匡 煒，魏 征，戴 力，趙 楊，梁玉剛，羅先富，張玉燭，方寶華

(湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125)

民以食為天，食以稻為先。水稻是世界主要的糧食作物之一，世界上超過60%的人口以水稻為主食[1]。我國是世界上最早培育和種植水稻的國家，也是水稻種植、生產(chǎn)和消費的大國，其種植面積約占全球的18%，僅次于印度，位居世界第二，水稻總產(chǎn)約占全球27%，位居全球榜首，其單產(chǎn)高于全球平均單產(chǎn)50%，消費約占世界的29%[2-4]。實現(xiàn)水稻的穩(wěn)定高產(chǎn)對解決糧食安全問題非常有現(xiàn)實意義。

近年來，隨著人口的老齡化以及農(nóng)村勞動力的不斷遷移減少，以及化肥農(nóng)藥等成本不斷提高，傳統(tǒng)的糧食作物生產(chǎn)方式變得越來越困難；隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，通過機械代替人工勞動力成為可能，因此發(fā)展現(xiàn)代機械化農(nóng)業(yè)將成必然[5-8]。目前水稻機械化種植方式主要有機械插秧、機械直播等[9-10]。機插能增強植株抗倒伏性、提高產(chǎn)量、增加經(jīng)濟效益，但育苗需要花費人力物力，移栽時會出現(xiàn)傷苗的可能[10-12]；機直播不會有機插時的傷苗過程，更加省時省力節(jié)約成本、節(jié)約秧苗，還能提高穗數(shù)和產(chǎn)量、增強適應(yīng)性和提高生產(chǎn)效率[13-15]。

本研究通過多年的定點試驗，探究了不同品種在人工模擬機插和機直播的大田試驗表現(xiàn)，并篩選出表現(xiàn)更加優(yōu)秀的種植方式和品種進(jìn)行搭配，進(jìn)而在極大地減少人工、物力和成本的情況下保證產(chǎn)量，旨在為今后構(gòu)建出更加簡單合理的機械栽培體系提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗品種

供試品種如表1：早稻共14個品種(A1～A14)，晚稻共12個品種(A15～A26)，品種均由湖南省水稻研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017—2019年在湖南省郴州市安仁縣農(nóng)科院基地進(jìn)行(N26.68°，E113.26°)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。試驗土壤有機質(zhì)含量20.6 g/kg、全氮含量1.7 g/kg、全磷含量0.6 g/kg、全鉀含量26.4 g/kg、堿解氮含量156.2 mg/kg、有效磷含量21.7 mg/kg、速效鉀含量128.6 mg/kg，pH值6.2。

表1 試驗品種名稱及編號Tab.1 Coding and name of tested cultivars

采用二因素裂區(qū)設(shè)計(種植方式為主區(qū)，品種為裂區(qū))，裂區(qū)面積20 m2(4 m×5 m)，重復(fù)3次，早稻、晚稻均設(shè)計模擬機直播(DS；標(biāo)準(zhǔn)化機直播浸種處理后人工直播)和模擬機插秧(TP；標(biāo)準(zhǔn)化機插秧育苗后人工移栽于大田)2種方式。直播方式，通過浸種消毒催芽后直接播種大田，密度為25 cm×12 cm，播種量為3～5粒/穴；移栽方式，密度為25 cm×14 cm，每穴2～4根苗。尿素(總氮≥46%)用量325 kg/hm2，m基肥：m蘗肥：m穗肥=5∶3∶2；磷肥(P2O5)用量75 kg/hm2，全部用作基肥；鉀肥(K2O)總用量150 kg/hm2，m基肥：m穗肥=1∶1，根據(jù)當(dāng)?shù)亓?xí)慣管理水分和病蟲草害防治。

1.3 指標(biāo)測定與方法

生育期記載：記載播種期、分蘗盛期、齊穗期和成熟期。干物質(zhì)測定：在成熟期時測定干物質(zhì)積累量。實際產(chǎn)量測定：各小區(qū)分收分曬測定實際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft excel 2016和SPSS 24.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植方式對水稻生育期的影響

不同品種的生育期天數(shù)在不同年度均表現(xiàn)為直播小于或等于移栽(圖1)，直播種植方式能夠縮短水稻的生育期。同一品種在不同年度，直播方式比移栽方式縮短的生育期天數(shù)表現(xiàn)不同，其中早稻品種直播平均生育期較移栽縮短7 d ，晚稻品種平均縮短8 d(全部品種縮短天數(shù)為0～20 d)。在不同年限下，直播種植方式的生育期波動比移栽方式更為穩(wěn)定(直播方式為1～11 d，其中僅2個品種在3 a試驗中波動天數(shù)超過10 d；移栽方式為1～15 d，其中僅5個品種在3 a試驗中波動天數(shù)低于10 d)。

圖1 不同種植方式下不同品種全生育期Fig.1 The whole growth period of different varieties under different planting methods

2.2 不同種植方式對水稻產(chǎn)量的影響

不同水稻品種在不同種植方式下產(chǎn)量的表現(xiàn)如表2所示，2017，2018年有超過92.80%的早稻品種產(chǎn)量表現(xiàn)為直播方式高于移栽方式，而2019年的多數(shù)早稻品種產(chǎn)量表現(xiàn)與前2 a相反；2017，2019年全部晚稻品種產(chǎn)量表現(xiàn)均為直播方式高于移栽方式，2018年也有超過91.60%的晚稻品種表現(xiàn)為直播方式高于移栽方式。僅通過不同種植方式的比較發(fā)現(xiàn)，直播方式早稻平均產(chǎn)量在2017，2018年均顯著高于移栽(P<0.05)，2019年直播平均產(chǎn)量顯著低于移栽(P<0.05)；直播晚稻產(chǎn)量在3 a均顯著高于移栽(P<0.05)。綜合比較水稻年產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，直播方式產(chǎn)量3 a均顯著高于移栽，其中2017年高出29.71%，2018年高出12.37%，2019年高出7.15%。

早稻直播產(chǎn)量最高的是品種株兩優(yōu)829(A3，2017,2018年)、煜兩優(yōu)4156(A5，2019年)；早稻移栽產(chǎn)量最高的品種是株兩優(yōu)829(A3，2017年)、陵兩優(yōu)942(A11，2018年)和煜兩優(yōu)4156(A5，2019年)。晚稻直播產(chǎn)量最高的品種為野香優(yōu)2號(A23，2017年)、桃優(yōu)香占(A18，2018年)、玫兩優(yōu)黃華占(A15，2019年)；晚稻移栽產(chǎn)量最高的品種為兩優(yōu)黃華占(A15，2017年)、野香優(yōu)2號(A23，2018，2019年)。綜合3 a大田試驗產(chǎn)量表現(xiàn)，直播方式穩(wěn)定高產(chǎn)的早稻品種有株兩優(yōu)829(A3，產(chǎn)量為6.02～10.90 t/hm2)和煜兩優(yōu)4156(A5，6.49～10.22 t/hm2)、晚稻品種有五優(yōu)308(A21，10.43～12.65 t/hm2)；移栽方式穩(wěn)定高產(chǎn)的早稻品種有陵兩優(yōu)942(A11，6.60～9.42 t/hm2)和中早35(A13，6.82～8.80 t/hm2)、晚稻品種有玫兩優(yōu)黃華占(A15，8.74～11.07 t/hm2)。

早晚稻產(chǎn)量在品種、種植方式、年度均存在極顯著差異(表3)。早稻產(chǎn)量的品種×種植方式和品種×種植方式×年度的交互不顯著，其他交互均極顯著(P<0.01)；晚稻產(chǎn)量所有交互效應(yīng)均極顯著(P<0.01)。

表2 不同種植方式下各品種產(chǎn)量的表現(xiàn)Tab.2 Yield performance of various cultivars in different years and planting patterns t/hm2

2.3 不同種植方式對地上部干物質(zhì)積累量的影響

干物質(zhì)積累量隨著植株的生長而逐漸增加，在成熟期時達(dá)到最大值，通過比較發(fā)現(xiàn)，早稻直播分蘗盛期的干物質(zhì)積累量均低于移栽方式，其他時期同品種在不同年限和不同種植方式存在一定的波動變化(圖2)。

早晚水稻3個時期的干物質(zhì)積累量在品種、年度、種植方式間均存在極顯著差異(表4)。早稻任何時期的品種×種植方式、品種×年度、種植方式×年度、品種×種植方式×年度的互作效應(yīng)均極顯著(P<0.01)；晚稻除分蘗盛期的年度×種植方式互作效應(yīng)不顯著，其他互作效應(yīng)均極顯著(P<0.01)。品種、年度和種植方式改變均可能引起水稻干物質(zhì)積累量變化。

表3 早晚稻產(chǎn)量在品種、年度和種植方式間的方差分析Tab.3 Variance analysis of early and late rice yield among varieties，years and planting methods

Mt.分蘗盛期;Fh.齊穗期;Ms.成熟期;Ds.直播;TP.移栽。Mt.Maximum tillering stage；Fh.Full heading stage；Ms.Maturing stage；DS.Diret seeding；TP .Transplanting.

表4 水稻不同時期干物質(zhì)積累量在品種、年度及種植方式間的方差分析Tab.4 Variance analysis of dry matter weight of rice in different periods in varieties，years and planting methods

2.4 產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量的關(guān)系

水稻產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量的線性關(guān)系如圖3所示，通過線性回歸協(xié)方差檢驗產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量均存在相關(guān)性，產(chǎn)量隨著干物質(zhì)積累量增加而增加的正相關(guān)。直播模式的線性回歸的決定系數(shù)(R2)均高于移栽模式。其中除2017年(圖3-A)移栽模式產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量不顯著外，其他的均存在極顯著線性關(guān)系(P<0.01)。

圖3 不同種植方式下產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量的關(guān)系Fig.3 The relationship between yield and dry matter accumulation under different planting methods

3 結(jié)論與討論

3.1 種植方式對水稻生育期的影響

水稻直播方式與移栽方式相比能夠縮短生育期，不同品種縮短天數(shù)也存在差異，本試驗中縮短最長的天數(shù)為20 d，與前人的研究結(jié)論一致[16-17]。移栽方式是將育好的秧苗從育苗的地方轉(zhuǎn)移到新的大田環(huán)境，這過程可能會導(dǎo)致對秧苗造成一定損傷，進(jìn)而造成秧苗生長變慢，在進(jìn)入新環(huán)境后重新扎根生長也需要一定的返青時間，而直播直接播種于大田無此過程，直播的營養(yǎng)生長期相對縮短，生殖期不變，最終導(dǎo)致全生育期縮短[17-18]。本研究是人工模擬機插，如果是真實的機插移栽，其機械傷苗過程可能更為明顯，生育期縮短可能會更為明顯。

本試驗還發(fā)現(xiàn)，同一品種在不同年度直播生育期縮短天數(shù)也存在較大的差異，在2017，2018年大多數(shù)品種的生育期縮短天數(shù)在10 d以內(nèi)，而在2019年大多數(shù)品種縮短的天數(shù)超過了10 d。分析發(fā)現(xiàn)，2019年直播的生育期較前2 a沒有什么改變，主要是移栽方式的生育期變長了。引起生育期發(fā)生改變重要的原因就是2 a氣象條件，本試驗發(fā)現(xiàn)，直播方式下的水稻生育期天數(shù)波動較小，而移栽方式下波動明顯，這其中原理值得探究。

3.2 種植方式對水稻產(chǎn)量和干物質(zhì)的影響

水稻的種植方式不同會對引起產(chǎn)量和干物質(zhì)的改變，與前人研究結(jié)論一致[19-23]。探究合適的種植方式能夠簡單有效地發(fā)揮水稻的增產(chǎn)潛力[24-26]。周紅英等[21]研究發(fā)現(xiàn)，不同種植方式的產(chǎn)量和干物質(zhì)積累有較明顯的差異，其產(chǎn)量的差異主要來源于每穗總粒數(shù)。李杰等[22]研究發(fā)現(xiàn)，造成不同種植方式產(chǎn)量差異顯著的主要原因是千粒質(zhì)量和結(jié)實率存在顯著差異。任萬軍等[27]研究發(fā)現(xiàn)，免耕高留茬拋秧可以明顯提高土壤機質(zhì)含量、全氮含量、全鉀和速效氮含量。種植方式發(fā)生改變，種植密度以及所經(jīng)歷的環(huán)境也會存在差異，水稻能利用的溫、光、水和肥都會發(fā)生改變，最終導(dǎo)致水稻的干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量受到影響，探究一個地區(qū)適宜的種植方式，不僅能夠提高水稻產(chǎn)量還能更加有效地利用土壤肥力和自然資源。

在本試驗中，直播方式全年平均產(chǎn)量均高于移栽方式，除了直播種植密度稍密一些外，還可能是直播從播種開始就生存在殘酷的自然環(huán)境下，在大自然的優(yōu)勝劣汰下，能夠存活下來的都是能夠適應(yīng)環(huán)境的壯苗，相比移栽方式的秧苗應(yīng)對自然環(huán)境改變的抵抗能力可能更強。

機械化種植與傳統(tǒng)種植方式相比可以有效地降低水稻的生產(chǎn)成本，其中機械直播降低成本最佳[28-29]。隨著勞動力變得稀缺和珍貴，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植成本將變得越來越高，加之我國機械種植技術(shù)不斷的發(fā)展和機械種植面積不斷擴大，現(xiàn)代機械化農(nóng)業(yè)將成必然[30]。

通過模擬機插秧和機直播比較發(fā)現(xiàn)，直播方式的水稻全生育期更短，以及全年的雙季稻平均產(chǎn)量也高于移栽方式(2017，2018年達(dá)到顯著水平)。并發(fā)掘出3 a產(chǎn)量均表現(xiàn)更佳且穩(wěn)定的水稻品種，其中在早稻直播中為品種株兩優(yōu)829(A3)、煜兩優(yōu)4156(A5)，在早稻移栽中為品種陵兩優(yōu)942(A11)；在晚稻直播中表現(xiàn)更好的品種為五優(yōu)308(A21)；晚稻移栽中表現(xiàn)更好的品種為兩優(yōu)黃華占(A15)。3 a平均年產(chǎn)量以早晚稻直播方式產(chǎn)量更高，以及與之相應(yīng)搭配的早晚稻穩(wěn)定高產(chǎn)的品種生育期3 a試驗均低于105 d，能夠有效地銜接早晚稻種植，適宜當(dāng)?shù)赝茝V實踐。