董立強(qiáng)，高 虹，李躍東，李 睿，商文奇，姚繼攀，馬 亮，隋國民

（1.遼寧省水稻研究所，沈陽110101；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，沈陽110161）

合理行株距配置是水稻（超）高產(chǎn)栽培最基本也是最關(guān)鍵的技術(shù)[1-3]。長(zhǎng)期以來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此研究較多，日本學(xué)者松島省三[4]和橋川潮[5]分別提出發(fā)揮群體優(yōu)勢(shì)和個(gè)體優(yōu)勢(shì)增產(chǎn)的密植多穗和稀植大穗兩種模式；我國著名水稻專家丁穎早在20世紀(jì)50年代初也提出了合理密植有利于提高水稻產(chǎn)量[6]；60年代我國南方水稻栽培專家陳永康提出了小株密植高產(chǎn)理論[7]，北方則有崔竹松推出三角形寒地高產(chǎn)栽插方式[8]；80～90年代蔣彭炎等[9]提出“稀、少、平”，王伯倫等提出“優(yōu)化栽培”，張洪程等提出“精確栽培”，凌啟鴻等基于水稻葉齡模式研究提出“擴(kuò)行窄株”等措施[10]；90年代后東北地區(qū)引進(jìn)旱育稀植技術(shù)后，進(jìn)一步發(fā)展了“超稀植”栽培[11-13]等。但稀植常常與高氮搭配，帶來氮肥利用率偏低與環(huán)境污染等問題，因此不少學(xué)者又開展了需氮較少的密植栽培研究[14-20]，得到了有效穗數(shù)的提升是合理密植的增產(chǎn)原因，但同等單位面積插秧穴數(shù)下不同株行距配置對(duì)水稻產(chǎn)量影響方面的研究較少[21-23]。國內(nèi)外研究指出，株行距配置能調(diào)節(jié)水稻群體微環(huán)境，協(xié)調(diào)群體與個(gè)體的關(guān)系[24-29]，因此開展優(yōu)良的株行距配置研究是解決水稻合理密植問題的關(guān)鍵。

隨著生產(chǎn)條件的改善和機(jī)械化水平不斷的提升，使得水稻機(jī)插秧過程中增加了行、株距配置的可塑性。寬窄行插秧機(jī)的問世實(shí)現(xiàn)了高光效栽培技術(shù)與農(nóng)機(jī)技術(shù)的完美結(jié)合，開辟了一條水稻優(yōu)化栽培方式的新途徑。本研究結(jié)合遼寧中部稻區(qū)生態(tài)特點(diǎn)及主栽水稻品種生理特性和形態(tài)特征，應(yīng)用大田切片法對(duì)不同株行距配置下齊穗期的冠層結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析，探索不同行、株距對(duì)群體光合特性、形態(tài)特征以及對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成的影響，以期為本地區(qū)水稻（超）高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2019 年4 月～2020 年10 月在遼寧省燈塔市柳條寨鎮(zhèn)（東經(jīng)123.18°，北緯41.49°）遼寧省水稻研究所項(xiàng)目試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行大田試驗(yàn)，以遼寧中部稻區(qū)主栽品種遼粳401（半緊穗型中晚熟品種、抗病耐密）為試材。

1.2 方法

試驗(yàn)設(shè)計(jì)6種株行距栽植方式（表1），30cm×20cm株行距栽植為對(duì)照。5月16日移栽，采用工廠化育苗，平均葉齡為4.5 葉期，為貼近生產(chǎn)實(shí)際，研究中均采用機(jī)械化作業(yè)[傳統(tǒng)30cm 等行距機(jī)插采用久保田6 行高速SPV-6CMD 乘坐式水稻插秧機(jī)；（33+17）cm 寬窄行密植機(jī)插采用錦禾2ZG-8KZ 高速插秧機(jī)；25cm 窄行等距密植機(jī)插采用井關(guān)PZ80-25高速插秧機(jī)]，每個(gè)處理實(shí)際栽植面積不低于6670m2。研究中選取實(shí)際栽植面積中除去邊行的100m2作為試驗(yàn)調(diào)查研究點(diǎn)，設(shè)置3次重復(fù)，共計(jì)18個(gè)小區(qū)。

表1 不同行株距配置Table 1 Different spacing in this experiment

試驗(yàn)田土壤pH 值為6.10，有機(jī)質(zhì)含量為2.38%，速效氮、磷、鉀含量分別為96.5，50.5，92.4mg·kg-1。氮肥（尿素）施用量為300.0kg·hm-2，按照基肥∶分蘗肥∶穗肥=2∶1∶1比例施入；磷肥（磷酸二銨）施用量為150.0kg·hm-2，作為基肥一次性施入；鉀肥（氯化鉀）施用量為125.0kg·hm-2，底肥和穗肥等量施入。其他田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)一致。

1.2.1 葉面積指數(shù)測(cè)定 于齊穗期18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)分別選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的1m2區(qū)域作為備測(cè)區(qū)域，在保持田間自然形態(tài)下從地面由下向上每隔20cm劃分為1層，共計(jì)5層；其中80cm以上部分為第1層（Fir-L），由上及下依次為1 層（80cm 以上，F(xiàn)ir-L）、2 層（60～80cm，Sec-L）、3 層（40～60cm，Tre-L）、4 層（20～40cm，F(xiàn)ou-L）及5 層（0～20cm，F(xiàn)iv-L）。采用比葉重法，計(jì)算各層至頂層葉面積指數(shù)。

1.2.2 消光系數(shù)測(cè)定與計(jì)算 齊穗期選擇晴天使用SunScan 冠層分析儀（Delta 公司，英國）測(cè)定冠層光合輻射（分層方法同1.2.1）。每小區(qū)選取5個(gè)區(qū)域，垂直向上測(cè)量各層入射光強(qiáng)及自然光強(qiáng)。

通過I=I0e-KF方程計(jì)算各高度消光系數(shù)，其中I0和I分別為入射光強(qiáng)和群體測(cè)定高度的光強(qiáng)；K為消光系數(shù)；F為從冠頂至該高度的葉面積指數(shù)。

1.2.3 劍葉光合速率測(cè)定 于齊穗期在18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)分別選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的5株（選取的待測(cè)植株穗部生育進(jìn)程一致），使用LI-6400便攜式光合儀（Lincoln，Nebraska，USA），測(cè)定劍葉的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Ts）和胞間CO2濃度（Ci）。

1.2.4 光、溫生產(chǎn)效率 按下面公式計(jì)算光、溫生產(chǎn)效率[30]，有效積溫和太陽輻射量見表2。

表2 遼寧燈塔地區(qū)水稻全生育期有效積溫、太陽輻射量Table 2 The effective accumulated temperature and solar radiation of rice in the whole growth period in Dengta of Liaoning province

1.2.5 成熟期產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定 成熟期去除四周邊行、雜株，采用久保田收割機(jī)按實(shí)收計(jì)產(chǎn)，測(cè)定干谷水分含量，然后計(jì)算折合含水量為14.5% 的稻谷產(chǎn)量。每小區(qū)按平均莖蘗數(shù)，取樣20穴，測(cè)定單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

本研究中兩生長(zhǎng)季中無臺(tái)風(fēng)、暴雨等惡劣天氣發(fā)生，日照充足、降水量適度且關(guān)鍵需水期水分充足、濕度適宜且無災(zāi)難性的病蟲害。文中數(shù)據(jù)均為兩年結(jié)果的平均值，應(yīng)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS19對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及差異性分析，顯著水平為p＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同行株距配置對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素分析可知（表3），在行株距為M1、M2、M3和M4密植形式下，處理間產(chǎn)量差異不顯著，但顯著高于常規(guī)M5栽植方式和CK。就單位面積穗數(shù)而言，M3和M1處理顯著高于其他處理，可見密植時(shí)單位面積穴數(shù)增加致使有效穗數(shù)升高，是產(chǎn)量增加的重要原因，但單位面積穗數(shù)的增加也引起了每穗粒數(shù)的降低，反之CK 和M5處理每穗粒數(shù)顯著增加，分別為每穗132.2粒和133.3粒。各處理間結(jié)實(shí)率差異不顯著，但M3處理結(jié)實(shí)率低于其他處理，可能與過度密植引起灌漿不足有關(guān)。M1和M2處理千粒重最高，密植使單位面積有效穗數(shù)增加，同時(shí)也存在結(jié)實(shí)率和千粒重下降問題，但行株距配置密度相同的M2 與M4 處理，雖然有效穗數(shù)M2低于M4（差異不顯著），但M2處理千粒重顯著高于M4處理，從而使產(chǎn)量保持在較高水平，說明寬窄行栽植可在保證穩(wěn)定的有效穗數(shù)基礎(chǔ)上有利于后期籽粒灌漿成粒，最終形成高產(chǎn)。

表3 不同行株距配置對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 3 Effects of different spacing on rice grain yield and its components

2.2 不同行株距配置對(duì)水稻各層葉面積指數(shù)的影響

從整體上看（表4），M4 配置的群體葉面積指數(shù)最大，為9.40，而寬窄行栽植形式各層葉面積指數(shù)分布低于其他配置。其中M2處理最低，為7.36。各處理間以80cm 以上冠層高度差異最大，M1、M2寬窄行栽植最低，為2.20，M3處理最高，為3.40，這與栽植方式引起的劍葉和穗部的受光姿態(tài)變化有關(guān)。適當(dāng)?shù)奶岣咴灾裁芏扔欣谒井a(chǎn)量潛力的發(fā)揮，增加密度雖然可獲得較高的穗數(shù)，但容易出現(xiàn)莖蘗數(shù)過多和LAI 過大現(xiàn)象，影響群體質(zhì)量和齊穗灌漿后干物質(zhì)積累，引起穗粒數(shù)或結(jié)實(shí)率的下降，在相同密度條件下，寬窄行栽植可通過改變空間配置來調(diào)整葉面積指數(shù)，改善群體。

表4 不同行株距配置對(duì)水稻齊穗期各層葉面積指數(shù)的影響Table 4 Effects of different spacing on the leaf area index of rice at different canopy heights at full heading stage

2.3 不同行株距配置對(duì)水稻各層消光系數(shù)的影響

從整體來看（表5），各層消光系數(shù)大小表現(xiàn)為：80cm以上層＞60～80cm層＞40～60cm層＞20～40cm層＞0～20cm層，即各層消光系數(shù)從上到下依次降低，這與太陽有效光合輻射透過率的變化相一致。通過對(duì)比，在寬窄行配置下，各層消光系數(shù)整體顯著高于其他處理；在M3 和M4 配置下，各層消光系數(shù)較小，說明在密植行株距配置下，25cm等行距栽植形式光能截獲能力最弱，寬窄行栽植為可獲得充分光能截獲的栽植形式。

2.4 不同行株距配置對(duì)水稻劍葉光合特性的影響

分析不同栽植方式對(duì)水稻劍葉光合特性的影響可知（表6），寬窄行栽植模式下M2 劍葉凈光合速率最高，為30.07μmol·m-2·s-1，顯著高于其他非寬窄行栽植方式，相對(duì)應(yīng)的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率也隨之升高，但是差異不顯著。胞間CO2濃度顯著低于25cm行距栽植方式。說明寬窄行栽植模式提高了田塊內(nèi)整體的通風(fēng)透光性。

表6 不同行株距配置對(duì)水稻齊穗期劍葉光合特性的影響Table 6 Effects of different spacing on functional leaves of photosynthetic at full heading stage

2.5 不同行株距配置對(duì)水稻產(chǎn)量和光、溫生產(chǎn)效率的影響

由表7可見，群體上3層消光系數(shù)與產(chǎn)量、每穗粒數(shù)、千粒重呈正相關(guān)。上3層葉面積指數(shù)與產(chǎn)量、結(jié)實(shí)率、千粒重負(fù)相關(guān)。劍葉光合速率與產(chǎn)量和穗數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。由此可見，寬窄行栽植模式下產(chǎn)量的提高得益于劍葉凈光合速率顯著高于25cm 行距栽植方式和30cm 行距常規(guī)栽植方式。為了進(jìn)一步分析不同行株距配置對(duì)光、溫資源的利用情況，分析比較了不同處理的光、溫生產(chǎn)效率（表8），該地區(qū)水稻光、溫生產(chǎn)效率均較高，（33+17）cm×17cm 寬窄行栽植形式的光、溫生產(chǎn)效率可高于對(duì)照18.89%。

表7 不同行株距配置冠層結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量構(gòu)成的相關(guān)系數(shù)Table 7 Correlation coefficients of canopy configuration and yield components

表8 不同行株距配置的光、溫生產(chǎn)效率Table 8 Effects of different spacing on rice light and temperature production efficiency

3 討論與結(jié)論

適宜的密度能平衡水稻群體和個(gè)體生長(zhǎng)之間制約關(guān)系，協(xié)同提高群體數(shù)量和質(zhì)量［31］。針對(duì)合理密植前人早有研究[32-34]，認(rèn)為密度與水稻產(chǎn)量性狀顯著相關(guān)，穗數(shù)隨著密度增加而顯著增加，穗粒數(shù)顯著降低，結(jié)實(shí)率和千粒重?zé)o明顯變化。本研究也得到與之前研究較為一致結(jié)論：增密71.4% 和41.1% 條件下單位面積有效穗數(shù)和產(chǎn)量顯著高于增密25%（行株距30cm×16cm）和常規(guī)栽植密度（行株距30cm×20cm），除行株距（33+17）cm×17cm 栽植密度外，穗粒數(shù)顯著降低，結(jié)實(shí)率差異不顯著。寬窄行栽植形式千粒重明顯增加，與30cm 等行距密度差異顯著，且行株距（33+17）cm×17cm 配置千粒重顯著高于同密度25cm×17cm 栽植形式。群體密植，單位面積穗數(shù)和產(chǎn)量雖顯著增加，但個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)惡劣，容易導(dǎo)致籽粒不飽滿，結(jié)實(shí)率降低，本研究中寬窄行密植可在保證穩(wěn)定有效穗數(shù)基礎(chǔ)上有利于后期籽粒灌漿形成高產(chǎn)。

水稻寬窄行栽培是指插秧行距實(shí)行一寬一窄的栽培方式，利用作物邊際優(yōu)勢(shì)增產(chǎn)，改善群體通風(fēng)、透光度，有利于在抽穗期形成理想冠層結(jié)構(gòu)，增加下部葉片光照，提高單位葉面積的光合效率，提高水稻生育后期干物質(zhì)生產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)，提高每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率[35-36]。但蔡炎等[37-38]認(rèn)為寬窄行栽培目的是在密植條件下借以利用邊行優(yōu)勢(shì)，但窄行距離太小，加之株間距小，稻株發(fā)展不平衡，未顯示增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)?？梢姡瑢捳性耘嘣霎a(chǎn)效果存在較大爭(zhēng)議。葉面積指數(shù)是反映作物群體合理冠層結(jié)構(gòu)的重要調(diào)控指標(biāo)。前人多認(rèn)為密度越大，葉面積指數(shù)越大[39-40]。本研究中葉面積指數(shù)變化規(guī)律與之相一致。不同的是相同栽植密度條件下，寬窄行栽植形式葉面積指數(shù)更小，行株距（33+17）cm×17cm配置40cm以下和80cm以上冠層葉面積指數(shù)顯著低于相同株距和密度條件下25cm 等行距栽植形式，但穗粒數(shù)和千粒重顯著增加，同樣維持在較高產(chǎn)量水平。適度提高密度有利于增產(chǎn)，但容易導(dǎo)致莖蘗數(shù)過多和葉面積指數(shù)過大，降低群體質(zhì)量和花后干物質(zhì)積累量，引起穗粒數(shù)或結(jié)實(shí)率的下降，寬窄行密植可通過改變空間配置來調(diào)整葉面積指數(shù)，改善群體。此外前人對(duì)水稻生育后期光合特性廣泛研究表明，通過提高單葉光合速率來提高光能轉(zhuǎn)化率，從而提高水稻產(chǎn)量[41-43]。本研究中寬窄行栽植模式下消光系數(shù)和劍葉凈光合速率較高，與25cm 行距栽植方式達(dá)到了顯著水平，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光、熱資源的高效利用。寬窄行栽植可優(yōu)化密植群體的冠層結(jié)構(gòu)而獲得高產(chǎn)，為北方粳稻行株距配置、寬窄行栽培增產(chǎn)原理研究奠定了理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

寬窄行密植可通過改變空間配置來改善傳統(tǒng)密植引起莖蘗數(shù)過多和LAI 過大，降低群體質(zhì)量引起穗粒數(shù)或結(jié)實(shí)率的下降問題，可提高劍葉凈光合速率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提升，通過利用（33+17）cm×17cm 寬窄行栽植模式，溫、光生產(chǎn)效率可高于對(duì)照18.89%，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光、熱資源的高效利用。