李 陽(yáng)，林義月，2，楊曉龍，汪本福，張枝盛，張作林，余振淵，2，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.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 荊州 434023）

0 引 言

水稻（Oryza sativa L.）是我國(guó)主要的糧食作物，也為全球貢獻(xiàn)28%的產(chǎn)量[1]。當(dāng)前，我國(guó)水稻單產(chǎn)已接近最高產(chǎn)量潛力，增幅趨緩[2]，而農(nóng)資、燃油和勞動(dòng)力等生產(chǎn)成本卻逐漸增高，種田效益進(jìn)一步壓縮，嚴(yán)重影響農(nóng)民種糧積極性。在國(guó)家要產(chǎn)量、農(nóng)民要效益的情況下，改變水稻種植方式，使其向輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化轉(zhuǎn)變、低消耗等方向轉(zhuǎn)變，將是水稻生產(chǎn)的主要目標(biāo)。水稻旱直播技術(shù)是一種將水稻種子直接播入準(zhǔn)備好的旱地土壤中的種植方式[3]，因其可以節(jié)省33.%的育秧成本和勞動(dòng)力成本[4]，被認(rèn)為是一種較優(yōu)的水稻種植方式[5]。

近年來(lái)，我國(guó)水稻旱直播技術(shù)研究發(fā)展迅速，2007年沈陽(yáng)市水稻旱直播穴播技術(shù)產(chǎn)量達(dá)到8.6 t/hm2[6]，2012年湖北省機(jī)械旱直播精量穴播技術(shù)產(chǎn)量達(dá)到10.3 t/hm2[7]，2016年江西機(jī)械旱直播早稻產(chǎn)量達(dá)7.9 t/hm2[8]，2021年沈陽(yáng)市機(jī)械旱條播早稻產(chǎn)量也達(dá)8.4 t/hm2[9]。同時(shí)旱直播也顯著降低淡水消耗，相比傳統(tǒng)移栽稻要消耗人類用水的50%[10]，旱直播技術(shù)采用的是機(jī)械旱整田，省去了灌水泡田過(guò)程，可直接節(jié)約30%灌溉用水量[11]，有報(bào)道黑龍江地區(qū)旱直播水稻可節(jié)水2 435 m3/hm2，節(jié)水率達(dá)19.8%[4]，這對(duì)于一些降雨量不足、分布不均勻、時(shí)空差異較大的地區(qū)尤為重要[12-14]。水稻旱直播技術(shù)相比移栽水稻，還省去了大量育秧期間工作，每畝節(jié)約育秧階段成本25元左右[15]，且有報(bào)道旱直播水稻比傳統(tǒng)移栽稻可增產(chǎn)6.6%～22%[16,17]，顯著提高水稻種植效益。

旱直播水稻播種后的水分管理非常重要，管理不到位容易造成出苗率較低，苗期生長(zhǎng)較慢，穗數(shù)不足[18]，雜草較難管理，嚴(yán)重與水稻秧苗掙?duì)I養(yǎng)[19,20]等現(xiàn)象，魏永霞等報(bào)道淹灌旱直播管理的水稻干物質(zhì)積累量高于傳統(tǒng)插秧淹水方式[21]，JIANG Q W 等報(bào)道旱直播后第15 天灌溉處理產(chǎn)量和第35～45 d灌溉處理的產(chǎn)量差異不顯著，進(jìn)一步延遲產(chǎn)量降低[22]。然而，前人研究更多關(guān)注旱直播后單一水分的管理措施。也有研究通過(guò)調(diào)控播種量彌補(bǔ)旱直播水稻的一些不足，趙杰等在旱直播模式下采用“獨(dú)桿”栽培，即195 kg/hm2的大播種量，提高基本苗保證產(chǎn)量[23]，而如此大的播種量并不適合價(jià)格較高的雜交稻種子，SUN 等在旱直播模式下降低雜交稻用種量，濕潤(rùn)條件下出苗較好，產(chǎn)量沒(méi)有降低[24]，說(shuō)明土壤水分和出苗率有密切關(guān)系，然而在一些水分缺乏地區(qū)，怎樣調(diào)控播種量來(lái)實(shí)現(xiàn)較高產(chǎn)量的研究還比較少。鑒于此，本研究在旱直播模式下，通過(guò)設(shè)置不同的水分管理方式和播種量，探索對(duì)水稻產(chǎn)量及群體生長(zhǎng)影響的變化趨勢(shì)，為旱直播水稻技術(shù)的穩(wěn)產(chǎn)高效提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2018年和2019年在湖北省武漢市南湖試驗(yàn)站（北緯3 028，東經(jīng)11 425）開(kāi)展。該地海拔高度20 m，處于北亞熱帶向中亞熱帶過(guò)渡型氣候帶。年平均日照數(shù)為2 080 h，日平均氣溫≥10 ℃以上的總積溫為5 190 ℃，年降雨量1 300 mm左右，無(wú)霜期230～300 d。土壤類型為黃棕壤，屬于潴育水稻土亞類，黃泥田土屬。試驗(yàn)田土壤pH 7.13，有機(jī)質(zhì)26.3 g/kg，堿解氮110.0 mg/kg，速效磷7.2 mg/kg，速效鉀112.3 mg/kg。供試材料是“C兩優(yōu)華占”，屬秈型兩系雜交品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

主處理為水分管理：旱管（DM），旱整地，旱播種，播種后土壤濕潤(rùn)管理，不建立水層，分蘗開(kāi)始以后干濕交替灌溉，即土壤水勢(shì)達(dá)到-15 kPa 時(shí)開(kāi)始灌水，飽和停水；水管（WM），即旱整地，旱播種，播種后土壤濕潤(rùn)管理，不建立水層，分蘗開(kāi)始后，約4～5葉期逐漸建立水層，后期水分管理按常規(guī)淹水灌溉方式；副處理為播種量：播量1（SO），播種量為22.5 kg/hm2；播量2（SS），播種量為37.5 kg/hm2。每個(gè)小區(qū)50 m2，3次重復(fù)。

人工模擬精量旱直播（穴播），播種株行距為14 cm×25 cm。純氮N 14 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，肥料采用尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。氮肥和鉀肥以基肥：分蘗肥：幼穗分化肥=4∶3∶3比例施用，磷肥在施基肥時(shí)一次性施入。水分管理按精細(xì)按需管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成：每個(gè)小區(qū)選擇有代表性的區(qū)域5 m2進(jìn)行人工收割，人工脫粒，去除雜草及空癟粒，風(fēng)干，稱重，用PM-8188 型谷物水分測(cè)定儀（凱特電器實(shí)驗(yàn)室有限公司，日本）測(cè)定含水量，并將產(chǎn)量換算為含水量為13.5%的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量。考種樣品取樣：按平均分蘗數(shù)，每個(gè)小區(qū)取6穴植株，人工脫粒，考察飽粒、空粒和千粒重。

水分利用效率：產(chǎn)量/（灌溉水量+降雨量）。降雨量采用CR 800（坎貝爾科學(xué)股份有限公司，美國(guó)）小型農(nóng)業(yè)氣象站進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)收集。灌溉水量用水表記錄。

灌漿動(dòng)態(tài)：在稻穗抽穗時(shí)掛牌，持續(xù)每天掛牌至抽穗完畢，并記錄掛牌時(shí)間，然后每隔3 d 取稻穗，再將稻穗分上、中、下三部分烘干稱重記錄。

葉片衰老：為齊穗期葉片SPAD值與齊穗后20 d 葉片SPAD值的差值與齊穗期數(shù)值的百分比。采用SPAD-502 型葉綠素儀于齊穗期和齊穗后20 d各測(cè)一次劍葉SPAD值，每個(gè)小區(qū)測(cè)定4片葉。

葉面積指數(shù)（LAI）：?jiǎn)挝幻娣e地上部葉片的面積與土地面積的比值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用Statistix 9.0 軟件分析，在0.05 差異性水平上進(jìn)行最小差異分析。作圖采用Excel軟件。

2 結(jié)果

2.1 降雨量和灌溉用水量

表1顯示2018 和2019年試驗(yàn)田用水量。由表1可知，2019年試驗(yàn)期間降雨量比2018年多68 mm，使得2019年度各處理的灌溉量均低于2018年同一處理。2018年，DM 處理的灌溉量低于WM 處理124 mm，2019年為115 mm，兩年平均119.5 mm。隨著播種量提高，相同水分管理方式下，SS 處理下的灌溉量高于SO處理，且WM處理下所需灌溉量更多。

表1 不同處理的降雨量、灌溉量和總用水量比較 mm Tab.1 Comparison of rain fall,irrigation and total water input under different treatments

2.2 不同處理對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表2可知，水分管理方式和播種量對(duì)產(chǎn)量和除千粒重之外的其他產(chǎn)量構(gòu)成因子均有顯著影響。WM處理兩年平均產(chǎn)量顯著高于DM 處理，同在SO 處理下的WM 產(chǎn)量比DM 產(chǎn)量高24.0%，同在SS 處理下的WM 產(chǎn)量比DM 產(chǎn)量高12.4%，說(shuō)明提高播種量，兩種處理的產(chǎn)量差距縮小。同一水分管理方式下，提高播種量均有利于產(chǎn)量提高，同在DM 處理下，SS 比SO 產(chǎn)量平均提高13.0%，同在WM 處理下，SS 比SO 產(chǎn)量平均提高2.5%。分析產(chǎn)量構(gòu)成因子，DMSS 有效穗數(shù)量比DMSO 平均提高23.7%，WMSS 有效穗數(shù)量比WMSO 平均提高10.1%，是其產(chǎn)量提高的主要貢獻(xiàn)因子，而播量的提高對(duì)每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均有一定的負(fù)面效應(yīng)。

表2 不同處理產(chǎn)量及構(gòu)成因子比較Tab.2 Comparison of yield and yield components under different treatments

2.3 不同處理對(duì)葉面積指數(shù)（LAI）的影響

圖1顯示不同處理對(duì)齊穗期LAI的影響。旱管(DM)處理的LAI顯著低于水管(WM)處理，兩年平均低12.0%，其中2018年DM 處理的LAI顯著低于同年度WM 處理15.1%，而2019年則為8.9%，這和2019年較多的降雨可能有較大關(guān)系。隨著播種量的提高，LAI均有顯著提高，同在DM 處理下，SS 處理的LAI 顯著高于SO 處理，兩年平均高6.8%，同在WM 處理下，SS 處理的LAI比SO 處理兩年平均提高3.4%，即DM 處理下提高播種量對(duì)LAI的影響程度大于水管處理。

圖1 齊穗期葉面積指數(shù)比較Fig.1 Compare of LAI at heading stage

2.4 不同處理對(duì)齊穗后期葉片衰老的影響

圖2顯示不同處理對(duì)葉片衰老的影響。旱管(DM)處理下葉片的衰老程度顯著高于水管(WM)處理，兩年平均高19.9 個(gè)百分點(diǎn)。2019年DM和WM處理的葉片衰老程度均低于2018年的相同處理，2019年DM 處理相比2018年平均低5.24 個(gè)百分點(diǎn)，WM處理則低14.06個(gè)百分點(diǎn)。提高播種量后發(fā)現(xiàn)，DM處理和WM 處理下的葉片衰老程度進(jìn)一步增高，DM 處理兩年平均增高1.50個(gè)百分點(diǎn)，WM 處理增高1.05個(gè)百分點(diǎn)，均未達(dá)到顯著水平，兩年結(jié)果趨勢(shì)一致。說(shuō)明DM 處理下的水稻生育后期容易出現(xiàn)早衰現(xiàn)象，且隨著播種量提高，早衰現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。

圖2 齊穗期后葉片衰老比較Fig.2 Compare of leaf senescence after heading stage

2.5 不同處理對(duì)籽粒灌漿動(dòng)態(tài)的影響

圖3顯示的是不同處理對(duì)穗不同部位籽粒灌漿動(dòng)態(tài)的影響?？芍魈幚韺?duì)稻穗不同部位灌漿的影響不同，上部籽粒灌漿受影響較小，9月17日至9月19日期間，各處理下的上部籽粒均呈高速灌漿狀態(tài)，灌漿速率高于中部籽粒和下部籽粒，9月19日以后，上部籽粒干重增加較少，逐漸趨于恒重[圖3（a）]，即不再灌漿。中部籽粒前期灌漿速率低于上部籽粒，且各處理對(duì)該部位籽粒灌漿影響差異不顯著，整體分析9月19日以后灌漿速率比前期降低，10月初中部籽粒干重逐漸趨于穩(wěn)定[圖3（b）]。下部籽粒的灌漿速率最低，自灌漿開(kāi)始至9月22日之間，各處理對(duì)該部位籽粒灌漿的影響不顯著，而9月22日以后水管播量2(WMSS)處理的灌漿速率低于其他處理，該部位籽粒干重均低于同時(shí)期的其他處理[圖3（c）]。

圖3 不同部位籽粒灌漿動(dòng)態(tài)的比較Fig.3 Compare of grain filling dynamics on different part

2.6 不同處理對(duì)水分利用效率的影響

圖4顯示不同處理對(duì)水分利用效率的影響。播量1(SO)處理下，旱管(DM)處理兩年水分利用效率均低于水管(WM)處理，2018年和2019年分別為3.61%和7.54%；隨著播種量的提高，DM 和WM 處理的水分利用效率均提高，2018年DM 處理水分利用效率比WM 處理高7.38%，2019年高3.66%，兩年平均提高5.47%。DM 處理下，2018年和2019年播量2(SS)比播量1(SO)的水分利用效率分別提高11.7% 和12.4%，平均為12.05%，而WM 處理下，水分利用效率略有提高，但不顯著。說(shuō)明提高播種量對(duì)DM 處理下的水分利用效率影響顯著大于WM 處理。2019年水稻全生育期降雨量高于2018年(表1），使得2019年的平均水分利用效率低于2018年度。

圖4 水分利用效率的比較Fig.4 Compare of water use efficiency

3 討 論

旱直播水稻對(duì)提高種植水稻收益和水分利用率具有重要意義。本研究中水管處理產(chǎn)量高于旱管處理17.8%（表2），主要因?yàn)樗芴幚硐掠行霐?shù)量顯著多于旱管處理，和前人的研究結(jié)果一致[25]，本研究隨著播種量的提高，旱管播量2的有效穗相比旱管播量1 顯著提高，兩年平均提高23.7%，其產(chǎn)量提高13.0%（表2）。播種量不足則會(huì)造成分蘗數(shù)不夠，有效穗減少，產(chǎn)量降低[24]，趙杰等報(bào)道提高旱直播常規(guī)稻播種量至195 kg/hm2，以此確足夠的穗數(shù)和較高產(chǎn)量[23]。本研究中水管處理下提高播種量處理也可以提高有效穗數(shù)量，提高幅度低于旱管處理，產(chǎn)量提高2.5%，說(shuō)明提高播種量對(duì)水管處理的產(chǎn)量影響較小，有效穗數(shù)量可能不是該處理產(chǎn)量的主要限制因子。

水稻合理的群體結(jié)構(gòu)是高產(chǎn)的基礎(chǔ)。有研究認(rèn)為旱管處理不利于群體構(gòu)建和生物量的積累[21]，本研究中旱管處理的LAI確實(shí)顯著低于水管處理，提高播種量后對(duì)提高水稻群體的LAI有顯著促進(jìn)作用（圖1）。馬艷寶等采用節(jié)水灌溉+減肥模式利于水稻生長(zhǎng)，同時(shí)降低氮素流失[26]，也有研究施用有機(jī)肥方式改善齊穗期至成熟期群體結(jié)構(gòu)，提高LAI和干物質(zhì)量[27]。本研究種提高播種量是改善群體結(jié)構(gòu)的有效措施，是后期物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的基礎(chǔ)，而葉片則是轉(zhuǎn)化物質(zhì)能量的場(chǎng)所，是“源”動(dòng)力。本研究中旱管處理的葉片衰老速度高于水管17.0%，而提高播種量一定程度加速了葉片的衰老（圖2），正如程建平等研究旱管衰老更顯著，過(guò)量增加密度使得劍葉SPAD值和光合速率均減低[7]，也會(huì)造成蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度等降低現(xiàn)象[21]，使得籽粒后期灌漿不足。本研究中，不同部位籽粒灌漿速率也有差異，上部和中部籽粒的灌漿影響差異不大，但是下部弱勢(shì)粒的灌漿速率較低，其中對(duì)水管播量2的影響最大（圖3），同時(shí)該處理下的LAI也最大（圖1），說(shuō)明群體較大對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求則會(huì)增大，如果供應(yīng)不足的情況下，則會(huì)出現(xiàn)下部籽粒結(jié)實(shí)率嚴(yán)重下降。朱寬宇等認(rèn)為通過(guò)節(jié)水灌溉模式可以控制群體，提高水稻弱勢(shì)粒的充實(shí)度，進(jìn)而提高產(chǎn)量[28]。旱直播水稻的重要特點(diǎn)是其較強(qiáng)的節(jié)水能力。本研究中，旱管處理下的水分利用效率高于水管處理，和Liu 等[25]的研究結(jié)果一致，且提高播種量后，旱管播量2處理的水分利用效率相比旱管播量1 提高12.05%。但是，直播水稻根系多分布于淺土層，增加播種量后群體變大，進(jìn)而增加倒伏風(fēng)險(xiǎn)。有研究指出，旱直播模式下濕潤(rùn)灌溉可以防止過(guò)多無(wú)效分蘗，保持穩(wěn)產(chǎn)、較高的水分生產(chǎn)率，同時(shí)有利于根部生長(zhǎng)[29]，對(duì)于不同地區(qū)，如鄂中北旱地[30]和北方寒地[31]等采用節(jié)水灌溉也有很大區(qū)別，要因地制宜。然而，本研究中選用的研究材料是雜交稻品種，用種量不到常規(guī)稻用種量的一半，群體并不大，如果采用常規(guī)稻種植，且提高用種量的情況下會(huì)不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的病蟲害危機(jī)和倒伏風(fēng)險(xiǎn)等結(jié)果，還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

旱直播旱管方式對(duì)水稻有效穗數(shù)量、群體大小和葉片衰老均有負(fù)面影響，通過(guò)提高播種量，可以顯著的改善群體質(zhì)量，顯著提高產(chǎn)量和水分利用效率。