稗草出苗時間和密度對機直播水稻產(chǎn)量的影響

宋英 張自常 顧俊榮 董明輝

摘要：為了進一步明確稗草對水稻生長發(fā)育的影響，采用大田試驗，設(shè)置稗草不同出苗時間和不同密度對機直播稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，隨著稗草出苗時間的延遲，稗草對機直播水稻產(chǎn)量的影響逐漸減弱。當稗草密度是1株/m2（B1）時，稗草對機械直播水稻的產(chǎn)量無顯著影響，但當稗草密度為3株/m2（B3），出苗時間為水稻播種后0、7、14 d時，水稻產(chǎn)量均顯著降低，稗草出苗時間繼續(xù)延遲對機直播水稻產(chǎn)量無顯著影響;當稗草密度為5株/m2（B5）或7株/m2（B7），出苗時間為水稻播種后0、7、14、21 d時，水稻產(chǎn)量均顯著降低，其他出苗時間對水稻產(chǎn)量無顯著影響。不同稗草密度對機直播水稻產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為稗草在水稻播種后0、7、14、21 d出苗時，水稻產(chǎn)量均隨著稗草密度的增加而降低，其他出苗時間對稗草密度對機直播產(chǎn)量無明顯影響。機直播水稻與稗草共生過程中稗草較高的分蘗數(shù)、株高和干物質(zhì)積累量造成機直播水稻灌漿期的光合速率、根系氧化力和干物質(zhì)積累量顯著降低，這是機直播水稻產(chǎn)量減產(chǎn)的重要原因。

關(guān)鍵詞：稗草;機直播水稻;光合速率;根系氧化力;產(chǎn)量

中圖分類號：S451 ?文獻標志碼：A ?文章編號：1003-935X（2021）03-0067-07

Abstract：To better understand the impact of barnyardgrass on rice growth，a field experiment was conducted to evaluate the effect of different emergence times and density of barnyardgrass on the grain yield of mechanically dry-seeded rice. Rice grain yield gradually decreased along with a barnyardgrass delay in emergence. There was no significant difference in grain yield of rice when the barnyardgrass density was 1 plant/m2（B1），but the grain yield significantly decreased when the barnyardgrass emergence time was 0，7，or 14 days after rice sowing under 3 plant/m2（B3） density treatment，and further delay the emergence time of barnyardgrass under this density had no effect on grain yield. Grain yield markedly decreased when barnyardgrass emergence time was 0，7，14，and 21 days after rice sowing under 5 plant/m2（B5） or 7 plant/m2（B7） density treatment，and the other emergence time of barnyardgrass had no difference on grain yield. Furthermore，rice yield decreased with increased barnyardgrass density when it emergenced at 0，7，14 and 21 days after mechanical sowing，but when the weed emergence later it did not affect grain yield. Above all，the higher tiller number，plant height and dry matter accumulation of barnyardgrass that caused reduction in rice photosynthetic rate，root oxidation and dry matter accumulation at grain filling stage are important reasons for grain yield reduction.

Key words：barnyardgrass;mechanical dry-seeded rice;photosynthetic rate;root oxidation activity;yield

水稻是我國主要的糧食作物之一，其種植面積約占糧食作物的27%，產(chǎn)量約占糧食作物產(chǎn)量的40%以上，全國約有2/3的人口以稻米為主食[1]。傳統(tǒng)的水稻種植以手工插秧為主，但是隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和農(nóng)村勞動力的轉(zhuǎn)移，直接務(wù)農(nóng)的青壯年勞動力越來越少，亟須用輕簡的栽培技術(shù)替代傳統(tǒng)種植方式。水稻直播技術(shù)具有省工、節(jié)本、高效的特點，已成為水稻種植的重要選擇。目前，我國直播稻面積占水稻種植面積的30%左右，但以人工撒播為主[2]。人工撒播成苗不穩(wěn)定，密度大，群體通風透光性差，易感染病蟲害，根系下扎淺，后期易倒伏，造成產(chǎn)量不高不穩(wěn)[3]。水稻機械精量穴直播技術(shù)是適應(yīng)水稻機械化生產(chǎn)開發(fā)的一種輕簡高效栽培技術(shù)，采用機械穴直播，可實現(xiàn)稻種田間有序精確分布，有利于構(gòu)建高質(zhì)量群體起點和爭取高產(chǎn)高效[4]。目前該技術(shù)已經(jīng)在我國多個省市大面積推廣，但是該技術(shù)前期管理需要采用干濕交替灌溉的管理方式，造成雜草發(fā)生數(shù)量遠高于移栽田，且出草周期長，田間草害嚴重，難以防治，嚴重影響水稻生產(chǎn)成本和產(chǎn)量[5]。目前，機直播稻田雜草主要通過除草劑土壤封閉和莖葉處理防控稻田雜草，這些技術(shù)有利于避開水稻與雜草在水稻關(guān)鍵期的競爭。但是由于雜草出苗周期長或者化學除草過程中的漏防，可能導致部分雜草避開了化學除草劑的防控，殘留在田中與水稻共生，尤其是稻田主要惡性雜草稗草的存在可能會影響水稻產(chǎn)量的形成。但目前關(guān)于稗草出苗時間和密度對機直播水稻產(chǎn)量影響的相關(guān)報道較少。為了明確稻田稗草在不同出苗時間和不同密度對機直播水稻的危害機制，本試驗觀察了水稻機械直播后稗草不同出苗時間和密度對水稻生長發(fā)育的影響，以期為機械直播水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培和雜草防控提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗于2019年在江蘇省常熟市古里鎮(zhèn)烏坵基地進行，試驗田內(nèi)發(fā)生的雜草主要有稗草、丁香蓼和耳葉水莧。供試水稻材料為南粳9108，稗草種子于2018年采集于烏坵基地。試驗前茬作物為小麥，土壤質(zhì)地為白漿土，耕作層有機質(zhì)含量為1.98%，有效氮含量為152.8 mg/kg，速效磷含量為 75.4 mg/kg，速效鉀含量為101.6 mg/kg。

1.2 試驗處理與設(shè)計

處理因素為稗草出苗時間（time，T）和稗草密度（barnyardgrass，B），T0、T7、T14、T21、T28、T35表示稗草分別在水稻播種后0、7、 14、 21、28、35 d出苗;B0、B1、B3、B5、B7表示稗草的密度分別為0、1、3、5、7株/m2，T0B0為無稗草水稻處理（對照），每個處理重復3次，共75個小區(qū)。每個小區(qū)的面積為20 m2，小區(qū)間筑埂并用地膜包埂隔離，主區(qū)和同一裂區(qū)內(nèi)的處理均隨機區(qū)組排列。水稻于2019年6月3日播種，播前浸種2 d，晾干表面水分后播種，播種量為52.5 kg/hm2。水稻種植方式為濕潤機直播，播種機為上海世達爾現(xiàn)代農(nóng)機有限公司的水稻精量機械穴直播機;行距為25 cm，株距為12 cm。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 光合速率和根系氧化力的測定 水稻南粳9108于8月20日抽穗，當天天氣晴朗，最高氣溫達31 ℃，最低氣溫為24 ℃，東北風3級。水稻抽穗后每隔10 d 于上午09：00—11：40用美國 LI-COR 公司生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合測定儀測定劍葉光合速率，每個處理測定6張葉片，光合速率的測定參照朱寬宇等的方法[6]。在測定光合速率的同時，各小區(qū)選擇代表性水稻3穴進行挖根，將挖出的土塊裝入70目篩網(wǎng)袋中，先用流水沖洗，然后用農(nóng)用壓縮噴霧器將稻根沖洗干凈，取1 g左右的完整根，按照章駿德等的方法[7]測定根系氧化力，每個處理重復3次。

1.3.2 水稻成熟期地上部干物質(zhì)積累量和水稻產(chǎn)量測定 水稻于10月13日成熟，當天天氣狀況為多云，最高溫度為25 ℃，最低氣溫為17 ℃。各小區(qū)取1 m2水稻測定地上部干物質(zhì)積累量。另外，各小區(qū)另取5 m2實收測產(chǎn)。

1.3.3 稗草最終分蘗數(shù)、株高和干物質(zhì)積累量 稗草籽粒于9月18日開始成熟，當天天氣狀況為晴天，最高氣溫為29 ℃，最低氣溫為20 ℃。在每個稗草處理小區(qū)選擇具有代表性的5株稗草，參照 Chauhan的方法[8]測定稗草分蘗數(shù)、株高和干物質(zhì)積累量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稗草出苗時間和密度對機直播水稻產(chǎn)量的影響

由表1可知，隨著稗草出苗時間的延遲，稗草對水稻產(chǎn)量的影響逐漸減弱。當稗草密度是B1時，稗草對水稻產(chǎn)量無顯著影響;但當稗草密度是B3時，稗草對水稻產(chǎn)量的影響隨著稗草出苗時間的延遲而逐漸減弱，出苗時間是T0、T7、T14時，水稻產(chǎn)量較對照分別減產(chǎn)26.1%、24.5、17.0%，差異達顯著水平，稗草在T21、T28、T35出苗時對水稻產(chǎn)量無顯著影響;當稗草密度是B5，出苗時間為T0、T7、T14、T21時，水稻產(chǎn)量較對照分別減產(chǎn)60.0%、549%、35.4%、17.6%，顯著降低，但當稗草在T28和T35出苗時對水稻產(chǎn)量無顯著影響;稗草密度為B7且在T0、T7、T14、T21出苗時，水稻產(chǎn)量較對照分別減產(chǎn)86.5%、75.6%、52.3%、26.9%，差異達顯著水平，在T28和T35出苗時對水稻產(chǎn)量無顯著影響。當稗草出苗時間相同時，隨著稗草密度的增加，水稻產(chǎn)量呈逐漸降低趨勢。當稗草分別在T0、T7、T14出苗時，隨著稗草密度的增加產(chǎn)量均顯著降低（B1除外），當稗草在T21出苗時，B1和B3對水稻產(chǎn)量無顯著影響，但B5和B7均顯著降低了水稻產(chǎn)量。當稗草在T28和T35出苗時，當前試驗設(shè)置的稗草密度對水稻產(chǎn)量無顯著影響。

2.2 稗草出苗時間和密度對水稻籽粒灌漿期葉片光合速率、根系氧化力和干物質(zhì)積累量的影響

與T0（對照）相比，在相同稗草密度條件下，隨稗草出苗時間的延遲水稻劍葉光合速率呈增加的趨勢，不同稗草密度處理間存在較大差異（表2）。在B1密度下，稗草出苗時間對水稻劍葉光合速率無顯著影響;但是當稗草密度為B3時，T7與T0處理的水稻劍葉光合速率無顯著差異，但隨著稗草出苗時間的繼續(xù)延遲，水稻劍葉光合速率顯著增加，T21、T28和T35處理間光合速率差異不顯著。當稗草密度為B5和B7時，水稻劍葉光合速率與B3時表現(xiàn)相似的變化趨勢（表2）。

稗草不同出苗時間和密度對機械直播水稻籽粒灌漿期根系氧化力的影響與水稻劍葉光合速率表現(xiàn)相似的變化趨勢。當稗草密度為B1時對機械直播水稻灌漿期的根系氧化力無顯著影響，但是當稗草密度為B3、B5和B7時，水稻灌漿期根系氧化力隨著稗草出苗時間的延長而顯著增加（表3）。

隨著稗草出苗時間的延遲，機械直播水稻的干物質(zhì)積累量呈增加的趨勢（表4）。當稗草密度為B1時，稗草出苗時間對水稻成熟期干物質(zhì)積累量無顯著影響;但當稗草密度為B3，出苗時間為T7、T14、T21、T28、T35時，水稻成熟期的干物質(zhì)積累量分別比T0增加2.5%、13.6%、29.5%、34.6%、373%，除T7機械直播水稻成熟期的干物質(zhì)積累量與T0處理無顯著差異外，其他稗草出苗時間的機直播水稻的干物質(zhì)積累量在成熟期均顯著增加;當稗草密度為B5和B7時，機直播水稻在成熟期的干物質(zhì)積累量與B3處理的變化趨勢相似。

2.3 稗草出苗時間和密度對稗草生長發(fā)育的影響

隨著稗草出苗時間的延遲，稗草分蘗數(shù)逐漸降低。當稗草在T0和T7出苗時，不論稗草何種密度，2個時間段的稗草分蘗數(shù)差異均不顯著，但隨著出苗時間的繼續(xù)延遲，稗草分蘗數(shù)急劇降低，差異達到顯著水平。稗草在T7出苗時，B7的分蘗數(shù)顯著低于其他稗草密度的分蘗數(shù)。稗草在T14、T21、T28、T35出苗時，不同稗草密度對稗草的分蘗數(shù)無顯著影響（表5）。

由表6可知，稗草在T0、T7和T14出苗對稗草的株高無顯著影響，但出苗時間繼續(xù)延遲，稗草的株高顯著低于T0處理的稗草株高。稗草在相同時間出苗，不同稗草密度對稗草的株高無顯著影響。

由表7可知，隨著稗草出苗時間的延遲，稗草的干物質(zhì)積累量顯著降低，在相同出苗時間，隨著單位面積稗草密度的增加，稗草的干物質(zhì)積累量也顯著增加。

3 結(jié)論與討論

稗草（Echinochloa ssp.）屬于禾本科稗屬一年生植物，是全球分布最廣、對水稻產(chǎn)量影響最大的惡性雜草。近年來，國內(nèi)外學者在稗草對水稻生長發(fā)育的影響方面已有較多研究[8-11]。Smith的研究表明，在水稻生育早期，稗草與水稻共生對水稻產(chǎn)量無顯著影響，但共生時間超過40 d時，水稻產(chǎn)量顯著降低，降低幅度因水稻品種而異[9]。張自常等的研究表明，稗草對水稻產(chǎn)量的影響因水稻類型和稗草種而異，秈稻受干擾程度低于粳稻，相同密度下不同種稗草危害程度表現(xiàn)為西來稗>無芒稗>稗>光頭稗[10-11]。Wang等的研究表明，當稗草密度為8株/m2時水稻產(chǎn)量減產(chǎn)達58%[12]。上述研究主要集中在稗草不同密度或者相同密度不同稗草種對水稻產(chǎn)量的影響。對于稗草在不同出苗時間和密度條件下對水稻尤其在機械直播水稻產(chǎn)量的影響目前鮮有報道。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著稗草出苗時間的延遲，稗草對機械直播水稻產(chǎn)量的影響逐漸減弱。當稗草密度是B1時，稗草對機械直播水稻的產(chǎn)量無顯著影響，但當稗草密度為B3且在水稻播種后0、7、14 d出苗時，水稻產(chǎn)量顯著降低，稗草出苗時間繼續(xù)延遲則對機直播水稻產(chǎn)量無顯著影響;當稗草密度為B5或B7且在水稻播種后0、7、14、21 d出苗時水稻產(chǎn)量顯著降低，在其他時間出苗的稗草對水稻產(chǎn)量無顯著影響。在水稻播種后21 d內(nèi)，同一時間出苗的稗草隨著密度的增加，水稻產(chǎn)量降低，為了避免稗草對水稻產(chǎn)量的影響，建議宜早防控。

稗草不同出苗時間與密度對機直播水稻生長發(fā)育尤其是產(chǎn)量的干擾機制目前尚不清楚。水稻與稗草共存造成水稻減產(chǎn)的主要原因是稗草對光照、空間、養(yǎng)分和水分等方面的競爭。一些指標可反映水稻或者稗草對資源競爭能力的強弱，其中分蘗能力與其競爭能力有密切的關(guān)系[13-16]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著稗草在機直播稻田出苗時間的延遲，稗草分蘗數(shù)逐漸降低。稗草出苗早，分蘗能力強，產(chǎn)生的分蘗數(shù)則多，較多的分蘗數(shù)使稗草葉片數(shù)和葉面積增加。一方面，這將有利于稗草截獲更多的光照進行光合作用，促進自身的生長發(fā)育;另一方面，促使稗草搶占鄰近植物的空間，干擾鄰近植物的生長發(fā)育。因此，機直播水稻與稗草共生過程中，稗草較多的分蘗數(shù)是水稻產(chǎn)量降低的重要原因之一。

株高在水稻和稗草競爭中發(fā)揮著重要作用。植物種間或種內(nèi)共存時相對較高的植物更易捕獲光照。稗草與水稻競爭，較高的株高有助于稗草或水稻選擇性地吸收紅光，反射遠紅光，導致周圍較矮的其他植物吸收遠紅光量增加，造成紅光、遠紅光吸收比率降低，進而引起植物葉片中光敏色素A、光敏色素B的轉(zhuǎn)變和葉片氣孔的發(fā)育及閉合[17]。另外還有研究表明，較低的紅光/遠紅光比率能促進植物乙烯合成和生長素增加，產(chǎn)生避蔭性[18]。本研究觀察到，稗草不同出苗時間對稗草的株高有較大影響，隨著稗草出苗時間的延遲株高逐漸降低，相同出苗時間不同稗草密度對稗草株高的影響較小。本研究中選用的水稻品種為南粳9108，水稻與稗草共生后水稻株高的變化范圍為104～110 cm，稗草株高明顯高于水稻株高。這可能對鄰近植物產(chǎn)生遮陰現(xiàn)象，造成鄰近植物光合速率降低、干物質(zhì)積累下降，本研究也進一步證實了這一點。水稻與稗草共生后，稗草出苗時間越早，自身的分蘗數(shù)、株高和干物質(zhì)積累量越大，對鄰近水稻光合速率的影響也越大，尤其稗草密度增加時，降低愈明顯，表明出苗早的稗草通過增加分蘗數(shù)、株高和干物質(zhì)積累搶占生態(tài)位，阻礙水稻捕獲光照，使水稻接受的遠紅光增加，導致紅光和遠紅光比率降低，影響了水稻劍葉氣孔的閉合，造成水稻劍葉光合速率下降，從而造成水稻成熟期地上部分干物質(zhì)積累量降低。前人研究表明，水稻成熟期的干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)[19]，表明水稻與稗草共生后成熟期水稻干物質(zhì)積累量越低，減產(chǎn)愈明顯。另外，水稻葉片光合速率降低也將無法為地下部根系生長提供充足的光合產(chǎn)物，導致根系功能衰退[20]。水稻根系氧化力是水稻根系生理特性的重要方面，其強弱影響地上部分生長發(fā)育和產(chǎn)量形成[21]。本研究觀察到，機械直播水稻與稗草共生后水稻根系氧化力降低，稗草出苗時間越早，水稻根系氧化力降低幅度越大，稗草密度越大水稻根系氧化力降低的幅度也越大。根系氧化力的降低會減弱根系吸收水分和養(yǎng)分的能力，從而無法為地上部提供充足的養(yǎng)分，進而抑制地上部的生長發(fā)育[22-23]，這種地下根系氧化力和地上部分光合速率的失調(diào)導致水稻與稗草共生后水稻產(chǎn)量降低。

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