不同機(jī)插育秧方式對麥秸還田水稻花后光合特性的影響

趙軼鵬， 吳玉玲， 潘玉良， 丁成偉， 王友霜， 趙新勇， 馮國華

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇徐州 221000)

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，也是江蘇省第一大糧食作物。近年來，麥稈還田成為解決秸稈焚燒問題的最直接手段，由于秸稈還田可改變稻田土壤及水分環(huán)境，作物光合特性也會隨之發(fā)生變化[1]，但這也與肥水管理方式密切相關(guān)[2]。我國水稻機(jī)械化種植面積逐年擴(kuò)大，缽苗機(jī)插作為新型水稻栽培方式可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化無植傷精確栽植，生育前期具備一定的生長優(yōu)勢[3]，但由于花后葉片光作用對籽粒物質(zhì)積累貢獻(xiàn)最大[4]，因此，研究麥秸還田條件下毯苗機(jī)插與缽苗機(jī)插水稻穗后葉片的光合特性，對深入解析不同機(jī)插育秧方式下水稻產(chǎn)量形成過程具有較為重要的意義。光合作用是水稻產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)前研究較多關(guān)注于缽苗機(jī)插水稻產(chǎn)量形成特征[5-7]，但鮮見關(guān)于麥秸全量還田條件下缽苗機(jī)插水稻穗后的光合特性的報(bào)道。本研究以淮北地區(qū)4個主栽水稻品種為供試材料，從光合生產(chǎn)角度解析不同育秧方式對水稻生長的影響，以期為新型水稻機(jī)械化種植方式在本地區(qū)的推廣及應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

本試驗(yàn)于2015—2016年在江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)示范基地進(jìn)行(34°28′N、117°30′E)，屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量約832 mm，年均溫度14.8 ℃，年日照時(shí)間2 221 h，年均無霜期約210 d。土壤類型為潮土，土壤養(yǎng)分含量為全氮0.8 g/kg、全磷0.7 g/kg、全鉀17.7 g/kg、堿解氮115.3 mg/kg、速效磷16.2 mg/kg、速效鉀88.2 mg/kg、有機(jī)質(zhì)23.4 g/kg。

1.2 材料培育

1.2.1 試驗(yàn)品種 試驗(yàn)品種為徐稻8號、徐稻9號、鎮(zhèn)稻99和連粳7號4個中熟中粳品種。

1.2.2 播期 缽苗育秧播種時(shí)間為2016年5月20日，毯苗育秧播種時(shí)間為2016年5月26日；2016年6月16日同時(shí)栽插，試驗(yàn)地位于基地25區(qū)，面積為105 m×24 m，株行距為12 cm×30 cm，毯苗育秧處理2～3苗/穴。

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共8個處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積12.4 m×7.2 m。

1.2.4 田間管理 整地要求田面平整，高度差小于5 cm；對麥秸全量還田條件下的肥料運(yùn)籌及水分管理作了相應(yīng)的調(diào)整，以此改善稻田水稻根系的生長環(huán)境。肥料運(yùn)籌方面，總施肥量為復(fù)合肥(N/P/K= 15 ∶15 ∶15)600～675 kg/hm2、尿素450 kg/hm2。其中，基肥復(fù)合肥施用量450 kg/hm2、尿素 150 kg/hm2，分蘗肥追施尿素150 kg/hm2，穗前35 d補(bǔ)施尿素 150 kg/hm2，穗前40～45 d追施復(fù)合肥150～225 kg/hm2，筆者前期試驗(yàn)證明，促花肥的施用可實(shí)現(xiàn)培育合理株型，穩(wěn)定二次枝梗的數(shù)量。水分管理方面，瓜皮水栽插，秧苗栽插后 5～7 d 開好縱橫溝，栽后3 d內(nèi)保持瓜皮水，之后排水保持 2～3 d，再上淺水1 d，排出后晾干2～3 d再上淺水，確保栽后10 d左右土壤表層3～5 cm變硬；其后以倒2葉和倒3葉的葉尖差為指標(biāo)，反復(fù)保水2～3 d，再排干2～3 d直至栽后 20 d，抽穗至穗后30 d保水2 d，再排干3～4 d，穗后30 d至收割前7 d灌跑馬水1次。適時(shí)進(jìn)行病蟲草害防治。

1.3 測定項(xiàng)目和方法

1.3.1 葉面積指數(shù) 使用美國基因公司LI-3000C葉面積儀測定抽穗期和成熟期各處理葉面積。

1.3.2 葉色值 水稻移栽后，每次間隔約14 d使用日本柯尼卡美能達(dá)產(chǎn)SPAD-502PLUS型葉綠素測定儀測定水稻功能葉葉片葉色值。

1.3.3 葉片光合作用相關(guān)參數(shù) 使用美國基因公司LI-6400XT型光合儀對抽穗后水稻功能葉片光合作用參數(shù)進(jìn)行測定，觀測時(shí)間受天氣因素影響，測定時(shí)段選擇為晴天 09：00—11：30及14：30—16：30。光源光強(qiáng)設(shè)置為 1 200 μmol/(m2·s)，參比室CO2濃度值為400 μmol/mol，未對溫度進(jìn)行設(shè)置。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析 使用Microsoft Excel 2013進(jìn)行基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用IBM SPSS(Statistical Product and Service Solutions，版本為20.0)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、通徑分析和差異顯著性分析，顯著水平按P<0.01定義為極顯著、P<0.05視為顯著，P>0.05視為不顯著，分別用**、*和ns表示；以Excel及OriginPro(版本為V8.5)軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同機(jī)插育秧方式對麥秸還田水稻葉片性狀的影響

不同機(jī)插育秧方式對各品種葉面積指數(shù)(leaf area index，LAI)的影響見表1。結(jié)果表明：(1)隨著生育進(jìn)程的推移，水稻LAI逐漸下降，不同品種各處理趨勢一致，抽穗期徐稻8號LAI顯著高于其他品種。(2)與毯苗育秧水稻比較，缽苗育秧水稻抽穗期和成熟期所有品種平均LAI分別降低12.4%和12.2%，其中成熟期的差異達(dá)顯著水平。從不同品種看，徐稻8號抽穗期和成熟期LAI缽苗育秧較毯苗育秧分別降低6.3%和0，徐稻9號對應(yīng)時(shí)期LAI缽苗育秧較毯苗育秧分別下降32.5%和6.9%；連粳7號對應(yīng)時(shí)期LAI缽苗育秧較毯苗育秧分別下降了5.3%和14.3%，鎮(zhèn)稻99對應(yīng)時(shí)期LAI缽苗育秧較毯苗育秧分別降低了5.7%和26.5%。(3)方差分析表明，育秧方式對抽穗期和成熟期LAI的影響分別達(dá)顯著和極顯著水平，品種和育秧方式的互作對不同時(shí)期LAI沒有影響，時(shí)期對LAI的影響達(dá)極顯著水平。

機(jī)插育秧方式對不同水稻品種比葉質(zhì)量(specific leaf weight，SLW)的影響見表1。結(jié)果表明：(1)隨著生育進(jìn)程的推移，水稻SLW不降反升，不同品種各處理趨勢基本相同，其中抽穗期鎮(zhèn)稻99比葉質(zhì)量相對較低，成熟期徐稻8號和鎮(zhèn)稻99略低于另外2個品種，品種對SLW有極顯著的影響。(2)各供試品種平均，2個時(shí)期缽苗育秧處理水稻的SLW與毯苗育秧間均無明顯差異。與毯苗育秧處理比較，抽穗期徐稻9號和連粳7號缽苗育秧葉片的SLW呈下降趨勢，成熟期除連粳7號外，其他3個品種缽苗育秧的SLW均有不同程度的增加，但兩者間差異均未達(dá)顯著水平。方差分析表明，時(shí)期對SLW的影響達(dá)極顯著水平。

表1 不同機(jī)插育秧方式對供試水稻品種主要葉片性狀的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同機(jī)插育秧方式對水稻葉片葉色值的影響

機(jī)插育秧方式對麥秸還田水稻葉色值(SPAD)的影響如圖1所示。調(diào)查期內(nèi)水稻葉色值逐漸下降，不同處理趨勢基本一致，各期水稻葉片SPAD品種間差異均達(dá)極顯著水平；除后2期外，缽苗育秧處理水稻葉片的SPAD略高于或接近毯苗育秧處理，移栽后32、46、60、74 d，缽苗育秧葉片SPAD平均較毯苗育秧分別增加1.1%、0.2%、0.2%、0.8%，各期處理間差異均未達(dá)顯著水平。從不同品種看，徐稻9號缽苗育秧處理葉片SPAD較毯苗育秧表現(xiàn)為增加趨勢，最大增幅為3.0%(P<0.05)，相反，鎮(zhèn)稻99表現(xiàn)為下降趨勢，最大降幅為4.5%(P<0.05)，其他2個品種不同育秧方式的葉片SPAD無明顯差異。方差分析表明，育秧方式對葉色值的影響均未達(dá)顯著水平；品種和育秧方式的互作對移栽46、60、90 d 的影響均達(dá)極顯著水平，對移栽110d的影響達(dá)顯著水平。

2.3 不同機(jī)插育秧方式對麥秸還田水稻旗葉凈光合速率的影響

不同機(jī)插育秧方式對穗后不同生育階段水稻功能葉片凈光合速率(Pn)的影響見圖2和表2。結(jié)果表明，徐稻8號、徐稻9號、連粳7號、鎮(zhèn)稻99移栽75 d時(shí)，旗葉平均Pn分別為10.9、9.9、8.6、9.4 μmol/(m2·s)，移栽85 d平均Pn分別為12.0、12.5、13.3、10.3 μmol/(m2·s)，移栽100 d平均Pn分別為12.5、13.2、13.5、6.8 μmol/(m2·s)，其中移栽100 d鎮(zhèn)稻99旗葉Pn顯著低于其他品種，抽穗后水稻旗葉Pn品種間差異達(dá)極顯著水平。與毯苗育秧處理水稻比較，缽苗育秧水稻移栽75 d和85 d旗葉平均Pn分別提高9.3%和28.4%，后者間差異達(dá)顯著水平，與此相反，移栽 100 d 平均Pn下調(diào)13.7%，差異未達(dá)顯著水平。從不同品種看，各受試品種缽苗育秧處理移栽75 d和85 d旗葉Pn均表現(xiàn)出一致的升高趨勢，其中徐稻9號最高增幅達(dá)62.5%(P=0.016)，各品種缽苗育秧旗葉Pn在移栽100 d均呈下降趨勢，但無明顯差異。方差分析表明，測定時(shí)期及時(shí)期和育秧方式的互作對旗葉Pn有極顯著的影響，品種和時(shí)期對旗葉Pn有明顯的互作效應(yīng)。

表2 不同育秧方式對水稻葉片主要光合作用參數(shù)影響的顯著性檢驗(yàn)

2.4 不同機(jī)插育秧方式對麥秸還田水稻葉片氣孔導(dǎo)度的影響

不同機(jī)插育秧方式對水稻旗葉葉片氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響見圖3及表2。結(jié)果表明，穗后各階段不同受試品種間旗葉Gs均無顯著差異。所有品種平均，缽苗育秧方式水稻移栽75 d和85 d旗葉Gs平均分別比毯苗育秧提高5.5%和52.2%，移栽100 d則降低3.6%，其中，移栽85 d兩者間差異達(dá)顯著水平。缽苗育秧水稻移栽85 d的Gs比毯苗水稻升高了52.2%，處理間的差異達(dá)顯著水平。從不同品種看，受試品種缽苗育秧移栽75 d和85 d旗葉Gs多表現(xiàn)為增加趨勢，其中連粳7號處理間的差異達(dá)顯著水平，除鎮(zhèn)稻99外，其他品種缽苗育秧的Gs均呈下降趨勢，但這些效應(yīng)均未達(dá)顯著水平；方差分析表明，育秧方式、時(shí)期及兩者的互作對Gs有顯著或極顯著的影響。

2.5 不同機(jī)插育秧方式對麥秸還田水稻葉片胞間CO2濃度的影響

不同機(jī)插育秧方式對水稻旗葉葉片胞間CO2濃度(Ci)的影響見圖4及表2。結(jié)果表明，徐稻8號移栽85 d的Ci略低于其他品種，而鎮(zhèn)稻99移栽100 d的Ci略高于其他品種，移栽85 d和100 dCi品種間的差異分別達(dá)顯著和極顯著水平。從育秧方式看，缽苗育秧處理水稻各期的Ci與毯苗育秧間均無明顯差異。從不同品種看，除鎮(zhèn)稻99外，其他各品種缽苗育秧水稻各期旗葉的Ci均低于或接近毯苗育秧水稻，其中，連粳7號移栽100 d的Ci降幅達(dá)8.7%(P<0.05)，方差分析表明，時(shí)期及其品種的互作效應(yīng)對Ci有極顯著影響。

2.6 不同機(jī)插育秧方式對麥秸還田水稻葉片蒸騰速率的影響

不同機(jī)插育秧方式對水稻葉片蒸騰速率(Tr)的影響見圖5和表2。抽穗后各階段不同受試品種間旗葉Tr均無顯著差異。所有品種平均，缽苗育秧方式水稻移栽85 d的Tr較毯苗育秧水稻提高了40.6%，差異達(dá)顯著水平。從不同品種看，各供試品種移栽75 d處理間的Tr差別不明顯，各品種缽苗育秧移栽85 d的Tr均表現(xiàn)出升高的趨勢，但處理間的效應(yīng)并不明顯；徐稻8號、徐稻9號和連粳7號移栽100 d的Tr平均分別降低了15.7%、2.3%和25.0%，其中連粳7號處理間差異達(dá)顯著水平。方差分析表明，育秧方式和時(shí)期對Tr的影響分別達(dá)顯著和極顯著水平。

2.7 不同機(jī)插育秧方式對麥秸還田水稻葉片水分利用效率的影響

不同機(jī)插育秧方式對水稻葉片水分利用效率(WUE)的影響見圖6和表2。結(jié)果表明，各供試品種移栽75 d葉片WUE沒有明顯差異，但后2期徐稻8號和徐稻9號的WUE有提高趨勢，其他2個品種這種趨勢表現(xiàn)得并不明顯，品種間差異達(dá)顯著或極顯著水平。與毯苗育秧方式比較，缽苗育秧水稻各期WUE降幅分別為1.5%、6.7%和9.3%，但各期處理間差異均未達(dá)顯著水平。從不同品種看，各品種移栽75 d和85 d處理間WUE的差別不明顯，移栽100 d徐稻8號、徐稻9號和連粳7號缽苗育秧水稻W(wǎng)UE平均分別增加6.4%、2.0%和10.9%，其中，連粳7號處理間差異達(dá)顯著水平，而鎮(zhèn)稻99的WUE降低63.8%，與毯苗育秧間的差異達(dá)極顯著水平。方差分析表明，時(shí)期、時(shí)期和品種以及時(shí)期、品種和育秧方式間的互作對WUE有極顯著的影響，品種和育秧方式對WUE有顯著的互作效應(yīng)。

2.8 不同機(jī)插育秧方式對麥秸還田水稻葉片氣孔限制值的影響

不同機(jī)插育秧方式對水稻旗葉氣孔限制值(Ls)的影響見圖7和表2。結(jié)果表明，供試品種間移栽75 d的Ls無明顯差異，鎮(zhèn)稻99移栽100 d的Ls略低于其他品種，品種間Ls有極顯著差異。所有品種平均，缽苗育秧方式水稻移栽75 d的Ls與毯苗育秧水稻接近，移栽85 d和100 d的Ls平均分別降低11.4%和8.9%，但均未達(dá)顯著水平。從不同品種看，鎮(zhèn)稻99缽苗育秧水稻各期Ls均低于毯苗育秧水稻，但處理間差異都未達(dá)顯著水平。徐稻8號、徐稻9號和連粳7號缽苗育秧水稻移栽85 d和100 d的Ls均呈升高趨勢，最大增幅為23.2%，但與毯苗育秧間的差異均未達(dá)顯著水平。方差分析表明，時(shí)期及時(shí)期與品種間的互作對Ls有極顯著影響，品種和育秧方式對Ls有顯著的互作效應(yīng)。

3 討論

當(dāng)前機(jī)插水稻大面積生產(chǎn)上普遍存在栽插后成活率較低、分蘗發(fā)生延遲和分蘗成穗率較低等問題，加之大量秸稈同時(shí)進(jìn)入土壤，使得土壤中積累較多的酚、醇、醚、酯類等有害化感物質(zhì)，大幅降低土壤有效氮、磷等養(yǎng)分含量，從而直接或間接地影響作物生長[8-9]。鑒于此，我們對機(jī)插稻水肥管理方式作了一定的調(diào)整，以緩解麥秸還田初期土壤中小分子有機(jī)物對秧苗的毒害效應(yīng)。

3.1 不同機(jī)插育秧方式對水稻主要葉片性狀的影響

有研究指出，缽苗機(jī)插水稻各期的LAI均優(yōu)于毯苗機(jī)插水稻[3，10]。本研究結(jié)果表明，缽苗育秧水稻抽穗期和成熟期的LAI均低于毯苗育秧水稻，各供試品種表現(xiàn)基本一致，這可能是毯苗育秧每穴苗數(shù)相對較多所致。比葉質(zhì)量是植物功能的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，可定量反映植物在單位葉面積上的投入。水稻葉片比葉質(zhì)量與光合速率存在一定的線性相關(guān)關(guān)系[11]，與葉齡、單位干物質(zhì)的氮、磷含量等也密切相關(guān)[12]。抽穗期和成熟期缽苗育秧和毯苗育秧水稻間的SLW均無明顯差異，成熟期各品種葉片SLW普遍上調(diào)，這表明該生長階段單位葉面積投入增加，但單位葉干質(zhì)量的最大光合能力下降[13]。

3.2 不同機(jī)插育秧方式對水稻功能葉葉色值的影響

水稻葉片光合色素含量是CO2吸收速率的重要參考指標(biāo)[14-17]，可在一定程度上反映作物光合作用能力。邢志鵬等的研究指出，抽穗期缽苗機(jī)插水稻旗葉葉綠素含量高于毯苗機(jī)插水稻[18]。本試驗(yàn)表明，缽苗育秧水稻生長前、中期SPAD略高于或接近毯苗育秧處理，后期各品種功能葉葉綠素降解速度普遍加快。

3.3 缽苗育秧對水稻光合作用的影響

與毯苗育秧比較，移栽后85 d缽苗育秧水稻旗葉Pn顯著升高，同時(shí)，葉片Gs明顯增加，Ls相對較低，導(dǎo)致葉片蒸騰速率隨之減小，但兩者間WUE基本沒有差異。葉片光合能力的高低及功能期的持續(xù)時(shí)間與產(chǎn)量形成的關(guān)系密切，雖然缽苗育秧水稻的葉片峰值凈光合速率高于毯苗育秧水稻，但由于毯苗育秧水稻生殖生長期相對較長[7]，可能是導(dǎo)致缽苗育秧水稻最終產(chǎn)量無明顯變化的主因，至于兩者光合功能衰退進(jìn)程機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

與毯苗育秧方式比較，缽苗育秧水稻光合性能雖然在生殖生長前期具備一定優(yōu)勢，但由于光合速率高值持續(xù)期相對較短，導(dǎo)致最終產(chǎn)量并無明顯變化。