不同直播種植模式對(duì)水稻根系特征和產(chǎn)量形成的影響

摘要：為了明確不同直播種植模式下水稻（Oryza sativa L.）的產(chǎn)量形成機(jī)制，采用機(jī)械穴直播（XB）、機(jī)械條直播（TB）、人工撒播（SB）種植模式，以傳統(tǒng)人工插秧（CY）為對(duì)照，考察了水稻根系特征、群體動(dòng)態(tài)和光合作用產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)等性狀。結(jié)果表明，齊穗期XB和TB根重均比CY顯著增加，其主根數(shù)、根總長(zhǎng)、根尖數(shù)以及根表面積均有不同程度的提高。根系傷流量齊穗期僅XB高于CY，TB和SB均比CY顯著下降，灌漿期3種直播模式均較CY顯著下降。水稻葉面積指數(shù)有相似的變化規(guī)律。直播模式下水稻齊穗前光合作用產(chǎn)物積累量較大，其莖鞘物質(zhì)輸出率和轉(zhuǎn)換率顯著高于CY。與CY相比，XB產(chǎn)量提高5.8%，TB和SB分別降低4.2%和13.2%。XB和TB種植模式下，水稻千粒重增加，但每穗總粒數(shù)有所減少。總體來(lái)說(shuō)，機(jī)械直播較人工撒播用種量減少、植株布局有序性提高，根系形態(tài)改善，地上部分光合作用產(chǎn)物積累明顯提高。但是，相對(duì)人工插秧，其灌漿期根系活力明顯下降。

關(guān)鍵詞：機(jī)械直播；種植模式；水稻（Oryza sativa L.）；根系特征；產(chǎn)量

中圖分類(lèi)號(hào)：S513；S504.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）24-5979-05

直播和育秧移栽是水稻（Oryza sativa L.）在育插秧環(huán)節(jié)兩種主要方式。水稻直播省去育秧、拔秧、運(yùn)秧和移栽等多道工序，省工節(jié)本，能大幅度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。中國(guó)現(xiàn)有直播模式主要是人工撒播，但該模式存在秧苗分布不均，群體難以控制，后期易倒伏和早衰等問(wèn)題，產(chǎn)量無(wú)法保證[1，2]。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家水稻生產(chǎn)多采用機(jī)械直播，而移栽是亞洲水稻重要的傳統(tǒng)栽培方法[3，4]。機(jī)械直播除保持水稻傳統(tǒng)直播的優(yōu)勢(shì)外，還保證了種子入土深度，提高了抗倒伏能力，有利于優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，這也是中國(guó)水稻直播技術(shù)的發(fā)展方向。

目前，制約中國(guó)水稻機(jī)械直播大面積應(yīng)用的主要問(wèn)題有以下3個(gè)方面：一是適于生產(chǎn)的直播機(jī)械少，機(jī)械播種量較大且均勻性較差；二是機(jī)具笨重、田間下陷量大；三是成穴困難，每穴粒數(shù)難以準(zhǔn)確控制。以上3個(gè)方面無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代水稻精確定量栽培的農(nóng)藝要求。由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)夏俊芳等[5]設(shè)計(jì)的2BFS-8型水稻芽種播種施肥機(jī)采用振動(dòng)閥門(mén)的槽輪排種器，可實(shí)現(xiàn)水稻芽種定量精密分行條播，并防止傷芽和斷條，而由組合式開(kāi)溝器形成的多溝并舉有利于水肥有效管理和光、溫充分利用。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)羅錫文院士研制成功的水稻精量穴直播機(jī)可同步開(kāi)溝、起壟和播種，壟面上的播種小溝增加了水稻根系的入土深度，較好地解決了手工直播稻秧苗根系入土較淺而容易倒伏的問(wèn)題；精量穴直播機(jī)每穴播種量可選，株距可調(diào)，能控制水稻高產(chǎn)栽培的播種量和基本苗數(shù)[6]。確定種植模式適當(dāng)與否的標(biāo)準(zhǔn)是能否保證田間種植質(zhì)量，而種植質(zhì)量直接影響水稻出苗和分蘗以及水稻根系發(fā)育和產(chǎn)量形成[7]。目前，尚未見(jiàn)到關(guān)于不同直播模式下水稻根系特征與水稻產(chǎn)量形成機(jī)制的研究報(bào)道。為此，本研究在2008年試驗(yàn)基礎(chǔ)上，連續(xù)多年對(duì)機(jī)械直播過(guò)程中的農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝融合技術(shù)進(jìn)行研究。2012年對(duì)機(jī)械穴直播、機(jī)械條直播、人工撒播等3種直播模式進(jìn)行了比較試驗(yàn)，同時(shí)以人工插秧為對(duì)照，明確機(jī)械直播模式根系特征、群體質(zhì)量和產(chǎn)量形成的特點(diǎn)，旨在為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“節(jié)本增效”和水稻機(jī)械化生產(chǎn)過(guò)程中的農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝技術(shù)融合提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為廣兩優(yōu)476，該品種是湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)育成的兩系雜交中稻新組合，2010年3月通過(guò)湖北省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。

試驗(yàn)于2012年5～10月在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南湖試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行。水稻類(lèi)型為黃棕壤發(fā)育的黃棕壤性水稻土，屬于潴育水稻土亞類(lèi)，黃泥田土屬。試驗(yàn)田肥力均勻，田面平整，排灌方便。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)按種植模式設(shè)置機(jī)械穴直播（XB）、機(jī)械條直播（TB）和人工撒播（SB）3個(gè)直播處理，并以人工插秧（CY）為對(duì)照，共4個(gè)處理。其中，直播種植模式于5月15日播種（種子浸泡，露白后晾至手抓種子不粘手，子粒間不粘連，方可播），XB處理采用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2BD-10型水稻精量穴直播機(jī)；TB采用華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院研制的條播機(jī)（2BFS-8型）。XB、TB和SB每公頃分別播干谷21.90、32.85和37.50 kg。CY處理于5月15日育秧，6月12日人工移栽，栽插規(guī)格為16.7 cm×26.7 cm，每穴插1～2株。各處理單位面積的總施肥量相同，全生育期施肥量分別為N 230.25 kg/hm2、 P2O5 75.00 kg/hm2、K2O 112.5 kg/hm2。其中磷肥以基肥形式一次性施入，鉀肥以基肥和分蘗肥平均施入，氮肥按基肥、分蘗肥、穗肥比例5∶3∶2分別施入。分別按60 kg/hm2和3 kg/hm2施用硅肥和大粒鋅。試驗(yàn)采取單因素大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，各處理種植面積為666.7 m2，按面積3次等分后作為重復(fù)。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1）莖蘗動(dòng)態(tài)。每處理選定具有代表性的連續(xù)20穴植株，自播種后30 d開(kāi)始調(diào)查，每7 d記載1次莖蘗數(shù)。

2）生物量。分別于分蘗早期、分蘗中期、孕穗期、齊穗期、灌漿期（抽穗后20 d）和收獲期選取樣本3穴，多點(diǎn)取樣，每樣本分葉、莖鞘和穗（抽穗后）烘干稱(chēng)取干重。

3）其他指標(biāo)。根系特征和傷流強(qiáng)度具體測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[8]；群體光合參數(shù)（包括葉綠素SPAD值和葉面積指數(shù)）、莖鞘物質(zhì)輸出率和轉(zhuǎn)換率以及考種、測(cè)產(chǎn)具體測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[9]。

1.3 數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)開(kāi)始于2008年，經(jīng)多年重復(fù)試驗(yàn)，本研究數(shù)據(jù)以2012年數(shù)據(jù)為主。數(shù)據(jù)采用SPSS 11.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各種植模式下水稻的生育進(jìn)程

直播模式水稻生育期比人工插秧模式縮短9 d，齊穗期提前7 d（表1）。直播模式下，水稻沒(méi)有緩苗期，縮短了水稻的生育進(jìn)程。

2.2 各種植模式下水稻的根系特征和傷流強(qiáng)度

由表2可見(jiàn)，不同種植模式下，水稻齊穗期根系形態(tài)存在顯著差異。XB、TB主根數(shù)分別比對(duì)照CY增加28.6%和14.3%，根尖數(shù)分別比CY增加59.2%和30.7%；而SB主根數(shù)和根尖數(shù)分別比CY減少22.4%和38.1%。3種直播模式下水稻最長(zhǎng)根長(zhǎng)均比CY短，但根總長(zhǎng)XB、TB分別比CY提高了36.7%和4.0%，SB比CY減少46.4%。XB根表面積比CY增加20.5%，TB與CY間差異不顯著，而SB比CY減少55.9%。XB和TB的根重分別比CY提高45.9%和44.7%，而SB與CY間差異不顯著。

不同種植模式下水稻根系傷流強(qiáng)度不同（圖1）。灌漿期水稻根系傷流強(qiáng)度較齊穗期有不同程度的降低，其中直播模式下降明顯，人工插秧降低較小。與對(duì)照CY根系傷流強(qiáng)度相比，齊穗期XB提高9.6%，而TB和SB分別降低10.2%和20.7%；灌漿期各直播模式分別降低47.7%、47.3%和56.1%。

2.3 各種植模式下水稻的莖蘗動(dòng)態(tài)

不同種植模式下，水稻群體達(dá)到高峰莖蘗數(shù)的時(shí)間不同，其中SB在播種后44 d達(dá)到峰值，XB和TB在播種后49 d達(dá)到峰值，而CY則在播種后56 d才達(dá)到峰值。CY莖蘗峰值最高，且在播種后56～77 d保持相對(duì)較高的莖蘗。

2.4 各種植模式下水稻的葉綠素SPAD值

由表3可知，不同種植模式下水稻頂葉葉綠素SPAD值均隨生育時(shí)期呈先升后降的變化趨勢(shì)。機(jī)械直播模式在齊穗前頂葉葉綠素SPAD值相對(duì)較高，而SB在各生育時(shí)期均較低。CY葉綠素SPAD值在前期保持較低數(shù)值，但齊穗后相對(duì)較高，至收獲期高于其他處理。

2.5 各種植模式下的群體葉面積指數(shù)

由圖3可見(jiàn)，不同種植模式下群體齊穗期和收獲期葉面積指數(shù)（LAI）不同。無(wú)論是齊穗期還是收獲期，SB的群體LAI均較小。齊穗期機(jī)械直播模式與CY的LAI差異不顯著，均比SB顯著提高；收獲期各直播模式LAI均顯著低于CY，XB和TB顯著高于SB，其中SB比CY減少22.9%。

收獲期，XB、TB、SB和CY的LAI較齊穗期下降幅度分別為53.9%、56.5%、50.1%和46.7%。可見(jiàn)，直播模式較人工插秧種植模式水稻群體LAI下降幅度更大，且以TB下降幅度最大。

2.6 各種植模式下水稻的光合物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)

由圖4可見(jiàn)，直播種植模式下，水稻生物量在齊穗前積累量比CY大，齊穗后CY生物量快速增加，直播處理增加幅度相對(duì)較小，收獲期XB、TB和SB生物量分別比CY降低6.9%、10.6%、16.7%。相對(duì)其余直播模式，XB孕穗后一直保持相對(duì)較高的生物量，SB生物量在收獲期較機(jī)械直播小。由圖5可見(jiàn)，齊穗后直播模式下水稻莖鞘物質(zhì)輸出率（EPMSS）和轉(zhuǎn)換率（TPMSS）顯著高于CY，各直播模式間水稻EPMSS差異不顯著?？梢?jiàn)，直播模式水稻生長(zhǎng)前期光合作用產(chǎn)物積累量較人工插秧好，但后期光合作用產(chǎn)物積累較少，這也是人工直播與插秧產(chǎn)量形成特點(diǎn)不同的原因。

2.7 各種植模式下的產(chǎn)量及其構(gòu)成

由表4可知，不同種植模式下，水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成有不同程度的差異。與CY相比，XB實(shí)際產(chǎn)量提高5.8%，而TB和SB產(chǎn)量分別降低4.2%和13.2%，理論產(chǎn)量也有類(lèi)似的變化。XB有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率與CY差異不顯著，但千粒重提高6.2%，每穗總粒數(shù)減少4.5%，且均達(dá)到顯著水平。與XB相似，TB千粒重比CY提高5.8%，而每穗總粒數(shù)減少10.0%，有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率差異不顯著。SB有效穗數(shù)與CY差異不顯著， 而結(jié)實(shí)率和每穗總粒數(shù)均顯著下降，降幅分別達(dá)到9.8%和12.1%，但千粒重比CY提高2.9%。可見(jiàn)，直播種植模式均提高了水稻的千粒重，降低了每穗總粒數(shù)；SB雖然田間有效穗數(shù)較多，但由于結(jié)實(shí)率的降低，產(chǎn)量也顯著降低。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 水稻根系特征對(duì)不同種植模式的響應(yīng)特征 根系是水稻吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，也是合成某些氨基酸、激素等生理活性物質(zhì)的重要場(chǎng)所，尤其是生育后期的根系與氮素等營(yíng)養(yǎng)元素的高效吸收利用關(guān)系密切[10]。人工撒播和機(jī)械條播不同程度地存在稻苗根系分布淺，易發(fā)生倒伏等現(xiàn)象[11]。本研究結(jié)果表明，直播模式最長(zhǎng)根長(zhǎng)均比人工插秧短，這可能是直播模式根系分布淺的原因。與其他直播模式不同，機(jī)械精量穴直播播種前有一開(kāi)溝裝置，種子播在溝內(nèi)，可增加水稻根系深度。另外，研究發(fā)現(xiàn)該模式下水稻根總長(zhǎng)、主根數(shù)、根表面積和根尖數(shù)較其他種植模式明顯提高，且具有較高的根系傷流強(qiáng)度，說(shuō)明其根系在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理活性上提高了營(yíng)養(yǎng)吸收的能力、增加了對(duì)土面的附著能力。多年試驗(yàn)、示范結(jié)果表明，機(jī)械穴直播水稻倒伏現(xiàn)象與機(jī)械播種時(shí)形成寬行高壟的微生態(tài)環(huán)境有關(guān)，此種環(huán)境不僅有利于根系生長(zhǎng)發(fā)育，而且在根外圍創(chuàng)造很好的通風(fēng)透光條件，形成獨(dú)特的小氣候，此種條件下水稻紋枯病和稻飛虱的發(fā)生較少，這也在生理上和病理上減少了倒伏發(fā)生的可能。這在相關(guān)研究中也得到證實(shí)[6]。值得注意的是，無(wú)論是機(jī)械直播模式還是人工撒播模式，在灌漿期水稻根系傷流強(qiáng)度均比人工插秧明顯下降，說(shuō)明水稻生長(zhǎng)后期根系活力下降較大，因此改良后期水肥運(yùn)籌模式、養(yǎng)根護(hù)根是進(jìn)一步挖掘直播模式增產(chǎn)潛力的有效途徑。

3.1.2 機(jī)械直播對(duì)水稻群體光合作用產(chǎn)物積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響 唐湘如等[12]研究證實(shí)，機(jī)械穴直播平均每穴2.3粒與高產(chǎn)栽培每穴2.0粒的需求差別較小，高產(chǎn)潛力大，示范效果非常理想。機(jī)械條直播種子播在土面上，但固定了行距；而人工撒播播種量較大，人為因素影響較大，易出現(xiàn)局部過(guò)密或過(guò)稀現(xiàn)象。因此，從水稻群體布局來(lái)看，穴直播更接近傳統(tǒng)人工插秧。人工撒播、機(jī)械直播和人工插秧的田間水稻莖蘗高峰期依次推遲。本試驗(yàn)中人工撒播水稻生長(zhǎng)前期莖蘗數(shù)較大，但后期莖蘗數(shù)降低較多，接近收獲時(shí)出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象。齊穗期機(jī)械直播與人工插秧的水稻葉面積指數(shù)差異并不顯著，但在收獲期機(jī)械直播的葉面積指數(shù)顯著低于人工插秧，且機(jī)械直播與人工插秧均顯著高于人工撒播。田間實(shí)際測(cè)定結(jié)果顯示，人工撒播雖然播種量較大，基本苗較多，但由于個(gè)體布局不合理，局部葉面積指數(shù)過(guò)高，但其余部分則相對(duì)較低，導(dǎo)致其群體葉面積指數(shù)并不高。齊穗期直播模式生物量較人工插秧大，而收獲期明顯低于人工插秧。機(jī)械直播模式齊穗后生物量積累量相對(duì)人工插秧低，而人工撒播無(wú)論是葉面積指數(shù)還是生物量均顯著低于人工插秧，說(shuō)明人工撒播由于播種量較大，其群體較大，而個(gè)體由于光照、營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)較大，個(gè)體偏弱。從莖鞘物質(zhì)輸出率和轉(zhuǎn)換率可見(jiàn)，直播模式顯著高于人工插秧?？赡芘c直播模式比人工插秧齊穗期提前，尤其是機(jī)械直播，齊穗前頂葉葉綠素含量較高有關(guān)。由此可見(jiàn)，機(jī)械種植方式有一定的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，歸因于物質(zhì)生產(chǎn)和積累方面指標(biāo)的綜合優(yōu)勢(shì)，這與羅錫文等[7]的研究是一致的。直播模式水稻生長(zhǎng)前期光合作用產(chǎn)物積累量比人工插秧好，但后期光合作用產(chǎn)物積累較少，這也是直播與插秧產(chǎn)量形成特點(diǎn)不同的原因。

3.1.3 不同直播模式對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響 從產(chǎn)量構(gòu)成上看，人工直播有效穗數(shù)最高，但穗型小，穗總粒數(shù)偏小，符合3.1.2介紹的群體大而個(gè)體較弱的特點(diǎn)；而相對(duì)人工插秧，機(jī)械直播穗總粒數(shù)偏少，但其千粒重和結(jié)實(shí)率均較大，說(shuō)明機(jī)械直播灌漿的充實(shí)度較高，這與其前期光合物質(zhì)積累較多有關(guān)。人工撒播的用種量較大，有效穗數(shù)較多，但是個(gè)體生長(zhǎng)條件較差，尤其是根系形態(tài)和生理活性均不理想，后期易倒伏，顯著影響子粒的充實(shí)。機(jī)械穴直播與人工插秧有效穗數(shù)差別不大，后者穗型較大，但千粒重和結(jié)實(shí)率較低，因此，千粒重和結(jié)實(shí)率的提高是該模式產(chǎn)量高于人工插秧的主要原因。

3.2 結(jié)論

直播模式均比人工插秧生育期縮短、齊穗期提前，根系最長(zhǎng)根長(zhǎng)較短；機(jī)械直播模式下，根總長(zhǎng)、根表面積均比人工撒播有明顯提高。機(jī)械穴直播相對(duì)其余模式齊穗期葉綠素含量較高、干物質(zhì)積累較多，但齊穗后相對(duì)人工插秧干物質(zhì)積累較少，葉面積指數(shù)較低。實(shí)際產(chǎn)量機(jī)械穴直播>人工插秧>機(jī)械條直播>人工撒播。其中，機(jī)械穴直播獲得高產(chǎn)的原因是具有較高的結(jié)實(shí)率和千粒重，而直播模式根系活力下降是導(dǎo)致水稻后期光合作用產(chǎn)物積累較少的主要原因。

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