摘要：通過田間試驗(yàn)，研究了旱播旱管（T1）、旱播水管（T2）、移栽水管（T3）三種水稻種植方式對(duì)水稻產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率及后茬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與T3相比，所有水稻品種在T1種植方式下產(chǎn)量均有所下降，平均降幅達(dá)10.3%，但節(jié)約灌溉用水73.4%，水分生產(chǎn)效率提高28.2%；T2的產(chǎn)量與T3差異不顯著，但在總用水量及水分生產(chǎn)效率方面優(yōu)于T3。T1種植方式的后茬小麥產(chǎn)量和地上部生物量最高，T2次之。

關(guān)鍵詞：稻麥輪作；旱直播水稻；種植方式；產(chǎn)量；水分生產(chǎn)效率

中圖分類號(hào)：S511；S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）10-2471-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.007

Abstract：Field experiments were conducted to examine rice grain yield and water productivity under different planting patterns and their effects on growth and yield of succeeding winter wheat in rice-wheat rotation system in Hubei Province. In rice season， three planting patterns were adopted， including dry direct-seeded aerobic rice（T1）， dry direct-seeded flooded rice （T2）， and transplanted flooded rice（T3）. Experimental results showed that the rice grain yield of T1 reduced by 10.3% as compared with T3. However， the water productivity of rice planted under T1 increased by 28.2% and 73.4% of irrigation water 1was saved as compared with that under T3. No significant differences were observed in rice grain yields between T2 and T3， but the water productivity and the total water consumption under T2 was relatively better than that under T3. Different rice planting patterns had significant influence on growth and yield of succeeding winter wheat. The highest wheat grain yield and aboveground biomass production were observed when preceding rice was planted under T1 among the three different planting patterns， T2 was the second.

Key words： rice-wheat rotation system；dry direct-seeded rice；planting pattern；grain yield；water productivity

水稻是中國的主要糧食作物之一，其中灌溉稻種植面積約占水稻總種植面積的95%[1]，水稻灌溉用水量約占農(nóng)業(yè)用水的50%[2]。中國是世界上人均占有水資源最貧乏的國家之一[3]，在過去10年中平均每年農(nóng)業(yè)灌溉缺水300億m3，每年受旱面積2 000萬～2 600萬hm2，即使在水資源豐富的南方，每年有160萬～200萬hm2水稻因季節(jié)性干旱而嚴(yán)重減產(chǎn)[4]，水資源匱乏嚴(yán)重制約了移栽稻的生產(chǎn)，因此急需實(shí)行節(jié)水灌溉和提高水分生產(chǎn)效率。近年來興起的旱作水稻在節(jié)水、高產(chǎn)上取得了一定成果[5，6]。直播稻分為濕直播和旱直播，旱直播具有節(jié)水省工的優(yōu)點(diǎn)[7，8]。趙成全等[9]在遼寧省進(jìn)行的水稻旱直播試驗(yàn)結(jié)果表明，水稻旱直播比育秧移栽節(jié)水25%～50%，產(chǎn)量比插秧提高5.33%。朱倫[10]進(jìn)行早稻的旱直播栽培試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)旱直播比常規(guī)栽培增產(chǎn)22%，可節(jié)約灌溉用水6 000 m3/hm2。稻-麥輪作是中國南方地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要耕作方式之一，不同的水稻種植方式，對(duì)水稻產(chǎn)量、水分利用效率及后茬小麥的生長有明顯影響。水稻旱作能夠顯著提高后茬小麥的產(chǎn)量[11，12]。Aggarwal等[13]和吳延壽等[14]研究結(jié)果表明，前茬水稻水作導(dǎo)致土壤比較板實(shí)，不利于后茬作物扎根和生長而導(dǎo)致減產(chǎn)。孫文娟等[15]研究表明，水稻旱作后土壤的理化性狀優(yōu)于水作，有利于小麥生長。薛琳[16]研究表明，水稻旱作后土壤速效氮和有效磷均高于水稻水作。目前，稻-麥輪作系統(tǒng)中旱播旱管、旱播水管、移栽水管三種水稻種植方式對(duì)后茬冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響鮮見報(bào)道。本研究通過設(shè)置三種不同的水稻種植方式，對(duì)不同種植方式水稻的產(chǎn)量和水分利用效率及后茬冬小麥的生長發(fā)育和產(chǎn)量進(jìn)行了研究，旨在為旱直播水稻與小麥輪作的進(jìn)一步推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014年5月至2015年6月在湖北省武穴市大金鎮(zhèn)試驗(yàn)基地（29°51′N，115°33′E）進(jìn)行。水稻供試品種為兩個(gè)抗旱品種常規(guī)秈稻綠旱1號(hào)和雜交秈稻旱優(yōu)3號(hào)，以及當(dāng)?shù)赝茝V面積較大的常規(guī)秈稻品種黃華占和超級(jí)秈稻品種揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)，小麥供試品種為鄭麥9023。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，前茬水稻試驗(yàn)種植方式為主區(qū)，三種種植方式分別是旱播旱管（T1）、旱播水管（T2）、移栽水管（T3），四個(gè)品種為副區(qū)，設(shè)4次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積為30 m2。與水稻三種種植方式相對(duì)應(yīng)，后茬小麥相應(yīng)記為旱播旱管（T1）、旱播水管（T2）和移栽水管（T3）。試驗(yàn)前各處理土壤基本情況見表1。

1.2.2 田間管理 前茬水稻田間管理方式如下，旱播旱管（T1）：采用機(jī)器旋耕，耙平后手工條播，5月1日播種，行距25 cm，播種量為60 kg/hm2。旱播旱管的水分管理方式主要以雨養(yǎng)為主，只在土壤狀況過于干旱（water potential≤-50 kPa）時(shí)適量灌溉；旱播水管（T2）：整地、播種過程以及出苗后到四葉期之前其管理方式均與旱播旱管相同，當(dāng)幼苗達(dá)到四葉期時(shí)，開始淹灌管理直到齊穗后15 d為止，在此過程中全田始終保持3～10 cm的水層；移栽水管（T3）：常規(guī)水育秧，5月2日播種，5月27日移栽，栽插密度為25.0 cm×13.3 cm，每穴3苗，在本田中先旋耕再耘田，從移栽到收獲前兩周左右全田始終保持3～10 cm的水層。各主區(qū)田埂高度為25 cm，且均用農(nóng)用薄膜包裹，各區(qū)獨(dú)立灌水，田間精細(xì)管理，不采取曬田措施，及時(shí)控制和防治病蟲害。后茬小麥采用機(jī)器旋耕，耙平后手工條播，10月14日播種，行距20 cm，播種量為150 kg/hm2，全生育期雨養(yǎng)，挖好“三溝”（墑溝、腰溝、地頭溝）防止小區(qū)中積水，嚴(yán)格控制雜草和防治病蟲害。

前茬水稻施純氮150 kg/hm2，按基肥、分蘗肥、穗肥三次施入，比例為8∶11∶11；施純鉀100 kg/hm2，按基肥、穗肥兩次施入，比例為1∶1；施純磷40 kg/hm2、純鋅5 kg/hm2，均作基肥一次性施入。后茬小麥?zhǔn)┘兊?80 kg/hm2，按基肥、拔節(jié)肥、穗肥三次施入，比例為6∶7∶7；施用五氧化二磷120 kg/hm2、氧化鉀105 kg/hm2和純鋅5 kg/hm2，均作基肥一次施入。

1.2.3 取樣與樣品處理 水稻于成熟期取樣，取0.5 m2植株樣品，考察有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重。小麥于分蘗期、孕穗期、齊穗期取樣，取0.5 m2植株樣品，測(cè)定分蘗數(shù)、葉面積指數(shù)及生物量，樣品在80 ℃下烘干至恒重；于成熟期取0.5 m2植株樣品，考察有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重。

1.2.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法 水稻灌溉用水是由安裝有水量流量計(jì)的水泵完成，記錄灌溉次數(shù)，每次灌溉時(shí)單獨(dú)記錄各個(gè)處理的灌溉用水量，同時(shí)在全田中央設(shè)有雨量計(jì)，用于監(jiān)測(cè)整個(gè)生育期內(nèi)的降雨情況。水分生產(chǎn)效率計(jì)算公式為：WP=Y/（I+R），其中Y為水稻產(chǎn)量，I為凈灌溉水量，R為降雨量。

水稻至成熟期，每個(gè)小區(qū)分別選取5 m2測(cè)產(chǎn)，單獨(dú)曬干風(fēng)選后，稱出干谷重，同時(shí)測(cè)定干谷水分含量，然后計(jì)算折合含水量為14%的稻谷產(chǎn)量。小麥于成熟期每個(gè)小區(qū)選取3 m2測(cè)產(chǎn)，曬干風(fēng)選后測(cè)定小麥子粒含水量，然后計(jì)算折合含水量為14%的小麥產(chǎn)量。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用Statistix 9軟件統(tǒng)計(jì)與顯著性分析，采用Sigmaplot 10.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植方式水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因子

三種水稻種植方式中，旱播水管（T2）和移栽水管（T3）種植方式的水稻產(chǎn)量均高于旱播旱管（T1），且T2和T3種植方式的產(chǎn)量無顯著性差異，T1種植方式下的生物量與T2和T3種植方式的生物量差異均達(dá)顯著性水平（表2）。除綠旱1號(hào)外，其他3個(gè)品種在旱播水管（T2）和移栽水管（T3）種植方式的生物量均高于旱播旱管（T1），T1種植方式下的生物量與T2和T3種植方式的生物量差異均達(dá)顯著水平。除旱優(yōu)3號(hào)外，其他3個(gè)品種的收獲指數(shù)在3種種植方式間均無顯著性差異。將3種種植方式下的產(chǎn)量計(jì)算平均值，4個(gè)品種中揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)的產(chǎn)量最高，其次為黃華占和旱優(yōu)3號(hào)，綠旱1號(hào)的產(chǎn)量最低，生物量的表現(xiàn)趨勢(shì)與產(chǎn)量完全相同，收獲指數(shù)在4個(gè)品種間差異不大，只有旱優(yōu)3號(hào)的收獲指數(shù)略低于其他3個(gè)品種。

從產(chǎn)量構(gòu)成因子角度來分析各種植方式間的差異（表2），除旱優(yōu)3號(hào)外，其他3個(gè)品種的有效穗數(shù)均在T1種植方式下最高，而在T2和T3種植方式下，其他3個(gè)品種的單位面積穗數(shù)并無顯著性差異，只有綠旱1號(hào)在T2種植方式下的有效穗數(shù)顯著高于T3。而每穗穎花數(shù)在3種方式間所表現(xiàn)出的差異則與單位面積穗數(shù)剛好相反。在T1種植方式下的單位面積穎花數(shù)顯著低于T2和T3種植方式。結(jié)實(shí)率和千粒重在3種種植方式間并未表現(xiàn)出一致的規(guī)律。有效穗數(shù)方面，常規(guī)稻品種綠旱1號(hào)和黃華占高于另外兩個(gè)雜交稻品種；而在每穗穎花數(shù)方面，揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)遠(yuǎn)高于另外3個(gè)品種；單位面積穎花數(shù)方面，黃華占和揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)遠(yuǎn)高于兩個(gè)旱稻品種。

2.2 不同種植方式水稻的灌溉、降雨情況及水分生產(chǎn)效率

水稻在T1種植方式下，在整個(gè)生育期內(nèi)的灌溉量與灌溉次數(shù)遠(yuǎn)低于T2和T3兩種種植方式，T2的灌溉量與灌溉次數(shù)也略低于T3（表3）。在整個(gè)生育期內(nèi)，T1和T2灌溉次數(shù)分別只有2次和7次，遠(yuǎn)低于T3種植方式的10次灌溉。將4個(gè)品種的灌溉量、總用水量計(jì)算平均值，在3種種植方式下，T1和T2分別比T3節(jié)約灌溉用水73.4%和24.0%；就總用水量而言，T1和T2平均分別比T3節(jié)水30.2%和9.9%。同樣，T1和T2種植方式的水分生產(chǎn)效率（WP）平均分別比T3高28.2%和12.1%。由以上數(shù)據(jù)可以看出，T1種植方式是一種節(jié)水、省工的種植方式，而T2種植方式在水分用量、灌溉次數(shù)以及WP方面也在一定程度上優(yōu)于T3種植方式。4個(gè)品種由于受到生育期長度的影響，其水分用量略有不同，但是各品種在不同種植方式的WP表現(xiàn)趨勢(shì)一致。在相同處理中，WP的最大值都出現(xiàn)在揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)中，這說明超級(jí)雜交稻在產(chǎn)量方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，在抗旱性以及水分利用方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.3 不同水稻種植方式對(duì)后茬小麥生長發(fā)育的影響

2.3.1 后茬小麥分蘗數(shù) 在分蘗期以后，所有水稻種植方式的后茬小麥分蘗數(shù)是一個(gè)持續(xù)減少的過程，且T1種植方式后茬小麥在整個(gè)生育期內(nèi)的分蘗數(shù)和有效穗數(shù)（孕穗期以后分蘗數(shù)即為有效穗數(shù)）均高于T2和T3兩種種植方式，T2的分蘗數(shù)也略高于T3（圖1）。在分蘗期T1、T2和T3種植方式的后茬小麥單位面積分蘗數(shù)分別為629、567和554個(gè)；隨著小麥無效分蘗逐漸死亡，T1、T2和T3種植方式后茬小麥成穗率分別為80.6%、84.3%和82.2%。

2.3.2 后茬小麥葉面積指數(shù) 與T3種植方式相比，T1和T2種植方式均能增加后茬小麥的葉面積指數(shù)（LAI）。其中以T1后茬小麥LAI最高，這與T1種植方式下后茬小麥分蘗最多、群體最大有關(guān)，且T2后茬小麥LAI也略高于T3。在分蘗期與孕穗期，三種種植方式的后茬小麥LAI差異不顯著，在齊穗期T1、T2與T3的LAI差異到達(dá)最大（圖2）。

2.3.3 后茬小麥生物量 從整個(gè)試驗(yàn)過程來看，后茬小麥生物量積累經(jīng)歷了一個(gè)快速-緩慢-快速的過程（圖3）。分蘗到孕穗期，隨著開春后溫度的升高和土壤水肥氣熱狀況的變化，植株進(jìn)入快速生長期，各處理間生物量差異趨勢(shì)變大。從孕穗期到齊穗期，生物量的積累變慢。之后隨著子粒灌漿，生物量積累速率又開始上升，直至收獲期，各處理后茬小麥生物量積累均達(dá)到最大，其中T1種植方式后茬小麥生物量最大，達(dá)10.62 t/hm2，分別比T2和T3兩種植方式高9.0%和10.9%。

2.4 不同水稻種植方式對(duì)后茬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響

在3種水稻種植方式的后茬小麥中，旱直播（T1和T2）種植方式下的后茬小麥的產(chǎn)量顯著高于移栽水管（T3）后茬，說明前茬水稻旱直播均能夠增加后茬小麥產(chǎn)量（表4）。其中T1后茬小麥產(chǎn)量達(dá)4.45 t/hm2，T2和T3后茬小麥產(chǎn)量依次為4.31和3.95 t/hm2，T1和T2分別比T3增產(chǎn)12.7%和9.1%。3種水稻種植方式的后茬小麥生物量和收獲指數(shù)表現(xiàn)出與產(chǎn)量相同的趨勢(shì)，但處理間差異不顯著。

3種水稻種植方式的后茬小麥單位面積有效穗數(shù)以T1最高，T2次之，兩者分別比T3高11.5%和5.5%，而每穗粒數(shù)在3種處理間差異不顯著。總體而言，3種水稻種植方式的后茬小麥單位面積粒數(shù)總體表現(xiàn)為T1>T2>T3，處理間差異不顯著。3種水稻種植方式的后茬小麥千粒重同樣表現(xiàn)出T1>T2>T3的規(guī)律，且T1顯著大于T3，T1與T2、T2與T3間差異不顯著。

3 小結(jié)與討論

旱直播水稻（T1和T2）與移栽水管水稻（T3）相比省去了育秧移栽環(huán)節(jié)，節(jié)省了秧田占地，同時(shí)也節(jié)省了秧田用水和用工。旱播水管（T2）與移栽水管（T3）相比，在節(jié)水省工的同時(shí)，其產(chǎn)量間也不存在顯著差異；在水分利用效率上，4個(gè)品種在T2種植方式下的WP都要顯著高于T3。因此，從投入、產(chǎn)量以及對(duì)水資源利用效率來看，旱播水管是替代育秧移栽的一種比較理想的種植方式。T1種植方式與T3相比，產(chǎn)量均有所降低，平均降幅達(dá)10.3%，但降幅低于殷曉燕等[17]調(diào)查所得出平均減產(chǎn)11%～20%的結(jié)論值，產(chǎn)量降低的原因主要是每穗粒數(shù)和單位面積穎花數(shù)的降低；在水分利用效率方面，T1處理有著顯著的優(yōu)勢(shì)，與T3處理相比，4個(gè)品種WP平均提高28.2%，與Gill等[18]研究得出旱直播水稻W(wǎng)P比移栽稻高出33.3%的結(jié)果相一致。綜合4個(gè)品種來看，T2與T3種植方式下的水稻產(chǎn)量之間無顯著性差異，這主要取決于兩種方式下相近的生物量和穩(wěn)定的收獲指數(shù)；而T1與T3相比，其產(chǎn)量較低的主要原因是較低的生物量積累。

在三種水稻種植方式的后茬小麥中，與移栽水管（T3）后茬小麥相比，旱直播（T1和T2）后茬小麥能夠增產(chǎn)，主要是旱直播水稻收獲后土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀含量高于移栽水管（表1）。前人研究表明，水稻旱作后土壤的理化性狀優(yōu)于水作，利于微生物生長，導(dǎo)致旱作后土壤微生物量碳、氮均高于水作[19]。本試驗(yàn)在小麥孕穗到灌漿期連續(xù)遭遇陰雨天氣，空氣濕度大，發(fā)生了赤霉病。前人研究表明，空氣相對(duì)濕度過高，易導(dǎo)致植物氣孔開度減小，抑制了葉肉細(xì)胞對(duì)光合作用底物CO2的吸收，最終影響光合產(chǎn)物的形成[20-23]。同時(shí)空氣濕度過高，會(huì)提高赤霉病的發(fā)生概率并導(dǎo)致減產(chǎn)[24-26]。總的來說，小麥產(chǎn)量偏低，主要在于較低生物量積累，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)綜合考慮選擇耐高空氣濕度品種，最大限度的緩解高空氣濕度年份對(duì)小麥生產(chǎn)的不利影響。

本研究結(jié)果表明，旱直播水稻采用適宜的水分管理方式可以穩(wěn)產(chǎn)，可以節(jié)約灌溉用水及提高水分生產(chǎn)效率，并且可以提高后茬小麥的產(chǎn)量。旱播旱管水稻的水分利用效率優(yōu)勢(shì)很大，因此，在一些水分缺乏地區(qū)旱播旱管這種種植模式有著很大的推廣空間。在雨水較多的湖北省，應(yīng)綜合選擇耐高空氣濕度的小麥品種，而且在未來發(fā)展旱直播水稻與小麥輪作這項(xiàng)栽培技術(shù)仍有待于進(jìn)一步的完善和提高，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量效益的雙豐收。

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