連續(xù)旋耕下深耕對(duì)寒地優(yōu)質(zhì)粳稻產(chǎn)量形成的影響

趙黎明，黃安琪，王亞新，蔣文鑫，周行，沈雪峰，馮乃杰，鄭殿峰

連續(xù)旋耕下深耕對(duì)寒地優(yōu)質(zhì)粳稻產(chǎn)量形成的影響

趙黎明，黃安琪，王亞新，蔣文鑫，周行，沈雪峰，馮乃杰，鄭殿峰

廣東海洋大學(xué)濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院，廣東湛江 524088

【目的】研究連續(xù)旋耕下深耕對(duì)不同優(yōu)質(zhì)粳稻生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、光合物質(zhì)生產(chǎn)及產(chǎn)量形成過(guò)程的影響，為寒地優(yōu)質(zhì)粳稻高產(chǎn)高效栽培提供技術(shù)支撐?！痉椒ā?018—2019年以綏粳18、墾稻12和三江6為供試材料，在秸稈還田條件下，前茬連續(xù)2年旋耕基礎(chǔ)上，設(shè)置深耕和旋耕2種耕作方式，研究耕作方式對(duì)優(yōu)質(zhì)粳稻生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)及花后物質(zhì)生產(chǎn)特性的影響?！窘Y(jié)果】年份間產(chǎn)量差異不顯著，而耕作方式對(duì)寒地優(yōu)質(zhì)粳稻生長(zhǎng)發(fā)育、花后光合物質(zhì)生產(chǎn)特性及產(chǎn)量性狀存在顯著影響。與旋耕相比，深耕顯著增加了每平方米分蘗數(shù)和有效穗數(shù)，劍葉展開時(shí)間晚且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，抽穗晚但持續(xù)時(shí)間無(wú)變化；增加了生物量和莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力，其中齊穗期生物量和莖鞘干物質(zhì)分別增加8.34%和5.36%；輸出量、輸出率及轉(zhuǎn)化率增幅分別為13.19%、6.70%和9.17%，差異顯著（＜0.05）；提高了齊穗期與成熟期葉面指數(shù)，延長(zhǎng)了綠葉面積持續(xù)時(shí)間，增加了群體生長(zhǎng)速率；促進(jìn)了主莖倒3、4節(jié)位的節(jié)間長(zhǎng)度、葉片長(zhǎng)度和寬度，增加了株高和穗長(zhǎng)；每穗粒數(shù)和粒重分別增加7.05%和3.37%，收獲指數(shù)增加1.90%，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量平均增幅12.78%。同一耕作方式條件下，在莖蘗數(shù)、光合物質(zhì)生產(chǎn)能力、莖鞘干物質(zhì)積累量及轉(zhuǎn)運(yùn)能力、產(chǎn)量及其構(gòu)成上均以墾稻12表現(xiàn)最佳，綏粳18次之；而三江6花后葉面積指數(shù)、成熟期每穗粒數(shù)和粒重雖然較高，但并不能彌補(bǔ)其干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力、有效穗數(shù)和千粒重低的不足。在互作效應(yīng)上，深耕×墾稻12處理表現(xiàn)出較高的每平方米有效穗數(shù)，花后光合物質(zhì)生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運(yùn)能力強(qiáng)，粒葉比和群體生長(zhǎng)速率高，千粒重與收獲指數(shù)高，增產(chǎn)9.15%—27.47%?！窘Y(jié)論】在連續(xù)旋耕稻田上搭配一次深耕的耕作方式是利于提高本區(qū)域優(yōu)質(zhì)粳稻產(chǎn)量的耕作制度。

旋耕；深耕；優(yōu)質(zhì)粳稻；產(chǎn)量；光合；物質(zhì)生產(chǎn)特性

0 引言

【研究意義】黑龍江省作為我國(guó)最主要的粳稻生產(chǎn)基地之一，2021年水稻種植面積約4.0×106hm2，在我國(guó)糧食安全中起著重要作用。該稻作區(qū)受寒地氣候影響，無(wú)霜期短，種植戶為了緩解春季農(nóng)忙，保證水稻在安全生育范圍內(nèi)適期早栽，稻田耕作多以秋耕為主。目前，黑龍江省水稻種植有三分之二面積分布在地方各市縣，一方面受連續(xù)深耕成本增加影響，另一方面地方耕作機(jī)械較為落后，多為小型耕作機(jī)械，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，種植戶普遍采用旋耕耕作方式，且旋耕深度多在10—15 cm。然而，長(zhǎng)期的旋耕雖然達(dá)到了降低成本的效果，卻導(dǎo)致了耕層變淺和犁底層上移，嚴(yán)重影響了水稻生長(zhǎng)發(fā)育和高產(chǎn)的形成[1]，同時(shí)旋耕過(guò)淺并不利于秸稈還田，且春季整地泡田后秸稈大量上浮，導(dǎo)致機(jī)插漂秧、倒秧，影響水稻機(jī)插效果，增加補(bǔ)苗成本，而深耕可以打破犁底層、改善土壤環(huán)境和提高產(chǎn)量[2-4]。因此，為解決稻田長(zhǎng)期旋耕所帶來(lái)的不利影響，必須建立科學(xué)合理的可持續(xù)耕作制度，創(chuàng)造適應(yīng)本地區(qū)優(yōu)質(zhì)粳稻高產(chǎn)栽培的土壤生態(tài)條件，對(duì)保證優(yōu)質(zhì)水稻高效生產(chǎn)有重要意義。【前人研究進(jìn)展】合理的土壤耕作方式為作物的生長(zhǎng)提供優(yōu)良環(huán)境，達(dá)到增產(chǎn)的目的[5-6]。前人對(duì)于耕作方式所展開的研究因土壤類型、栽培方式和區(qū)域環(huán)境因素不同，對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成方面的研究結(jié)果各異。相關(guān)研究表明，旋耕與翻耕對(duì)南方秈稻的生長(zhǎng)特性和產(chǎn)量無(wú)顯著影響，其中翻耕對(duì)生育后期劍葉光合特性產(chǎn)生不利影響[7-8]。劉金花等[9]研究表明，旋耕有利于促進(jìn)雙季稻前期單株干物質(zhì)積累，但卻降低了水稻生長(zhǎng)后期的葉面積指數(shù)和籽粒產(chǎn)量。谷子寒等[10]、徐尚起等[11]和周群[12]研究認(rèn)為，深耕能夠提高水稻莖蘗成穗率，增加生育后期葉面積、葉片葉綠素含量與凈光合速率，延長(zhǎng)綠葉面積持續(xù)期，改善源庫(kù)關(guān)系，增加籽粒產(chǎn)量。唐海明等[13]研究表明，深耕有利于移栽后水稻葉面積指數(shù)、光合勢(shì)、有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率的增加，植株物質(zhì)生產(chǎn)能力增強(qiáng)，干物質(zhì)積累多且分配合理。凌啟鴻等[14]研究表明，翻耕與旋耕相結(jié)合有利于促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)植株光合產(chǎn)物的制造，增加干物質(zhì)積累，進(jìn)而為水稻高產(chǎn)提供了物質(zhì)保障?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以往關(guān)于耕作的相關(guān)研究較多，但有些研究前茬耕作背景介紹不明確，且研究?jī)?nèi)容主要是針對(duì)幾種單一耕作方式進(jìn)行分析比較，明確某種耕作方式對(duì)產(chǎn)量形成的調(diào)控途徑。近期相關(guān)研究也主要是基于不同輪作制度和施肥模式下的耕作研究，而在寒地連續(xù)旋耕稻田上進(jìn)行深耕處理并適當(dāng)增加耕深，同時(shí)配合種植多個(gè)寒地優(yōu)質(zhì)粳稻品種進(jìn)行水稻生長(zhǎng)發(fā)育、花后光合物質(zhì)生產(chǎn)特性及產(chǎn)量變化的調(diào)控研究未見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以種植面積較大的優(yōu)質(zhì)粳稻品種綏粳18、墾稻12和三江6為試驗(yàn)材料，在連續(xù)旋耕稻田上，以深耕與旋耕為處理方式，研究深耕和旋耕對(duì)優(yōu)質(zhì)粳稻生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)、干物質(zhì)生產(chǎn)能力、莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力以及產(chǎn)量的作用規(guī)律和調(diào)控效果，為寒地稻區(qū)優(yōu)質(zhì)粳稻的高產(chǎn)栽培提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019年在黑龍江省佳木斯市佳南實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)（130.40°E，46.30°N）進(jìn)行，該區(qū)域是適于光溫鈍感性早熟品種生育的生態(tài)區(qū)，代表面積大。2年試驗(yàn)地為同一地塊，0—20 cm耕層土壤基礎(chǔ)肥力相近，平均表現(xiàn)為堿解氮191.23 mg·kg-1、有效磷30.01 mg·kg-1、速效鉀132.78 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)51.19 g·kg-1、pH 6.59。試驗(yàn)降雨量與溫度數(shù)據(jù)由InteliMet Advantage型氣候監(jiān)測(cè)氣象站（Dynamax公司，美國(guó)）提供，2018—2019年生長(zhǎng)期內(nèi)總降水量分別為464.2 mm和481.9 mm，活動(dòng)積溫分別為2 723.9 ℃和2 641.2 ℃（圖1）。

圖1 水稻生育期間日降雨量、日最高、日最低和平均氣溫

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為耕作方式，設(shè)置深耕和旋耕2個(gè)處理，副區(qū)為不同水稻品種，分別為綏粳18、墾稻12和三江6，品種特性見表1。耕作于上一年秋季水稻收獲后2周（10月中旬）完成，其中深耕區(qū)翻深（28.0±1.8）cm，旋耕區(qū)旋深（15.0±1.6）cm。主區(qū)面積432 m2，小區(qū)間用50 cm高、埋深30 cm PVC板分隔，確保不串肥不串水，每品種種植24 m2（3 m×8 m），3次重復(fù)，單排單灌。2年試驗(yàn)為同一地塊不同區(qū)域，該地塊常年同等施肥強(qiáng)度，采用半喂入式收割機(jī)收割，留茬15 cm，秸稈粉碎全量還田，前茬連續(xù)2年耕作方式均為秋旋耕。日光溫室育苗，4月18日播種，旱育中苗，每盤播芽谷100 g，5月20日移栽，移栽葉齡（3.6±0.2）葉，插秧規(guī)格30 cm×12 cm，每穴4株，人工模擬機(jī)械插秧。田間總施尿素（46%N）250 kg·hm-2，磷酸二銨（46% P2O5）100 kg·hm-2，氯化鉀（60% K2O）150 kg·hm-2。純氮按照基肥﹕蘗肥﹕調(diào)節(jié)肥﹕穗肥為4﹕3﹕1﹕2比例施入，氮肥移栽前基施40%（尿素+磷酸二銨）作基肥，追肥均為尿素，其中，4.1—5.1葉齡期分蘗肥30%，9.1—9.5葉齡期調(diào)節(jié)肥（接力肥）10%，10.5左右葉齡期施穗肥20%；磷肥100%作基肥，鉀肥50%作基肥，50%作穗肥。有關(guān)灌溉、植保措施按高產(chǎn)要求統(tǒng)一管理。

表1 供試品種特性簡(jiǎn)介

*數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家水稻數(shù)據(jù)中心。https://www.ricedata.cn/variety/ The data come from the China Rice Data Center. https://www.ricedata.cn/variety/

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉齡與莖蘗動(dòng)態(tài) 定位10穴，每5 d調(diào)查1次葉齡值和莖蘗數(shù)。

1.3.2 抽穗和劍葉展開動(dòng)態(tài) 定位10穴，調(diào)查莖蘗劍葉展開和抽穗數(shù)量隨時(shí)間的百分比。

1.3.3 干物質(zhì)積累 齊穗期和成熟期每個(gè)重復(fù)小區(qū)隨機(jī)3點(diǎn)進(jìn)行每平方米莖蘗數(shù)調(diào)查，計(jì)算每穴平均有效穗數(shù)，按平均數(shù)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的代表性植株5穴，用于植株各部位分析。將以上樣品進(jìn)行分樣處理后，于105℃殺青30 min，75℃烘箱72 h烘至恒重后，分別測(cè)定各部位干質(zhì)量。

1.3.4 葉面積指數(shù) 采用方格干重法測(cè)定植株葉面積，即在硬塑板上用鉛筆畫出100 mm×200 mm矩形面積，隨機(jī)取1.3.3中對(duì)應(yīng)的每穴綠色功能葉片平鋪在矩形面積上，保持葉片長(zhǎng)度與矩形寬度平行，用刀片切除矩形框架外葉片部分，框內(nèi)葉片單獨(dú)包裝烘干后測(cè)定干質(zhì)量，根據(jù)每穴綠色功能葉干重和密度計(jì)算出每平方米葉面積和葉面積指數(shù)。

1.3.5 SPAD值 采用SPAD-502型葉綠素測(cè)定儀（Minolta Camem 公司，日本）測(cè)定，于齊穗期（抽穗達(dá)80%）和蠟熟期（齊穗后28 d）每小區(qū)隨機(jī)選取3點(diǎn)，每點(diǎn)主莖10株，測(cè)定距葉基部2/3處的所有綠葉片SPAD值，平均值表示測(cè)定結(jié)果。

1.3.6 農(nóng)藝形態(tài)性狀及產(chǎn)量性狀 根據(jù)每穴平均有效穗數(shù)，每重復(fù)區(qū)隨機(jī)3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的植株各3穴，共9穴，去掉根部多余泥土，做好標(biāo)記后倒掛于網(wǎng)室中，陰干后敲掉根部泥土，測(cè)定株高后，每穴分出3個(gè)主莖，測(cè)定主莖各形態(tài)性狀指標(biāo)。每穴進(jìn)行單獨(dú)脫粒，采用CFY-Ⅱ型種子風(fēng)選凈度儀將實(shí)粒與空秕粒分開，采用SLY-C型微電腦自動(dòng)數(shù)粒儀進(jìn)行實(shí)粒數(shù)考查并稱重，采用日本KETT型水分快速測(cè)定儀測(cè)定水分含量，折算成14.5%標(biāo)準(zhǔn)水分重量計(jì)算千粒重，人工完成空秕粒調(diào)查后，計(jì)算結(jié)實(shí)率，并根據(jù)每穴平均有效穗數(shù)計(jì)算每穗粒數(shù)和粒重。

1.3.7 產(chǎn)量測(cè)定 每小區(qū)實(shí)收4行，區(qū)頭區(qū)尾各留1 m，實(shí)收面積7.2 m2，人工脫粒去雜后稱重并折算成14.5%標(biāo)準(zhǔn)水分下的公頃產(chǎn)量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算和分析

粒/葉（mg·cm-2）=籽粒產(chǎn)量/齊穗期葉面積；莖鞘物質(zhì)輸出量（g·m-2）=齊穗期莖鞘干物質(zhì)重-成熟期莖鞘干物質(zhì)重；莖鞘物質(zhì)輸出率（%）=[(齊穗期莖鞘干物質(zhì)重-成熟期莖鞘干物質(zhì)重) /齊穗期莖鞘干物質(zhì)重]×100；莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)化率（%）=[(齊穗期莖鞘干物質(zhì)重-成熟期莖鞘干物質(zhì)重)/成熟期籽粒干物質(zhì)重]×100；群體生長(zhǎng)率（g·m-2·d-1）＝(W2–Wl)/(t2–t1)；凈同化率（g·m-2·d-1）＝[(lnL2-lnL1)/(L2-L1)]×[(W2-W1)/ (t2-t1)]。式中，L1和 L2為前后兩次測(cè)定的葉面積，t1和t2為前后兩次測(cè)定的時(shí)間；W1和W2為前后兩次測(cè)定的干物質(zhì)量。

使用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DPS7.05 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)2018年和2019年的多重比較進(jìn)行SSR檢驗(yàn)，方差分析線性統(tǒng)計(jì)模型包括重復(fù)數(shù)、年份（Y）、耕作方式（T）、品種（V），以及Y×T、Y×V、T×V和Y×T×V的交互作用。

2 結(jié)果

2.1 葉齡、莖蘗、劍葉展開及抽穗的動(dòng)態(tài)特征

水稻主莖葉片的生長(zhǎng)與葉、分蘗、莖稈以及穗等器官的生長(zhǎng)發(fā)育之間關(guān)系密切。由圖2可知，葉齡隨生育進(jìn)程呈直線上升趨勢(shì)，整個(gè)葉齡進(jìn)程受插秧時(shí)葉齡、年份間環(huán)境變化和品種的影響較大。從耕作方式上看，在插秧后15—50 d，旋耕處理主莖葉片生長(zhǎng)速度和葉齡值均高于深耕，平均增幅1.97%；至劍葉全部展開時(shí)，深耕處理葉齡值表現(xiàn)為11.61，較旋耕增幅2.02%。品種間比較，三江6葉齡進(jìn)程快于其他兩個(gè)品種，劍葉展開時(shí)的葉齡終值表現(xiàn)為三江6（11.68）＞綏粳18（11.53）＞墾稻12（11.24）（＜0.05）（圖2-a、b、c）。上述說(shuō)明，耕作方式與年份間環(huán)境變化對(duì)水稻葉齡進(jìn)程和葉齡終值產(chǎn)生影響，其中深耕處理較旋耕延長(zhǎng)了主莖葉片的生長(zhǎng)持續(xù)期，而品種間因生育期不同導(dǎo)致了葉片葉齡值差異較大。

誤差線采用平均偏差，計(jì)算公式為∑|x-|/n。下同

從莖蘗動(dòng)態(tài)來(lái)看（圖2），在不同年份、不同耕作方式和不同品種下，每平方米莖蘗數(shù)隨生育進(jìn)程均呈現(xiàn)單峰曲線變化趨勢(shì)，且最高分蘗莖數(shù)均出現(xiàn)在移栽后第35天。與2018年相比，2019年每平方米莖蘗數(shù)增幅1.75%（＞0.05，圖2-d）。從耕作方式上看，移栽后10—55 d，深耕處理莖蘗數(shù)高于旋耕（圖2-e），平均增幅9.14%（＜0.05），其中移栽后第15天，增幅達(dá)到最大值，表現(xiàn)為15.49%（＜0.01）。莖蘗數(shù)達(dá)到峰值后，分蘗莖數(shù)開始下降，且深耕處理下降幅度大于旋耕（圖2-e）；至莖蘗數(shù)穩(wěn)定后，深耕處理有效莖數(shù)顯著高于旋耕（＜0.05）。品種間比較，移栽后10—55 d，莖蘗數(shù)均表現(xiàn)為墾稻12＞綏粳18＞三江6（＜0.05），至最高分蘗時(shí)，墾稻12較綏粳18和三江6分別增幅18.4%和33.8%（＜0.01）。從莖蘗成穗率上看，與深耕處理相比，旋耕處理在2018年和2019年平均分別增加2.19%和2.38%，其中2018年旋耕處理增幅最大的品種是三江6，增幅為5.42%（＜0.05），而2019年增幅最高的品種則是綏粳18（圖3-a）?；プ餍?yīng)分析表明，莖蘗成穗率最高的是2019年旋耕×墾稻12處理，而每平方米有效穗數(shù)最多的是2018年深耕×墾稻12處理（圖3-b）。上述說(shuō)明，連續(xù)旋耕稻田上采用深耕處理有利于增加每平方米莖蘗數(shù)，而持續(xù)旋耕雖然提高了莖蘗成穗率，但每平方米莖蘗數(shù)降低明顯；而種植墾稻12可同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效穗數(shù)和莖蘗成穗率的增加，展現(xiàn)出該品種具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

DT：深翻；RT：旋耕；Y：年份；T：耕作；V：品種。*和**分別表示方差在P＜0.05 和P＜0.01水平上顯著，ns表示不顯著。下同

不同品種和栽培水平下，水稻劍葉對(duì)生物產(chǎn)量、干物質(zhì)生產(chǎn)及其運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響也有所不同。由表2可知，2018年劍葉初展時(shí)間整體晚于2019年，深耕處理劍葉初展時(shí)間晚于旋耕，墾稻12劍葉展開早于綏粳18和三江6。深耕處理劍葉全部展開平均需要9 d，而旋耕處理平均需要8.5 d，其中在旋耕作用下，2019年綏粳18和墾稻12劍葉初展時(shí)間最早，始于7月14日，全部展開平均需要8.7 d。從抽穗情況上看，深耕處理抽穗達(dá)100%所需時(shí)間與旋耕相同，均為7.3 d。兩年間抽穗最早的處理為2019年旋耕×墾稻12處理，始于7月22日，抽穗達(dá)到100%僅需要7.0 d。品種間比較發(fā)現(xiàn)，墾稻12抽穗時(shí)間早于綏粳18和三江6，其中三江6劍葉展開時(shí)間較墾稻12和綏粳18推遲1—2 d。從整個(gè)劍葉展開和抽穗過(guò)程上看，綏粳18平均用時(shí)最多，這可能與莖蘗劍葉展開和抽穗快慢有關(guān)（表2）。上述說(shuō)明，年份、耕作和品種對(duì)劍葉展開和抽穗的初始、結(jié)束時(shí)間節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響，而對(duì)達(dá)到100%抽穗時(shí)所需天數(shù)無(wú)明顯影響。

2.2 花后生物量及莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特征

正常情況下，開花后葉片發(fā)育終止，持續(xù)增加的光合物質(zhì)絕大部分將直接輸向籽粒，對(duì)水稻而言，花后干物質(zhì)才是真正的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量生產(chǎn)期。年份、耕作和品種對(duì)干物質(zhì)生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運(yùn)能力存在顯著影響，年份×耕作與年份×品種對(duì)花后生物量有顯著影響，耕作×品種對(duì)齊穗期與成熟期莖鞘物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)能力有顯著的互作效應(yīng)，年份×耕作×品種對(duì)干物質(zhì)生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運(yùn)影響不顯著（表3）。兩年間莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力表現(xiàn)為2018年高于2019年。從耕作方式上看，與旋耕相比，深耕增加了齊穗期與成熟期生物量和莖鞘干物質(zhì)，其中齊穗期與成熟期生物量增幅分別為8.34%和4.54%，莖鞘干物質(zhì)增幅分別為5.36%和2.87%，齊穗期增幅明顯大于成熟期；深耕提高了莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力，其中輸出量、輸出率及轉(zhuǎn)化率增幅分別為13.19%、6.70%和9.17%，增幅顯著（＜0.05）。品種間比較發(fā)現(xiàn)，墾稻12莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力強(qiáng)于綏粳18（＞0.05）和三江6（＜0.05），與三江6相比，墾稻12輸出量、輸出率及轉(zhuǎn)化率分別增幅49.53%、44.01%和33.17%，增幅極顯著（＜0.01）?；プ餍?yīng)分析表明，2018年深耕×墾稻12處理生物量最高，其中齊穗期生物量較其他處理組合增幅6.13%—29.80%，而2018年旋耕×墾稻12處理輸出能力最高，轉(zhuǎn)化率最佳的處理組合為2018年深耕×綏粳18處理（表3）。

表2 耕作方式對(duì)水稻劍葉展開率和抽穗率的影響

SJ18：綏粳18；KD12：墾稻12；SJ6：三江6號(hào)。下同 SJ18: Suijing18; KD12: Kendao12; SJ6: Sanjiang6. The same as below

表3 耕作方式對(duì)水稻干物質(zhì)生產(chǎn)及運(yùn)轉(zhuǎn)的影響

BY：生物產(chǎn)量；DAS：莖鞘干物質(zhì)積累量；ET：轉(zhuǎn)化量；ER：輸出率；TR：轉(zhuǎn)化率。同列數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理之間差異顯著（＜0.05）。下同

BY: Biological yield; DAS: Dry matter accumulation of stem and sheath; ET: Exportation; ER: Export rate; TR: Translocation rate. Different letters within the same column indicate statistical significance at＜0.05. The same as below

2.3 花后葉面積指數(shù)、群體生長(zhǎng)速率、凈同化率、粒葉比及葉綠素變化

群體生長(zhǎng)速率和凈同化率反映的是單位葉面積單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)和積累的干物質(zhì)量，而合理的葉面積動(dòng)態(tài)和數(shù)值大小是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)的重要保證。在本研究中，年份、耕作和品種對(duì)花后光合特性存在顯著影響，其中年份×耕作對(duì)葉面積指數(shù)和凈同化率互作效應(yīng)顯著，年份×品種對(duì)粒葉比和凈同化率互作效應(yīng)顯著，耕作×品種對(duì)葉面積指數(shù)和粒葉比產(chǎn)生顯著互作效應(yīng)，年份×耕作×品種對(duì)粒葉比有顯著互作效應(yīng)（表4）。同一年份間，深耕處理的齊穗期與成熟期葉面指數(shù)高于旋耕，而粒葉比、群體生長(zhǎng)速率和凈同化率因品種不同而表現(xiàn)出較大差異；不同年份間比較，與2019年相比，2018年增加了齊穗期葉面積指數(shù)，降低了粒葉比和凈同化率。從耕作方式上看，與旋耕相比，深耕顯著增加了齊穗期葉面積指數(shù)，至成熟期仍表現(xiàn)出較高葉面積指數(shù)，其中齊穗期葉面積指數(shù)增幅3.47%；增加了群體生長(zhǎng)速率，但差異不顯著，降低了粒葉比和凈同化率，其中凈同化率降幅顯著。品種間比較，墾稻12較三江6提高了群體生長(zhǎng)速率，顯著增加了粒葉比和凈同化率。互作效應(yīng)分析表明，齊穗期葉面積指數(shù)和群體生長(zhǎng)速率最佳互作組合均為2018年深耕×三江6處理，分別表現(xiàn)為4.75 g·m-2·d-1和13.43 g·m-2·d-1；而凈同化率最佳互作組合為2019年旋耕×墾稻12處理，表現(xiàn)為5.47 g·m-2·d-1（表4）。上述說(shuō)明，深耕處理能夠增加齊穗后葉面積指數(shù)和群體生長(zhǎng)速率，并延長(zhǎng)綠葉面積持續(xù)時(shí)間。

表4 耕作方式對(duì)水稻葉面積指數(shù)、粒葉比、群體生長(zhǎng)速率和凈同化率的影響

葉片SPAD能夠反映水稻花后功能葉片的光合能力和衰老過(guò)程，其值與葉綠素含量密切相關(guān)，對(duì)保證群體光合潛力、提高水稻產(chǎn)量具有重要意義。由圖4可知，年份、耕作和品種對(duì)齊穗期和蠟熟期SPAD存在顯著影響，但互作不顯著。齊穗期至蠟熟期，葉片SPAD開始呈下降趨勢(shì)，其中深耕降幅高于旋耕，2019年降幅高于2018年，兩個(gè)時(shí)期SPAD均表現(xiàn)為2018年＞2019年（＜0.01）。從耕作方式上看，深耕的葉片SPAD極顯著高于旋耕（＜0.01），齊穗期與蠟熟期分別增幅1.81%和1.31%；品種間比較，齊穗期和蠟熟期均表現(xiàn)為三江6＞綏粳18＞墾稻12（圖4）。上述說(shuō)明，深耕有利于增加齊穗期至蠟熟期葉綠素含量，花后綠葉面積持續(xù)期長(zhǎng)于旋耕。

FH：齊穗期；WR：蠟熟期。下同 FH: Full heading stage; WR: Waxy ripe stage. The same as below

2.4 農(nóng)藝性狀

2.4.1 農(nóng)藝形態(tài)性狀 從表5可以看出，年份對(duì)株高、穗長(zhǎng)、節(jié)間長(zhǎng)及葉片長(zhǎng)度影響不顯著，對(duì)倒3、4葉寬影響顯著。同一年份間，除倒1節(jié)間長(zhǎng)外，其余農(nóng)藝形態(tài)性狀均以深耕最佳。從耕作方式上看，與旋耕相比，深耕能夠增加株高（＜0.05）和穗長(zhǎng)（＜0.01），增幅分別為2.18%和6.60%；促進(jìn)節(jié)間伸長(zhǎng)（＜0.05），倒1至倒4節(jié)間長(zhǎng)增幅依次增加，分別為3.76%、16.76%、19.71%和54.31%；增加倒2、3、4葉片長(zhǎng)度與寬度?；プ鞣治霰砻?，年份×品種對(duì)倒1葉片（＜0.01）、倒2葉片（＜0.05）長(zhǎng)度產(chǎn)生顯著影響，耕作×品種對(duì)倒1節(jié)間長(zhǎng)（＜0.01）、倒3節(jié)間長(zhǎng)（＜0.01）、倒4節(jié)間長(zhǎng)（＜0.01）和倒1葉片長(zhǎng)度（＜0.05）存在顯著互作效應(yīng)，其余互作不顯著。上述說(shuō)明，在連續(xù)旋耕稻田上采用深耕較持續(xù)旋耕更有利于提高株高、促進(jìn)穗長(zhǎng)增加和節(jié)間長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，增加倒3、4葉長(zhǎng)度和寬度，其中深耕株高的增加主要得益于倒3、4節(jié)間長(zhǎng)的增加。

2.4.2 農(nóng)藝產(chǎn)量性狀 水稻產(chǎn)量形成取決于單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率。由表6可知，年份、耕作和品種對(duì)水稻每穗粒數(shù)、每穗粒重、千粒重、結(jié)實(shí)率、收獲指數(shù)及籽粒產(chǎn)量存在顯著影響。年份×耕作在每穗粒數(shù)和每穗粒重上存在顯著互作效應(yīng)，年份×品種對(duì)每穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率和收獲指數(shù)的互作效應(yīng)達(dá)顯著水平；耕作×品種對(duì)千粒重和籽粒產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，年份×耕作×品種對(duì)結(jié)實(shí)率、收獲指數(shù)及籽粒產(chǎn)量產(chǎn)生顯著互作效應(yīng)。同一年份間，與旋耕相比，深耕雖然顯著降低了結(jié)實(shí)率，但每穗粒數(shù)、每穗粒重和收獲指數(shù)顯著高于旋耕，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量極顯著高于旋耕，產(chǎn)量增幅分別為14.43%（2018年）和11.14%（2019年），說(shuō)明在深耕下，每穗粒數(shù)、每穗粒重和收獲指數(shù)的增加彌補(bǔ)了結(jié)實(shí)率低的不足。不同年份間產(chǎn)量構(gòu)成因素差異較大，但并未超出各因素間協(xié)同互補(bǔ)的界限范圍，因此，產(chǎn)量差異不明顯。從耕作方式上看，與旋耕相比，深耕增加了每穗粒數(shù)和每穗粒重（＜0.05），兩年平均增幅分別為7.05%和3.37%；提高了收獲指數(shù)和籽粒產(chǎn)量，兩年平均增幅分別為1.90%和12.78%。品種間比較，三江6每穗粒數(shù)顯著高于綏粳18和墾稻12（＜0.01），而墾稻12的千粒重、結(jié)實(shí)率、收獲指數(shù)和籽粒產(chǎn)量均高于綏粳18和三江6，其中產(chǎn)量增幅分別為6.13%和12.16%（＜0.05，表6）?；プ餍?yīng)分析表明，每穗粒數(shù)、每穗粒重最佳組合為2018年深耕×三江6處理，千粒重和結(jié)實(shí)率最佳組合分別為2018年深耕×墾稻12處理和2019年深耕×三江6處理（表6）。

表5 耕作方式對(duì)水稻植株形態(tài)性狀的影響

FI：倒1節(jié)間；SI：倒2節(jié)間；TI：倒3節(jié)間；FTI：倒4節(jié)間；FL：倒1葉；SL：倒2葉；TL：倒3葉；FTL：倒4葉

FI: First internode from top; SI: Second internode from top; TI: Third internode from top; FTI: Fourth internode from top; FL: First leaf from top; SL: Second leaf from top; TL: Third leaf from top; FTL: Fourth leaf from top

表6 耕作方式對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

3 討論

3.1 耕作方式對(duì)優(yōu)質(zhì)粳稻生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)及農(nóng)藝形態(tài)特征的影響

水稻優(yōu)良株型和高產(chǎn)群體的調(diào)節(jié)是通過(guò)促進(jìn)和控制各器官的生長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)調(diào)查主莖葉齡可以正確判斷水稻花前生育各期各部器官的生育進(jìn)程及建成情況，實(shí)現(xiàn)花前和花后管理上的有效對(duì)接。前人研究表明，合理的農(nóng)藝形態(tài)性狀配置有助于提高群體光合能力和發(fā)揮產(chǎn)量潛力，其中株高作為重要的農(nóng)藝形態(tài)性狀，適當(dāng)增加植株高度可以增加水稻生物量和產(chǎn)量[15-17]。在本研究中，參試品種主莖總?cè)~片數(shù)旋耕少于深耕，且深耕可以通過(guò)增加倒3、4節(jié)間長(zhǎng)度來(lái)增加植株高度，而倒3、4節(jié)位葉片長(zhǎng)度和寬度的增加，對(duì)于提高植株底層光合作用又可以起到一定促進(jìn)作用。

分蘗是影響產(chǎn)量的重要農(nóng)藝形態(tài)性狀之一，其多少顯著影響單位面積穗數(shù)、莖蘗成穗率和籽粒產(chǎn)量，但過(guò)多的無(wú)效分蘗會(huì)導(dǎo)致成穗率降低，結(jié)實(shí)率差，穗小，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低[18-20]。有學(xué)者研究表明，促進(jìn)有效分蘗、控制無(wú)效分蘗、提高群體莖蘗成穗率是最佳有效葉面積指數(shù)形成的基礎(chǔ)[21]。莖蘗成穗率作為群體質(zhì)量中最核心指標(biāo)，直接影響水稻高產(chǎn)群體形成，因此，在適宜穗數(shù)基礎(chǔ)上提高莖蘗成穗率有利于水稻群體素質(zhì)提高[22]。與耕作相關(guān)的研究表明，深耕能夠增加水稻生長(zhǎng)后期分蘗數(shù)和總有效穗數(shù)[8,23]，而旋耕雖然能夠提高水稻生長(zhǎng)前期分蘗數(shù)，但卻降低了莖蘗成穗率[9]。本研究表明，深耕能夠增加每平方米莖蘗數(shù)，而旋耕莖蘗數(shù)雖少，但成穗率高于深耕，這與前人研究有所不同。產(chǎn)生差異的原因可能有兩個(gè)：一方面可能是試驗(yàn)研究的前茬耕作背景和耕作深度不同所致，如在南方稻作中，有研究認(rèn)為翻耕能夠增加分蘗數(shù)和有效穗數(shù)[8,10]，也有研究認(rèn)為翻耕對(duì)晚稻有效穗數(shù)影響不明顯[7]，還有研究認(rèn)為，深耕能夠增加成穗率，降低生長(zhǎng)前期的分蘗數(shù)[9]；另一方面，在寒地稻作中，水稻主莖與分蘗是否成穗與葉齡發(fā)育進(jìn)程度密切相關(guān)，在本研究中，由于深耕的葉齡生長(zhǎng)期、劍葉展開期和抽穗持續(xù)時(shí)間均較長(zhǎng)，致使分蘗與主莖的抽穗期及持續(xù)期差異較大，分蘗后期產(chǎn)生大量無(wú)效分蘗，從而導(dǎo)致其莖蘗成穗率低于旋耕。

3.2 耕作方式對(duì)優(yōu)質(zhì)粳稻花后光合物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響

產(chǎn)量的高低取決于生物產(chǎn)量的多少，而提高花后光合物質(zhì)生產(chǎn)及其轉(zhuǎn)運(yùn)能力是增加生物產(chǎn)量的有效途徑，因此，產(chǎn)量的形成取決于植株干物質(zhì)積累、分配與轉(zhuǎn)運(yùn)能力[24-28]。相關(guān)研究表明，超高產(chǎn)水稻產(chǎn)量隨中后期群體生長(zhǎng)率、干物質(zhì)凈積累量和干物質(zhì)輸出量的增加而提高[29-31]；也有研究認(rèn)為大穗型和超高產(chǎn)水稻品種干物質(zhì)生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)在抽穗前，干物質(zhì)積累量顯著增加且能有效運(yùn)轉(zhuǎn)至籽粒是增加產(chǎn)量的前提[32-34]。關(guān)于耕作方式的研究，前人研究表明，土壤耕作是水稻生產(chǎn)中最早的環(huán)節(jié)，其中旋耕有利于促進(jìn)生長(zhǎng)前期單株干物質(zhì)積累[9]，而深耕能夠增強(qiáng)植株干物質(zhì)生產(chǎn)能力，提高齊穗期與成熟期干物質(zhì)比例，干物質(zhì)積累多且分配合理[13]。在本研究中，深耕通過(guò)增加生物量，提高齊穗至成熟期的莖鞘干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)化能力，品種產(chǎn)量潛力得到充分發(fā)揮，進(jìn)而獲得較高產(chǎn)量，這與前人在豐產(chǎn)穗重型水稻上的研究結(jié)果基本一致[31-32]。

葉片是水稻最重要的光合器官，更是合成干物質(zhì)的源和獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)，為生長(zhǎng)發(fā)育提供了光合同化產(chǎn)物與能量物質(zhì)，其中葉面積指數(shù)、群體生長(zhǎng)率和凈同化率是表征群體光合生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)。相關(guān)研究表明，適宜的群體葉面積指數(shù)是高產(chǎn)群體質(zhì)量的基礎(chǔ)指標(biāo)，更是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的重要保證[33]。粒葉比是協(xié)調(diào)群體源庫(kù)的重要指標(biāo)，提高粒葉比有助于光合物質(zhì)積累，形成高質(zhì)量群體[21]。關(guān)于耕作的相關(guān)研究表明，深耕能夠增加生育后期葉面積、葉片葉綠素含量與凈光合速率，延長(zhǎng)葉面積持續(xù)期，優(yōu)化群體光合性能[10, 13]。在本研究中，深耕在增加有效穗數(shù)、葉面積指數(shù)和群體生長(zhǎng)速率的同時(shí)，降低了粒葉比和凈同化率，但最終產(chǎn)量仍顯著高于旋耕，究其原因很可能是由于深耕較強(qiáng)的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力彌補(bǔ)了粒葉比和凈同化率低的不足。葉片SPAD能夠反映水稻生育后期功能葉光合能力和衰老進(jìn)程，與葉綠素含量呈現(xiàn)正相關(guān)[34]，而葉綠素含量又常用來(lái)評(píng)估作物光合作用強(qiáng)弱和生長(zhǎng)發(fā)育狀況。本研究認(rèn)為深耕增加了葉片葉綠素含量，延長(zhǎng)了齊穗后綠葉面積持續(xù)期，為籽粒灌漿提供了持久的光合源泉。

3.3 耕作方式對(duì)優(yōu)質(zhì)粳稻農(nóng)藝產(chǎn)量性狀的影響

產(chǎn)量形成取決于單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。相關(guān)研究表明，關(guān)于產(chǎn)量構(gòu)成因素中哪個(gè)是影響產(chǎn)量的主控因素，前人研究結(jié)果不一。其中有研究認(rèn)為增加每平方米有效穗數(shù)是提高產(chǎn)量的主要途徑[35-36]；也有研究認(rèn)為單位面積穗數(shù)和粒數(shù)是增加產(chǎn)量的主要因素[37-38]；還有研究認(rèn)為成穗率和結(jié)實(shí)率是影響產(chǎn)量的主要因子[39]。另外，水稻產(chǎn)量受控于群體數(shù)量和個(gè)體生產(chǎn)力兩個(gè)方面，在單位面積穗數(shù)增加情況下，每穗粒重隨穗粒數(shù)降低而降低，因此，有學(xué)者提出在增加單位面積有效穗數(shù)的同時(shí)盡可能降低單穗粒重的降低幅度是獲得高產(chǎn)的前提[40-41]。關(guān)于耕作的相關(guān)研究認(rèn)為深耕可以增加分蘗數(shù)、有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，籽粒產(chǎn)量高于旋耕[8,13]，而旋耕雖然不利于籽粒產(chǎn)量的增加，但與深耕的產(chǎn)量差異不顯著[7,9]。在本研究中，深耕在較高穗數(shù)的前提下，粒重、穗粒數(shù)和收獲指數(shù)均有不同程度的良性增加，彌補(bǔ)了成穗率和結(jié)實(shí)率低的不足，最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量增加。試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)兩年間的結(jié)實(shí)率差異較大，產(chǎn)生的原因很可能是由于環(huán)境因素變化而導(dǎo)致的無(wú)效分蘗情況、穗部雌雄器官協(xié)調(diào)性與灌漿同步性以及光合同化物積累能力發(fā)生改變所致。品種方面，在深耕作用下，配合種植墾稻12能夠獲得最佳的每平方米有效穗數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)，進(jìn)而增加籽粒產(chǎn)量，而三江6雖然每穗粒數(shù)和粒重高于綏粳18和墾稻12，但其單位面積穗數(shù)較少，限制了其產(chǎn)量的提高，這說(shuō)明墾稻12單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)之間存在很強(qiáng)的補(bǔ)償關(guān)系，更說(shuō)明了兩者很難實(shí)現(xiàn)同時(shí)增加[42-43]。因此，在生產(chǎn)上應(yīng)用科學(xué)合理的耕作制度并搭配優(yōu)良品種是能夠提高優(yōu)質(zhì)粳稻產(chǎn)量。

總之，本研究證實(shí)了在連續(xù)旋耕稻田上進(jìn)行深耕可以促進(jìn)葉齡生長(zhǎng)，同時(shí)因其分蘗基數(shù)較大，雖然莖蘗成穗率低于持續(xù)旋耕，但最終每平方米有效穗數(shù)是增加的。深耕通過(guò)調(diào)控抽穗后群體干物質(zhì)生產(chǎn)及轉(zhuǎn)運(yùn)能力和生育中后期光合特性，增加了水稻生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量。然而，受前茬耕作背景和耕深的影響，本研究在分蘗、葉片光合特性、莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力及產(chǎn)量構(gòu)成上與其他學(xué)者的相關(guān)研究產(chǎn)生差異，為此，我們下一步針對(duì)該耕作制度下的土壤理化性質(zhì)、氮肥利用率變化及秸稈還田效應(yīng)方面進(jìn)行深入研究，為寒地優(yōu)質(zhì)水稻“兩旋一深”耕作制度的推廣提供理論支持。

4 結(jié)論

在連續(xù)兩年旋耕稻田上，深耕對(duì)水稻生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、花后物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)量及其構(gòu)成的整體作用效果優(yōu)于常年旋耕處理，有效促進(jìn)了水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成。該耕作制度（2年旋耕1年深耕）的增產(chǎn)途徑是齊穗期葉面積指數(shù)、生物量和葉綠素含量高，綠葉面積持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力強(qiáng)，可確保高光合效率和獲得高生物產(chǎn)量；同時(shí)主莖葉片數(shù)量與形態(tài)、株高與節(jié)間長(zhǎng)上的變化改變和優(yōu)化了冠層群體結(jié)構(gòu)配置，促進(jìn)了光合作用，每穗粒數(shù)、粒重及收獲指數(shù)在較高穗數(shù)前提下得到顯著提高，產(chǎn)量性狀間能夠有效協(xié)同互補(bǔ)，最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量的增加。因此，綜合深耕條件下3個(gè)品種的多方面表現(xiàn)，認(rèn)為2年旋耕1年深耕并配合種植墾稻12更有利于實(shí)現(xiàn)本地區(qū)寒地優(yōu)質(zhì)粳稻的高產(chǎn)高效。

[1] PENG S B, TANG Q Y, ZOU Y B. Current status and challenges of rice production in china. Plant Production Science, 2009, 12(1): 3-8.

[2] 韓上, 武際, 李敏, 陳峰, 王允青, 程文龍, 唐杉, 王慧, 郭熙盛, 盧昌艾. 深耕結(jié)合秸稈還田提高作物產(chǎn)量并改善耕層薄化土壤理化性質(zhì). 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2020, 26(2): 276-284.

HAN S, WU J, LI M, CHEN F, WANG Y Q, CHENG W L, TANG S, WANG H, GUO X S, LU C A. Deep tillage with straw returning increase crop yield and improve soil physicochemical properties under topsoil thinning treatment. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2020, 26(2): 276-284.(in Chinese)

[3] 田慎重, 郭洪海, 董曉霞, 董亮, 鄭東峰, 孫澤強(qiáng), 王學(xué)君, 劉盛林. 耕作方式轉(zhuǎn)變和秸稈還田對(duì)土壤活性有機(jī)碳的影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2016, 32(增刊2): 39-45．

TIAN S Z, GUO H H, DONG X X, DONG L, ZHENG D F, SUN Z Q, WANG X J, LIU S L. Effect of tillage method change and straw return on soil labile organic carbon. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(Suppl.2): 39-45. (in Chinese)

[4] 張麗, 張中東, 郭正宇, 宮帥, 王若男, 陶洪斌, 王璞. 深松耕作和秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤物理特性的影響. 水土保持通報(bào), 2015, 35(1):102-106, 117.

ZHANG L, ZHANG Z D, GUO Z Y, GONG S, WANG R N, TAO H B, WANG P. Effects of subsoiling tillage and straw returning to field on soil physical properties. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2015, 35(1): 102-106, 117. (in Chinese)

[5] BüCHI L, WENDLING M, AMOSSé C, JEANGROS B, SINAJ S, CHARLES R. Long and short term changes in crop yield and soil properties induced by the reduction of soil tillage in a long term experiment in Switzerland. Soil & Tillage Research, 2017, 174: 120-129.

[6] LOVARELLI D, BACENETTI J, FIALA M. Effect of local conditions and machinery characteristics on the environmental impacts of primary soil tillage. Journal of Cleaner Production, 2017, 140: 479-491.

[7] 湯軍, 黃山, 譚雪明, 石慶華, 潘曉華. 不同耕作方式對(duì)機(jī)插雙季水稻產(chǎn)量的影響. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 36(5): 996-1001.

TANG J, HUANG S, TAN X M, SHI Q H, PAN X H. Effect of different tillage regimes on rice yield under mechanical transplanting in a double rice cropping system. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2014, 36(5): 996-1001. (in Chinese)

[8] 黃佑崗, 馮躍華, 許桂玲, 李杰, 葉勇, 牟桂婷, 張佳鳳, 管正策. 不同耕作方式對(duì)雜交秈稻生長(zhǎng)特性和產(chǎn)量形成的影響. 中國(guó)稻米, 2017, 23(4): 139 -143.

HUANG Y G, FENG Y H, XU G L, LI J, YE Y, MU G T, ZHANG J F, GUAN Z C. Effects of different tillage methods on growth characteristics and yield formation ofhybrid rice. China Rice, 2017, 23(4): 139-143. (in Chinese)

[9] 劉金花, 秦江濤, 張斌, 夏桂龍, 陸金貴, 甘三芽, 余瑞新. 贛東北雙季水稻輕型種植和耕作模式評(píng)價(jià). 土壤, 2012, 44(3): 482-491.

LIU J H, QIN J T, ZHANG B, XIA G L, LU J G, GAN S Y, YU R X. Effects of different light cultivation on rice growth, yields and economic benefits in Northeast area of Jiangxi province. Soils, 2012, 44(3): 482-491. (in Chinese)

[10] 谷子寒, 王元元, 帥澤宇, 陳平平, 敖和軍, 屠乃美, 易鎮(zhèn)邪, 周文新. 土壤耕作方式對(duì)水稻產(chǎn)量形成特性的影響初探. 作物研究, 2017, 31(2): 103-109.

GU Z H, WANG Y Y, SHUAI Z Y, CHEN P P, AO H J, TU N M, YI Z X, ZHOU W X. Preliminary study about the effects of soil tillage ways on the yield formation characteristics of rice. Crop Research, 2017, 31(2): 103-109. (in Chinese)

[11] 徐尚起, 張明園, 孫國(guó)峰, 湯文光, 陳阜, 張海林. 應(yīng)用耕作指數(shù)評(píng)價(jià)耕作措施對(duì)雙季稻田土壤質(zhì)量的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(19): 3999-4006.

XU S Q, ZHANG M Y, SUN G F, TANG W G, CHEN F, ZHANG H L. Assessment of tillage effects on soil quality for double-rice paddy with tilth index. Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(19): 3999-4006. (in Chinese)

[12] 周群. 不同栽培模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響及其生理基礎(chǔ)[D]. 揚(yáng)州: 揚(yáng)州大學(xué), 2015.

ZHOU Q. Effects of different cultivation patterns on rice yield and their physiological bases[D]. Yangzhou: Yangzhou University, 2015. (in Chinese)

[13] 唐海明, 肖小平, 李超, 湯文光, 郭立君, 汪柯, 程凱凱, 潘孝晨, 孫耿. 不同土壤耕作模式對(duì)雙季水稻生理特性與產(chǎn)量的影響. 作物學(xué)報(bào), 2019, 45(5): 740-754.

TANG H M, XIAO X P, LI C, TANG W G, GUO L J, WANG K, CHENG K K, PAN X C, SUN G. Effects of different soil tillage systems on physiological characteristics and yield of double- cropping rice. Acta Agronomica Sinica, 2019, 45(5): 740-754. (in Chinese)

[14] 凌啟鴻, 張洪程, 蔡建中, 蘇祖芳, 凌勵(lì). 水稻高產(chǎn)群體質(zhì)量及其優(yōu)化控制探討. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 1993, 26(6): 1-11.

LING Q H, ZHANG H C, CAI J Z, SU Z F, LING L. Investigation on the population quality of high yield and its optimizing control programme in rice. Scientia Agricultura Sinica, 1993, 26(6): 1-11. (in Chinese)

[15] PENG S, CASSMAN K G, VIRMANI S S, Sheehy J, Khush G S. Yield potential trends of tropical rice since the release of IR8 and the challenge of increasing rice yield potential. Crop Science, 1999, 39: 1552-1559.

[16] 陳溫福, 徐正進(jìn), 張文忠, 馬殿榮, 張樹林. 中國(guó)超級(jí)稻育種研究進(jìn)展與前景. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 38(5): 662-666.

CHEN W F, XU Z J, ZHANG W Z, MA D R, ZHANG S L. Advances and prospects in research of rice breeding for super high yield in China. Journal of Shenyang Agricultural University, 2007, 38(5): 662-666. (in Chinese)

[17] 楊建昌, 王朋, 劉立軍, 王志琴, 朱慶森. 中秈水稻品種產(chǎn)量與株型演進(jìn)特征研究. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32(7): 949-955.

YANG J C, WANG P, LIU L J, WANG Z Q, ZHU Q S. Evolution characteristics of grain yield and plant type for mid-seasonrice cultivars. Acta Agronomica Sinica, 2006, 32(7): 949-955. (in Chinese)

[18] BADSHAH M A, TU N M, ZOU Y B, Ibrahim M, Wang K. Yield and tillering response of super hybrid rice Liangyoupeijiu to tillage and establishment methods. The Crop Journal, 2014, 2(1): 79-86.

[19] WANG F, CHENG F M, ZHANG G P. Difference in grain yield and quality among tillers in rice genotypes differing in tillering capacity. Rice Science, 2007, 14(2): 135-140.

[20] AHMAD S, HUSAIN A, ALI H, AHMAD A. Transplanted fine rice (L.) productivity as affected by plant density and irrigation regimes. International Journal of Agriculture & Biology, 2005, 7(3): 445-447.

[21] 凌啟鴻. 作物群體質(zhì)量. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2000.

LING Q H. Quality of Crop Population. Shanghai: Shanghai Scientific and Technical Publishers, 2000. (in Chinese)

[22] 王曉燕, 韋還和, 張洪程, 孫健, 張建民, 李超, 陸惠斌, 楊筠文, 馬榮榮, 許久夫, 王玨, 許躍進(jìn), 孫玉海. 水稻甬優(yōu)12產(chǎn)量13.5 t·hm-2以上超高產(chǎn)群體的生育特征. 作物學(xué)報(bào), 2014, 40(12): 2149-2159.

WANG X Y, WEI H H, ZHANG H C, SUN J, ZHANG J M, LI C, LU H B, YANG Y W, MA R R, XU J F, WANG Y, XU Y J, SUN Y H. Population characteristics for super-high yielding hybrid rice Yongyou12 (>13.5 t·hm-2). Acta Agronomica Sinica, 2014, 40(12): 2149-2159.

[23] 王瑾瑜, 程文龍, 槐圣昌, 武紅亮, 邢婷婷, 于偉家, 武際, 李敏, 盧昌艾. 深翻、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)稻田水分滲漏和氮素淋溶的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)2021, 54(20): 4385-4395.

WANG J Y, CHENG W L, HUAI S C, WU H L, XING T T, YU W J, WU J, LI M, LU C A. Effects of deep plowing and organic-inorganic fertilization on soil water and nitrogen leaching in rice field. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(20): 4385-4395. (in Chinese)

[24] SHARMA A P, SINGH S P. Relationship of physiological attributes with grain yield in rice. Agricultural Science Digest, 2000, 20(3): 191-192.

[25] YING J F, PENG S B, HE Q R, YANG H, YANG C D, VISPERAS R M, CASSMAN K G. Comparison of high-yield rice in tropical and subtropical environments: I. Determinants of grain and dry matter yields. Field Crops Research, 1998, 57(1): 71-84.

[26] YANG J C, PENG S B, ZHANG Z J, WANG Z Q, VISPERAS R M, ZHU Q S. Grain yields and dry matter and partitioning of assimilates inhybrid rice. Crop Science, 2002, 42(3): 766-772.

[27] KARLEN D L, SADLER E J, CAMP C R. Dry matter nitrogen, phosphorus and potassium accumulation rate by corn on Norfolk Loamy Sand. Agronomy Journal, 1987, 79(4): 649-656.

[28] HUANG L, LIU L, ZHANG T, ZHAO D, LI H, SUN H, KINNEY P, PITIRANGGON M, CHILLRUD S, MA L, NAVAS-ACIEN A, BI J, YAN B. An interventional study of rice for reducing cadmium exposure in a Chinese industrial town. Environment International, 2019, 122: 301-309.

[29] PAL R, MAHAJAN G, SARDANA V, CHAUHAN B S. Impact of sowing date on yield, dry matter and nitrogen accumulation, and nitrogen translocation in dry-seeded rice in North-West India. Field Crops Research, 2017, 206: 138-148.

[30] ZHAI H Q, ZHANG R X, KUANG T Y, CHENG S H, CAO S Q, LU W, MIN S K, WAN J M, LI L B, ZHU D F. Relationship between leaf photosynthetic function at grain filling stage and yield in super high-yielding hybrid rice (L). Science in China (Series C: Life Sciences), 2002, 45(6): 637-646.

[31] 鄧飛, 王麗, 劉利, 劉代銀, 任萬(wàn)軍, 楊文鈺. 不同生態(tài)條件下栽培方式對(duì)水稻干物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響. 作物學(xué)報(bào), 2012, 38(10): 1930-1942.

DENG F, WANG L, LIU L, LIU D Y, REN W J, YANG W Y. Effects of cultivation methods on dry matter production and yield of rice under different ecological conditions. Acta Agronomica Sinica, 2012, 38(10): 1930-1942. (in Chinese)

[32] 李杰, 張洪程, 常勇, 龔金龍, 郭振華, 戴其根, 霍中洋, 許軻, 魏海燕, 高輝. 不同種植方式水稻高產(chǎn)栽培條件下的光合物質(zhì)生產(chǎn)特征研究. 作物學(xué)報(bào), 2011, 37(7): 1235-1248.

LI J, ZHANG H C, CHANG Y, GONG J L, GUO Z H, DAI Q G, HUO Z Y, XU K, WEI H Y, GAO H. Characteristics of photosynthesis and matter production of rice with different planting methods under high-yielding cultivation condition. Acta Agronomica Sinica, 2011, 37(7): 1235-1248. (in Chinese)

[33] GIUNTA F, MOTZO R, PRUNEDDU G. Has long-term selection for yield in durum wheat also induced changes in leaf and canopy traits. Field Crops Research, 2007, 106(1): 68-76.

[34] 李志宏, 劉宏斌, 張?jiān)瀑F. 葉綠素儀在氮肥推薦中的應(yīng)用研究進(jìn)展. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2006, 12(1): 125-132.

LI Z H, LIU H B, ZHANG Y G. A review on chlorophyll meter application on nitrogen fertilizer recommendation. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2006, 12(1): 125-132. (in Chinese)

[35] HUANG M, JIANG L G, XIA B, ZOU Y B, JIANG P, AO H J. Yield gap analysis of super hybrid rice between two subtropical environments. Australian Journal of Crop Science, 2013, 7(5): 600-608.

[36] XU L, ZHAN X W, YU TT, NIE L X, HUANG J, CUI K H, WANG F, LI Y, PENG S B. Yield performance of direct-seeded, double-season rice using varieties with short growth durations in central China. Field Crops Research, 2018, 227: 49-55.

[37] LYNCH J P, DOYLE D, MCAULEY S, MCHARDY F, DANNEELS Q, BLACK L C, WHITE E M, SPINK J. The impact of variation in grain number and individual grain weight on winter wheat yield in the high yield potential environment of ireland. European Journal of Agronomy, 2007, 87: 40-49.

[38] BORG J, KIAR L P, LECARPETIER C, GOLDRINGER I, GAUFFRETEAU A, SAINT J S, BAROT S, ENJABERT J. Unfolding the potential of wheat cultivar mixtures: a meta-analysis perspective and identification of knowledge gaps. Field Crops Research, 2018, 221: 298-313.

[39] 閆平, 張書利, 于艷敏, 牟鳳臣, 武洪濤, 徐振華, 周勁松. 不同水稻品種干物質(zhì)積累與產(chǎn)量性狀的相關(guān)研究. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2015, 31(18): 1-6.

YAN P, ZHANG S L, YU Y M, MU F C, WU H T, XU Z H, ZHOU J S. Correlation research on dry matter accumulation and yield characters of different rice varieties. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2015, 31(18): 1-6. (in Chinese)

[40] TAO Z Q, MA S K, CHANG X H, WANG D M, WANG Y J, YANG Y S, ZHAO G C, YANG J C. Effects of tridimensional uniform sowing on water consumption, nitrogen use, and yield in winter wheat. The Crop Journal, 2019, 7(4): 480-493.

[41] ZHU Y G, CHU J P, DAI X L, HE M R. Delayed sowing increases grain number by enhancing spike competition capacity for assimilates in winter wheat. European Journal of Agronomy, 2019, 104: 49-62.

[42] GRAVOIS K A, HELMS R S. Path analysis of rice yield and yield components as affected by seeding rate. Agronomy Journal, 1992, 84(1): 1-4.

[43] LI G H, ZHANG J, YANG C D, SONG Y P, ZHENG C Y, WANG S H, LIU Z H, DING Y F. Optimal yield-related attributes of irrigated rice for high yield potential based on path analysis and stability analysis. The Crop Journal, 2014, 2(4): 235-243.

Effect of Deep Tillage under Continuous Rotary Tillage on Yield Formation of High-Quality Japonica Rice in Cold Regions

ZHAO LiMing, HUANG AnQi, WANG YaXin, JIANG WenXin, ZHOU Hang, SHEN XueFeng, FENG NaiJie, ZHENG DianFeng

College of Coastal Agricultural Sciences, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, Guangdong

【Objective】The effects of deep tillage under continuous rotary tillage on growth dynamics, photosynthetic matter production and yield formation of different japonica rice were studied in order to provide the technical support for high yield and high efficiency cultivation of high quality japonica rice in cold regions. 【Method】A field experiment was conducted in 2018-2019, under the condition of straw returning to the field, on the basis of rotary tillage in the previous stubble for two consecutive years. Here, two tillage practices, namely, deep tillage and rotary tillage, were adopted during the growth stages of three modern japonica varieties Suijing18, Kendao12, and Sanjiang6. The effects of deep tillage and rotary tillage on the growth dynamics and post-anthesis production characteristics of high-quality japonica rice were studied. 【Result】There was no significant difference in yield between years, but tillage methods had significant effects on the growth and development, photosynthetic dry matter production characteristics and yield characters of high-quality japonica rice in cold regions. Compared with rotary tillage, the deep tillage significantly increased the number of tillers per square meter and the number of effective panicles, the flag leaf unfolded later and lasted longer, and the heading stage was late but the duration did not change; The biomass and dry matter transport capacity of stem and sheath under deep tillage increased, and the biomass and stem-sheath dry matter transport capacity were increased by 8.34% and 5.36% respectively at full heading stage; The output, output rate and transformation rate of stem-sheath matter under deep tillage increased by 13.19%, 6.70% and 9.17%, respectively (<0.05); The deep tillage increased the leaf area index at full heading and mature stage, prolonged the duration of green leaf area and increased the population growth rate; The internode length, leaf length and width of the third and fourth nodes of the main stem under deep tillage were increased, and the plant height and ear length were increased too; The number of grains per ear and grain weight per ear under deep tillage increased by 7.05% and 3.37%, respectively, the harvest index increased by 1.90%, and the average yield increased by 12.78%. Under the same tillage method, Kendao12 was the best in tiller number, photosynthetic matter production capacity, stem and sheath dry matter accumulation and transport capacity, yield and its composition, followed by Suijing18; However, Sanjiang6 had higher leaf area index after anthesis, grain number per panicle and grain weight at mature stage, but which could not make up for its low dry matter transport capacity, effective panicle number and 1000-grain weight. In terms of interaction effect, the combination of deep tillage × Kendao12 treatment showed higher effective panicles per square meter, strong production and transport capacity of photosynthetic matter after anthesis, high grain-leaf ratio and population growth rate, high 1000-grain weight and harvest index, reasonable allocation of plant agronomic morphological characters and coordination of yield traits, which could achieve a yield increase of 9.15%-27.47%.【Conclusion】Continuous rotary tillage combined with one-year deep tillage was the most effective and sustainable rice tillage system to improve the yield of high-quality japonica rice in this region.

rotary tillage; deep tillage; high-quality japonica rice; yield; photosynthesis; characteristics of material production

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.22.018

2022-03-14；

2022-09-05

廣東海洋大學(xué)科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（060302052010）、湛江市創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)引育領(lǐng)航計(jì)劃（2020LHJH01）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFD1002205）

趙黎明，E-mail：nkzlm@126.com。通信作者鄭殿峰，E-mail：gdouzdffnj@163.com

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）