水分管理和播種量對旱直播水稻產(chǎn)量形成的影響

李 陽，林義月，2，楊曉龍，汪本福，張枝盛，張作林，余振淵，2，程建平

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所糧食作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點實驗室，武漢 430064；2.長江大學，湖北 荊州 434023）

0 引 言

水稻（Oryza sativa L.）是我國主要的糧食作物，也為全球貢獻28%的產(chǎn)量[1]。當前，我國水稻單產(chǎn)已接近最高產(chǎn)量潛力，增幅趨緩[2]，而農(nóng)資、燃油和勞動力等生產(chǎn)成本卻逐漸增高，種田效益進一步壓縮，嚴重影響農(nóng)民種糧積極性。在國家要產(chǎn)量、農(nóng)民要效益的情況下，改變水稻種植方式，使其向輕簡化、機械化轉變、低消耗等方向轉變，將是水稻生產(chǎn)的主要目標。水稻旱直播技術是一種將水稻種子直接播入準備好的旱地土壤中的種植方式[3]，因其可以節(jié)省33.%的育秧成本和勞動力成本[4]，被認為是一種較優(yōu)的水稻種植方式[5]。

近年來，我國水稻旱直播技術研究發(fā)展迅速，2007年沈陽市水稻旱直播穴播技術產(chǎn)量達到8.6 t/hm2[6]，2012年湖北省機械旱直播精量穴播技術產(chǎn)量達到10.3 t/hm2[7]，2016年江西機械旱直播早稻產(chǎn)量達7.9 t/hm2[8]，2021年沈陽市機械旱條播早稻產(chǎn)量也達8.4 t/hm2[9]。同時旱直播也顯著降低淡水消耗，相比傳統(tǒng)移栽稻要消耗人類用水的50%[10]，旱直播技術采用的是機械旱整田，省去了灌水泡田過程，可直接節(jié)約30%灌溉用水量[11]，有報道黑龍江地區(qū)旱直播水稻可節(jié)水2 435 m3/hm2，節(jié)水率達19.8%[4]，這對于一些降雨量不足、分布不均勻、時空差異較大的地區(qū)尤為重要[12-14]。水稻旱直播技術相比移栽水稻，還省去了大量育秧期間工作，每畝節(jié)約育秧階段成本25元左右[15]，且有報道旱直播水稻比傳統(tǒng)移栽稻可增產(chǎn)6.6%～22%[16,17]，顯著提高水稻種植效益。

旱直播水稻播種后的水分管理非常重要，管理不到位容易造成出苗率較低，苗期生長較慢，穗數(shù)不足[18]，雜草較難管理，嚴重與水稻秧苗掙營養(yǎng)[19,20]等現(xiàn)象，魏永霞等報道淹灌旱直播管理的水稻干物質(zhì)積累量高于傳統(tǒng)插秧淹水方式[21]，JIANG Q W 等報道旱直播后第15 天灌溉處理產(chǎn)量和第35～45 d灌溉處理的產(chǎn)量差異不顯著，進一步延遲產(chǎn)量降低[22]。然而，前人研究更多關注旱直播后單一水分的管理措施。也有研究通過調(diào)控播種量彌補旱直播水稻的一些不足，趙杰等在旱直播模式下采用“獨桿”栽培，即195 kg/hm2的大播種量，提高基本苗保證產(chǎn)量[23]，而如此大的播種量并不適合價格較高的雜交稻種子，SUN 等在旱直播模式下降低雜交稻用種量，濕潤條件下出苗較好，產(chǎn)量沒有降低[24]，說明土壤水分和出苗率有密切關系，然而在一些水分缺乏地區(qū)，怎樣調(diào)控播種量來實現(xiàn)較高產(chǎn)量的研究還比較少。鑒于此，本研究在旱直播模式下，通過設置不同的水分管理方式和播種量，探索對水稻產(chǎn)量及群體生長影響的變化趨勢，為旱直播水稻技術的穩(wěn)產(chǎn)高效提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2018年和2019年在湖北省武漢市南湖試驗站（北緯3 028，東經(jīng)11 425）開展。該地海拔高度20 m，處于北亞熱帶向中亞熱帶過渡型氣候帶。年平均日照數(shù)為2 080 h，日平均氣溫≥10 ℃以上的總積溫為5 190 ℃，年降雨量1 300 mm左右，無霜期230～300 d。土壤類型為黃棕壤，屬于潴育水稻土亞類，黃泥田土屬。試驗田土壤pH 7.13，有機質(zhì)26.3 g/kg，堿解氮110.0 mg/kg，速效磷7.2 mg/kg，速效鉀112.3 mg/kg。供試材料是“C兩優(yōu)華占”，屬秈型兩系雜交品種。

1.2 試驗設計

主處理為水分管理：旱管（DM），旱整地，旱播種，播種后土壤濕潤管理，不建立水層，分蘗開始以后干濕交替灌溉，即土壤水勢達到-15 kPa 時開始灌水，飽和停水；水管（WM），即旱整地，旱播種，播種后土壤濕潤管理，不建立水層，分蘗開始后，約4～5葉期逐漸建立水層，后期水分管理按常規(guī)淹水灌溉方式；副處理為播種量：播量1（SO），播種量為22.5 kg/hm2；播量2（SS），播種量為37.5 kg/hm2。每個小區(qū)50 m2，3次重復。

人工模擬精量旱直播（穴播），播種株行距為14 cm×25 cm。純氮N 14 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，肥料采用尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。氮肥和鉀肥以基肥：分蘗肥：幼穗分化肥=4∶3∶3比例施用，磷肥在施基肥時一次性施入。水分管理按精細按需管理。

1.3 測定項目與方法

產(chǎn)量及產(chǎn)量構成：每個小區(qū)選擇有代表性的區(qū)域5 m2進行人工收割，人工脫粒，去除雜草及空癟粒，風干，稱重，用PM-8188 型谷物水分測定儀（凱特電器實驗室有限公司，日本）測定含水量，并將產(chǎn)量換算為含水量為13.5%的標準產(chǎn)量?？挤N樣品取樣：按平均分蘗數(shù)，每個小區(qū)取6穴植株，人工脫粒，考察飽粒、空粒和千粒重。

水分利用效率：產(chǎn)量/（灌溉水量+降雨量）。降雨量采用CR 800（坎貝爾科學股份有限公司，美國）小型農(nóng)業(yè)氣象站進行氣象數(shù)據(jù)收集。灌溉水量用水表記錄。

灌漿動態(tài)：在稻穗抽穗時掛牌，持續(xù)每天掛牌至抽穗完畢，并記錄掛牌時間，然后每隔3 d 取稻穗，再將稻穗分上、中、下三部分烘干稱重記錄。

葉片衰老：為齊穗期葉片SPAD值與齊穗后20 d 葉片SPAD值的差值與齊穗期數(shù)值的百分比。采用SPAD-502 型葉綠素儀于齊穗期和齊穗后20 d各測一次劍葉SPAD值，每個小區(qū)測定4片葉。

葉面積指數(shù)（LAI）：單位面積地上部葉片的面積與土地面積的比值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用Statistix 9.0 軟件分析，在0.05 差異性水平上進行最小差異分析。作圖采用Excel軟件。

2 結果

2.1 降雨量和灌溉用水量

表1顯示2018 和2019年試驗田用水量。由表1可知，2019年試驗期間降雨量比2018年多68 mm，使得2019年度各處理的灌溉量均低于2018年同一處理。2018年，DM 處理的灌溉量低于WM 處理124 mm，2019年為115 mm，兩年平均119.5 mm。隨著播種量提高，相同水分管理方式下，SS 處理下的灌溉量高于SO處理，且WM處理下所需灌溉量更多。

表1 不同處理的降雨量、灌溉量和總用水量比較 mm Tab.1 Comparison of rain fall,irrigation and total water input under different treatments

2.2 不同處理對產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因子的影響

由表2可知，水分管理方式和播種量對產(chǎn)量和除千粒重之外的其他產(chǎn)量構成因子均有顯著影響。WM處理兩年平均產(chǎn)量顯著高于DM 處理，同在SO 處理下的WM 產(chǎn)量比DM 產(chǎn)量高24.0%，同在SS 處理下的WM 產(chǎn)量比DM 產(chǎn)量高12.4%，說明提高播種量，兩種處理的產(chǎn)量差距縮小。同一水分管理方式下，提高播種量均有利于產(chǎn)量提高，同在DM 處理下，SS 比SO 產(chǎn)量平均提高13.0%，同在WM 處理下，SS 比SO 產(chǎn)量平均提高2.5%。分析產(chǎn)量構成因子，DMSS 有效穗數(shù)量比DMSO 平均提高23.7%，WMSS 有效穗數(shù)量比WMSO 平均提高10.1%，是其產(chǎn)量提高的主要貢獻因子，而播量的提高對每穗粒數(shù)、結實率和千粒重均有一定的負面效應。

表2 不同處理產(chǎn)量及構成因子比較Tab.2 Comparison of yield and yield components under different treatments

2.3 不同處理對葉面積指數(shù)（LAI）的影響

圖1顯示不同處理對齊穗期LAI的影響。旱管(DM)處理的LAI顯著低于水管(WM)處理，兩年平均低12.0%，其中2018年DM 處理的LAI顯著低于同年度WM 處理15.1%，而2019年則為8.9%，這和2019年較多的降雨可能有較大關系。隨著播種量的提高，LAI均有顯著提高，同在DM 處理下，SS 處理的LAI 顯著高于SO 處理，兩年平均高6.8%，同在WM 處理下，SS 處理的LAI比SO 處理兩年平均提高3.4%，即DM 處理下提高播種量對LAI的影響程度大于水管處理。

圖1 齊穗期葉面積指數(shù)比較Fig.1 Compare of LAI at heading stage

2.4 不同處理對齊穗后期葉片衰老的影響

圖2顯示不同處理對葉片衰老的影響。旱管(DM)處理下葉片的衰老程度顯著高于水管(WM)處理，兩年平均高19.9 個百分點。2019年DM和WM處理的葉片衰老程度均低于2018年的相同處理，2019年DM 處理相比2018年平均低5.24 個百分點，WM處理則低14.06個百分點。提高播種量后發(fā)現(xiàn)，DM處理和WM 處理下的葉片衰老程度進一步增高，DM 處理兩年平均增高1.50個百分點，WM 處理增高1.05個百分點，均未達到顯著水平，兩年結果趨勢一致。說明DM 處理下的水稻生育后期容易出現(xiàn)早衰現(xiàn)象，且隨著播種量提高，早衰現(xiàn)象進一步加劇。

圖2 齊穗期后葉片衰老比較Fig.2 Compare of leaf senescence after heading stage

2.5 不同處理對籽粒灌漿動態(tài)的影響

圖3顯示的是不同處理對穗不同部位籽粒灌漿動態(tài)的影響?？芍?，各處理對稻穗不同部位灌漿的影響不同，上部籽粒灌漿受影響較小，9月17日至9月19日期間，各處理下的上部籽粒均呈高速灌漿狀態(tài)，灌漿速率高于中部籽粒和下部籽粒，9月19日以后，上部籽粒干重增加較少，逐漸趨于恒重[圖3（a）]，即不再灌漿。中部籽粒前期灌漿速率低于上部籽粒，且各處理對該部位籽粒灌漿影響差異不顯著，整體分析9月19日以后灌漿速率比前期降低，10月初中部籽粒干重逐漸趨于穩(wěn)定[圖3（b）]。下部籽粒的灌漿速率最低，自灌漿開始至9月22日之間，各處理對該部位籽粒灌漿的影響不顯著，而9月22日以后水管播量2(WMSS)處理的灌漿速率低于其他處理，該部位籽粒干重均低于同時期的其他處理[圖3（c）]。

圖3 不同部位籽粒灌漿動態(tài)的比較Fig.3 Compare of grain filling dynamics on different part

2.6 不同處理對水分利用效率的影響

圖4顯示不同處理對水分利用效率的影響。播量1(SO)處理下，旱管(DM)處理兩年水分利用效率均低于水管(WM)處理，2018年和2019年分別為3.61%和7.54%；隨著播種量的提高，DM 和WM 處理的水分利用效率均提高，2018年DM 處理水分利用效率比WM 處理高7.38%，2019年高3.66%，兩年平均提高5.47%。DM 處理下，2018年和2019年播量2(SS)比播量1(SO)的水分利用效率分別提高11.7% 和12.4%，平均為12.05%，而WM 處理下，水分利用效率略有提高，但不顯著。說明提高播種量對DM 處理下的水分利用效率影響顯著大于WM 處理。2019年水稻全生育期降雨量高于2018年(表1），使得2019年的平均水分利用效率低于2018年度。

圖4 水分利用效率的比較Fig.4 Compare of water use efficiency

3 討 論

旱直播水稻對提高種植水稻收益和水分利用率具有重要意義。本研究中水管處理產(chǎn)量高于旱管處理17.8%（表2），主要因為水管處理下有效穗數(shù)量顯著多于旱管處理，和前人的研究結果一致[25]，本研究隨著播種量的提高，旱管播量2的有效穗相比旱管播量1 顯著提高，兩年平均提高23.7%，其產(chǎn)量提高13.0%（表2）。播種量不足則會造成分蘗數(shù)不夠，有效穗減少，產(chǎn)量降低[24]，趙杰等報道提高旱直播常規(guī)稻播種量至195 kg/hm2，以此確足夠的穗數(shù)和較高產(chǎn)量[23]。本研究中水管處理下提高播種量處理也可以提高有效穗數(shù)量，提高幅度低于旱管處理，產(chǎn)量提高2.5%，說明提高播種量對水管處理的產(chǎn)量影響較小，有效穗數(shù)量可能不是該處理產(chǎn)量的主要限制因子。

水稻合理的群體結構是高產(chǎn)的基礎。有研究認為旱管處理不利于群體構建和生物量的積累[21]，本研究中旱管處理的LAI確實顯著低于水管處理，提高播種量后對提高水稻群體的LAI有顯著促進作用（圖1）。馬艷寶等采用節(jié)水灌溉+減肥模式利于水稻生長，同時降低氮素流失[26]，也有研究施用有機肥方式改善齊穗期至成熟期群體結構，提高LAI和干物質(zhì)量[27]。本研究種提高播種量是改善群體結構的有效措施，是后期物質(zhì)積累和轉運的基礎，而葉片則是轉化物質(zhì)能量的場所，是“源”動力。本研究中旱管處理的葉片衰老速度高于水管17.0%，而提高播種量一定程度加速了葉片的衰老（圖2），正如程建平等研究旱管衰老更顯著，過量增加密度使得劍葉SPAD值和光合速率均減低[7]，也會造成蒸騰速率和氣孔導度等降低現(xiàn)象[21]，使得籽粒后期灌漿不足。本研究中，不同部位籽粒灌漿速率也有差異，上部和中部籽粒的灌漿影響差異不大，但是下部弱勢粒的灌漿速率較低，其中對水管播量2的影響最大（圖3），同時該處理下的LAI也最大（圖1），說明群體較大對營養(yǎng)的需求則會增大，如果供應不足的情況下，則會出現(xiàn)下部籽粒結實率嚴重下降。朱寬宇等認為通過節(jié)水灌溉模式可以控制群體，提高水稻弱勢粒的充實度，進而提高產(chǎn)量[28]。旱直播水稻的重要特點是其較強的節(jié)水能力。本研究中，旱管處理下的水分利用效率高于水管處理，和Liu 等[25]的研究結果一致，且提高播種量后，旱管播量2處理的水分利用效率相比旱管播量1 提高12.05%。但是，直播水稻根系多分布于淺土層，增加播種量后群體變大，進而增加倒伏風險。有研究指出，旱直播模式下濕潤灌溉可以防止過多無效分蘗，保持穩(wěn)產(chǎn)、較高的水分生產(chǎn)率，同時有利于根部生長[29]，對于不同地區(qū)，如鄂中北旱地[30]和北方寒地[31]等采用節(jié)水灌溉也有很大區(qū)別，要因地制宜。然而，本研究中選用的研究材料是雜交稻品種，用種量不到常規(guī)稻用種量的一半，群體并不大，如果采用常規(guī)稻種植，且提高用種量的情況下會不會帶來嚴重的病蟲害危機和倒伏風險等結果，還需要進一步研究。

4 結 論

旱直播旱管方式對水稻有效穗數(shù)量、群體大小和葉片衰老均有負面影響，通過提高播種量，可以顯著的改善群體質(zhì)量，顯著提高產(chǎn)量和水分利用效率。