于產(chǎn)量顯著下降，其總耗水利用效率顯著下降。

表4 不同土壤耕作方式的晚稻水分利用效率Table 4 Effect of soil tillage modes on water use efficiency

3 小結(jié)與討論

3.1 免耕對水稻產(chǎn)量的影響

溫玉輝等［4］在拋秧?xiàng)l件下比較研究了免耕與翻耕處理的水稻產(chǎn)量構(gòu)成差異，發(fā)現(xiàn)免耕水稻有效穗減少，但每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、粒重增加，而翻耕水稻有效穗數(shù)多，但結(jié)實(shí)率不高，因而免耕處理產(chǎn)量較翻耕處理提高了1.3%～4.3%；Ogunremi LT等［5］在拋秧?xiàng)l件下開展的研究發(fā)現(xiàn)，免耕處理水稻分蘗數(shù)、有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)均顯著低于翻耕處理，且免耕水稻易早衰，最終減產(chǎn)幅度高達(dá)32.6%；何佳芳等［6］也認(rèn)為免耕處理水稻產(chǎn)量顯著下降?？梢?，關(guān)于免耕對水稻產(chǎn)量的影響，前人研究結(jié)果不盡一致。

本試驗(yàn)中，免耕處理的產(chǎn)量顯著低于翻耕處理，降幅達(dá)10.2%～16.4%。蘇祖芳等［7］研究表明，免耕水稻分蘗早，早期分蘗多。本研究發(fā)現(xiàn)免耕處理水稻前期分蘗快，且最高莖蘗數(shù)顯著高于翻耕處理，與蘇祖芳等［7］結(jié)果一致，但到了生育后期其分蘗大量消亡，最終導(dǎo)致免耕水稻有效穗數(shù)低于翻耕處理?？梢姡飧幚盹@著減產(chǎn)的原因之一是無效分蘗較多，成穗率較低，最終導(dǎo)致有效穗數(shù)減少。同時(shí)，本研究還發(fā)現(xiàn)，免耕水稻顯著減產(chǎn)的重要原因是其結(jié)實(shí)率與每穗實(shí)粒數(shù)均顯著下降。前人研究認(rèn)為免耕水稻易早衰［5］，而本試驗(yàn)中肥料全部基施，不施追肥，這可能也是導(dǎo)致其顯著減產(chǎn)的一個(gè)原因?？偟膩砜?，關(guān)于免耕水稻產(chǎn)量的問題還有待進(jìn)一步研究。

3.2 壟作對水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

錢永德等［8］研究表明，壟作水稻單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)較平作略有增加，結(jié)實(shí)率與千粒重差異不大，實(shí)際產(chǎn)量提高13.3%。王同朝等［9］指出，壟作水稻有效分蘗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重均有不同程度提高，增產(chǎn)24.9%～45.8%。張皆祿等［10］認(rèn)為，水稻壟作栽培技術(shù)有明顯的增產(chǎn)效果，其增產(chǎn)的原因是協(xié)調(diào)了土壤水、氣關(guān)系，促進(jìn)水稻光合作用。而本研究發(fā)現(xiàn)，翻耕條件下壟作和平作處理產(chǎn)量差異較小，而免耕條件下壟作較平作處理減產(chǎn)顯著，且主要是有效穗數(shù)顯著減少所致。其原因可能與三個(gè)方面有關(guān)：其一是本試驗(yàn)過程中降雨較多，壟作的增溫與改善通氣的效應(yīng)沒有體現(xiàn)；其二是壟面水層相對較淺，導(dǎo)致雜草增多；其三是本試驗(yàn)條件下壟作栽培株行距較?。ㄐ^(qū)穴數(shù)與平作相同），群體通風(fēng)透光條件相對較差。有關(guān)湘南水稻的壟作高產(chǎn)栽培技術(shù)還有待進(jìn)一步研究和完善。

本試驗(yàn)中，壟作與平作晚稻糙米率和精米率上差異不大，而壟作晚稻的整精米率、直鏈淀粉與蛋白質(zhì)含量有所提高，而堊白率和堊白度明顯下降，與章秀福［11］、張自常等［12］的研究結(jié)果一致。可見，壟作栽培在提高稻米品質(zhì)上具有一定作用。

3.3 免耕與壟作對水稻水分利用效率的影響

李文淑等［13］認(rèn)為，壟作能增加降雨入滲量，減少水土流失，增加貯水載體，提高抗旱能力，提高水分利用效率。本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，壟作處理的灌溉水量、總耗水量顯著減少，水分利用效率顯著高于平作處理。由于本研究只開展了一年試驗(yàn)，且試驗(yàn)期間降雨量較多，因而有關(guān)壟作栽培對湘南水稻水分利用效率的影響還有待多年試驗(yàn)驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 郭榮發(fā)，何春林，陳愛珠.南方水稻淺溝滲灌節(jié)水技術(shù)研究［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，32（3）：81－83.

［2］ 肖 新.南方丘陵季節(jié)性干旱區(qū)節(jié)水稻作綜合效應(yīng)研究及效益評價(jià)［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2007.

［3］ 王怡紅.南方水稻壟作栽培高產(chǎn)形成的初步研究［D］.揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

［4］ 溫玉輝，陳景勇，楊悅林，等.晚稻免耕拋秧高產(chǎn)機(jī)理研究［J］.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，20（2）：73－76.

［5］ Ogunremi LT.Effects of tillage and seeding methods on soil physical properties and yield of upland rice for an ultisol in southern Nigeri［J］.Soil and Tillage Research，1986（6）：305－324.

［6］ 何佳芳，芶久蘭，肖厚軍.不同耕作栽培方式對中產(chǎn)稻田水稻根系特性及產(chǎn)量的影響［J］.耕作與栽培，2013（1）：8－9.

［7］ 蘇祖芳，吳九林，李國生，等.水稻秧苗素質(zhì)對分蘗成穗率及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響［J］.耕作與栽培，1995（3）：10－14.

［8］ 錢永德，李金峰，鄭桂萍，等.壟作栽培對寒地水稻根系生長的影響［J］.中國水稻科學(xué)，2005，19（3）：238－242.

［9］ 王同朝，王 燕，衛(wèi) 麗，等.作物壟作栽培法研究進(jìn)展［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，39（4）：377－382.

［10］張皆祿，李少泉.水稻壟作栽培增產(chǎn)效應(yīng)成因研究［J］.廣西農(nóng)學(xué)報(bào)，1994，1（9）：4－7.

［11］章秀福，王丹英，邵國勝.壟畦栽培水稻的產(chǎn)量、品質(zhì)效應(yīng)及其生理生態(tài)基礎(chǔ)［J］.中國水稻科學(xué)，2003，17（4）：343－348.

［12］張自常.水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)節(jié)水灌溉技術(shù)及其生理基礎(chǔ)［D］.揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

［13］李文淑，曾玉清，呂澤林，等.水稻壟作栽培增產(chǎn)效果及原因分析［J］.農(nóng)業(yè)科技通訊，2014（12）：118－122.