旱直播提高南方旱稻產(chǎn)量及抗倒伏性狀

王文霞 易艷紅 周燕芝 譚雪明 曾勇軍 石慶華 潘曉華 曾研華

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)雙季稻現(xiàn)代化生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心/作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌 330045)

隨著農(nóng)村勞動(dòng)力成本的提高及規(guī)?；?jīng)營(yíng)的發(fā)展,直播種植方式受到稻農(nóng)的歡迎和采納,推廣應(yīng)用面積日益增大[1-2]。旱稻是指在干旱條件下完成其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的栽培品種[3],具有節(jié)水抗旱及高效利用自然雨水的能力,在適度干旱條件下可保持其正常生理功能,實(shí)現(xiàn)旱播旱管、增產(chǎn)高效[4]。旱直播因節(jié)水、省工、節(jié)能、減排明顯、增產(chǎn)增效等優(yōu)勢(shì)而被稱為極具推廣價(jià)值的種植方式之一[5-6]。隨著直播稻的大面積推廣使用,南方雙季稻區(qū)晚稻也出現(xiàn)了較大面積的直播[7]。然而倒伏是制約直播稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要因素[8],研究旱直播方式對(duì)旱稻莖稈抗倒伏能力及產(chǎn)量的影響,對(duì)于促進(jìn)南方稻區(qū)旱稻直播生產(chǎn)具有重要意義。直播稻倒伏受品種類型、栽培方式、水分管理等因素的影響。淹水直播稻田中,倒伏較為嚴(yán)重,使得產(chǎn)量和稻米品質(zhì)降低。張耗等[9]研究表明,與常規(guī)灌溉相比,在旱直播條件下旱稻品種能獲得較高的產(chǎn)量和水分利用效率,具有較好的根系性能,地上部植株的生理活性也較強(qiáng)。前人研究表明,水稻株高、節(jié)間長(zhǎng)度、莖粗、莖壁厚均與抗倒伏性密切相關(guān)[10-12],其中倒伏指數(shù)與倒伏能力呈負(fù)相關(guān),倒伏指數(shù)越大,抗倒伏能力越弱。此外,倒伏還與外界環(huán)境、品種選擇等因素密切相關(guān)[13-14]。關(guān)于旱稻直播的研究主要集中在栽培措施、生理特性及根系分布等方面[15-16],而對(duì)不同直播方式下系統(tǒng)探討旱稻產(chǎn)量變化與抗倒伏能力的研究較少,且前人的研究對(duì)象主要以一季中稻為主,而對(duì)晚稻直播的研究較少。本研究以旱稻品種滬優(yōu)2 號(hào)和旱優(yōu)73 為試驗(yàn)材料,采用人工模擬機(jī)械穴直播的種植方式,在大田開(kāi)展旱直播、濕直播與淹水直播的比較試驗(yàn),系統(tǒng)研究不同直播方式下旱稻出苗率、抗倒伏性狀及產(chǎn)量形成的變化特征,以期為旱稻品種在南方稻區(qū)同步實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和抗倒提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

于2017-2018 年在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園(115°49′53″E、28°46′8″N)進(jìn)行大田試驗(yàn),供試品種為旱稻旱優(yōu)73 和滬優(yōu)2 號(hào),均由上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心提供,旱優(yōu)73 與滬優(yōu)2 號(hào)品種全生育期分別為123 和115 d。試驗(yàn)田前茬為雙季早稻,土壤肥力中等。試驗(yàn)前耕層土壤(0 ～20 cm)基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)30.35 g·kg-1、全氮2.40 g·kg-1、速效磷25.17 mg·kg-1、速效鉀84.02 mg·kg-1,pH 值6.1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì),直播方式為主區(qū),品種為副區(qū),設(shè)置3 個(gè)處理:旱直播(dry direct seeded,DDS),采用旱耕旱整旱播的方式,種子于田間干旱條件下直播,播后用細(xì)土覆蓋,兩葉一心期前間歇灌溉,保持土壤濕潤(rùn),后期稻田水分管理采用間歇灌溉方式;濕直播(wet direct seeded,WDS),采用水耕水整濕播的方式,種子于田面濕潤(rùn)無(wú)積水的狀態(tài)下直播,兩葉一心期前田間保持濕潤(rùn)狀態(tài),后期稻田水分管理采用間歇灌溉方式;淹水直播(flooded direct seeded,FDS),采用水耕水整水播的方式,種子于田面淹水達(dá)2～3 cm 深度的水層進(jìn)行直播,兩葉一心期前保持2～3 cm 水層,后期稻田水分管理采用間歇灌溉方式,直至成熟。試驗(yàn)設(shè)3 次重復(fù),每個(gè)小區(qū)20 m2,每小區(qū)之間筑埂并用塑料薄膜包埂,各處理均設(shè)有單獨(dú)的排水口和進(jìn)水口,單排單灌。

試驗(yàn)于2017 年7 月3 日(2018 年試驗(yàn)為7 月5日)播種,11 月5 日(2018 年試驗(yàn)為11 月6 日)收割,采用人工模擬機(jī)械穴直播的種植方式,行株距為16.5 cm×16.5 cm。選取剛破胸露白的種子進(jìn)行播種,播種量為每穴6～8 粒。氮肥(N)施用量為195 kg·hm-2,其中基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2∶4;鉀肥(K2O)施用量為170 kg·hm-2,其中分蘗肥∶穗肥=7∶3,磷肥(P2O5)施用量為90 kg·hm-2,全部作為基肥。氮、磷、鉀肥分別為尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀。播種后噴施除草劑,四葉期噴施除草劑精克草星(美豐農(nóng)化有限公司)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 考種測(cè)產(chǎn) 在成熟期每處理調(diào)查3 個(gè)重復(fù),每重復(fù)調(diào)查120 蔸水稻的有效穗數(shù)。按平均有效穗數(shù)選取考種樣,每小區(qū)分別取樣3 蔸,調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重。每小區(qū)選取5 m2水稻進(jìn)行實(shí)際測(cè)產(chǎn)。

1.3.2 出苗率 于直播后15 d,以一葉一心為出苗標(biāo)準(zhǔn),調(diào)查出苗數(shù)。按照公式計(jì)算出苗率:

1.3.3 倒伏測(cè)定 齊穗后20 d,按照五點(diǎn)取樣法,選取代表性的水稻10 蔸,每蔸取1 個(gè)主莖,共10 個(gè)主莖,作為1 個(gè)樣本,3 次重復(fù)[17],測(cè)定株高、穗長(zhǎng)及基部各節(jié)間的長(zhǎng)度,用YYD-1 莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀(浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司)測(cè)量倒數(shù)第二節(jié)間莖稈的抗折力F,用游標(biāo)卡尺測(cè)定各節(jié)莖稈的粗度、莖壁厚度。按照公式計(jì)算各參數(shù)[18-19]:

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office Excel 2010 和DPS 7.5 等軟件進(jìn)行分析,采用LSD 法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱直播方式對(duì)旱稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1 可知,除品種對(duì)產(chǎn)量的影響不顯著外,品種對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素以及直播方式對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響均達(dá)顯著或極顯著水平;年份、年份與品種的互作效應(yīng)對(duì)千粒重的影響均達(dá)到顯著水平。不同直播方式下,DDS 旱稻產(chǎn)量最高,其次為WDS,而FDS 產(chǎn)量最低,且與DDS 差異顯著,年度間趨勢(shì)一致。DDS 較WDS 和FDS 增產(chǎn)7.89%～22.21%,各直播方式下,滬優(yōu)2 號(hào)的產(chǎn)量高于旱優(yōu)73,平均增幅為3.87%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看,兩年數(shù)據(jù)結(jié)果表明DDS 兩品種有效穗數(shù)均要高于WDS 和FDS,且與FDS 差異顯著,但結(jié)實(shí)率與千粒重低于WDS 和FDS,且結(jié)實(shí)率較FDS 差異顯著,而每穗粒數(shù)各處理間差異不明顯,說(shuō)明DDS產(chǎn)量的提高得益于有效穗數(shù)的增加。

2.2 旱直播方式對(duì)旱稻出苗率的影響

由表2 可知,直播旱稻品種的兩年(2017-2018)出苗率均呈DDS＞W(wǎng)DS＞FDS 的趨勢(shì),且差異均達(dá)顯著水平;與WDS 和FDS 相比,DDS 旱優(yōu)73 兩年出苗率增幅分別為6.57%～7.20%、20.91%～23.29%,滬優(yōu)2號(hào)增幅為9.64% ～10.49%、19.05% ～21.90%,可見(jiàn)DDS 有利于提高旱稻品種的出苗率。

表1 旱直播方式對(duì)旱稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of dry direct seeded pattern on the yield and yield components of upland rice

表2 旱直播方式對(duì)旱稻出苗率的影響Table 2 Effects of dry direct seeded pattern on emergence rate of upland rice /%

2.3 旱直播對(duì)莖稈抗倒伏能力的影響

2.3.1 莖稈形態(tài) 由表3 可知,年份、品種和直播方式對(duì)旱稻株高、穗長(zhǎng)、各節(jié)間長(zhǎng)度的影響均達(dá)到極顯著水平,年份和品種互作效應(yīng)對(duì)各節(jié)間長(zhǎng)度的影響達(dá)極顯著水平,年份和直播方式互作效應(yīng)對(duì)第三節(jié)間的影響達(dá)到極顯著水平。不同直播方式下,供試品種兩年株高和穗長(zhǎng)均表現(xiàn)為DDS＜WDS＜FDS,且滬優(yōu)2 號(hào)品種株高各處理間差異顯著,穗長(zhǎng)指標(biāo)DDS 與FDS 差異顯著;DDS 各節(jié)間長(zhǎng)度均不同程度的低于DDS 與FDS,且第二、三節(jié)間長(zhǎng)度分別與FDS 差異顯著,而第一節(jié)間各處理差異不明顯(2018 年滬優(yōu)2 號(hào)品種除外)。

2.3.2 莖稈力學(xué)特性 由表4 可知,品種與直播方式對(duì)莖粗、壁厚和稈型指數(shù)的影響均達(dá)極顯著水平,年份對(duì)稈型指數(shù)的影響達(dá)極顯著水平,年份和品種互作效應(yīng)對(duì)莖粗、稈型指數(shù)的影響達(dá)顯著水平。不同直播方式下,供試品種兩年莖粗、壁厚和稈型指數(shù)均表現(xiàn)為DDS＞W(wǎng)DS＞FDS,且DDS 與FDS 莖粗指標(biāo)差異達(dá)顯著水平;壁厚于2017 年各處理差異不明顯,而2018 年DDS 與FDS 差異達(dá)顯著水平;稈型指數(shù)各處理間差異顯著,表明DDS 有利于改善基部節(jié)間莖稈特征。

表3 旱直播方式對(duì)主莖形態(tài)的影響Table 3 Effects of dry direct seeded patterns on main strem morphology

表4 旱直播方式對(duì)基部節(jié)間莖稈特征的影響Table 4 Effects of dry direct seeded pattern on basal internode stem characteristics

表4(續(xù))

由表5 可知,年份、品種和直播方式對(duì)彎曲力矩、抗折力、倒伏指數(shù)影響均達(dá)極顯著水平,年份與品種、年份與直播方式互作效應(yīng)對(duì)抗折力和倒伏指數(shù)的影響分別達(dá)極顯著和顯著水平,品種與直播方式互作效應(yīng)對(duì)彎曲力矩和倒伏指數(shù)的影響達(dá)極顯著水平。不同直播方式下,DDS 的彎曲力矩與倒伏指數(shù)均要低于WDS和FDS,且與FDS 差異顯著;而抗折力指標(biāo)DDS 均高于WDS 和FDS,且與FDS 差異總體達(dá)顯著水平(2017年旱優(yōu)73 品種除外),說(shuō)明DDS 方式有利于改善基部莖稈力學(xué)特性,提高莖稈抗倒的能力。

表5 旱直播方式對(duì)莖稈力學(xué)特性的影響Table 5 Effect of dry direct seeded patterns on mechaiccs characteristic of stem

2.3.3 莖稈性狀與抗倒伏特性的相關(guān)分析 由表6可知,莖稈性狀指標(biāo)與抗倒伏特性存在顯著的相關(guān)性(除穗長(zhǎng)與倒伏指數(shù)之間的相關(guān)性)。莖粗、壁厚和稈型指數(shù)與抗折力呈顯著或極顯著正相關(guān),與倒伏指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。株高和彎曲力矩與抗折力呈極顯著負(fù)相關(guān),與倒伏指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。穗長(zhǎng)與抗折力呈極顯著負(fù)相關(guān),但與倒伏指數(shù)的相關(guān)性不顯著。表明不同直播方式下旱稻品種莖稈的抗折力和倒伏指數(shù)受莖稈性狀多個(gè)指標(biāo)因素的影響。株高、莖粗、壁厚、彎曲力矩和稈型指數(shù)等均影響植株的抗折力和倒伏指數(shù),這可能是DDS 提高旱稻植株抗倒伏的主要因素。

表6 莖稈性狀與抗折力和倒伏指數(shù)的相關(guān)系數(shù)(n=12)Table 6 Correlation coefficients between stem properties and breaking resistance and lodging index(n=2)

3 討論

3.1 旱直播對(duì)旱稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

旱直播(DDS)是我國(guó)應(yīng)用面積較廣的節(jié)水栽培技術(shù)之一,具有顯著的節(jié)水效果,但對(duì)水稻產(chǎn)量的影響,因土壤環(huán)境、溫度、濕度和降雨量等因素不同而異[20-21]。本研究基于旱稻品種,探討了不同直播方式對(duì)旱稻產(chǎn)量的影響,結(jié)果表明,DDS 較WDS 和FDS 有利于提高出苗率,增加旱稻秧苗全苗壯苗。DDS 由于在早稻收割后進(jìn)行旱整地,土壤水分保持旱地模式,播種前采用深翻耕方式擾動(dòng)土層,同時(shí)DDS 田間土壤保持碎小,土層為疏松狀態(tài),增加土壤透氣,有利于種子的發(fā)芽出苗[22];而水直播由于長(zhǎng)期建立水層,土壤通透性較差,且當(dāng)旱稻品種作晚稻種植時(shí),種子出苗易受到高溫氣候的影響,降低種子的出苗成苗率[23-24]。前人研究發(fā)現(xiàn),直播稻出苗不易控制,嚴(yán)重影響產(chǎn)量[25]。實(shí)現(xiàn)全苗壯苗,是直播稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。研究表明,直播稻前期適度干旱可控制無(wú)效分蘗發(fā)生,提高有效穗數(shù),增加水稻產(chǎn)量[26-27]。本試驗(yàn)研究結(jié)果與其相似,DDS 可提高旱稻產(chǎn)量,增幅達(dá)5.42%～22.63%。與WDS 和FDS 相比,DDS 供試品種產(chǎn)量的增加,與其較高的有效穗數(shù)有關(guān),而有效穗數(shù)的增加得益于DDS較好的分蘗成穗。這與孫永健等[28]的研究結(jié)果較為一致。說(shuō)明旱稻品種在DDS 種植方式下有利于群體質(zhì)量的優(yōu)化,增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)明顯。

3.2 旱直播對(duì)旱稻抗倒伏的影響

直播種植過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生不同程度的倒伏,導(dǎo)致稻谷產(chǎn)量和品質(zhì)降低,收獲困難,甚至造成絕收[29-31]。前人研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)期淹水狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致土壤中有毒還原性產(chǎn)物積累[32],對(duì)根系的生長(zhǎng)發(fā)育造成負(fù)面影響。適度干旱處理可有效改善土壤的氧化還原性,去除土壤中有毒還原性產(chǎn)物,有利于水稻根系的生長(zhǎng),提高植株抗倒伏性狀[33]。旱稻品種具有節(jié)水抗旱等優(yōu)點(diǎn),但關(guān)于旱稻在DDS 種植方式下的抗倒伏特性研究較少[34]。本研究發(fā)現(xiàn),DDS 提高基部節(jié)間莖粗與莖壁厚,且品種間存在顯著性差異,這可能與品種特性和外界環(huán)境條件有關(guān)。株高對(duì)水稻倒伏的影響存在爭(zhēng)議,有研究認(rèn)為株高增加,水稻更容易倒伏,也有極少數(shù)學(xué)者認(rèn)為株高對(duì)水稻抗倒性影響較小,但株高過(guò)高將加大水稻倒伏的危險(xiǎn)性[35]。此外,水稻倒伏與莖稈節(jié)間性狀密切相關(guān),莖稈低位節(jié)間越長(zhǎng)越易倒伏。本研究中,DDS 不同程度地降低株高和各節(jié)間長(zhǎng)度,增加了稈型指數(shù),且各品種趨勢(shì)一致,這可能是DDS 有利于植株生長(zhǎng)前期的根系深扎,增加低位節(jié)間的莖稈充實(shí)度。說(shuō)明DDS 更加穩(wěn)固地提高地上部植株的抗倒性,增強(qiáng)植株的抗倒能力。倒伏指數(shù)是評(píng)價(jià)水稻品種的抗倒伏能力[19]的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明,與WDS 和FDS 相比,DDS 可提高基部節(jié)間抗折力,降低倒伏指數(shù),說(shuō)明DDS 有利于優(yōu)化地上部莖稈各莖節(jié)的生長(zhǎng),提高植株抗倒性能。相關(guān)分析還表明,株高、莖粗、壁厚、彎曲力矩和稈型指數(shù)等影響了植株的抗折力和倒伏指數(shù),這可能是DDS 提高旱稻植株抗倒伏的主要因素。同時(shí),水稻倒伏不僅與種植方式及其自身遺傳特性有關(guān),還與外界環(huán)境因素有關(guān)。本試驗(yàn)條件下,滬優(yōu)2 號(hào)在FDS 和WDS 均發(fā)生了倒伏,DDS 未見(jiàn)明顯倒伏。因此,DDS 可提高旱稻倒伏能力并獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

3.3 旱稻直播的高產(chǎn)途徑

隨著全球氣候變暖、水資源短缺以及稻作方式的轉(zhuǎn)型,旱稻種植面積不斷上升,發(fā)展旱稻直播生產(chǎn)具有廣闊的應(yīng)用前景[36]。開(kāi)展旱稻直播技術(shù)研究對(duì)于旱稻直播的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。在旱稻直播生產(chǎn)中,需注意選擇合理的直播方式,本研究發(fā)現(xiàn)在南方雙季稻區(qū),DDS 有利于增加旱稻出苗率,提高旱稻產(chǎn)量,同時(shí),DDS 可提高植株的抗倒伏能力,在一定程度上增加了旱稻直播的穩(wěn)產(chǎn)性。此外,旱稻作晚稻種植時(shí),需注意種子發(fā)芽出苗問(wèn)題,由于晚稻種植前期溫度相對(duì)較高,且光照強(qiáng)度較大[37],FDS 易導(dǎo)致?tīng)€種爛秧,影響種子出苗全苗,不利于秧苗的早生快發(fā)。而DDS 土壤需保持適宜的含水量,避免過(guò)于干旱。同時(shí),旱稻在采用DDS 時(shí),注意在雜草的防除過(guò)程中特別要做好旱生性雜草的防除工作,因?yàn)殚L(zhǎng)期采用半旱作的種植方式,稻田會(huì)增加旱生性雜草的發(fā)生,導(dǎo)致旱稻田間雜草的防除難度增加。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,DDS 有利于提高旱稻供試品種的出苗率,增幅為6.57%～23.29%;增加供試品種旱稻產(chǎn)量,兩品種增產(chǎn)幅度達(dá)5.42%～22.63%,其主要得益于單位面積有效穗數(shù)的提高;DDS 有利于提高供試品種莖稈抗折力和稈型指數(shù),降低彎曲力矩與倒伏指數(shù)。相關(guān)分析表明,莖粗、壁厚和稈型指數(shù)與抗折力呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系,與倒伏指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。株高和彎曲力矩與抗折力呈極顯著負(fù)相關(guān),與倒伏指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。本試驗(yàn)中,株高、莖粗、壁厚、彎曲力矩和稈型指數(shù)等均影響植株的抗折力和倒伏指數(shù)。綜上所述,DDS 不僅有利于增加旱稻產(chǎn)量,而且有利于提高旱稻的抗倒伏能力。