水稻垄作栽培技术研究进展

陈　杨，扈　婷，郑华斌，黄　璜



水稻垄作栽培技术研究进展

陈杨，扈婷，郑华斌，黄璜*

(湖南农业大学农学院，长沙，410128)

水稻垄作栽培是将传统的淹水栽培改为湿润、半湿润栽培的一种种植方式，能促进水稻生长发育，提高水稻产量，改良稻田土壤性状，省工、节水、省肥、环保。目前，水稻垄作土壤类型的选择、垄作条件下的水分结构、垄作栽培与生态养殖的配套的完善与扩展等问题还有待进一步研究。

水稻；垄作栽培；立体种养

垄作栽培法作为中国农业耕作上的两大体[1,2]，系之一早在战国时期就成为当时世界上最先进的耕作方法之一。西汉农业科学家赵过总结前人经验加以改进推广的又一新的耕作技术“代田法”，使垄作栽培得以发展，更为先进成熟，并一直延续至今[3~5]。近年来，国内外垄作栽培技术已实现了从半干旱地区到热带草原地区，由中耕作物到麦类作物，由旱地农业到灌溉农业的扩展[7]。垄作栽培技术因不同地形、不同作物生长要求、不同气候条件而不同。王同朝等[1]通过调查研究，将垄作栽培类型作了五类划分，并指出水稻垄作一般属于西南稻区半旱式垄作增产类型和南方丘陵地区垄作聚土类型。

垄作栽培能为水稻生长发育提供一个良好的生态环境[8]，省工、节水、省肥、环保、提高光能利用率，成为农业可持续发展的重要途径。近年来，由于与立体种养模式相结合，水稻垄作栽培也成为一种重要的生态农业模式。

1　垄作栽培对水稻生长发育、产量及品质的影响

1.1　对水稻生长发育的影响

垄作水稻与平作水稻生理机制上的最大差异体现在根系上。垄作水稻的根系生长量大，根系发达，具有较强的吸水力，较平作水稻有较强的抗旱性，在缺水、少水干旱地区有更为重要的现实意义。

章秀福等[6]研究表明，与常规栽培相比，同一品种水稻在垄作栽培条件下平均每穴根干重提高22.3%，达显著水平；垄作栽培法的水稻根系主要分布在0～10 cm土层，占到总根量的77%以上，而常规栽培法仅70%左右。另有研究表明，水稻上层根系在土壤养分吸收中起主要作用[10,11]。可见，水稻垄作栽培更有利于根系吸收养分。刘建松[12]通过对水稻垄作效果研究发现，耕作层增厚，地下水位相对降低，扩大了水稻根系的营养面积，有利于稻根的生长，表现为白根明显增多，根系活力增强。根系生长量大是增产的主要原因之一。郑建初等[13]认为，窄垄密沟下稻作总根量和深土层根量均增加，总根量的增加与总干物重、产量的提高相一致。Jordan D等[14]认为，在水稻整个生育期中，垄作免耕水稻的根系最长，其较平作处理根长增加41.4%～57.7%，此差异在生长最旺盛的孕穗期最明显，水稻根数变化趋势也与此相同，而且从分蘖到成熟，垄作下水稻根系干物质重与根系面积比值也显著高于平作；根系活力在分蘖期和收获期也均高于平作。另外，倪治华[15]认为，在农业生产中垄作水稻在生育后期的抗早衰能力较常规耕作水稻相比显著增强。

除根系外，垄作栽培对水稻植株其他形态和生理特性方面也有一定的影响。章秀福等[6]研究表明，在植株形态上，垄作栽培水稻株高矮于平作，茎基部粗大，群体矮壮，植株抗倒伏性强；群体光合生态结构较优；在生理特性上，垄作栽培水稻灌浆期颖花数、绿叶量大，叶绿素含量下降缓慢；在灌浆动态上表现为强势粒灌浆高峰持续时间长，前期灌浆速率的变化幅度较小。并且分蘖时间提早，叶面积指数在分蘖末期和齐穗期比平作栽培要高[16]。

1.2　对水稻产量的影响

水稻产量由各种产量构成因素共同决定。高产水稻群体要求各产量因素在较高水平上协调统一。朱宏宇等[17]研究表明，水稻垄作栽培能充分利用边际效应，优化群体结构，协调群体和个体之间的矛盾，增强田间通风透光性，提高水温，土温和群体光能利用率，从而增加分蘖数、成穗率、结实率和千粒重，提高产量。王长青[18]发现，垄作栽培可使表层土壤温度升高，从而使有效分蘖数、穗长、穗粒数、千粒重等有不同程度的增加，同时能抑制杂草生长，使水稻增产。李明贵等[19]通过对杂交水稻的宽垄覆膜栽培研究发现，除了千粒重略低于平作栽培外，其它各产量构成因素都显著高于平作栽培，较平作栽培增产33.4%。垄作栽培水稻与肥料的合理运筹相配合能进一步的提高产量。王怡红[20]通过实验表明，水稻垄作栽培高产的基蘖肥和穗肥适宜比例为5∶5。另外，孟立明等[21]认为推广大垄栽培，有利于田间中耕除草杀虫，增产效果明显。

1.3　对稻米品质的影响

章秀福等[16]通过对垄作栽培水稻的米质研究发现，垄作栽培与平作栽培在糙米率和精米率上差异不大，而在整精米率上垄作栽培平均提高4.3个百分点，垩白粒率和垩白度明显下降，不同水稻品种间差异显著。黄建国等[22]研究表明，垄作水稻稻米的蛋白质和直链淀粉含量比平作分别提高0.31%和2.52%。

稻米品质不仅与品种的遗传因子有关，水稻生长的环境因子也起着决定性作用，垄作栽培是一种相对简单能有效地把影响稻米品质的重要环境因子如土壤水分控制在一个有利于水稻品质改善的合适范围的方法。

1.4　对水稻病虫害及抗性的影响

稻田起垄能有效地降低水稻因淹水栽培而引起的田间过大湿度，增加群体生长的通风透光性，同时也在一定程度上减少病虫害发生机率和抑制杂草生长，植株长势良好，倒伏率和空秆率明显减少[9]。

垄作栽培不仅节水省肥，节约了插秧时的劳力消耗，在病虫害防治、施肥、除草等田间操作方面也来带了很大的便利。由于垄背上群体内部的空气湿度要高于平作稻群体，与同密度的平作稻群体相比，垄作稻的每一植株都有一面宽行，加上垄沟笔直，采用湿润灌溉，所以能有效的改善农田小气候[23]，调节水稻生长所需的光、温、水、气、肥等因子，使他们能良好发挥作用并且相互协调[24]，优化田间生态环境，使稻株生长健壮，抗病力增强。据调查，垄栽田能减少因田间湿度过大而引起的植株疾病发生，明显降低稻瘟病、纹枯病、蚰虫危害率；垄栽田穗颈瘟损失率为6.7%，远低于非垄栽田的15.3%[25]。陈宇云[26]认为垄作栽培双季稻纹枯病病情指数比平作稻低7到9个百分点，控防病效果显著，同时，垄作栽培还可减少纹枯病的初次侵染源和抑制菌丝生长及侵入稻株。

2　垄作栽培对水稻土壤系统的影响

垄作栽培挖沟起垄，改变田间原有地形，加厚了水稻生长的熟土层，扩大个体的生长空间，使群体有效受光面积增大，并且增加了土壤的温度，使土壤的一般理化性质和生物特性都发生了变化，有益的微生物活动旺盛，有效养分增加，利于水稻植株的生理代谢和营养吸收。土壤的贮水量和持水力降低，使得水稻不得不主动吸水，根系也因此更发达，更健壮。可见，垄作栽培能更有效协调各类生长因子之间的关系，为稻株生长创造良好的土壤生态环境[27,28]。

2.1　土壤理化性质

垄作栽培能增加土壤的通气性，减少有毒还原性物质，降低土壤热容量，增高土温和水温[27]。垄作栽培可使土壤非腐殖质转化为腐殖质，提高土壤有机质的含量和土壤有机无机质复合度，形成良好的土壤结构[29]。孙雅君[30]研究认为，垄作栽培加大了水稻根系活动层的容量，促进根系向下伸长，同时能保持沟内水层的稳定，使沟内水分在土壤毛管引力和吸附力的作用下渗入垄埂土层，输向垄顶，使垄埂土壤保持较稳定毛管水状态，利于通气、热量传导和养分输送。倪治华[31]通过对水稻垄栽的增产效应研究发现，水稻垄作改变土壤热气交换状况，使水稻在返青、分蘖、乳熟期土壤的氧化还原电位提高，Fe2+含量比平作显著下降。

2.2　土壤水分

稻田起垄可以有效地改善土壤贮水力和贮水量。刘刚才等[32]认为，垄作能增加降雨入渗量，提供贮水源。在0.5 m深的土层内垄作较平作多贮水15.0 mm，年贮水量约增加6 mm；起垄还能防止水土流失，增加贮水载体，使部分土壤对保水具有重要作用，提高土壤的抗旱力。同时，在夏秋多雨时，垄沟又可迅速排除积水，防治涝灾。垄作栽培土层上层疏松，下层密实，这种耕层结构能有效调节土壤水分，提高水稻对土壤水分的利用率。

2.3　土壤养分

长期采用垄作栽培方式能否保持土壤肥力，一直是学术界争论的焦点[32,33]。一般认为，垄作栽培具有增温效应，能提高土壤微生物活力以及各种酶的活性，加速养分的释放，提高土壤有机质的含量。李世平[33]认为，稻田垄作比平作有机质增加0.02%，主要表现在为速效氮、磷、钾等有机质的增加，其中速效氮的含量增加显著，达到12 mg/kg，同时，垄作可使水稻吸收养分的能力增强，每公顷氮磷钾的吸收总量分别比平作栽培提高7.5，5.25，6.3 kg。起垄耕作能大大提高相同施用数量下的肥料利用率，最大值能到达30%，且使活性土层增厚30～50 cm，使土壤肥力集中，利于当年作物生长与高产[34]。林如秋[35]通过对垄栽水稻稻草补钾效应试验表明，采用垄作栽培，做垄时将稻草包心于垄畦内，再配施氮磷化肥，既可起到以草代钾的作用，又可使水稻极显著增产。

2.4　土壤温度

垄作水稻栽培能增加土体与空气的接触面，改土体一面受光照为三面受光照，增加了土壤与大气之间的气热交换量，加上土温上升快，昼夜温差大，有利于水稻各时期的生长。章秀福[6]通过对水稻垄作栽培土壤日温差状况观察发现，垄作栽培下土壤日温差高于常规栽培，并且在晴天上层土壤表现尤为明显，垄作土壤白天升温快，夜晚降温也迅速，这种较大日温差能为干物质积累提供良好的条件。倪志华[31]观察不同耕层土壤温度的变化发现，垄作法土壤日平均温度和耕层土壤日平均温差均明显高于常规栽培。这就能提早水稻秧苗栽插后返青时间，对分蘖以及生育后期的生长发育起着重要作用。可见，垄作栽培提高土温，在影响水稻生长发育方面有很大作用。

垄作的增温效应受季节影响，春季垄作增温能为早播和返青生长争取生长季；夏季作物生长茂盛，遮阴效果强，增温效果不明显；秋季垄作增温可以大大增加昼夜温差，在白天的增温效应尤为明显。郭仁卿等[36]通过对垄作中土壤热状况的分析认为，垄中温度的分布状况不同，且受垄向的影响，南北垄因接受太阳辐射均匀交替受热而温度均匀，东西垄因受热不均匀导致南热北冷。

2.5　土壤生物特性

土壤中生物数量和生物活性大小直接影响着农田生态系统功能的好坏。土壤生物活性包括土壤的微生物量、土壤的呼吸和酶活性等。不同的栽培方式对土壤生物活性的影响较大，甚至能影响某些生物种群的结构和密度。栽培过程中出现的各种机械外力干扰，使得土壤生物活性不稳定，造成农田生态系统在一定程度上结构遭到破坏。垄栽免耕能免除一切机械外力干扰，为作物生长发育提供一个较为协调稳定的“土壤-作物”生态系统环境。

刘如清等[40]应用的垄作稻萍鱼立体种养模式，使早稻土壤微生物总量达到16 532万/g干土，比平作增加29.6%，而晚稻可达25 766万/g干土，比平作增加15.6%。张磊等[37]认为长期实行水稻垄作免耕可使土壤中微生物数量和活性较其他土壤稳定，避免因季节和温度等因素的影响致使微生物的数量和活动摇摆不定。同时，微生物群落所产生的大量分泌物可改善土壤的理化状况。高明等[38]通过研究表明，水稻垄作栽培土壤中的细菌、纤维分解菌、放线菌数量明显高于常规种植的土壤。

3　水稻垄栽与生态养殖的配套

稻萍鱼立体种养模式是以水稻垄作栽培技术为框架，在遵循生态学共生理论的基础上，结合稻田养萍、稻田养鱼等单项技术，形成以水稻为主体，红萍和鱼类共生的稻田生物群体的一种农业与养殖业相结合的新型农作制度[39]。

稻田养鱼以水稻为主，稻鱼互利共生，能达到稻鱼双丰收目的，是种植业和养殖业的协调统一。稻田挖沟起垄后，鱼类能吃掉稻田中的杂草和害虫，在一定程度上能有效防治水稻病虫害的发生。鱼类粪便，对农田能起到保肥和增肥效应，并且鱼类的在水中游动，能疏松土壤，达到中耕的目的，增加养分和气体在水中的运输和流动，进一步提高土壤生物活力和肥力，进而使水稻增产。同时，垄沟养鱼属于浅水养鱼，水溶氧量和平均水温比池塘要高，并且溶解氧不会发生分层现象，鱼类也不会缺氧。

黄毅斌等[41]认为，稻萍鱼体系中红萍本身以及鱼食红萍消化后的排泄物留田中，能明显改变土壤肥力，提高土壤有机质含量，主要体现在N，P，K等养分上。陈志慧等[42]通过研究表明，稻萍鱼立体系统能改善土壤物理性状，使土壤容重降低，总孔隙度增加。同时，稻萍鱼体系也能有效控制稻田CH4的排放，排放量仅为常规种稻的30%左右。

4　需进一步研究的问题

4.1　水稻垄作土壤类型的选择

垄作栽培本身就不同于平作栽培，属于节水、保水、保墒的栽培，并且对于水稻这种深根系作物，应选用耕层深的地块进行垄作栽培。在干旱少水地区，需选用肥力好、保水保肥及排水良好的土壤和地块进行[43,44]。粘性大的土壤比较适合于垄作栽培。对于何种地形更适合水稻垄作栽培，需进一步探究。

4.2　垄作条件下的水分结构

垄作栽培整个体系中，作物蒸腾量，水分的变化动态，耗水结构以及降水在土壤中的再分配，水分在垄内部和植株体内的流动状况的相关研究较少。这对探明垄作栽培作为一种节水栽培的真正机理有重要作用，需继续探索。

4.3　垄作条件下的综合效益

垄作栽培虽然节约水资源，能使水稻高产、优质，但起垄所花费的人力和时间较多，是否能研制出起垄机械设备，或是否将水稻垄作栽培与水稻免耕栽培、前茬经济作物生产相结合，节约生产成本，提高经济效益，值得深入研究。

4.4　垄作栽培与生态养殖的配套完善与扩展

在不断完善稻萍鱼立体种养模式这一农作制度基础上，深度探究稻鱼双丰收的最大经济效益，将投入最大程度地转化成物质经济收益，并可引用企业机制，形成一条创新可行的产业链，将新型农业、生态农业真正推广，推向市场，推向人们的生活，也可成为现代农民致富的一条可行途径。

在垄作稻田养鱼获得成功的基础上，可扩展种植业与养殖业的更多结合。如垄作稻田养鸡、养鸭的生态种养：垄上半浸润式灌溉，从而为鸡的生长活动开辟空间，鸡在垄上活动和捕食，鸭在垄沟游戏和捕食，最终减少传统稻田养鸭的耗水量，降低由于长期淹水的稻田甲烷排放量，减少农药的使用量，同时鸡鸭粪的还田能减少肥料的施用量，降低由于大量施用化肥造成的环境污染[45]。这种水稻垄作栽培下鸡鸭生态种养技术的经济效益、社会效益和生态效益也要明显高于其他生态种养模式，可为实现农民增收提供一项新的技术。

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责任编辑：陈向科

2011-07-13

陈杨(1986—)，男，湖南长沙人，硕士研究生，主要从事作物生理方面的研究，Email:cygen_009@163.com。

，Email：hh863@126.com。

S511.048

A

1001-5280(2011)06-0616-05

10.3969/j.issn.1001-5280.2011.06.23