軋宗杰 盧樹昌 侯 琨

（天津農(nóng)學院農(nóng)學與資源環(huán)境學院，300384，天津）

水稻作為中國種植的主要糧食作物之一，在確保糧食安全方面具有非常重要的地位。中國是世界上最大的稻米生產(chǎn)國之一。稻米在口糧中的重要性決定了稻米生產(chǎn)對保障糧食安全的重要意義[1]。目前，人口增長、病蟲害問題、勞動力轉(zhuǎn)移及水資源不足等因素帶來的水稻產(chǎn)量停滯，以及水稻生產(chǎn)中的生產(chǎn)效率和效益相對較低、肥料農(nóng)藥大量使用及水資源利用率低等問題制約著我國水稻生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率與可持續(xù)性發(fā)展[2]。水稻旱直播栽培是指在農(nóng)田中直接播種，不需要在水稻生長期內(nèi)進行育秧、移栽，只需在水稻需水的關鍵時期補充水分的一種栽培方式，具有省工、節(jié)水、易機械化種植等優(yōu)點，因此，水稻旱直播栽培方式正逐步引起人們的關注[3]。本文擬通過系統(tǒng)介紹水稻旱直播在國內(nèi)外的相關發(fā)展研究現(xiàn)狀與問題，為我國水稻生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展及保障糧食安全提供理論參考與思路。

1 旱直播栽培水稻栽培方式及生長差異方面研究

以往的水稻灌溉理論是要進行充分灌溉，并沒有精細化的灌溉管理，這樣就造成了大量的棵間蒸發(fā)，加大了作物的蒸騰量。雖然水稻的灌水量較其他旱作作物多，但是水稻生理需水量并不多，故水稻生產(chǎn)的節(jié)水潛力巨大。水稻的生態(tài)環(huán)境適應力強，既適應濕地環(huán)境，也可在旱地種植，具有兩棲性。

隨著近些年水稻旱直播栽培技術的發(fā)展，研究人員對不同的水稻旱直播栽培方式進行了大量探索、改良與經(jīng)驗積累，目前主要有水稻旱直播旱生、旱直播水生及旱直播干濕交替生長等栽培方式，水稻旱直播旱生即是在水稻旱直播后在秧苗長到3～5葉后才開始進行田間灌水并進入到常規(guī)水分管理；旱播水長即水稻旱直播后立即進行田間灌水等待出苗，待齊苗后進入常規(guī)水分管理；旱播干濕交替生長即在水稻旱直播后待秧苗長到1葉1心時開始進行田間灌水，要求小水漫灌、浸潤土壤，田間保持干濕交替，直到5葉之后才開始進入常規(guī)水分管理。不同的水分管理方式會對水稻后期生長有著不同的影響。

不同的生育時期水稻對水分的需求存在差異。劉宏巖[4]研究旱直播水稻在不同水分管理下的生理基礎時發(fā)現(xiàn)，旱播水管理模式與移栽稻的產(chǎn)量沒有明顯差異，但是旱播旱管理方式的產(chǎn)量較低。旱播旱管理、水管理模式的水稻較移栽稻營養(yǎng)生長期分蘗早且多、葉面積指數(shù)小、植株矮，干物質(zhì)積累較慢。蔣慶偉[5]研究發(fā)現(xiàn)，旱直播水稻栽培方式下，水分的生產(chǎn)效率隨初始淹灌時間的推遲呈增加現(xiàn)象，水稻旱直播水管理的產(chǎn)量顯著高于水稻旱直播旱管理，但相反的是水分及氮素的利用效率表現(xiàn)均為水稻旱直播旱管理更高。李旭毅等[6]研究得出直播稻苗期采取輕干濕交替灌溉處理后，強化水稻根系生長，增加了其成苗率，并促進分蘗發(fā)生，進而增加產(chǎn)量。王夢影[7]研究2個水稻品種直播下不同灌溉方式時發(fā)現(xiàn)，干旱灌溉處理顯著降低了產(chǎn)量，其原因為每穗穎花數(shù)、結(jié)實率及千粒重的降低。鄧環(huán)等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在水稻株高的表現(xiàn)上，淹水灌溉、間歇灌溉大于半干旱栽培以及干旱栽培。王成璦等[9]研究發(fā)現(xiàn)，不同生育階段進行水分虧缺處理后，水稻精米率變化不明顯，但水稻的整精米率和糙米率的變化明顯，在灌漿期和乳熟期進行水分脅迫，整精米率降低顯著。張自常[10]研究認為，干濕交替灌溉與淹水灌溉處理的稻谷膠稠度和直鏈淀粉含量沒有顯著差異，但前者較后者顯著增加峰值黏度、崩解值，可改善稻米食味性。

2 旱直播栽培水稻生長性狀研究

2.1 旱直播水稻根系生長及分蘗

與移栽水稻不同，旱直播水稻根系首先會沿縱向生長，而后橫向生長[11]，根系主要分布在表層土壤中，較移栽稻淺5cm左右且數(shù)量多，有較強的吸水吸肥能力，其肥料利用率優(yōu)于移栽水稻[12]。旱直播水稻根系直徑小，成熟期短，拔節(jié)期長，根系活力旺盛[13]。

分蘗是影響水稻穗數(shù)進而影響產(chǎn)量的重要特性之一。與移栽稻相比，直播稻的生長環(huán)境較為優(yōu)越，而且因為直播稻不需要移栽，沒有植傷影響，分蘗節(jié)暴露于土表之上，有利于分蘗發(fā)生，分蘗缺失位較少，分蘗起始蘗位、終止蘗位都較低[14]。旱直播水稻不需返青，根系淺，個體獨立生長，使其分蘗早且分蘗多[15]。此外，有研究[16]表明，若要控制旱直播水稻的分蘗群并增加結(jié)穗數(shù)，需進行密植，肥料和水分管理之間也要合理配合。

2.2 旱直播水稻地上生長發(fā)育特性及衰老生理性狀

水稻的生長期主要取決于其溫度敏感性和基本營養(yǎng)生長特征[17]，同時也受播種期[18]、栽培方式[19]及生態(tài)環(huán)境因素[20]等的影響。毛永興[21]研究表明，在相同條件下直播稻較移栽稻生育期縮短23d，其中主要縮短的是17d的營養(yǎng)生長期。湯顥軍等[22]研究表明，精量化穴直播利于加快水稻的生長發(fā)育進程，縮短生育期。直播稻分蘗快、有效穗數(shù)多，可彌補前期生長受到的抑制，特別是在生育后期表現(xiàn)出的較強生理機制，可優(yōu)化產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，提高結(jié)實特性[23]。

葉片過早衰老也是限制水稻產(chǎn)量的因素之一。如果在水稻成熟期間功能葉片壽命延長1d，水稻的產(chǎn)量可以增加約2%[24]。魏永霞等[25]研究表明，旱直播水稻在生育后期冠部營養(yǎng)器官的衰老較快，而根部器官的衰老較慢，減緩了干物質(zhì)積累的速率。較強的根系活力雖利于根系的下伸，延遲根系衰老，提高水分利用效率，但這也導致水稻在抽穗階段較大的“源”與“庫”之間爭奪光合產(chǎn)物，不利于籽粒充實，造成穗長、穗粒數(shù)顯著減小。程建平等[26]研究表明，旱直播水稻生育后期的葉片衰老明顯較慢，光合作用可適當增強，促進生長后期籽粒充分灌漿。

2.3 旱直播水稻光合特性及光合產(chǎn)物的積累和轉(zhuǎn)運

產(chǎn)量的來源主要是光合產(chǎn)物的積累，因此，合理的葉面積是實現(xiàn)水稻高產(chǎn)的又一重要保證。直播稻葉面積極顯著低于移栽稻，這與直播稻的頂部功能葉的葉長以及葉寬明顯變小有關[13]。蘇祖芳等[27]研究發(fā)現(xiàn)，因為單莖莖鞘重較高的群體在抽穗后葉面積衰減速度較慢，因此，其光合勢以及凈同化率更高，最終產(chǎn)量較高。

直播稻的生物量積累主要在拔節(jié)至抽穗期這一階段，此時期會有大量無效分蘗死亡，由此造成干物質(zhì)產(chǎn)量不足，進一步影響單位面積的穎花數(shù)和干物質(zhì)轉(zhuǎn)移運輸[28]。不同種植方式下干物質(zhì)總累積量和水稻產(chǎn)量與水稻抽穗至成熟期這一階段干物質(zhì)積累量呈顯著正相關，在整個生育期內(nèi)，單株的干物質(zhì)重、莖葉中的物質(zhì)輸出和轉(zhuǎn)化率，直播稻均低于移栽稻[13]。

3 旱直播栽培水稻的產(chǎn)量及品質(zhì)研究

3.1 旱直播水稻產(chǎn)量研究

近年來，隨著農(nóng)村人口轉(zhuǎn)移造成的勞動力短缺、中國農(nóng)業(yè)機械化的快速發(fā)展及區(qū)域灌溉用水不足和季節(jié)性匱乏的綜合影響下，旱直播稻在提高水稻復種指數(shù)和穩(wěn)定水稻種植面積以及產(chǎn)量等方面發(fā)揮著越來越重要的作用[29]。一部分研究顯示，旱直播水稻雖起到節(jié)水的效果，但產(chǎn)量會較移栽稻低[30]。國外研究發(fā)現(xiàn)，旱直播水稻比傳統(tǒng)的移栽水稻產(chǎn)量低，產(chǎn)量降幅在11%～20%[31]。但也有研究顯示，在精細管理條件下，旱直播稻可以獲得相當于移栽稻的產(chǎn)量[32]。在防控雜草的條件下，兩者產(chǎn)量差異并不顯著[33]。國際水稻研究所進行多年定點測試得出，早、晚雨季及旱季直播稻產(chǎn)量分別為3.8、3.0及5.1t/hm2，與對應期移栽稻的產(chǎn)量相當。從大規(guī)模生產(chǎn)來看，泰國直播稻是移栽水稻產(chǎn)量的2倍以上，產(chǎn)量為4.3t/hm2；澳大利亞的直播稻產(chǎn)量高達8.0t/hm2；美國的直播稻產(chǎn)量水平能達到5.0～8.8t/hm2；在日本，直播稻的平均產(chǎn)量可達9.6t/hm2[34-35]。

3.2 旱直播水稻品質(zhì)研究

外觀品質(zhì)中，堊白是衡量稻米品質(zhì)的重要性狀之一。決定堊白最關鍵的因素是籽粒灌漿特性[36]，灌漿速率過快會造成籽粒形成核狀淀粉粒，堊白增加，此外，日平均氣溫和日間溫差均與堊白形成呈顯著正相關。戴紅燕等[37]發(fā)現(xiàn)，不同的粳稻品種在不同栽培方式下堊白大小表現(xiàn)為旱種＞淹水＞壟畦，這是由于3種栽培方式的田間水分含量不同，旱種栽培田間水分不足，從而導致土壤溫度、土壤空氣組成及礦質(zhì)元素分布等因素發(fā)生改變，結(jié)果造成淀粉供應不足且排列不緊密，堊白面積增大。孟德龍等[38]對比不同栽培方式下稻米外觀品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)雖然水稻品種不一，但堊白率和堊白度在不同栽培方式下顯示出了相同的規(guī)律，即手栽＞機插＞直播。趙廣欣等[39]研究表明，免耕、起壟直播方式下堊白度無明顯差異，但移栽極顯著高于兩種直播方式。朱大偉等[40]對比了南粳9108在不同種植方式下的外觀品質(zhì)時發(fā)現(xiàn)，堊白度大小表現(xiàn)為機插＞手栽＞直播，且手栽與機插差異不顯著，但均大于直播。

加工品質(zhì)中主要看精米率以及糙米率。朱大偉等[40]發(fā)現(xiàn)，不同種植方式下稻米的糙米率無明顯差異，只在精米率、整精米率之間存在顯著差異，表現(xiàn)為直播稻最小，是因為相同條件下機插稻抽穗期比直播稻早7～10d，由于生育期的不同，水稻灌漿結(jié)實期的氣候條件也不同，因此致使水稻在不同栽培方式下稻米的精米率以及整精米率發(fā)生顯著差異。此外，伍丹丹[41]發(fā)現(xiàn)水稻直播、手插秧、點拋秧及機插秧4種栽培方式下糙米率、精米率無明顯差異，整精米率表現(xiàn)為手插與機插水稻較直播和點拋秧高。

稻米的蒸煮品質(zhì)主要是指稻米的直鏈淀粉含量和糊化溫度，對稻米品質(zhì)起著決定性作用[42]。如果直鏈淀粉含量過高，將會導致稻米膨脹度變高，食味不佳。有研究發(fā)現(xiàn)，直播稻較移栽稻的直鏈淀粉含量高[39-40]。此外，糊化溫度的高低與蒸煮時間及吸水量呈正相關關系，并且與直鏈淀粉含量有關。孟德龍等[38]發(fā)現(xiàn)，直播稻稻米糊化溫度高于機插稻和手栽稻。

在營養(yǎng)品質(zhì)中，蛋白質(zhì)是水稻營養(yǎng)品質(zhì)研究的重點。旱直播水稻如果進行合理的水分管理就能提高氨基酸及蛋白質(zhì)含量，從而提高其營養(yǎng)品質(zhì)[43]。然而，旱直播稻與移栽稻在種植方式、群體結(jié)構(gòu)及生育特性等方面的不同，會對稻米品質(zhì)造成一定的影響。水分脅迫也會通過改變籽粒的灌漿速率而對稻米品質(zhì)產(chǎn)生一定影響[44]，其中蛋白質(zhì)、醇溶蛋白含量與食味品質(zhì)呈負相關[45]。相關學者研究發(fā)現(xiàn)直播稻較移栽稻的蛋白質(zhì)含量高[38-39]。

4 旱直播栽培水稻水肥性狀管理研究

陸春泉[46]提出“直播稻田應保持濕潤，以確保幼苗出苗，其后在2葉和l心時期在田間建立水層，當達到幼苗數(shù)量時，再分多次脫水輕擱；到中期防止高峰苗生長過高；后期運用“活水灌溉和適時斷水”的水分管理措施。在施肥管理問題上，直播稻肥料適合采用“前重、中控、后補”的施肥管理方法[47]。施肥措施受到強烈的區(qū)域限制，且旱直播水稻的生理特性不同于傳統(tǒng)移栽水稻。張奇春等[48]認為傳統(tǒng)移栽水稻的施肥技術，特別是在氮肥的應用中，不適合用于旱地水稻系統(tǒng)。旱直播水稻表現(xiàn)出前期生長慢、中期生長猛的生長特征，萌發(fā)到苗期的氮素吸收量低于傳統(tǒng)移栽水稻，相反，在中后期，氮營養(yǎng)吸收相對較高[49]。氮素分化后，水稻氮素吸收占階段氮吸收量的69.5%，較常規(guī)移栽水稻高17.8%。相比之下，水稻從種植到分蘗強盛期才是常規(guī)移栽水稻的氮素吸收和利用的主要時期，播種至分蘗期氮素吸收量占全生育期總氮吸收量約50%，傳統(tǒng)移栽稻顯著高于旱作稻。此外，在同一時期，旱稻的氮素吸收量僅為傳統(tǒng)移栽稻的1/4。在整個生長期內(nèi)，此階段的總氮吸收量僅占氮攝取總量的15%～18%[50]。Katsura等[51]發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)移栽水稻的氮總吸收量低于旱作直播水稻。倪竹如等[52]提出的“一基三追”施氮方法更利于促進直播稻植株良好生長，形成多穗多粒，提高氮肥有效利用率。張祖建等[53]認為，過多施用氮肥會造成更多的無效分蘗，而適宜的氮肥管理措施可實現(xiàn)水稻群體發(fā)育平穩(wěn)。

作為水稻生長必需大量元素之一的硅，也是需要重視管理的，水稻的整個生育期需要吸收大量的硅[54]。然而，不同土壤類型有效硅的含量差別也很大，我國部分酸性和石灰性土壤的有效硅含量低于臨界值（100mg/kg SiO2），成為影響水稻產(chǎn)量的因素之一[55]。試驗證明，缺硅土壤在施用硅后可使水稻增產(chǎn)5%～10%[56-57]。此外，硅可以活化水稻土壤中被固定的磷元素，使其由無效態(tài)轉(zhuǎn)化為水稻植株可以吸收利用的有效態(tài)，增加磷元素的吸收量并促進其在水稻植株體內(nèi)運轉(zhuǎn)，進而提高產(chǎn)量[58]。

目前的水稻生產(chǎn)中，往往氮肥用量過多，稻田施氮量遠超過我國農(nóng)田的整體水平[59]。氮肥施用過量問題不僅會導致植株瘋長、莖葉柔軟，產(chǎn)量、品質(zhì)降低[60]，還會造成農(nóng)業(yè)面源污染[61]。熊麗萍等[62]研究發(fā)現(xiàn)，增施硅后不僅土壤中殘余的氮素和土壤速效磷含量減少，而且還可以增加水稻植株對磷素的積累。鄒邦基[63]認為，水稻施用氮磷硅的最佳配比為 N∶P∶Si=1∶（0.44～0.72）∶（1.92～2.45）。此外，由于受氣候、水稻品種及土壤條件等因素的綜合影響，氮硅的協(xié)同效應也會發(fā)生一定的變化，但是目前對于旱直播水稻氮硅配比及最佳施用量研究不足，故開展旱直播水稻氮硅配施交互作用的研究在今后提高氮利用效率、減少氮素施用，減輕面源污染方面意義重大。

5 旱直播栽培水稻存在的主要問題

不同地區(qū)自然條件和生產(chǎn)技術的不同導致旱直播水稻生產(chǎn)的效果不一，并且逐漸出現(xiàn)了一些問題。其中雜草問題和倒伏問題是威脅旱直播水稻產(chǎn)量的兩大主要問題，通過品種選擇解決這個問題是最簡單有效的方法。具有較強的側(cè)根分枝能力、較多的不定根和較深生根深度的品種更適合旱直播[64]。在干旱條件下實現(xiàn)高產(chǎn)應選擇在營養(yǎng)生長期間具有高葉面積系數(shù)、高早發(fā)能力和封行較早的水稻品種[65]。移栽水稻可通過灌溉密封雜草，但旱直播由于田間干濕交替，較適宜雜草生長，所以很難抑制雜草生長，可研究選用多種除草劑配比以解決旱直播方式下的雜草問題。研究發(fā)現(xiàn)，如果雜草在水稻幼苗期密度偏高，雜草會與水稻爭奪養(yǎng)分，減少水稻的地上生物量積累，造成水稻減產(chǎn)。如果通過分期統(tǒng)一噴灑除草劑，可以有效控制雜草生長并提高產(chǎn)量[66]。其次，在水分管理問題上。旱直播水稻的根系在土壤中較淺，水分管理不當，如水投入過多就會形成水稻倒伏現(xiàn)象；而合理灌水可以增強根系的固定，加強木質(zhì)化，提高抗倒伏性[67]。行距差異影響水稻莖稈底部的3個伸長節(jié)間的外莖和干物質(zhì)重，小行距會使植株密度增大，植株莖稈基部節(jié)間細長，降低抗倒伏能力，種植時加大行距利于莖稈增粗和基部節(jié)間干物質(zhì)積累，提高水稻抗倒伏能力[68]。因此，水肥優(yōu)化管理措施結(jié)合合理的種植行距，利于植株個體的生長健壯，提高水稻的抗倒伏能力。

旱直播水稻品質(zhì)問題上，蘭宇辰等[69]研究表明，旱直播水稻外觀與營養(yǎng)品質(zhì)比移栽水稻得到改善的同時，食味及加工品質(zhì)下降。鄭愛軍等[70]研究表明，旱直播水稻綜合食味品質(zhì)比傳統(tǒng)移栽水稻低。楊建昌等[71]研究表明，旱直播水稻加工、外觀以及食味品質(zhì)較差。

在產(chǎn)量問題上，不能盲目擴種旱直播水稻，如果達不到精細化管理，產(chǎn)量很容易低于移栽稻。水稻旱直播栽培方法應依靠不斷探索栽培技術和不斷完善科學管理方法，提高水稻產(chǎn)量，從而加快旱直播水稻的推廣與應用。

6 旱直播栽培水稻在我國的應用前景

旱直播水稻早期幼苗耐旱，適應逆境，其生存能力強于移栽稻。但是，在水稻生長的關鍵時期，還應該注意水肥的合理調(diào)控。旱直播稻更容易實施機械化生產(chǎn)，因為旱作稻田不需要灌溉，大型機械易于耕作，所以大型農(nóng)場可以擴大種植面積。旱直播還能減少用水量，降低勞動成本，這也正好可以解決目前水稻種植下的水資源消耗大及勞動成本過高的問題。

在水資源方面，我國約有65%的用水是農(nóng)業(yè)用水[72]。水稻生產(chǎn)中過多的水資源消耗以及較低的水分利用效率將加劇我國目前的水資源短缺狀況。我國每年有70%的農(nóng)業(yè)用水用于水稻種植，其中又有80%以上用水用于稻田灌溉，這部分用水又會通過淋失、地表蒸發(fā)等途徑損失掉，這已成為制約我國農(nóng)業(yè)以及水稻種植發(fā)展的重要因素[73]。另據(jù)有關資料表明，我國農(nóng)業(yè)灌溉水生產(chǎn)效率平均為0.5kg/m3，而發(fā)達農(nóng)業(yè)國家農(nóng)業(yè)灌溉用水的生產(chǎn)效率高于2.0kg/m3。在我國，水稻生產(chǎn)用水達到了1.2萬m3/hm2，如果將我國北部區(qū)域面積為130萬hm2的水稻種植地改為旱直播，就可以每年節(jié)省超100億m3的水資源[74]。

在勞動成本及生產(chǎn)效率方面，隨著非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大量農(nóng)村勞動力從農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)，而以人工育苗移栽為主要特征的移栽水稻，勞動力需求量大、生產(chǎn)成本高，且生產(chǎn)效率低[75]。水稻旱直播方式不僅可以有效緩解勞動力短缺問題，還可以提高生產(chǎn)效率，降低勞動成本，由于省去了插秧這一工作環(huán)節(jié)，可減少2 250元/hm2的成本投入[76]。

在遼寧、黑龍江、內(nèi)蒙古、廣西、廣東、浙江等地先后開展的旱直播水稻試驗，均取得了良好的效果。遼寧沈陽市采用直播方式種植200hm2的水稻，節(jié)約成本40%左右，節(jié)水6 000m3/hm2。廣東省直播水稻平均產(chǎn)量達9.01t/hm2，最高產(chǎn)量更是達到11.3t/hm2。浙江省試驗直播稻也取得了較好效果[77]。朱倫[78]認為，由于農(nóng)業(yè)條件和管理方式的變化，旱直播水稻植株表現(xiàn)為根系完整，吸收和運輸能力強，可實現(xiàn)節(jié)省灌溉用水6 000m3/hm2，產(chǎn)量增加22%。

我國人口眾多，對稻米需求量大，而常規(guī)水稻種植與我國農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀及勞動力轉(zhuǎn)移帶來的工作效率和成本問題矛盾突出，利用旱直播提高水稻生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，協(xié)調(diào)水稻生產(chǎn)與資源、勞動力的關系，今后在我國水稻生產(chǎn)中將有著非常大的應用前景。