施用冬閑雜草對免耕水稻產(chǎn)量及生長特性的影響

康玉靈 趙春容 陳鴿,2 陳佳娜 曹放波 曹威 黃敏*

（1 作物生理與分子生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128；2 岳陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，湖南 岳陽 414022；3 瀏陽市永安鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村綜合服務(wù)中心，湖南 瀏陽 410323；*通信作者）

湖南是個多熟制地區(qū)，水稻-油菜、水稻-水稻、水稻-綠肥等多種種植模式長期并存。近年來，湖南省可開發(fā)利用的冬閑田面積約106 萬hm2，其中僅有不到一半的稻田在冬種[1]，如何合理開發(fā)利用冬閑田成為難題。近年來，各級政府大力推廣在冬閑田種植綠肥，但由于農(nóng)村青壯年勞動力向城市轉(zhuǎn)移，人工成本增加，綠肥缺少管理，產(chǎn)量較低，農(nóng)民種植綠肥的積極性不高，目前湖南綠肥種植面積僅30 萬hm2左右[2-3]。

冬閑雜草是指生長在冬閑田中非栽培的野生植物，湖南省的冬閑雜草種類主要以看麥娘為主。有研究表明，冬閑雜草（以看麥娘為主）的生物量十分豐富，并且通過免耕栽培可顯著增加冬閑雜草的密度和生物量。在免耕條件下冬閑期雜草地上部生物量達(dá)到3 370~5 200 kg/hm2，比翻耕栽培條件下平均高80%左右[4]。隨著免耕年限的延長，雜草發(fā)生量隨之增加[5]。與綠肥相比，冬閑雜草有適應(yīng)力強(qiáng)、繁殖力強(qiáng)、生物量豐富、人力物力投入少等優(yōu)勢[6]。前人對冬閑雜草施用的研究較少。因此，本研究在不同氮肥水平探究以看麥娘為主的冬閑雜草腐解對免耕水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成、分蘗成穗、干物質(zhì)生產(chǎn)與分配、葉片光合特性、輻射利用率、葉莖鞘氮轉(zhuǎn)運(yùn)能力等的影響，以為冬閑雜草在水稻高產(chǎn)高效生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

于2022 年在湖南省瀏陽市永安鎮(zhèn)坪頭村（28°09′N，113°37′E）進(jìn)行試驗(yàn)。以Y 兩優(yōu)1 號為供試水稻品種，以稻田冬閑期間自然生長的主要冬閑雜草看麥娘為供試雜草（從附近稻田冬閑期雜草生長均勻的田塊收割獲得）。試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)理化性狀：pH 值5.67，有機(jī)質(zhì)31.33 g/kg，全氮1.55 g/kg，全磷0.68 g/kg，全鉀9.45 g/kg，堿解氮135.60 mg/kg，有效磷19.41 mg/kg，速效鉀146.67 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)施草量和施氮量2 個因子。雜草施用量（折合干物質(zhì)量）設(shè)2 個水平：0（W0）和5 000 kg/hm2(W1）。施氮量設(shè)3 個水平：0 kg/hm2（N0，不施氮）、150 kg/hm2（N150，低氮）和225 kg/hm2（N225，高氮）。3 次重復(fù)，共計(jì)18 個小區(qū)，每個小區(qū)面積40 m2。冬閑期間稻田水分自然排干，并用黑色薄膜雙層覆蓋以防雜草生長，之后不再進(jìn)行翻耕整地，所有田間農(nóng)事均在免耕下進(jìn)行。于移栽開始前14 d 灌水泡田，每個小區(qū)之間筑20~30 cm 寬土埂并用塑料農(nóng)膜包埂，保證各小區(qū)單灌單排。于移栽前7 d 將供試雜草均勻撒施于小區(qū)表面，使其自然腐解。采用濕潤育秧，5 月6 日播種，5 月31 日人工移栽，移栽株行距20 cm × 20 cm，每叢2 株苗。氮肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶2∶3 的比例施用。所有小區(qū)磷肥和鉀肥用量一致。磷肥（P2O5）75 kg/hm2，全部作基肥；鉀肥（K2O）150 kg/hm2，按基肥∶穗肥=5∶5 的比例施用。水稻生育期間田間始終有水，收獲前5 d 斷水。其他大田管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培要求進(jìn)行。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 分蘗動態(tài)

于移栽后第2 d 在各小區(qū)標(biāo)記長勢一致的水稻10株，從第10 d 起，每隔5 d 調(diào)查1 次分蘗數(shù)，直至抽穗期。

1.3.2 干物質(zhì)量和葉面積指數(shù)

于幼穗分化期、抽穗期和成熟期在每小區(qū)取代表性植株10 叢。將水稻綠色葉片全部摘下，用LI-3000C便攜式葉面積儀（美國）測定葉面積；然后將植株地上部各部分放入烘箱，于105 ℃殺青30 min，再于70 ℃烘干至恒質(zhì)量后測定干物質(zhì)量。

1.3.3 輻射利用率

在幼穗分化期、抽穗期、成熟期，選擇晴天、少云、無風(fēng)的中午（11∶00—13∶00），采用Sunscan 冠層分析儀（英國Delta 公司）測定各個小區(qū)離地10 cm 以上的冠層透光率，行和株方向各測定2 次。輻射截獲率=100×（入射輻射量-冠層下方輻射量）/入射輻射量，將4 次輻射截獲率的平均值作為該小區(qū)的輻射截獲率。各個時期截獲的輻射量=1/2×（前1 個時期的輻射截獲率+后1 個時期的輻射截獲率）×該時期的入射輻射量；輻射利用率=總的干物質(zhì)量/各個時期截獲輻射量的總和。

1.3.4 光合指標(biāo)

SPAD 值：在各小區(qū)掛牌標(biāo)記長勢一致的5 株水稻，于抽穗期、抽穗后15 d 和抽穗后30 d，用MultispeQ多功能植物測量儀（美國）測量SPAD 值，測量部位為水稻主莖劍葉的中間部位。

凈光合速率：于抽穗期、抽穗后15 d 和抽穗后30 d的晴天上午（9∶00—11∶00）用Li-6400 光合儀（美國）進(jìn)行測定，光照強(qiáng)度設(shè)為1 200 lx。各小區(qū)分別選取3 株主莖劍葉測定。

1.3.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

于成熟期收獲每小區(qū)中心5 m2水稻用于產(chǎn)量測定，折算為13.5%含水量后記為實(shí)際產(chǎn)量。同時每小區(qū)按對角線法取樣10 叢調(diào)查單位面積有效穗數(shù)后進(jìn)行人工脫粒，用水選法區(qū)分實(shí)粒和空秕粒并全部計(jì)數(shù)，實(shí)粒、空秕粒在70 ℃下烘至恒質(zhì)量后稱重，計(jì)算每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007 處理數(shù)據(jù)，用Statistix 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用LSD 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表1 可知，在N0 和N150 水平下，與W0 處理相比，W1 處理分別提高水稻產(chǎn)量28.8%和4.2%，其中N0水平下兩者差異顯著；N225 水平下，W1 處理降低水稻產(chǎn)量5.9%，但差異不顯著。從產(chǎn)量構(gòu)成上看，N0 和N150 水平下，W1 處理的千粒重較W0 處理分別顯著提高4.8%和3.4%，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)以及總穎花量分別提高14.3%、6.2%、21.7%和1.4%、4.4%、5.2%，而結(jié)實(shí)率則分別下降0.9%和0.2%；N225 水平下，W1 處理千粒重較W0 處理顯著提高3.4%，有效穗數(shù)提高7.2%，每穗粒數(shù)、總穎花量和結(jié)實(shí)率則分別下降9.9%、3.5%和1.6%。

表1 冬閑雜草施用對免耕水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.2 對水稻分蘗動態(tài)以及分蘗成穗的影響

由圖1 可知，在不同氮肥水平下，水稻莖蘗數(shù)隨移栽時間的延長呈先增加后減少的趨勢。移栽25 d 內(nèi)，W1 處理的水稻莖蘗數(shù)一直低于W0 處理；移栽25~30 d以后，W1 處理的水稻莖蘗數(shù)趕上并超過W0 處理，后逐漸拉開差距，后期二者的分蘗數(shù)都在減少，最終表現(xiàn)為W1 處理高于W0 處理。

圖1 施用冬閑雜草對免耕水稻分蘗動態(tài)的影響

由表2 可知，施用冬閑雜草均提高了不同氮肥水平下水稻最高莖蘗數(shù)，且差異都達(dá)到顯著水平，但也均降低了水稻的成穗率，其中N150 水平下差異顯著。

表2 施用冬閑雜草對免耕水稻分蘗成穗的影響

2.3 對水稻干物質(zhì)積累和收獲指數(shù)的影響

由表3 可知，在不同氮肥水平下，施用冬閑雜草均降低了水稻移栽至幼穗分化期的干物質(zhì)積累量（其中N150 水平下差異顯著），但提高了幼穗分化至抽穗期和抽穗至成熟期干物質(zhì)積累量。從各生育階段干物質(zhì)分配比例上看，不同氮肥水平的水稻干物質(zhì)分配比例均在移栽期至幼穗分化期最低，幼穗分化至抽穗期最高。N0 水平下，W1 處理在移栽至幼穗分化期干物質(zhì)分配比例低于W0 處理，其他時期則高于W0 處理；N150水平下，W1 處理在幼穗分化至抽穗期的干物質(zhì)分配比例高于W0 處理，其他時期則低于W0 處理；N225 水平下，W1 處理在抽穗至成熟期的干物質(zhì)分配比例高于W0 處理，其他時期則低于W0 處理。N0 和N150 水平下，W1 處理提高了水稻收獲指數(shù)，而在N225 水平則降低了水稻收獲指數(shù)，且與W0 處理差異顯著。

表3 施用冬閑雜草對免耕水稻干物質(zhì)積累量和收獲指數(shù)的影響

2.4 對水稻葉面積指數(shù)的影響

由圖2 可知，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，水稻葉面積指數(shù)在逐漸增加。N0 水平下，W1 處理的葉面積指數(shù)在幼穗分化期和抽穗期均高于W0 處理；N150 和N225 水平下，W1 處理的葉面積指數(shù)在幼穗分化期低于W0 處理，在抽穗期高于W0 處理。

圖2 施用冬閑雜草對免耕水稻不同生育時期葉面積指數(shù)的影響

2.5 對水稻輻射利用率的影響

由表4 可知，W1 處理提高了不同氮肥水平下水稻的總輻射利用率，在N0、N150 和N225 水平下分別比W0 處理提高0.7%、7.0%和9.3%，但差異不顯著。進(jìn)一步分析各生育階段可知，不同氮肥水平下，W1 處理的輻射利用率在移栽期至幼穗分化期均低于W0 處理（N0 水平下達(dá)到顯著差異），在幼穗分化至抽穗期和抽穗至成熟期均高于W0 處理。

表4 施用冬閑雜草對免耕水稻輻射利用率的影響

2.6 對水稻抽穗后凈光合速率和SPAD 值的影響

由圖3、圖4 可知，水稻抽穗后的凈光合速率和SPAD 值隨生育進(jìn)程的推進(jìn)而逐漸下降，且越到生育后期降得越快。相比W0 處理，W1 處理提高了不同氮肥水平下水稻抽穗后的凈光合速率和SPAD 值（抽穗后30 d W1N0 的SPAD 值除外）。

圖3 施用冬閑雜草對免耕水稻抽穗后凈光合速率的影響

圖4 施用冬閑雜草對免耕水稻抽穗后SPAD 值的影響

2.7 對水稻葉莖鞘轉(zhuǎn)運(yùn)能力的影響

由表5 可知，在N0 和N150 水平下，相比W0 處理，W1 處理大幅提高了水稻的葉莖鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、葉莖鞘氮素表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率、葉莖鞘氮素貢獻(xiàn)率，其中N0 水平的葉莖鞘氮素表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率達(dá)到顯著水平；在N225 水平下，W1 處理則降低了水稻葉莖鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、葉莖鞘氮素表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率和葉莖鞘氮素貢獻(xiàn)率，但差異不顯著。

表5 施用冬閑雜草對免耕水稻葉莖鞘轉(zhuǎn)運(yùn)能力的影響

3 結(jié)論與討論

眾多研究表明，綠肥還田有利于提高水稻產(chǎn)量[7-9]，但鮮有研究施用冬閑雜草對水稻產(chǎn)量影響的報(bào)道。本研究表明，在低氮水平下施用冬閑雜草有利于提高水稻產(chǎn)量，在高氮水平下施用冬閑雜草則導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降。原因可能是冬閑雜草（以看麥娘為主）的含氮量為16.26 g/kg，本試驗(yàn)條件下冬閑雜草的施用量相當(dāng)于施入81.3 kg/hm2的氮肥，低氮水平下，冬閑雜草的含氮量與施入的氮肥用量相加仍低于水稻最高可吸收的氮肥用量，故可提高水稻產(chǎn)量；高氮水平下，冬閑雜草與氮肥的總含氮量為306.3 kg/hm2，已超出水稻最高可吸收的氮肥用量，造成水稻貪青晚熟，反而降低水稻產(chǎn)量。在產(chǎn)量構(gòu)成因子方面，本研究表明，不同氮肥水平下施用冬閑雜草均顯著提高水稻千粒重，增加了單位面積有效穗數(shù)，但降低了結(jié)實(shí)率。在低氮水平下施用冬閑雜草提高了水稻每穗粒數(shù)和總穎花數(shù)，在高氮水平下則相反。其原因是低氮水平下，施用冬閑雜草促進(jìn)了水稻生長發(fā)育，形成足夠多的穎花數(shù)，增加了庫容量[10]，在高氮水平下，由于施氮量過多，促使水稻前期無效分蘗增多，營養(yǎng)物質(zhì)無法及時供給生殖生長，降低了總穎花量和成穗率，減少了庫容量。

與不施用冬閑雜草處理相比，施用冬閑雜草顯著降低水稻幼穗分化期的干物質(zhì)積累量，大幅度提高幼穗分化期以后的干物質(zhì)積累量。這可能是因?yàn)榍捌陔s草腐解為微生物提供充足的氮源、碳源以及養(yǎng)分，促進(jìn)微生物活動和繁殖[11]，微生物活動和水稻生長形成競爭關(guān)系，抑制水稻分蘗的形成，從而降低了葉面積指數(shù)，造成較大的漏光損失，降低了水稻輻射利用率，因而干物質(zhì)生產(chǎn)量少；雜草腐解后期，微生物活動減弱，雜草養(yǎng)分被大量釋放，促進(jìn)水稻生長發(fā)育，提高了莖蘗數(shù)，有利于葉面積指數(shù)的提高，漏光少，輻射利用率較高，干物質(zhì)生產(chǎn)量多。光合作用是反映作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的關(guān)鍵性指標(biāo)，反映光合作用優(yōu)劣的一個重要參數(shù)是凈光合速率，凈光合速率在一定范圍內(nèi)與葉綠素含量呈正相關(guān)關(guān)系[12-13]。保持水稻抽穗后高光合能力是高產(chǎn)的重要策略[14]。本研究表明，與不施用冬閑雜草相比，施用冬閑雜草能提高水稻抽穗后的相對葉綠素含量和凈光合速率，極大程度上延緩了抽穗后水稻的相對葉綠素含量和凈光合速率下降速率，保證了源的充足，增加了植株干物質(zhì)積累量，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量。

綠肥還田會影響作物的收獲指數(shù)[15-16]。趙娜等[15]認(rèn)為，綠肥還田有利于收獲指數(shù)的提高。寧曉光等[16]發(fā)現(xiàn)，多數(shù)綠肥品種還田能提高作物的收獲指數(shù)，少量綠肥品種（黑麥、毛苕等）則會降低作物的收獲指數(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)，在低氮水平內(nèi)，施用冬閑雜草有利于提高水稻的收獲指數(shù)，若在高氮水平下，會降低收獲指數(shù)。這與王寅等[17]的研究結(jié)果相似。主要原因是低氮水平下，施用冬閑雜草提高了水稻葉莖鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、葉莖鞘氮素表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率和葉莖鞘氮素貢獻(xiàn)率，促進(jìn)水稻對氮素的吸收，而在高氮水平下，施用冬閑雜草會導(dǎo)致水稻營養(yǎng)生長過盛，不利于營養(yǎng)物質(zhì)從營養(yǎng)器官向生殖器官轉(zhuǎn)運(yùn)，降低水稻葉莖鞘氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、葉莖鞘氮素表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率和葉莖鞘氮素貢獻(xiàn)率，造成水稻貪青晚熟，進(jìn)而引起水稻減產(chǎn)。