楊曉龍，汪本福，李 陽(yáng)，張枝盛，張作林，潘高峰，王 彪，楊藍(lán)天，程建平

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/糧食作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430064；2.襄陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441057）

水稻（OryzasativaL.）是中國(guó)重要的糧食作物，水稻生產(chǎn)機(jī)械化是保證水稻高產(chǎn)的重要內(nèi)容之一，也是保證中國(guó)糧食安全的重要措施之一［1］。21世紀(jì)以來(lái)，隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移和勞動(dòng)力成本的上漲，多熟制種植模式的興起和生育期短、抗倒、產(chǎn)量高的水稻品種育成以及除草技術(shù)的改進(jìn)，水稻種植方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，直播成為水稻生產(chǎn)的主要方式之一［2，3］。

水稻機(jī)械化直播在歐美等國(guó)應(yīng)用普遍，近年來(lái)在東南亞及韓國(guó)、日本等國(guó)的發(fā)展速度也很快［4］。在中國(guó)積溫比較富裕的水稻產(chǎn)區(qū)，經(jīng)營(yíng)規(guī)模大、經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的稻區(qū)發(fā)展水稻直播機(jī)械化種植是趨勢(shì)。一些稻田耕作區(qū)位于丘陵地帶，田面高低不平且種植面積小，造成國(guó)內(nèi)水稻機(jī)械直播的發(fā)展相對(duì)緩慢［5］。無(wú)人機(jī)直播是在水稻機(jī)械化種植基礎(chǔ)上研制的一項(xiàng)新技術(shù)，具有作業(yè)效率和智能化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、適宜規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，節(jié)約了種植成本，提高了生產(chǎn)效率和種植效益。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021年湖北省水稻直播面積近100萬(wàn)hm2，但直播水稻無(wú)人機(jī)輕簡(jiǎn)化技術(shù)處于發(fā)展中，還存在播種精準(zhǔn)度、均勻度不夠，齊苗全苗較難，肥料施用粗放等問(wèn)題［6，7］，因此，湖北省無(wú)人機(jī)直播水稻面積占直播稻面積的比例相對(duì)較小。中國(guó)無(wú)人機(jī)直播水稻的種植方式主要有撒播和條播2種形式，其中撒播主要是通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的圓盤將露白的干種子甩出，條播主要是通過(guò)氣流將種子從管道成行排出［8］。研究報(bào)到指出，無(wú)人機(jī)播種效率顯著高于機(jī)械直播和人工撒播，直接效率為30 min/hm2，遠(yuǎn)高于機(jī)械直播的225 min/hm2，但是無(wú)人機(jī)直播的產(chǎn)量略低于機(jī)械穴直播［9］。程鵬等［10］研究認(rèn)為在傳統(tǒng)稻田進(jìn)行無(wú)人機(jī)撒播可以顯著提高稻田秧苗素質(zhì)和地上部干物質(zhì)積累，但也因?yàn)榈狗鼏?wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)量顯著低于機(jī)械穴直播。目前無(wú)人機(jī)直播在蝦稻田里的應(yīng)用探究鮮見(jiàn)報(bào)道，在此背景下，本試驗(yàn)選用湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所培育的常規(guī)稻品種蝦稻1號(hào)，在蝦稻模式下對(duì)機(jī)械精量穴直播、無(wú)人機(jī)撒播和無(wú)人機(jī)條播3種播種方式進(jìn)行比較，以期為蝦稻1號(hào)在蝦稻共作模式中的高效栽培提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2022年6—10月在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄂州基地試驗(yàn)站內(nèi)（30°39′N，114°62′E）進(jìn)行。土壤為黏質(zhì)土，土壤pH為6.5，有機(jī)質(zhì)占1.12%，總氮含量為2.55 g/kg，速效磷含量為11.5 mg/kg，速效鉀含量為120.3 mg/kg。

水稻品種采用湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成的常規(guī)水稻品種蝦稻1號(hào)。水稻直播采用2BD-10普通型水稻精量穴直播機(jī)，飛機(jī)直播采用大疆T30型號(hào)無(wú)人機(jī)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)采取單因素大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，不設(shè)重復(fù)，小區(qū)面積1 333.4 m2。試驗(yàn)設(shè)置機(jī)械精量穴直播（T1，Mechanical hill-direct-seeding），無(wú)人機(jī)撒播（T2，UAV broadcast sowing）和無(wú)人機(jī)條播（T3，UAV drill sowing）。氮磷鉀按照質(zhì)量比210∶90∶150的比例施肥。其中全部的磷肥、30%氮肥、50%鉀肥作為底肥一次性施入；剩余的氮肥分別以分蘗肥和穗肥各50%施入，剩余的50%鉀肥在孕穗時(shí)施入。播種前種子浸泡至露白并晾干至種子不粘連，于2022年6月17日播種，所有處理按照90 kg/hm2的播種量進(jìn)行水直播，其中，T1和T3均按照行距25 cm、株距10 cm播種。小區(qū)之間做高30 cm、寬50 cm的田埂，并用塑料薄膜包裹，以防小區(qū)間串肥串水，期間水分管理按照間歇灌溉模式進(jìn)行灌水。其他病蟲草害均按照常規(guī)管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 光合速率 于水稻齊穗期選擇劍葉，利用Li-6400 XT型（Li-Cor，Lincoln，NE，USA）光合儀，在9：00—11：00進(jìn)行測(cè)定。儀器保持開放氣路，人工光源，樣本室內(nèi)氣流速率為500μmol/s，光強(qiáng)設(shè)定為1 500μmol/（m2·s），測(cè)定葉的最寬部，計(jì)算出葉面積。

1.3.2 SPAD 于水稻分蘗期、孕穗期、齊穗期和乳熟期測(cè)定葉片SPAD，取水稻冠層上部完全展開葉，測(cè)定儀器選用日本SPAD 502型（Soil-Plant analysis development section，Minolta Camera Co Osaka，Japan），分別于每片葉片的頂部、中部、基部進(jìn)行測(cè)定，取平均值。

1.3.3 干物質(zhì)積累 于水稻齊穗期和成熟期在每個(gè)小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的水稻植株（0.5 m），將植株地上部分分解為莖稈、葉片、穗三部分，在烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，并測(cè)定其重量。莖（葉）轉(zhuǎn)運(yùn)量（kg/hm2）=齊穗期干物質(zhì)-成熟期干物質(zhì)量；干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/齊穗期干物質(zhì)量×100%；干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)穗的貢獻(xiàn)率=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/（成熟期穗重-齊穗期穗重）×100%。

1.3.4 葉面積指數(shù) 齊穗期采用SunScan冠層分析儀（Delta公司，英國(guó)），測(cè)定齊穗期和收獲期水稻群體的葉面積指數(shù)（LAI，Leaf area index）。

1.3.5 考種、測(cè)產(chǎn) 水稻成熟時(shí)在每個(gè)處理大區(qū)內(nèi)分別取3個(gè)5 m2用于測(cè)定產(chǎn)量，人工收割后，脫粒，并將其置于自然條件下風(fēng)干。然后，將各處理的稻谷分別風(fēng)選，清除雜質(zhì)和空癟粒。先稱量測(cè)產(chǎn)稻谷的風(fēng)干總重量，然后采用谷物水分儀（DMC-700，Seedburo，Chicago，IL，USA）測(cè)其水分含量，通過(guò)秈稻標(biāo)準(zhǔn)含水量（13.5%）計(jì)算產(chǎn)量。其中T1和T3直播處理按照平均有效穗取10株，T2直播處理取0.5 m2用于考種測(cè)定有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行整理，使用Origin 7.5軟件制圖，以軟件SAS 9.0（SASInstitute，Cary，NC）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同直播方式對(duì)葉面積指數(shù)的影響

由圖1可知，不同直播模式下，水稻齊穗期葉面積指數(shù)存在顯著差異。其中，無(wú)人機(jī)撒播模式下的齊穗期葉面積指數(shù)較無(wú)人機(jī)條播和機(jī)械精量穴直播分別顯著增加7.32%和18.4%，無(wú)人機(jī)條播相較于機(jī)械精量穴直播顯著增加10.3%。

圖1 不同直播模式下齊穗期葉面積指數(shù)的變化

2.2 不同直播方式對(duì)葉片SPAD的影響

由圖2可知，不同直播模式下，水稻分蘗期和孕穗期的葉片SPAD無(wú)顯著差異。隨著水稻生育期的推進(jìn)，無(wú)人機(jī)撒播和無(wú)人機(jī)條播模式下的齊穗期葉片SPAD較機(jī)械精量穴直播分別顯著增加9.45%和9.37%，其中無(wú)人機(jī)撒播和無(wú)人機(jī)條播直播處理之間無(wú)顯著差異；成熟期與齊穗期基本保持相同的規(guī)律。

圖2 不同直播方式下葉片SPAD的變化

2.3 不同直播方式對(duì)齊穗期劍葉光合速率的影響

由圖3可知，相較于機(jī)械精量穴直播，無(wú)人機(jī)撒播和無(wú)人機(jī)條播模式下的齊穗期劍葉凈光合速率分別增加12.1%和8.22%，其中，無(wú)人機(jī)撒播處理模式顯著高于機(jī)械精量穴直播處理模式。此外，無(wú)人機(jī)撒播處理模式較無(wú)人機(jī)條播處理有增加的趨勢(shì)，但是二者之間差異不顯著。

圖3 不同直播方式下齊穗期劍葉凈光合速率的變化

2.4 不同直播方式對(duì)地上部干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表1可知，機(jī)械精量穴直播的莖稈和葉片轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和干物質(zhì)對(duì)穗的轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率與無(wú)人機(jī)直播之間差異顯著，但是無(wú)人機(jī)撒播對(duì)地上部干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)與無(wú)人機(jī)條播之間無(wú)顯著的影響。其中，在無(wú)人機(jī)撒播和無(wú)人機(jī)條播直播模式下，莖稈的轉(zhuǎn)運(yùn)量較機(jī)械精量穴直播分別顯著增加了37.1%和41.1%，葉片的轉(zhuǎn)運(yùn)量分別顯著增加了40.6%和29.4%；莖稈轉(zhuǎn)運(yùn)率分別顯著提高了8.0、5.3個(gè)百分點(diǎn)，葉片轉(zhuǎn)運(yùn)率分別顯著提高了7.7、5.6個(gè)百分點(diǎn)；莖稈對(duì)穗的轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率分別顯著提高了10.4、9.8個(gè)百分點(diǎn)，葉片對(duì)穗的轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率分別顯著提高了6.2、4.2個(gè)百分點(diǎn)。

表1 不同直播方式對(duì)地上部干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.5 不同直播方式對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表2可知，不同直播方式對(duì)產(chǎn)量的影響存在顯著差異。在機(jī)械精量穴直播、無(wú)人機(jī)撒播和無(wú)人機(jī)條播直播模式下的產(chǎn)量分別為8.05、9.52、8.52 t/hm2。無(wú)人機(jī)撒播模式下的產(chǎn)量相較于機(jī)械精量穴直播和無(wú)人機(jī)條播分別顯著增加了18.3%和11.7%，無(wú)人機(jī)條播模式下的產(chǎn)量相較于機(jī)械精量穴直播顯著增加5.8%?？傮w來(lái)看，無(wú)人機(jī)直播處理（T2、T3）下其產(chǎn)量相較于機(jī)械精量穴直播增加12.0%。無(wú)人機(jī)直播產(chǎn)量增加的主要原因是有效穗和千粒重的增加，其中，有效穗增加了14.3%，千粒重增加了4.9%。

表2 不同直播方式對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，常規(guī)稻蝦稻1號(hào)在蝦稻共作模式中通過(guò)無(wú)人機(jī)直播可以獲得較好的產(chǎn)量表現(xiàn)。其中，在無(wú)人機(jī)撒播的直播模式下產(chǎn)量為9.52 t/hm2，無(wú)人機(jī)條播的直播模式下產(chǎn)量為8.52 t/hm2，相較于現(xiàn)在流行的機(jī)械精量穴直播模式下產(chǎn)量（8.05 t/hm2）顯著增加了12.0%，該研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果相似［11］。但也有研究認(rèn)為無(wú)人機(jī)撒播模式下產(chǎn)量顯著低于機(jī)械穴直播，機(jī)械穴直播模式下有序的群體結(jié)構(gòu)有助于水稻光溫資源的有效利用，促進(jìn)了田間有效穗的形成，提高了結(jié)實(shí)率和千粒重［10］。這種產(chǎn)量的差異可能與播種量、播種深度以及后期的水肥管理相關(guān)。本研究中，水稻直播的播期是在6月7日，有效避開了2022年的高溫干旱天氣，同時(shí)該試驗(yàn)是在蝦稻田塊中進(jìn)行，保證了田間水源的充足，合理的水肥管理使得田間未發(fā)生倒伏是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量穩(wěn)定的關(guān)鍵。水稻直播方式不同導(dǎo)致建立的生長(zhǎng)群體存在差異，間接影響了水稻對(duì)環(huán)境溫度、光照和肥料養(yǎng)分等資源的響應(yīng)機(jī)制，從而最終影響產(chǎn)量［12］。魏海燕等［13］認(rèn)為構(gòu)建合理的群體以增強(qiáng)葉片光合生產(chǎn)能力是穩(wěn)定稻谷產(chǎn)量的前提，提高花后群體光合積累是作物群體質(zhì)量的核心指標(biāo)，這與本試驗(yàn)中無(wú)人機(jī)撒播直播模式下其葉片具有較高的葉綠素含量和凈光合速率的結(jié)果一致。葉片作為水稻重要的源器官，通過(guò)碳捕獲和再活化過(guò)程，為子粒提供各種營(yíng)養(yǎng)組分。水稻早衰是制約直播稻發(fā)展的重要瓶頸，葉片早衰導(dǎo)致葉綠體的類囊體解體、線粒體外膜降解、液泡膜破裂，最后使水解酶釋放到細(xì)胞質(zhì)中，引起細(xì)胞凋亡和光合能力喪失，嚴(yán)重影響產(chǎn)量［14，15］。旱播旱管模式下引發(fā)的葉片早衰導(dǎo)致水稻弱勢(shì)粒的灌漿啟動(dòng)晚、獲取光合同化產(chǎn)物的競(jìng)爭(zhēng)力弱，使弱勢(shì)粒不能通過(guò)正常的兩段灌漿得到“補(bǔ)償”，因而導(dǎo)致其生理活性徹底喪失和空癟粒的大幅增加［16］。如果水稻花后功能葉壽命能夠延長(zhǎng)1 d，水稻產(chǎn)量可增加1%～2%，實(shí)現(xiàn)“擴(kuò)源增庫(kù)”，進(jìn)而提高產(chǎn)量，因此花后葉片光合產(chǎn)物的積累能否滿足子粒灌漿需求是實(shí)現(xiàn)稻谷產(chǎn)量穩(wěn)定的關(guān)鍵［17］。本研究中齊穗期至灌漿乳熟期，無(wú)人機(jī)撒播和無(wú)人機(jī)條播模式下的水稻葉片SPAD較機(jī)械精量穴直播分別顯著增加9.45%和9.37%，在一定程度上表明無(wú)人機(jī)直播模式在延緩水稻早衰、增強(qiáng)花后葉片持綠性方面具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)增加花后光合產(chǎn)物積累具有一定的貢獻(xiàn)。同時(shí)本研究數(shù)據(jù)表明，機(jī)械精量穴直播的莖稈和葉片轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和干物質(zhì)對(duì)穗的轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率顯著低于無(wú)人機(jī)撒播和無(wú)人機(jī)條播2種模式，地上部干物質(zhì)更多地轉(zhuǎn)移到子粒中是穩(wěn)定產(chǎn)量的關(guān)鍵。從產(chǎn)量構(gòu)成分析結(jié)果可知，無(wú)人機(jī)撒播能夠獲得相對(duì)較高的產(chǎn)量主要是因?yàn)橛行霐?shù)的增加，無(wú)人機(jī)直播產(chǎn)量增加的主要原因是有效穗數(shù)和千粒重的增加，其中有效穗數(shù)增加了15.1%。

本試驗(yàn)中，按照90 kg/hm2的用種量播種，通過(guò)無(wú)人機(jī)撒播的方式最大限度地保證播種的均勻性，從而使得該模式下的出苗率和成穗率遠(yuǎn)高于另外2種播種方式。本研究是一年試驗(yàn)的結(jié)果，且未遇到大風(fēng)和長(zhǎng)期雨水天氣，該結(jié)果仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證。杜萌等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在適宜的播種密度下（105 kg/hm2），隨著生育進(jìn)程的進(jìn)行，水稻群體能有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生長(zhǎng)條件，其水稻形態(tài)和光合特性均可以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。但周龍等［19］認(rèn)為無(wú)人機(jī)直播模式下的高密度水稻群體，由于根系分布較淺容易發(fā)生倒伏現(xiàn)象，且播種密度過(guò)大擠占幼苗分蘗空間，導(dǎo)致群體發(fā)育不良、穗小等問(wèn)題，是制約直播稻發(fā)展的重要因素。楊文偉等［20］通過(guò)播深和播量對(duì)直播稻產(chǎn)量進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)播深和播量對(duì)水稻幼苗出苗率有顯著影響，通過(guò)增強(qiáng)發(fā)根力和根系吸收面積促進(jìn)了直播稻幼苗的生長(zhǎng)，同時(shí)改善直播稻群體質(zhì)量，從而穩(wěn)定直播稻產(chǎn)量。

本研究結(jié)果表明，不同直播方式對(duì)蝦稻1號(hào)的產(chǎn)量影響存在顯著差異，無(wú)人機(jī)撒播處理下?lián)P花期后水稻群體具有較高的葉面積指數(shù)，且生育后期葉片SPAD保持較高水平，穩(wěn)定了后期地上部光合干物質(zhì)的積累，提高了干物質(zhì)向子粒的分配運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了有效穗數(shù)和千粒重的增加，最終獲得高產(chǎn)。因此，在蝦稻田中采用無(wú)人機(jī)撒播的直播方式并配合合理的水肥管理技術(shù)，構(gòu)建合理群體、提高葉面積指數(shù)和群體光合效率，增加地上部干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量，是降低直播模式下水稻高密度群體倒伏風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)直播水稻穩(wěn)產(chǎn)能力的保證。