基于Copula 函數(shù)黑土區(qū)水稻不同種植模式分析

魏永霞，張學(xué)文，劉 慧，侯景翔，冀俊超

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，哈爾濱 150030；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院，哈爾濱 150030；4.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

水稻作為重要糧食作物，產(chǎn)量較高，種植面積跨度大，相比其他糧食作物優(yōu)勢(shì)明顯[1]。水稻生產(chǎn)及管理模式對(duì)促進(jìn)水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有十分重要作用。

我國(guó)水稻栽種以育苗移栽為主，近年直播種植模式憑借省工節(jié)本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)逐漸興起。隨生產(chǎn)力發(fā)展水平逐步提高及農(nóng)業(yè)國(guó)際化進(jìn)程推進(jìn)，市場(chǎng)對(duì)減少勞動(dòng)生產(chǎn)成本，增加水稻種植效益，提高水稻產(chǎn)量及口感等需求加大，水稻栽培方式研究迫切。前人對(duì)不同水稻種植模式開(kāi)展大量研究，在水稻生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、土壤有機(jī)質(zhì)、溫室氣體排放、水稻耗水量及產(chǎn)量等方面成果顯著。李杰等研究手栽、機(jī)插與直播3種不同種植模式，認(rèn)為精量手栽水稻干物質(zhì)積累和分配更合理，轉(zhuǎn)運(yùn)效率更具優(yōu)勢(shì)[2]；Farooq等則針對(duì)旱直播種植模式下作物耗水量、土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)期、營(yíng)養(yǎng)關(guān)系等開(kāi)展研究，通過(guò)選育適合品種及配套管理措施，旱直播模式獲得更高收益[3]。但因研究地區(qū)不同，結(jié)果尚無(wú)定論。羅錫文等認(rèn)為機(jī)械栽植比手工栽植產(chǎn)量穩(wěn)定并減少成本，不同栽植方式下產(chǎn)量差異較小[4]；Cherryl等認(rèn)為旱稻種植在生理上發(fā)生改變，產(chǎn)生干旱脅迫并最終導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低[5]。針對(duì)黑土區(qū)不同種植模式下水稻生長(zhǎng)情況實(shí)際表現(xiàn)，本研究通過(guò)試驗(yàn)分析并加以模型評(píng)價(jià)，探討最適宜種植模式。研究設(shè)置滴灌（DS）、漫灌（FS）兩種旱直播和常規(guī)插秧灌溉（CK）處理，觀測(cè)水稻農(nóng)藝性狀、生理活動(dòng)、抗倒伏性能、節(jié)水增產(chǎn)能力及經(jīng)濟(jì)效益，采用Copula函數(shù)評(píng)價(jià)不同種植模式，提出黑土區(qū)最適宜種植模式，以期對(duì)黑土區(qū)水稻生產(chǎn)發(fā)展及相關(guān)類(lèi)型評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于黑龍江省慶安縣和平鎮(zhèn)水稻灌溉試驗(yàn)站（127°40′E，46°57′N(xiāo)）。寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，平均氣溫2.5℃，平均降水量550 mm，年無(wú)霜期128 d。土壤為黑土，容重1.01 g·cm-3，孔隙度61.8%，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比41.8 g·kg-1，全氮質(zhì)量比15.06 g·kg-1，全磷質(zhì)量比15.23 g·kg-1，全鉀質(zhì)量比20.11 g·kg-1，pH 6.45。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于試驗(yàn)站測(cè)坑內(nèi)開(kāi)展，共設(shè)3個(gè)處理：滴灌旱直播（DS）、漫灌旱直播（FS）和常規(guī)插秧灌溉處理（CK），每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)9個(gè)測(cè)坑。每個(gè)測(cè)坑面積為2 m×2 m，配有地下廊道和移動(dòng)式遮雨棚。供試水稻品種為龍慶稻3號(hào)。DS和FS處理采用人工播種（行距10 cm+26 cm+10 cm，穴距10 cm），CK處理人工插秧，種植密度與當(dāng)?shù)匾恢拢ㄐ芯?0 cm，穴距13 cm）。DS處理測(cè)坑內(nèi)于寬行鋪設(shè)毛管，滴灌帶為貼片式，滴頭間距30 cm，工作壓力0.1 MPa，滴頭流量1.2 L·h-1。FS和CK處理未鋪設(shè)毛管。每個(gè)處理灌水量用精確水表讀取。不同生育階段水分處理方案見(jiàn)表1。DS處理施肥方式為隨水滴施，F(xiàn)S和CK處理人工撒施，兩年試驗(yàn)保持一致。

表1 不同處理水稻各生育期水分控制標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Water control standards for different rice growth stages

1.3 相關(guān)指標(biāo)測(cè)定方法

①土壤含水率：計(jì)劃濕潤(rùn)層深度為60 cm，分別于土層深度10、20、40、60 cm處采集土樣，使用烘干法測(cè)定土壤含水率，采用專(zhuān)用水尺測(cè)定水層深度。

②階段耗水量：依據(jù)水量平衡方程計(jì)算作物階段耗水量，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)計(jì)劃濕潤(rùn)層深度以下土壤含水率保持不變，則公式為：

式中，ETi-階段耗水量（mm），Ii-階段灌水量（mm），ΔWi-計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土體儲(chǔ)水量差值（mm）。

③作物系數(shù)：指不同生育階段需水量與可能蒸散量比值，用KC表示，計(jì)算公式為：

式中，ETc-水稻某生育階段蒸發(fā)蒸騰量（mm），ET0-水稻某生育階段對(duì)應(yīng)參考作物蒸發(fā)蒸騰量，按FAO推薦彭曼公式計(jì)算（mm）。

④光合特征參數(shù)：于水稻抽穗開(kāi)花期天氣晴好上午9:00～11:00，采用便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)（LI-6400XT），測(cè)定各處理水稻光合速率（Pn，μmol·m-2·s-1）、蒸騰速率（Tr，mmol·m-2·s-1）、氣孔導(dǎo)度（Gs，mmol·m-2·s-1）和胞間CO2濃度（Ci，μmol·mol-1）等光合參數(shù)。計(jì)算葉片水分利用效率，計(jì)算公式為：

式中，LWUE-葉片水分利用效率（μmol·mmol-1）。

⑤產(chǎn)量水分利用效率：定義為單位耗水量籽粒產(chǎn)量。其中水稻成熟期獲得籽粒產(chǎn)量，全生育期耗水量為各階段耗水量累加值。計(jì)算公式為：

式中，WUE-產(chǎn)量水分利用效率（kg·m-3），Y-產(chǎn)量（kg·hm-2），ET-水稻全生育期耗水量（m3·hm-2）。

⑥抗倒伏力學(xué)參數(shù)：于水稻黃熟期測(cè)定并計(jì)算各處理莖部第4節(jié)間抗倒伏力學(xué)參數(shù)，包括抗折力（F，g）、彎曲力矩（Wp，g·cm-1）、折斷彎矩（Bm，g·cm-1）、斷面模數(shù)（Z，mm3）、彎曲應(yīng)力（Bs，g·mm-2）和倒伏指數(shù)（Li，%）。其中抗折力參照魏永霞等方法測(cè)定[6]。各節(jié)間莖壁內(nèi)徑和外徑采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量?？沟狗W(xué)參數(shù)計(jì)算參照Ookawa等方法[7]，相關(guān)計(jì)算公式為：

式中，Sl-節(jié)間基部至穗頂長(zhǎng)度（cm）；Sw-節(jié)間基部至穗頂鮮質(zhì)量（g）；L-植株莖部節(jié)間長(zhǎng)度（cm）；F-節(jié)間抗折力（g）；a1-短軸外徑（mm）；a2-短軸內(nèi)徑（mm）；b1-長(zhǎng)軸外徑（mm）；b2-長(zhǎng)軸內(nèi)徑（mm）。

⑦黃熟期測(cè)定各處理水稻株高、莖粗、穗長(zhǎng)和地上部分干物質(zhì)重等性狀，每個(gè)測(cè)坑割取10穴植株測(cè)定，確定收獲指數(shù)。收獲指數(shù)為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與生物產(chǎn)量比值。

1.4 Copula函數(shù)

Copula函數(shù)可將聯(lián)合分布與其各自邊緣分布連接，性質(zhì)及類(lèi)型參見(jiàn)文獻(xiàn)[8]。本文通過(guò)選取4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，19個(gè)二級(jí)指標(biāo)，Copula函數(shù)描述指標(biāo)間非線性相關(guān)性結(jié)構(gòu)，得到多元Copula聯(lián)合分布函數(shù)值，將其作為種植模式評(píng)價(jià)指數(shù)，分析水稻不同種植模式。

1.4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)組合權(quán)重確定

根據(jù)最小相對(duì)信息熵原則，采用熵權(quán)法和相關(guān)系數(shù)法確定二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)組合權(quán)重系數(shù)，計(jì)算一級(jí)指標(biāo)值，即評(píng)價(jià)指標(biāo)值[9]。設(shè)熵權(quán)法確定各二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)為wi，相關(guān)系數(shù)法權(quán)重系數(shù)為vi，則可確定其組合權(quán)重系數(shù)w*，計(jì)算公式為：

1.4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)邊緣分布函數(shù)確定

使用正態(tài)分布擬合各一級(jí)指標(biāo)值，則各一級(jí)指標(biāo)邊緣分布函數(shù)可表示為：

式中，x1,x2,…,xn-觀測(cè)樣本；ui-一級(jí)指標(biāo)邊緣分布函數(shù)，其中，ui=Fi（xi）；μi-xi均值；σi-xi標(biāo)準(zhǔn)差。

1.4.3 估計(jì)參數(shù)及函數(shù)擬合優(yōu)度檢驗(yàn)

本文利用非線性?xún)?yōu)化思想，用一級(jí)指標(biāo)邊緣分布函數(shù)估計(jì)待定參數(shù)，并對(duì)5種常見(jiàn)Copula函數(shù)作擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，確定Copula函數(shù)有效性，選擇最適合本區(qū)域水稻種植模型。檢驗(yàn)方法為赤池信息量準(zhǔn)則（AIC）和離差平方和最小準(zhǔn)則（OLS）。AIC和OLS數(shù)值最小擬合結(jié)果最優(yōu)，其公式為：

式中，Pi-Copula函數(shù)聯(lián)合分布計(jì)算值；Pei-評(píng)價(jià)指標(biāo)聯(lián)合經(jīng)驗(yàn)頻率值；n-樣本容量；k-Copula參數(shù)個(gè)數(shù)；i-樣本序號(hào)。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

各項(xiàng)指標(biāo)均為平均值，利用Excel 2016和SPSS 22.0處理數(shù)據(jù)和分析顯著性及相關(guān)性，多重比較采用LSD法，P＜0.05。使用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對(duì)水稻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量影響

水稻兩年農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及作物指數(shù)如圖1所示，各指標(biāo)用以衡量水稻生長(zhǎng)狀況。水稻黃熟期各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)為：兩年株高、莖粗、穗長(zhǎng)、地上部分干物質(zhì)重均以CK處理最大，顯著高于DS和FS處理（P＜0.05）。由圖1a可知，兩年株高DS和FS處理差異不顯著（P＞0.05）。2017年DS和FS處理較CK減小8.94%和8.28%，2018年DS和FS處理較CK減小9.35%和8.40%。兩年莖粗DS和FS處理差異顯著（P＜0.05），F(xiàn)S較DS處理兩年平均增加值為0.07 mm。由圖1b可知，穗長(zhǎng)和地上部干物質(zhì)重與株高呈相同變化規(guī)律，DS處理兩年兩個(gè)指標(biāo)平均較CK降低0.58 cm和0.28 g，F(xiàn)S處理則平均較CK降低0.55 cm和0.26 g。

由圖1c可知，產(chǎn)量在各種植模式間差異不顯著（P＞0.05）。兩年收獲指數(shù)HI變化區(qū)間為0.47～0.51，旱直播模式收獲指數(shù)HI高于常規(guī)種植模式。旱直播模式下水稻株高、莖粗、干物質(zhì)及穗長(zhǎng)等性狀較常規(guī)種植模式具有一定劣勢(shì)，但并未改變水稻總體發(fā)育趨勢(shì)。

2.2 不同種植模式對(duì)水稻生理指標(biāo)影響

不同處理水稻生理指標(biāo)變化如圖2所示。由圖2a可知，兩年抽穗開(kāi)花期光合速率Pn均以CK處理最大，兩年 Pn均值為21.22 μmol·m-2·s-1，2017 年DS和FS處理較CK分別減少6.39%和4.47%，2018年則分別減少5.71%和2.86%，且三個(gè)處理間差異不顯著（P＞0.05）。說(shuō)明此時(shí)期旱直播種植模式未引起光合速率變化。由圖2b可知，蒸騰速率Tr兩年間均以CK處理最大，DS處理最小，且三個(gè)處理間差異顯著（P＜0.05）。2017年DS與FS處理較CK減小26.14%、16.16%，2018年DS與FS處理較CK減小幅度為10%～14%。說(shuō)明旱直播種植模式有抑制水稻蒸騰作用，這種抑制在滴灌模式下表現(xiàn)更強(qiáng)烈。由圖2c和圖2d可知，CK處理氣孔導(dǎo)度Gs與胞間CO2濃度Ci顯著高于DS與FS兩個(gè)旱直播處理（P＜0.05），兩個(gè)旱直播處理無(wú)顯著差異（P＞0.05）。DS與FS處理Gs較CK處理減小約12%～29%，Ci則減小約3%～10%。表明在氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度方面，旱直播種植模式總體劣于常規(guī)灌溉。由圖2e可知，DS處理LWUE最高，其次為FS和CK處理。DS處理LWUE較CK處理顯著提升（P＜0.05），兩年較CK處理增加23.59%；FS處理LWUE與CK處理差異不顯著（P＞0.05）。滴灌旱直播由于減少單位水量蒸騰散失，提高LWUE。

2.3 不同種植模式對(duì)水稻抗倒伏性能影響

水稻抗倒伏性能是影響水稻產(chǎn)量重要因素之一。圖3為水稻黃熟期S4節(jié)間抗倒伏力學(xué)參數(shù)。各處理Wp、F、Z和Bs間差異顯著（P＜0.05），其中Wp、Z以CK處理最高，F(xiàn)和Bs則以DS處理最高。DS處理Bm顯著高于CK和FS處理，但CK與FS處理間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。其中，CK處理株高和莖重大于DS和FS處理，致使莖稈彎曲力矩Wp最大，DS和FS處理兩年均值分別較CK減少364.92和341.52 g·cm-1；旱直播種植模式提升莖稈抗折力和彎曲應(yīng)力，減小斷面模數(shù)。進(jìn)一步分析可知，兩年CK、DS和FS處理倒伏指數(shù)均值分別為116.45、76.91、81.32，即常規(guī)種植模式在3種種植模式中抗倒伏能力最差，最易倒伏。DS和FS處理同為旱直播種植，但滴灌旱直播種植抗倒伏能力更強(qiáng)。

2.4 不同種植模式對(duì)水稻節(jié)水指標(biāo)影響

兩年不同處理水稻節(jié)水效應(yīng)如圖4所示。由圖4a可知，2017年CK處理耗水量為485 mm。DS和FS處理較CK處理耗水量分別減少64%和41%，處理間差異顯著（P＜0.05）。2018年耗水量變化趨勢(shì)與上年趨同。DS處理WUE顯著高于FS和CK處理（P＜0.05），兩年WUE均值為4.0。圖4b為兩年不同種植模式全生育期平均作物系數(shù)Kc，兩年Kc在1.01～1.35，而旱直播模式Kc低于常規(guī)種植模式，約為1.01～1.14。可見(jiàn)，旱直播種植模式基于較小耗水量，較高WUE及較小作物系數(shù)，在節(jié)水效應(yīng)中表現(xiàn)較好，且滴灌旱直播節(jié)水能力高于漫灌旱直播處理。

2.5 不同種植模式對(duì)水稻成本及經(jīng)濟(jì)效益影響

不同處理水稻成本如表2所示。旱直播在土地平整、育秧及插秧等前期勞動(dòng)生產(chǎn)中，成本低于常規(guī)插秧灌溉。在生產(chǎn)管理過(guò)程中，DS處理由于采用水肥一體化技術(shù)模式，雖額外支出滴灌器材費(fèi)用，但植保和用工過(guò)程費(fèi)用較CK處理減少39.91%；在水稻生產(chǎn)過(guò)程中較CK處理成本減少24.60%，較FS處理減少2.41%。2018年成本支出一致。不同水稻種植模式經(jīng)濟(jì)效益見(jiàn)表3。總體看來(lái)，旱直播種植模式較常規(guī)種植模式成本小，經(jīng)濟(jì)效益高，產(chǎn)出投入比增加。其中2017年DS處理較CK處理經(jīng)濟(jì)效益提高20.82%，F(xiàn)S處理提高20.49%，2018年旱直播模式較CK處理總體提高約12%。兩年產(chǎn)出投入比為1.7～2.3。比較不同種植方式用工量，旱直播減少育秧工序，但改變傳統(tǒng)種植模式土壤結(jié)構(gòu)，利于雜草生長(zhǎng)，植保過(guò)程消耗更多人工。DS處理得益于水肥一體化，減小施肥用工量。從用工量看，DS處理最佳，其次為CK和FS處理。

表2 不同處理生產(chǎn)成本比較Table 2 Comparison of production costs of different treatments (元·hm-2)

2.6 基于Copula模型不同種植模式分析

2.6.1 指標(biāo)及權(quán)重確定

以上述3種種植模式為評(píng)價(jià)對(duì)象，在水稻生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)影響其發(fā)育和產(chǎn)量效益各項(xiàng)指標(biāo)分類(lèi)，劃分為4項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)：農(nóng)藝性狀、生理、抗倒伏性能、節(jié)水增產(chǎn)及效益指標(biāo)，每項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)包含若干二級(jí)指標(biāo)。各二級(jí)指標(biāo)值組合權(quán)重系數(shù)如表5所示。

2.6.2 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)值檢驗(yàn)

獲得二級(jí)指標(biāo)權(quán)重后，采用公式（11）計(jì)算一級(jí)指標(biāo)。因參數(shù)檢驗(yàn)效能高于非參數(shù)檢驗(yàn)，采用正態(tài)性檢驗(yàn)分析一級(jí)指標(biāo)。針對(duì)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)值x1，x2，x3，x4作正態(tài)性檢驗(yàn)，由于研究數(shù)據(jù)樣本量較少，使用S-W檢驗(yàn)。S-W檢驗(yàn)結(jié)果顯示x1，x2，x3，x4均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)（P＞0.05），即接受原假設(shè)，各一級(jí)指標(biāo)數(shù)據(jù)均服從正態(tài)性（見(jiàn)表6）。

表3 不同處理經(jīng)濟(jì)效益比較Table 3 Comparison of economic benefits of different treatments

表4 不同處理用工量比較Table 4 Comparison of labor amount of different treatments

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)及各指標(biāo)權(quán)重Table 5 Evaluation indices and weight of index

續(xù)表

表6 一級(jí)指標(biāo)值檢驗(yàn)Table 6 Test results of first level index value

2.6.3 參數(shù)估計(jì)與檢驗(yàn)

采用Copula函數(shù)中AMH Copula、Clayton Copula、Frank Copula、Gumbel Copula和 Joe Copula 5種常見(jiàn)函數(shù)，基于非線性?xún)?yōu)化思想計(jì)算待定參數(shù)并作擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，確定最佳Copula評(píng)價(jià)模型，結(jié)果見(jiàn)表7。根據(jù)OLS和AIC評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各函數(shù)作擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。在選取Copula函數(shù)中，Gumbel Copula函數(shù)OLS與AIC數(shù)值明顯小于其他函數(shù)，擬合效果突出。所以使用Gumbel Copula函數(shù)作為不同種植模式評(píng)價(jià)中各一級(jí)指標(biāo)聯(lián)合分布連接函數(shù)。

表7 模型參數(shù)估計(jì)與檢驗(yàn)Table 7 Model parameter estimation and test

2.6.4 確定模型綜合評(píng)價(jià)指數(shù)及分析

模型綜合評(píng)價(jià)指數(shù)見(jiàn)圖5。

由圖5可知，不同水稻種植模式以DS處理評(píng)價(jià)指數(shù)最高為0.14，其次為CK和FS處理。整體看，水稻不同種植模式中，滴灌旱直播處理在農(nóng)藝性狀、生理、抗倒伏性能、節(jié)水增產(chǎn)及效益指標(biāo)等方面綜合表現(xiàn)最佳，優(yōu)于常規(guī)插秧灌溉和漫灌旱直播處理。

3 討 論

本研究表明，不同種植模式在水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中表現(xiàn)不同。CK處理較DS及FS處理在株高、莖粗、穗長(zhǎng)、成熟期干物質(zhì)等方面表現(xiàn)較好。直播模式無(wú)移栽植傷，生長(zhǎng)周期較常規(guī)灌溉模式短，減少栽后返青過(guò)程及生育前期天數(shù)，但拔節(jié)后期剩余天數(shù)較少。池忠志等認(rèn)為人工直播有效穗數(shù)最高，說(shuō)明直播通過(guò)改變有效穗數(shù)影響產(chǎn)量[10]。對(duì)于人工直播中穗型及穗粒數(shù)偏小、群體較優(yōu)但個(gè)體結(jié)構(gòu)偏弱現(xiàn)象，可在拔節(jié)孕穗期提高水肥效率以增加穗粒數(shù)，灌漿期增加干物質(zhì)積累量提高結(jié)實(shí)率與千粒重等方法，增加直播產(chǎn)量[11]。

水稻營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累量主要通過(guò)葉片光合作用產(chǎn)生。不同種植模式下，旱直播種植模式抽穗開(kāi)花期水稻光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度等較低?？赡苡捎谒旨八救后w質(zhì)量影響，旱直播模式較常規(guī)灌溉生長(zhǎng)過(guò)程中水分消耗減少，氣孔導(dǎo)度下降，氣體交換減小，致使光合速率下降，降低“源”質(zhì)量，這與霍中洋等研究結(jié)果一致[12-13]。同時(shí)旱直播模式與常規(guī)模式群體數(shù)量與結(jié)構(gòu)構(gòu)成不同。旱直播水稻功能葉片葉長(zhǎng)和葉寬較小，葉面積低于常規(guī)模式，導(dǎo)致不同種植模式植株光合效率不同，影響光合特性及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累[14]。

水稻倒伏為制約作物產(chǎn)量和稻米品質(zhì)因素之一。本文分析不同種植模式下莖稈力學(xué)指標(biāo)，比較其抗倒伏能力，認(rèn)為旱直播模式節(jié)間配置更為合理，莖稈力學(xué)特性良好，折斷彎矩、抗折力及彎曲應(yīng)力較大，旱直播模式抗倒伏能力較強(qiáng)。滴灌旱直播模式性能優(yōu)于其他種植模式。有學(xué)者指出，使用機(jī)械直播能夠確保種子埋深，提高水稻抗倒伏能力，在優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢(shì)。植株抗倒伏性能還與莖稈解剖結(jié)構(gòu)和莖稈中化學(xué)成分有關(guān)，水稻莖稈中維管束數(shù)目越多，水稻抗倒伏能力越強(qiáng)。莖稈中纖維素、木質(zhì)素和可溶性糖等含量同樣影響水稻抗倒伏能力。今后可針對(duì)上述兩方面與抗倒伏性能間關(guān)系展開(kāi)進(jìn)一步分析。

研究可知，水稻旱直播模式耗水量較少，在未顯著減產(chǎn)前提下，水分利用效率WUE顯著提高，作物系數(shù)顯著降低。滴灌旱直播節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)強(qiáng)于漫灌旱直播處理，與何春林等研究結(jié)果相互印證[14]。旱直播在播種過(guò)程中大幅度減小勞動(dòng)力投入，較少耕整次數(shù)，較人工插秧利潤(rùn)提高[15]。從經(jīng)濟(jì)效益層面看，旱直播模式控制種植成本，在產(chǎn)值相差小情況下經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。滴灌旱直播與漫灌旱直播處理相比，成本投入及用工量減少，經(jīng)濟(jì)效益增加。但在成本效益中，田間雜草防除是現(xiàn)階段直播技術(shù)問(wèn)題之一。通過(guò)田間水肥管理和除草劑選擇及配施等，代替?zhèn)鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)防除措施，實(shí)現(xiàn)雜草防除便捷高效。

本研究采用Copula函數(shù)計(jì)算不同處理評(píng)價(jià)指數(shù)。從分析結(jié)果看，水稻滴灌旱直播模式綜合評(píng)價(jià)最高，為適宜當(dāng)前區(qū)域種植模式。旱直播種植模式在抗倒伏、節(jié)水能力及成本控制方面，較常規(guī)灌溉具有極高實(shí)用性。旱直播與常規(guī)灌溉模式相比，水稻生長(zhǎng)周期短，減少育苗移栽環(huán)節(jié)，降低田地耕整成本。旱直播種植時(shí)間與常規(guī)灌溉錯(cuò)開(kāi)，可充分利用勞動(dòng)力，旱直播模式適合當(dāng)前生產(chǎn)需要，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)與節(jié)水有機(jī)結(jié)合。

4 結(jié) 論

a.不同種植模式下CK處理水稻株高、莖粗、穗長(zhǎng)及地上部分干物質(zhì)重等農(nóng)藝性狀，抽穗開(kāi)花期光合速率Pn、蒸騰速率Tr、氣孔導(dǎo)度Gs及胞間CO2濃度Ci等生理指標(biāo)，優(yōu)于FS和DS處理。旱直播模式下水稻農(nóng)藝性狀和生理指標(biāo)存在劣勢(shì)，但不同處理產(chǎn)量差異較小，同時(shí)滴灌旱直播處理減少單位水量蒸騰散失，提高LWUE。旱直播種植模式并未改變水稻總體發(fā)育趨勢(shì)。

b.不同種植模式下CK處理Wp、Z最高，DS處理F、Bs和Bm最高。旱直播種植模式提升莖稈抗折力和彎曲應(yīng)力，減小斷面模數(shù)。兩年CK處理、DS和FS處理倒伏指數(shù)均值分別為116.45、76.91、81.32，常規(guī)種植模式在3種種植模式中抗倒伏能力最差。DS和FS處理同為旱直播種植，但滴灌旱直播種植抗倒伏能力更強(qiáng)。

c.不同種植模式下水稻節(jié)水能力不同：DS處理耗水量最低，WUE最高，水稻節(jié)水能力最強(qiáng)；FS處理次之；CK處理節(jié)水能力最弱。水稻經(jīng)濟(jì)效益從高到低為DS、FS和CK處理。運(yùn)用Copula函數(shù)綜合評(píng)價(jià)不同種植模式，DS處理優(yōu)于CK和FS處理，滴灌旱直播為最適宜當(dāng)前區(qū)域種植模式。