水稻壟作栽培技術(shù)研究進(jìn)展

陳　楊，扈　婷，鄭華斌，黃　璜

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水稻壟作栽培技術(shù)研究進(jìn)展

陳楊，扈婷，鄭華斌，黃璜*

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙，410128)

水稻壟作栽培是將傳統(tǒng)的淹水栽培改為濕潤、半濕潤栽培的一種種植方式，能促進(jìn)水稻生長發(fā)育，提高水稻產(chǎn)量，改良稻田土壤性狀，省工、節(jié)水、省肥、環(huán)保。目前，水稻壟作土壤類型的選擇、壟作條件下的水分結(jié)構(gòu)、壟作栽培與生態(tài)養(yǎng)殖的配套的完善與擴(kuò)展等問題還有待進(jìn)一步研究。

水稻；壟作栽培；立體種養(yǎng)

壟作栽培法作為中國農(nóng)業(yè)耕作上的兩大體[1,2]，系之一早在戰(zhàn)國時期就成為當(dāng)時世界上最先進(jìn)的耕作方法之一。西漢農(nóng)業(yè)科學(xué)家趙過總結(jié)前人經(jīng)驗加以改進(jìn)推廣的又一新的耕作技術(shù)“代田法”，使壟作栽培得以發(fā)展，更為先進(jìn)成熟，并一直延續(xù)至今[3~5]。近年來，國內(nèi)外壟作栽培技術(shù)已實現(xiàn)了從半干旱地區(qū)到熱帶草原地區(qū)，由中耕作物到麥類作物，由旱地農(nóng)業(yè)到灌溉農(nóng)業(yè)的擴(kuò)展[7]。壟作栽培技術(shù)因不同地形、不同作物生長要求、不同氣候條件而不同。王同朝等[1]通過調(diào)查研究，將壟作栽培類型作了五類劃分，并指出水稻壟作一般屬于西南稻區(qū)半旱式壟作增產(chǎn)類型和南方丘陵地區(qū)壟作聚土類型。

壟作栽培能為水稻生長發(fā)育提供一個良好的生態(tài)環(huán)境[8]，省工、節(jié)水、省肥、環(huán)保、提高光能利用率，成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。近年來，由于與立體種養(yǎng)模式相結(jié)合，水稻壟作栽培也成為一種重要的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。

1　壟作栽培對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

1.1　對水稻生長發(fā)育的影響

壟作水稻與平作水稻生理機(jī)制上的最大差異體現(xiàn)在根系上。壟作水稻的根系生長量大，根系發(fā)達(dá)，具有較強(qiáng)的吸水力，較平作水稻有較強(qiáng)的抗旱性，在缺水、少水干旱地區(qū)有更為重要的現(xiàn)實意義。

章秀福等[6]研究表明，與常規(guī)栽培相比，同一品種水稻在壟作栽培條件下平均每穴根干重提高22.3%，達(dá)顯著水平；壟作栽培法的水稻根系主要分布在0～10 cm土層，占到總根量的77%以上，而常規(guī)栽培法僅70%左右。另有研究表明，水稻上層根系在土壤養(yǎng)分吸收中起主要作用[10,11]?？梢?，水稻壟作栽培更有利于根系吸收養(yǎng)分。劉建松[12]通過對水稻壟作效果研究發(fā)現(xiàn)，耕作層增厚，地下水位相對降低，擴(kuò)大了水稻根系的營養(yǎng)面積，有利于稻根的生長，表現(xiàn)為白根明顯增多，根系活力增強(qiáng)。根系生長量大是增產(chǎn)的主要原因之一。鄭建初等[13]認(rèn)為，窄壟密溝下稻作總根量和深土層根量均增加，總根量的增加與總干物重、產(chǎn)量的提高相一致。Jordan D等[14]認(rèn)為，在水稻整個生育期中，壟作免耕水稻的根系最長，其較平作處理根長增加41.4%～57.7%，此差異在生長最旺盛的孕穗期最明顯，水稻根數(shù)變化趨勢也與此相同，而且從分蘗到成熟，壟作下水稻根系干物質(zhì)重與根系面積比值也顯著高于平作；根系活力在分蘗期和收獲期也均高于平作。另外，倪治華[15]認(rèn)為，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中壟作水稻在生育后期的抗早衰能力較常規(guī)耕作水稻相比顯著增強(qiáng)。

除根系外，壟作栽培對水稻植株其他形態(tài)和生理特性方面也有一定的影響。章秀福等[6]研究表明，在植株形態(tài)上，壟作栽培水稻株高矮于平作，莖基部粗大，群體矮壯，植株抗倒伏性強(qiáng)；群體光合生態(tài)結(jié)構(gòu)較優(yōu)；在生理特性上，壟作栽培水稻灌漿期穎花數(shù)、綠葉量大，葉綠素含量下降緩慢；在灌漿動態(tài)上表現(xiàn)為強(qiáng)勢粒灌漿高峰持續(xù)時間長，前期灌漿速率的變化幅度較小。并且分蘗時間提早，葉面積指數(shù)在分蘗末期和齊穗期比平作栽培要高[16]。

1.2　對水稻產(chǎn)量的影響

水稻產(chǎn)量由各種產(chǎn)量構(gòu)成因素共同決定。高產(chǎn)水稻群體要求各產(chǎn)量因素在較高水平上協(xié)調(diào)統(tǒng)一。朱宏宇等[17]研究表明，水稻壟作栽培能充分利用邊際效應(yīng)，優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)群體和個體之間的矛盾，增強(qiáng)田間通風(fēng)透光性，提高水溫，土溫和群體光能利用率，從而增加分蘗數(shù)、成穗率、結(jié)實率和千粒重，提高產(chǎn)量。王長青[18]發(fā)現(xiàn)，壟作栽培可使表層土壤溫度升高，從而使有效分蘗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、千粒重等有不同程度的增加，同時能抑制雜草生長，使水稻增產(chǎn)。李明貴等[19]通過對雜交水稻的寬壟覆膜栽培研究發(fā)現(xiàn)，除了千粒重略低于平作栽培外，其它各產(chǎn)量構(gòu)成因素都顯著高于平作栽培，較平作栽培增產(chǎn)33.4%。壟作栽培水稻與肥料的合理運(yùn)籌相配合能進(jìn)一步的提高產(chǎn)量。王怡紅[20]通過實驗表明，水稻壟作栽培高產(chǎn)的基蘗肥和穗肥適宜比例為5∶5。另外，孟立明等[21]認(rèn)為推廣大壟栽培，有利于田間中耕除草殺蟲，增產(chǎn)效果明顯。

1.3　對稻米品質(zhì)的影響

章秀福等[16]通過對壟作栽培水稻的米質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，壟作栽培與平作栽培在糙米率和精米率上差異不大，而在整精米率上壟作栽培平均提高4.3個百分點，堊白粒率和堊白度明顯下降，不同水稻品種間差異顯著。黃建國等[22]研究表明，壟作水稻稻米的蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量比平作分別提高0.31%和2.52%。

稻米品質(zhì)不僅與品種的遺傳因子有關(guān)，水稻生長的環(huán)境因子也起著決定性作用，壟作栽培是一種相對簡單能有效地把影響稻米品質(zhì)的重要環(huán)境因子如土壤水分控制在一個有利于水稻品質(zhì)改善的合適范圍的方法。

1.4　對水稻病蟲害及抗性的影響

稻田起壟能有效地降低水稻因淹水栽培而引起的田間過大濕度，增加群體生長的通風(fēng)透光性，同時也在一定程度上減少病蟲害發(fā)生機(jī)率和抑制雜草生長，植株長勢良好，倒伏率和空稈率明顯減少[9]。

壟作栽培不僅節(jié)水省肥，節(jié)約了插秧時的勞力消耗，在病蟲害防治、施肥、除草等田間操作方面也來帶了很大的便利。由于壟背上群體內(nèi)部的空氣濕度要高于平作稻群體，與同密度的平作稻群體相比，壟作稻的每一植株都有一面寬行，加上壟溝筆直，采用濕潤灌溉，所以能有效的改善農(nóng)田小氣候[23]，調(diào)節(jié)水稻生長所需的光、溫、水、氣、肥等因子，使他們能良好發(fā)揮作用并且相互協(xié)調(diào)[24]，優(yōu)化田間生態(tài)環(huán)境，使稻株生長健壯，抗病力增強(qiáng)。據(jù)調(diào)查，壟栽田能減少因田間濕度過大而引起的植株疾病發(fā)生，明顯降低稻瘟病、紋枯病、蚰蟲危害率；壟栽田穗頸瘟損失率為6.7%，遠(yuǎn)低于非壟栽田的15.3%[25]。陳宇云[26]認(rèn)為壟作栽培雙季稻紋枯病病情指數(shù)比平作稻低7到9個百分點，控防病效果顯著，同時，壟作栽培還可減少紋枯病的初次侵染源和抑制菌絲生長及侵入稻株。

2　壟作栽培對水稻土壤系統(tǒng)的影響

壟作栽培挖溝起壟，改變田間原有地形，加厚了水稻生長的熟土層，擴(kuò)大個體的生長空間，使群體有效受光面積增大，并且增加了土壤的溫度，使土壤的一般理化性質(zhì)和生物特性都發(fā)生了變化，有益的微生物活動旺盛，有效養(yǎng)分增加，利于水稻植株的生理代謝和營養(yǎng)吸收。土壤的貯水量和持水力降低，使得水稻不得不主動吸水，根系也因此更發(fā)達(dá)，更健壯?？梢姡瑝抛髟耘嗄芨行f(xié)調(diào)各類生長因子之間的關(guān)系，為稻株生長創(chuàng)造良好的土壤生態(tài)環(huán)境[27,28]。

2.1　土壤理化性質(zhì)

壟作栽培能增加土壤的通氣性，減少有毒還原性物質(zhì)，降低土壤熱容量，增高土溫和水溫[27]。壟作栽培可使土壤非腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量和土壤有機(jī)無機(jī)質(zhì)復(fù)合度，形成良好的土壤結(jié)構(gòu)[29]。孫雅君[30]研究認(rèn)為，壟作栽培加大了水稻根系活動層的容量，促進(jìn)根系向下伸長，同時能保持溝內(nèi)水層的穩(wěn)定，使溝內(nèi)水分在土壤毛管引力和吸附力的作用下滲入壟埂土層，輸向壟頂，使壟埂土壤保持較穩(wěn)定毛管水狀態(tài)，利于通氣、熱量傳導(dǎo)和養(yǎng)分輸送。倪治華[31]通過對水稻壟栽的增產(chǎn)效應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，水稻壟作改變土壤熱氣交換狀況，使水稻在返青、分蘗、乳熟期土壤的氧化還原電位提高，F(xiàn)e2+含量比平作顯著下降。

2.2　土壤水分

稻田起壟可以有效地改善土壤貯水力和貯水量。劉剛才等[32]認(rèn)為，壟作能增加降雨入滲量，提供貯水源。在0.5 m深的土層內(nèi)壟作較平作多貯水15.0 mm，年貯水量約增加6 mm；起壟還能防止水土流失，增加貯水載體，使部分土壤對保水具有重要作用，提高土壤的抗旱力。同時，在夏秋多雨時，壟溝又可迅速排除積水，防治澇災(zāi)。壟作栽培土層上層疏松，下層密實，這種耕層結(jié)構(gòu)能有效調(diào)節(jié)土壤水分，提高水稻對土壤水分的利用率。

2.3　土壤養(yǎng)分

長期采用壟作栽培方式能否保持土壤肥力，一直是學(xué)術(shù)界爭論的焦點[32,33]。一般認(rèn)為，壟作栽培具有增溫效應(yīng)，能提高土壤微生物活力以及各種酶的活性，加速養(yǎng)分的釋放，提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量。李世平[33]認(rèn)為，稻田壟作比平作有機(jī)質(zhì)增加0.02%，主要表現(xiàn)在為速效氮、磷、鉀等有機(jī)質(zhì)的增加，其中速效氮的含量增加顯著，達(dá)到12 mg/kg，同時，壟作可使水稻吸收養(yǎng)分的能力增強(qiáng)，每公頃氮磷鉀的吸收總量分別比平作栽培提高7.5，5.25，6.3 kg。起壟耕作能大大提高相同施用數(shù)量下的肥料利用率，最大值能到達(dá)30%，且使活性土層增厚30～50 cm，使土壤肥力集中，利于當(dāng)年作物生長與高產(chǎn)[34]。林如秋[35]通過對壟栽水稻稻草補(bǔ)鉀效應(yīng)試驗表明，采用壟作栽培，做壟時將稻草包心于壟畦內(nèi)，再配施氮磷化肥，既可起到以草代鉀的作用，又可使水稻極顯著增產(chǎn)。

2.4　土壤溫度

壟作水稻栽培能增加土體與空氣的接觸面，改土體一面受光照為三面受光照，增加了土壤與大氣之間的氣熱交換量，加上土溫上升快，晝夜溫差大，有利于水稻各時期的生長。章秀福[6]通過對水稻壟作栽培土壤日溫差狀況觀察發(fā)現(xiàn)，壟作栽培下土壤日溫差高于常規(guī)栽培，并且在晴天上層土壤表現(xiàn)尤為明顯，壟作土壤白天升溫快，夜晚降溫也迅速，這種較大日溫差能為干物質(zhì)積累提供良好的條件。倪志華[31]觀察不同耕層土壤溫度的變化發(fā)現(xiàn)，壟作法土壤日平均溫度和耕層土壤日平均溫差均明顯高于常規(guī)栽培。這就能提早水稻秧苗栽插后返青時間，對分蘗以及生育后期的生長發(fā)育起著重要作用。可見，壟作栽培提高土溫，在影響水稻生長發(fā)育方面有很大作用。

壟作的增溫效應(yīng)受季節(jié)影響，春季壟作增溫能為早播和返青生長爭取生長季；夏季作物生長茂盛，遮陰效果強(qiáng)，增溫效果不明顯；秋季壟作增溫可以大大增加晝夜溫差，在白天的增溫效應(yīng)尤為明顯。郭仁卿等[36]通過對壟作中土壤熱狀況的分析認(rèn)為，壟中溫度的分布狀況不同，且受壟向的影響，南北壟因接受太陽輻射均勻交替受熱而溫度均勻，東西壟因受熱不均勻?qū)е履蠠岜崩洹?/p>

2.5　土壤生物特性

土壤中生物數(shù)量和生物活性大小直接影響著農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)功能的好壞。土壤生物活性包括土壤的微生物量、土壤的呼吸和酶活性等。不同的栽培方式對土壤生物活性的影響較大，甚至能影響某些生物種群的結(jié)構(gòu)和密度。栽培過程中出現(xiàn)的各種機(jī)械外力干擾，使得土壤生物活性不穩(wěn)定，造成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在一定程度上結(jié)構(gòu)遭到破壞。壟栽免耕能免除一切機(jī)械外力干擾，為作物生長發(fā)育提供一個較為協(xié)調(diào)穩(wěn)定的“土壤-作物”生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境。

劉如清等[40]應(yīng)用的壟作稻萍魚立體種養(yǎng)模式，使早稻土壤微生物總量達(dá)到16 532萬/g干土，比平作增加29.6%，而晚稻可達(dá)25 766萬/g干土，比平作增加15.6%。張磊等[37]認(rèn)為長期實行水稻壟作免耕可使土壤中微生物數(shù)量和活性較其他土壤穩(wěn)定，避免因季節(jié)和溫度等因素的影響致使微生物的數(shù)量和活動搖擺不定。同時，微生物群落所產(chǎn)生的大量分泌物可改善土壤的理化狀況。高明等[38]通過研究表明，水稻壟作栽培土壤中的細(xì)菌、纖維分解菌、放線菌數(shù)量明顯高于常規(guī)種植的土壤。

3　水稻壟栽與生態(tài)養(yǎng)殖的配套

稻萍魚立體種養(yǎng)模式是以水稻壟作栽培技術(shù)為框架，在遵循生態(tài)學(xué)共生理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合稻田養(yǎng)萍、稻田養(yǎng)魚等單項技術(shù)，形成以水稻為主體，紅萍和魚類共生的稻田生物群體的一種農(nóng)業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)相結(jié)合的新型農(nóng)作制度[39]。

稻田養(yǎng)魚以水稻為主，稻魚互利共生，能達(dá)到稻魚雙豐收目的，是種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。稻田挖溝起壟后，魚類能吃掉稻田中的雜草和害蟲，在一定程度上能有效防治水稻病蟲害的發(fā)生。魚類糞便，對農(nóng)田能起到保肥和增肥效應(yīng)，并且魚類的在水中游動，能疏松土壤，達(dá)到中耕的目的，增加養(yǎng)分和氣體在水中的運(yùn)輸和流動，進(jìn)一步提高土壤生物活力和肥力，進(jìn)而使水稻增產(chǎn)。同時，壟溝養(yǎng)魚屬于淺水養(yǎng)魚，水溶氧量和平均水溫比池塘要高，并且溶解氧不會發(fā)生分層現(xiàn)象，魚類也不會缺氧。

黃毅斌等[41]認(rèn)為，稻萍魚體系中紅萍本身以及魚食紅萍消化后的排泄物留田中，能明顯改變土壤肥力，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，主要體現(xiàn)在N，P，K等養(yǎng)分上。陳志慧等[42]通過研究表明，稻萍魚立體系統(tǒng)能改善土壤物理性狀，使土壤容重降低，總孔隙度增加。同時，稻萍魚體系也能有效控制稻田CH4的排放，排放量僅為常規(guī)種稻的30%左右。

4　需進(jìn)一步研究的問題

4.1　水稻壟作土壤類型的選擇

壟作栽培本身就不同于平作栽培，屬于節(jié)水、保水、保墑的栽培，并且對于水稻這種深根系作物，應(yīng)選用耕層深的地塊進(jìn)行壟作栽培。在干旱少水地區(qū)，需選用肥力好、保水保肥及排水良好的土壤和地塊進(jìn)行[43,44]。粘性大的土壤比較適合于壟作栽培。對于何種地形更適合水稻壟作栽培，需進(jìn)一步探究。

4.2　壟作條件下的水分結(jié)構(gòu)

壟作栽培整個體系中，作物蒸騰量，水分的變化動態(tài)，耗水結(jié)構(gòu)以及降水在土壤中的再分配，水分在壟內(nèi)部和植株體內(nèi)的流動狀況的相關(guān)研究較少。這對探明壟作栽培作為一種節(jié)水栽培的真正機(jī)理有重要作用，需繼續(xù)探索。

4.3　壟作條件下的綜合效益

壟作栽培雖然節(jié)約水資源，能使水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，但起壟所花費(fèi)的人力和時間較多，是否能研制出起壟機(jī)械設(shè)備，或是否將水稻壟作栽培與水稻免耕栽培、前茬經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)相結(jié)合，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，值得深入研究。

4.4　壟作栽培與生態(tài)養(yǎng)殖的配套完善與擴(kuò)展

在不斷完善稻萍魚立體種養(yǎng)模式這一農(nóng)作制度基礎(chǔ)上，深度探究稻魚雙豐收的最大經(jīng)濟(jì)效益，將投入最大程度地轉(zhuǎn)化成物質(zhì)經(jīng)濟(jì)收益，并可引用企業(yè)機(jī)制，形成一條創(chuàng)新可行的產(chǎn)業(yè)鏈，將新型農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)真正推廣，推向市場，推向人們的生活，也可成為現(xiàn)代農(nóng)民致富的一條可行途徑。

在壟作稻田養(yǎng)魚獲得成功的基礎(chǔ)上，可擴(kuò)展種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)的更多結(jié)合。如壟作稻田養(yǎng)雞、養(yǎng)鴨的生態(tài)種養(yǎng)：壟上半浸潤式灌溉，從而為雞的生長活動開辟空間，雞在壟上活動和捕食，鴨在壟溝游戲和捕食，最終減少傳統(tǒng)稻田養(yǎng)鴨的耗水量，降低由于長期淹水的稻田甲烷排放量，減少農(nóng)藥的使用量，同時雞鴨糞的還田能減少肥料的施用量，降低由于大量施用化肥造成的環(huán)境污染[45]。這種水稻壟作栽培下雞鴨生態(tài)種養(yǎng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益也要明顯高于其他生態(tài)種養(yǎng)模式，可為實現(xiàn)農(nóng)民增收提供一項新的技術(shù)。

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責(zé)任編輯：陳向科

2011-07-13

陳楊(1986—)，男，湖南長沙人，碩士研究生，主要從事作物生理方面的研究，Email:cygen_009@163.com。

，Email：hh863@126.com。

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10.3969/j.issn.1001-5280.2011.06.23