機插株距對優(yōu)質食味水稻品種產(chǎn)量和群體質量的影響

陳云 張亞軍 張宏路 朱安 黃健 張耗 顧駿飛 劉立軍,* 楊建昌

(1 揚州大學 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚州 225009；2 揚州大學 生物科學與技術學院，江蘇 揚州 225009；*通信聯(lián)系人，E-mail: ljliu@yzu.edu.cn)

水稻是我國最重要的糧食作物之一，種植面積約占我國糧食種植面積的30%[1-2]。20 世紀80 年代以來，由于水稻機械化生產(chǎn)的發(fā)展，水稻生產(chǎn)成本大大降低，勞動生產(chǎn)率以及農(nóng)民收入顯著提高。隨著農(nóng)村勞動力向城市的大量轉移，持續(xù)不斷提高水稻生產(chǎn)機械化水平是大勢所趨。截至2012 年年底，我國水稻耕種收機械化水平達到 68.82%，其中機耕水平為93.29%，機收水平為73.35%，機械種植水平為31.67%[3]。以江蘇省為例，隨著現(xiàn)代化進程的加速，機插秧發(fā)展迅猛，全省有近70%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及所有縣(市)均已成為機插秧技術示范區(qū)，機插秧技術受到廣大農(nóng)民和種植大戶的普遍歡迎[4]。

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們對稻米已不再僅限于“量”的需求，而更加注重口感及食味品質的提升。因此，近年來，我國優(yōu)質食味稻米需求量急劇增加。大量研究表明，機插規(guī)格(密度)是影響水稻產(chǎn)量的重要因素，但從目前已有的研究結果來看，不同水稻品種高產(chǎn)的最適機插密度并不同[5-9]，結論不統(tǒng)一甚至矛盾。且前人所用水稻品種多集中于傳統(tǒng)高產(chǎn)水稻品種(非優(yōu)質食味品種)[10-11]，而對優(yōu)質食味水稻品種的研究較少。優(yōu)質食味水稻品種在口感及食味等方面優(yōu)于常規(guī)非優(yōu)質食味水稻品種，但是機插密度對其產(chǎn)量和群體質量的影響及高產(chǎn)適宜機插株距尚不清楚。本研究以江蘇省三個代表性優(yōu)質食味水稻品種為材料，在機插行距固定的條件下，通過設置不同的機插株距，構建不同的機插密度處理，研究了其對上述水稻品種產(chǎn)量和群體質量的影響，以期為優(yōu)質食味水稻品種機械化高產(chǎn)栽培提供理論與實踐參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以南粳9108、南粳5055 和南粳46 三個江蘇省代表性優(yōu)質食味水稻品種為研究材料。上述水稻品種均是由江蘇省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所培育的常規(guī)粳稻品種。南粳9108 于2011 年獲得全國優(yōu)良食味粳稻品評二等獎，2015 年被評為農(nóng)業(yè)部超級稻品種。南粳5055 分別于2009 年和2010 年獲得全國優(yōu)質粳稻優(yōu)良食味品評三等獎和江蘇省粳稻優(yōu)質米食味品嘗鑒定會一等獎。南粳46，原名“寧5047”，在2006 年江蘇省農(nóng)業(yè)科學院系統(tǒng)優(yōu)質粳稻新品種(系)食味品嘗和2007年江蘇省粳稻優(yōu)質米食味品嘗會上均獲得第一名。在 2018 年第二屆中國(三亞)國際水稻論壇上被評為我國“最受喜愛的十大優(yōu)質稻米品種”之一。

1.2 處理設置與栽培概況

試驗于2017 年和2018 年在揚州大學江蘇省鎮(zhèn)江市新民洲試驗農(nóng)場基地不同田塊進行，土壤類型為砂壤土，前茬作物均為小麥。移栽前土壤耕作層有機質含量為22.1~23.3 g/kg，有效氮、速效磷和速效鉀含量分別為99.3~107.1 mg/kg、30.2~33.1 mg/kg和84.4~86.9 mg/kg。采用塑料軟盤旱育秧，每盤播干谷130 g。每年5 月20－21 日播種，6 月12－13日采用洋馬VP6 乘坐式水稻插秧機進行機械移栽，每穴4~5 苗，栽后5 d 視田間缺苗情況進行人工補苗，確保全苗。機插行距固定為30 cm，設置10、12、14、16 和18 cm 5 種機插株距處理。每處理重復3 次，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積150 m2。

全生育期施用氮肥(折合純氮)300 kg/hm2，按基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3 施用。分蘗肥在移栽后7 d 和14 d 分兩次施用，用量(折合純氮)分別為60和30 kg/hm2。穗肥分為促花肥和?；ǚ史謩e在倒4葉和倒2 葉抽出時等量施用。所施氮肥為尿素，依據(jù)含氮率折算后施用。各處理在移栽前一次性施用過磷酸鈣(含P2O513.5%) 296.3 kg/hm2和氯化鉀(含K2O 52%) 230.8 kg/hm2，用量(折合 P2O5和 K2O)分別為40 kg/hm2和120 kg/hm2。采用“淺-擱-濕”灌溉方式。中期擱田，拔節(jié)后采取淺干濕交替灌溉，抽穗期建立淺水層，直至收獲前5~7 d 斷水。按當?shù)卮竺娣e生產(chǎn)方式統(tǒng)一采用化學農(nóng)藥防治病蟲草害。

1.3 測定項目

1.3.1 莖蘗動態(tài)

每個小區(qū)定點10 穴，自移栽后1 周起每隔10 d觀察記錄一次莖蘗數(shù)。

1.3.2 葉片 SPAD 值

移栽后一周起至抽穗前每隔 7 d 用葉綠素儀(SPAD)測定心葉下一葉葉片的SPAD 值，抽穗后至成熟期測定劍葉的SPAD 值。每小區(qū)測定10 片葉片，每片測定上、中、下部三點，取平均值。

1.3.3 葉面積指數(shù)(LAI)、干物質量和粒葉比

分別于分蘗中期、穗分化始期、抽穗期和成熟期(收獲前1 d)每個小區(qū)隨機取10 穴植株樣本，分解為葉、莖鞘和穗(抽穗以后)。用Li-Cor 3050 葉面積儀(LI-COR, USA)測定葉面積后將各樣品放置烘箱中105℃下殺青30 min，于75℃下烘干至恒重后稱重。抽穗期葉面積分為高效葉面積(有效分蘗頂部三張葉片面積)和有效葉面積(除無效分蘗外的葉片面積)，并以最終籽粒質量與抽穗期葉面積比(mg/cm2)表示粒葉比。

表1 機插株距對不同優(yōu)質食味水稻品種產(chǎn)量構成因素的影響Table 1. Effect of plant spacing on yield components in mechanical transplanting rice with good tasting.

1.3.4 葉片凈光合速率

抽穗期和抽穗后20 d 上午9:00－11:30 在各小區(qū)中間位置隨機選取代表性植株15 株，用Li-6400型便攜式光合系統(tǒng)測定儀(LI-COR, USA)測定水稻劍葉(L1)、頂部第3 張葉片(L2)和第5 張葉片(L3)的葉片凈光合速率Pn，重復 3 次，取平均值。參照于貴瑞等[12]以及繆子梅等[13]方法按以下公式計算水稻冠層凈光合速率。

冠層凈光合速率=(PnL1+PnL2)/2×高效 LAI+PnL3×(有效 LAI?高效 LAI)；

式中PnL1、PnL2和PnL3分別表示 L1、L2和 L3的葉片凈光合速率。

1.3.5 考種與測產(chǎn)

成熟期各小區(qū)調查100 株穗數(shù)，并按平均穗數(shù)取樣 10 穴手工脫粒，考查水稻每穗粒數(shù)、結實率和千粒重等產(chǎn)量構成因素。結實率采用水漂法測定。各小區(qū)實收5 m2機器脫粒曬干后測定重量和含水率，按13.5%的含水率折算為實收產(chǎn)量。

1.4 計算方法與數(shù)據(jù)處理

采用Office 2016 軟件處理數(shù)據(jù)、表格及文字，SigmaPlot 10.0 繪圖，其中部分數(shù)據(jù)用SPSS 19.0 統(tǒng)計分析，用P= 0.05 最小顯著極差法(LSD0.05)進行平均數(shù)顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構成的影響

機插株距對供試的南粳9108、南粳5055 和南粳 46 三個優(yōu)質食味水稻品種產(chǎn)量構成因素的影響趨勢大致相同(表1)。隨機插株距增大，各品種單位面積穗數(shù)總體呈先升后降，每穗粒數(shù)逐漸增加，結實率與單位面積穗數(shù)變化趨勢基本一致。千粒重隨株距增加而略有增加，但同一品種5 個株距處理間無明顯差異。

圖1 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種產(chǎn)量的影響Fig. 1. Effects of plant spacing on grain yield in mechanically transplanted rice with good tasting.

表2 優(yōu)質食味水稻品種獲得最高產(chǎn)量時的機插株距Table 2. Optimal plant spacing and the corresponding grain yield in mechanically transplanted rice with good tasting.

相同機插株距條件下三個優(yōu)質食味水稻品種產(chǎn)量總體表現(xiàn)為南粳9108＞南粳5055＞南粳46。上述三個優(yōu)質食味水稻品種的產(chǎn)量皆隨株距的增加表現(xiàn)為先升后降(圖1)。南粳9108 株距10 cm 和14 cm 兩處理間產(chǎn)量差異不顯著，而南粳5055 和南粳46 在株距為10 cm、12 cm 和14 cm 三個處理間無明顯差異。三個品種在株距18 cm 條件下的產(chǎn)量均顯著低于12 cm。與株距12 cm 相比，南粳9108、南粳5055 和南粳46 株距18 cm 時的產(chǎn)量分別降低了 18.86%~20.8%，14.96%~15.05%和 15.25%~15.39%。多項式分析表明(表2)，在栽插行距為30 cm 條件下，兩年(2017 和 2018 年)中南粳 9108、南粳5055 和南粳46 產(chǎn)量最高的栽插株距分別為11.6 cm，11.6~12.3 cm 和10.8~11.4 cm。這一結果表明，機插行距固定為30 cm 時，株距控制在11~12 cm之間有利于提高上述三個優(yōu)質食味水稻品種的產(chǎn)量。

2.2 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種莖蘗動態(tài)的影響

不同機插株距條件下，南粳 9108、南粳 5055和南粳 46 單位面積莖蘗數(shù)隨著生育進程總體呈先上升后下降的趨勢。隨著分蘗的不斷增加，當達到峰值時三個水稻品種莖蘗動態(tài)表現(xiàn)為機插株距越小，單位面積莖蘗數(shù)越大，但在株距10 cm 和12 cm間差異不顯著，并且該趨勢一直持續(xù)至抽穗成熟。從莖蘗成穗率來看，南粳9108、南粳5055 和南粳46 均隨株距的增加表現(xiàn)為先升后降，且均在株距為12 cm 時達到最高。其中，南粳9108 在株距為12 cm時的莖蘗成穗率為78.44%~78.99%，株距18 cm 條件下為73.72%~74.10%，兩株距間差異顯著。在上述兩種株距條件下，南粳 5055 的莖蘗成穗率分別為78.22%~78.28%和73.22%~73.44%，南粳46 則分別為77.44%~78.18%和72.54%~72.95%，即增加機插株距，明顯降低了上述三個優(yōu)質食味水稻品種的莖蘗成穗率(圖2)。

2.3 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種葉面積指數(shù)和粒葉比的影響

南粳9108、南粳5055 和南粳46 葉面積指數(shù)在分蘗期、穗分化期和成熟期皆隨株距的增加不斷降低，抽穗期有效葉面積指數(shù)與上述變化趨勢相同，但高效葉面積指數(shù)則表現(xiàn)為先升后降，均在株距為12 cm 時最高(表3)。上述三個優(yōu)質食味水稻品種粒葉比(以總粒重/葉面積表示)均隨機插株距的增加表現(xiàn)先增后降。兩年(2017 和2018 年)中均以株距為12 cm時最高，多顯著高于16~18 cm株距時的粒葉比(圖3)。

圖2 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種莖蘗動態(tài)的影響Fig. 2. Effects of plant spacing on tillering dynamics in mechanically transplanted rice with good tasting.

表3 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種主要生育期葉面積指數(shù)的影響Table 3. Effect of plant spacing on leaf area index in mechanically transplanted rice with good tasting.

圖3 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種抽穗期粒葉比的影響Fig. 3. Effect of plant spacing on grain/leaf ratio in mechanically transplanted rice with good tasting at heading stage.

表4 機插密度對優(yōu)質食味水稻品種不同生育期單莖莖鞘質量的影響Table 4. Effect of plant spacing on single stem weight in mechanical transplanted rice with good tasting. g

2.4 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種干物質積累的影響

不同機插株距條件下，同一水稻品種單莖莖鞘質量均隨生育進程推進呈先升后降的趨勢，在抽穗期達到最大值(表4)。地上部總干物質量則不斷增加(表5)。增加機插株距，南粳9108、南粳5055 和南粳 46 在分蘗至成熟期單莖莖鞘質量有所增加，但群體干物質量則不斷降低。三個水稻品種抽穗至成熟干物質積累隨機插株距擴大呈先升后降的趨勢，且皆在株距為12 cm 時最大，與產(chǎn)量表現(xiàn)趨勢一致。

2.5 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種葉片 SPAD 值和凈光合速率的影響

不同機插株距條件下，三個優(yōu)質食味水稻品種葉片SPAD 值隨著生育進程總體呈先上升后下降的趨勢，在生育中后期相同品種雖不同處理間略有差異，但均不顯著(圖4)。

表5 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種干物質積累的影響Table 5. Effect of plant spacing on dry matter accumulation in mechanically transplanted rice with good tasting. t/hm2

圖4 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種葉片SPAD 值的影響Fig. 4. Effects of plant spacing on leaf SPAD values in mechanically transplanted rice with good tasting.

不同機插株距條件下三個優(yōu)質食味水稻品種不同葉片凈光合速率以及單位面積冠層凈光合速率分別如圖5 和圖6 所示。由兩圖可以看出，隨著株距的增加，南粳9108、南粳5055 和南粳46 三個品種劍葉、頂部第3 葉和第5 葉的凈光合速率在抽穗至抽穗后20 d 略有上升，但在株距為10~14 cm時無顯著差異；而單位面積冠層凈光合速率則呈先升后減的趨勢，三個品種均在株距為12 cm 時單位面積冠層凈光合速率最大。

3 討論

3.1 機插株距對優(yōu)質食味水稻產(chǎn)量的影響

水稻機械栽種條件下，機插密度會影響水稻個體和群體的生長發(fā)育，對產(chǎn)量構成因素造成影響，并最終影響產(chǎn)量[14-15]。方文英等[16]認為高密度條件下水稻基本苗較多，有利于形成足夠穗數(shù)，從而實現(xiàn)增產(chǎn)。也有研究者認為適當降低栽插密度可協(xié)調水稻個體與群體的生長，增加單株穗數(shù)與每穗粒數(shù)從而獲得高產(chǎn)[17-18]。而胡雅杰等[9]的研究結果表明，毯苗機插密度對水稻產(chǎn)量的影響因品種穗型不同而異，中穗型品種產(chǎn)量隨密度增加呈先增后減的趨勢。本研究中，當行距固定為30 cm 時，在12~18 cm的株距范圍內(nèi)，隨株距減小(栽插密度增大)，南粳9108、南粳5055 和南粳46 三個供試優(yōu)質食味水稻品種單位面積穗數(shù)增加，每穗粒數(shù)逐漸降低，結實率有所上升，千粒重變化較小。單位面積穗數(shù)和結實率增加之得超過每穗粒數(shù)減少之失，從而使得水稻產(chǎn)量隨株距減小而增加。當機插株距為10 cm(栽插密度最高處理)時，三個優(yōu)質食味水稻品種產(chǎn)量及其構成因素均有不同程度降低，即密度過高不利于協(xié)調產(chǎn)量構成因素間的關系和高產(chǎn)形成。因此，通過選擇適宜株距，調整合理機插密度可改善產(chǎn)量構成因素間的關系進而實現(xiàn)水稻增產(chǎn)。在本研究條件下，南粳9108、南粳5055 和南粳46 三個品種產(chǎn)量與株距均呈明顯的二次曲線關系，依據(jù)曲線方程計算而得的高產(chǎn)最適株距分別為 11.6 cm、11.6~12.3 cm 和10.8~11.4 cm，集中在11~12 cm，品種間無明顯差異，這可能與上述三個水稻品種穗型大小較為接近有一定的關系(表1)。

圖5 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種不同葉片凈光合速率的影響Fig. 5. Effects of plant spacing on leaf net photosynthetic rate in mechanically transplanted rice with good tasting.

圖6 機插株距對優(yōu)質食味水稻品種單位面積冠層凈光合速率的影響Fig. 6. Effects of plant spacing on net photosynthetic rate per unit area canopy in mechanical transplanted rice with good tasting.

3.2 機插株距對優(yōu)質食味水稻產(chǎn)量影響的原因分析

移栽密度的改變會影響群體內(nèi)部環(huán)境資源的競爭，從而影響水稻群體與個體的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成[15]。如有研究表明，增加栽種密度有利于提高水稻生育后期干物質積累量[19-20]。相反，也有研究認為低密度種植可延緩水稻后期葉片衰老，提高干物質積累量而獲得高產(chǎn)[21]。在本研究中 10~18 cm的株距范圍內(nèi)(栽插密度為 18.5×104~33.3×104穴/hm2)，隨株距擴大，南粳9108、南粳5055 和南粳46 三個優(yōu)質食味水稻品種生育后期單莖莖鞘質量有所增加，而莖蘗成穗率、高效葉面積指數(shù)、粒葉比以及抽穗至成熟期干物質積累量等群體質量指標表現(xiàn)為先升后降，均在株距為12 cm 時達最大值。這一結果表明，機插株距 12 cm(對應栽插密度為27.8×104穴/hm2)有利于改善南粳9108、南粳5055和南粳 46 等優(yōu)質食味水稻品種群體質量指標，協(xié)調產(chǎn)量各構成因素間的矛盾從而獲得高產(chǎn)。

作物產(chǎn)量主要受群體冠層光合特征的影響[22]。研究表明，合理密植可提高水稻生育后期葉面積指數(shù)、冠層有效輻射以及群體光合作用和光能利用率，從而保證較強的干物質積累能力與灌漿充實[23]。本研究也觀察到，在抽穗和抽穗后20 d 三個優(yōu)質食味水稻品種不同葉位葉片凈光合速率均隨株距增加而下降，但其群體冠層凈光合速率則表現(xiàn)先升后降的趨勢，與抽穗至成熟期干物質積累量和產(chǎn)量變化趨勢一致。這一結果也表明，相較于單葉光合，群體冠層光合對作物物質生產(chǎn)和產(chǎn)量形成更重要。

4 結論

機插行距為30 cm 時，株距11~12 cm 有利于改善南粳9108、南粳5055 和南粳46 等優(yōu)質食味水稻莖蘗成穗率、高效葉面積指數(shù)、粒葉比、抽穗后群體冠層凈光合速率和抽穗至成熟干物質積累等群體質量指標，并最終提高水稻產(chǎn)量。該株距可作為江蘇省代表性優(yōu)質食味水稻品種的機插秧的適宜株距。