机械直播与灌溉模式对水稻根系特征和产量的影响

程建平+赵锋+陈少愚+李阳+汪本福+徐得泽+蔡海亚+游艾青+费长亮+万晟杰+张旅峰+章桃娟+皮楚舒

摘要：为探明机械直播和灌溉模式对水稻（Oryza sativa L.）产量和根系特征的影响，2013～2014年，设置水直播淹水灌溉（WF）、水直播间歇灌溉（WSW）、旱直播淹水灌溉（DF）和旱直播间歇灌溉（DSW）4种模式，以常规移栽淹水灌溉为对照（CK），考察水稻根系特征、产量等参数。结果表明， 2013年，WF和WSW分别较CK实际产量提高7.3%和5.3%，DF和DSW与CK产量差异不显著，2014年产量情况大致相同。机械直播模式和灌溉模式均有利于水稻根系伸展和提高根系活力，旱直播模式能够延缓后期叶片衰老，从而在增产稳产前提下达到节水的目的。

关键词：机械直播; 灌溉模式;根系特征;水稻（Oryza sativa L.）产量

中图分类号：S511;S507;S504.2        文献标识码：A       文章编号：0439-8114（2015）23-5823-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.23.008

Effects of Mechanical Direct-sowing and Irrigation Mode on Root

Characteristics and Yield of Rice

CHENG Jian-ping1，2，ZHAO Feng1，CHEN Shao-yu1，LI Yang1，WANG Ben-fu1，XU De-ze1，CAI Hai-ya1，

YOU Ai-qing1，2，FEI Chang-liang2，WAN Sheng-jie2，ZHANG Lü-feng4，ZHANG Tao-juan4，PI Chu-shu4

（1.Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm and Genetic Improvement/Food Crops Institute，Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China; 2.Hubei Collaborative Innovation Center for Grain Industry， Yangtze University， Jingzhou 434025， Hubei， China;

3.Yangxin Bureau of Agriculture， Huangshi 435200， Hubei， China; 4.Agricultural Technology Extension Center of Xishui County

in Hubei Province， Xishui 438200， Hubei， China）

Abstract： In order to verify the effects of mechanical direct-sowing and irrigation mode on rice root system characteristics and yield， the experiments of involving both mechanical direct-sowing modes and irrigation modes， such as water direct-sowing and conventional flooding mode（WF）， water direct-sowing and and intermittent irrigation mode（WSW）， dryland direct-sowing and conventional flooding mode（DF） and dryland direct-sowing and and intermittent irrigation mode（DSW） to compare with conventional transplanting and flooding irrigation（CK） were conducted in 2013 and in 2014， respectively， some rice paremeters， such as root system characteristics and yield were investigated. The results indicated that， in 2013， the actual yield of WF and WSW were increased by 7.3% and 5.3% than CK， respectively， but yield difference was not significant between dryland direct-sowing treatments and CK; the changed tendency of the actual yields was roughly same in 2014 as  those in 2013. Mechanical direct-sowing mode and irrigation mode was good for rice roots extend and improved root activity， dryland direct-sowing mode could postpone leaf senility of the leaves in rice later stage of growth， which was condutive to saving-water in the case of increase or no significant cut yield.endprint

Key words： mechanical direct-sowing; irrigation mode; root characteristics; rice yield

中国水稻种植面积占粮食总面积的27.3%（2012年），水稻作为中国主要的粮食作物，其灌溉用水占全国用水量的54%左右，农业总用水量的65%以上[1]。全国90%以上的稻田分布在南方，该区域水稻的灌溉用水量占总灌溉用水量的90%以上。南方虽然降雨充沛，但由于水资源年际间、地区间以及年内分布极不均匀，从而导致季节性的干旱频繁发生[2]。传统的大水淹灌方式不仅影响水稻高产潜力的发挥，而且加剧灌溉用水的日趋紧张，同时因径流、渗漏和排水引起环境污染[3-5]。国外相关研究结果表明，采用“湿润灌溉”和“间歇灌溉”，水稻耗水量比传统淹水灌溉可减少32%，但产量几乎相同，说明在水分非亏缺条件下水稻合理灌溉可获得高产，达到水分高效利用的效果[4，6-8]。水对水稻生长直接起到促进和控制作用，科学的水分管理对发展节水灌溉农业，挖掘水稻品种和种植模式的生产潜力具有重要的意义。

直播相对于传统的人工栽插模式，减少了育秧、拔秧、运秧和扦插等多道工序。随着中国城市化的推进，农村劳动力减少的趋势十分明显。直播作为一种轻简化的栽培模式，在广大南方地区“不推自广”。随着社会经济和科学技术的发展，尤其农业机械化栽培的兴起，机械直播已在世界各地广泛推广。近年来，随着新型直播稻技术的研究及广泛应用，在世界范围内水稻直播面积在进一步扩大。美国水稻种植面积的80%采用旱直播，20%采用水直播;意大利100%采用机械化直播。在菲律宾的早稻种植中，至少有30%的灌溉面积采用直播技术;埃及的45万hm2水稻中，直播面积占20%以上，而且直播面积正在迅速增加。前苏联水稻种植全部采用旱直播，机械化程度高，生产每吨稻谷仅需14～17个工时。澳大利亚水稻种植面积90%以上采用飞机直播，10%旱直播。韩国水稻种植面积的50%采用直播。国内机械化直播机械创制更新较快，类型上主要有机械条播机和穴直播机。其中由华南农业大学研制的机械精量穴直播机，可同步开沟施肥、株距可调、行距可选，播种量可有效控制，植株的有序布局和田间通风透光性较大的改善。据统计资料显示，南方一些地区有较大的水稻机械直播倾向，如江苏、浙江、安徽等。西北地区多数采用旱直播，西南地区的四川、贵州等山地丘陵地带，也正大力进行适宜本地区机械直播推广技术的研究。本研究考察了不同机械直播模式和灌溉制度下水稻的根系形态、根系活力和水分利用效率，旨在为水稻节水栽培模式提供技术参考和理论依据。

1  材料与方法

1.1  材料与机具

水稻品种采用湖北省农业科学院育成的两系杂交中籼稻广两优476。水直播采用2BD-10普通型水稻精量穴直播机，动力为久保田SPU-48c乘坐式插秧机机头，10行，行距25 cm;旱直播采用2BDH-10型水稻精量旱（穴）直播机，配50～70马力拖拉机，10行，行距20 cm。

1.2  试验设计与实施

试验采取裂区设计，主区为机械水直播和机械旱直播两个处理;副区按生育期水分管理方式分为淹水灌溉和间歇灌溉两个处理，同时以人工移栽淹水灌溉作为对照（CK）。即：水直播淹水灌溉（WF）、水直播间歇灌溉（WSW）、旱直播淹水灌溉（DF）、旱直播间歇灌溉（DSW）、人工移栽淹水灌溉（CK）共5个处理，每处理3次重复。小区面积为400 m2，小区之间做高20 cm、宽30 cm的埂子，并用塑料薄膜包裹，以防小区间串肥串水。水直播的田间土壤已沉淀几天，直播机可以开出播种沟并且土壤不会塌陷盖住种子，旱直播为旋耕后直接播种，田间无积水。淹水灌溉是在出苗后长期保持田间水层，间歇灌溉为不保持田间持续有水层，使土壤干湿交替。

所有处理于5月23日播种，CK育秧按常规方法进行，6月20日移栽。试验中水直播播种株距15～18 cm，每667 m2穴数1.5万～1.8万;旱直播株距18～23 cm;每667 m2穴数1.45万～1.85万。施肥和病虫草害管理按常规方法实施。

1.3  测定项目及方法

1.3.1  根系特征

1）根系活力。根系活力测定采用伤流法。在晴天18：00，每小区按平均分蘖找出3穴水稻从茎基部15 cm处横切，用称量好的脱脂棉（苗期1 g，其余生育期5～7 g）包裹住并用保鲜膜包住脱脂棉，橡皮筋固定，次日早上6：00取称量脱脂棉，计算差值。

2）根系形态。各生育期，每小区按平均分蘖取样3穴，将根系冲洗干净，用根系扫描软件Winrhizo扫描，并分析总根数、根尖数、根表面积等相关参数。

1.3.2  叶片SPAD值与叶片衰老指数  分别于水稻齐穗期和齐穗后25 d，应使用叶绿素SPAD测定仪测定剑叶叶绿素SPAD值;叶片衰老值（Leaf senescence value）采用齐穗后25 d的SPAD值与齐穗期SPAD值比值的百分率表示。

1.3.3  测产与考种  每小区收割2 m2，人工脱粒，自然光照晒干称重，再换算成13.5%含水量。同时每小区按平均分蘖取5穴，考察每穗粒数、结实率、有效穗数、千粒重等产量构成因素。

1.4  统计分析

试验数据均采用Excel和SPSS 11.5统计软件进行分析。

2  结果与分析

2.1  根系形态特征

不同机械直播模式和灌溉模式下水稻根系形态特征有所不同（表1）。从表1可以看出，分蘖期，水稻总根长DF和DSW显著低于CK，WF和WSW与CK差异不显著;根冠比DF和DSW显著高于CK，WF和WSW与CK差异不显著，根表面积和根体积有类似趋势。灌溉措施对根冠比影响较大，其中WSW较WF提高9.09%，DSW较DF提高25%。水稻根尖数DF和DSW显著小于CK，而WSW和WF与CK差异不显著。最长根长受灌溉措施影响比较明显，其中WSW和DSW显著高于其余处理。endprint

2.2  根系伤流强度

水稻齐穗期根系伤流量受到播种机具和灌溉方式的影响，且表现出一定的互作效应（图1）。从图1可以看出，DSW根系伤流强度较CK提高82.0%;WSW和DF分别较CK提高49.4%和33.8%，但两者在统计学上与CK未达到显著水平。

2.3  叶片叶绿素SPAD值与衰老值

由图2可见，旱直播齐穗期（08-20）和齐穗期后25 d的SPAD值均高于水直播，其中齐穗期（08-20）DSW的SPAD值与WSW和WF之间的差异达显著水平，齐穗期后25 d的SPAD值差异更明显，旱直播间歇灌溉和淹水灌溉均极显著大于水直播，而旱直播处理间无显著差异，水直播处理间也无显著差异。

旱直播叶片衰老后期较慢，水直播叶片SPAD值下降显著大于旱直播，即旱直播叶片后期衰老速率显著低于水直播，而旱直播处理间无显著差异，水直播表现类似。说明旱直播后期叶片可以较长时间保持较高的光合作用速率，进行较长时间的干物质积累，而水直播则因为叶片衰老较快，相比旱直播叶片功能期显著缩短。

2.4  产量及其构成

从表2可以看出，2013年，无论实际产量还是理论产量，WF和WSW均显著高于CK，也高于DF和DSW，DF和DSW与CK差异不显著。WF和WSW较CK实际产量分别提高5.3%和7.3%。机械模式水稻结实率显著高于CK，节水措施提高了水稻结实率，但差异不显著。DF穗总粒数显著高于CK及其余处理，但其有效穗数较少。WF和WSW有效穗数显著高于DF，与CK差异不显著，其中WSW有效穗数显著高于DSW。

由表3可知，2014年，旱直播的有效穗数显著低于水直播，是造成产量较低的关键因子，平均有效穗比水直播和人工移栽分别低29.7%和33.5%;旱直播的平均每穗粒数高于水直播和人工移栽处理，其中旱直播间歇灌溉的每穗粒数显著高于水直播淹水灌溉和人工移栽;结实率DSW最高，为91.9%，显著高于其他处理;千粒重处理间差异不显著。水直播实收产量高于旱直播和常规移栽产量，分别高6.1%和0.9%，其中水直播间歇灌溉显著高于旱直播，其产量达8 171 kg/hm2，比旱直播淹水灌溉高11.1%，同时高于常规移栽产量，各处理的理论产量有相似的趋势。

3  小结与讨论

一些研究认为，采用“湿润灌溉”和“间歇灌溉”，水稻耗水量比传统淹水灌溉可减少32%，产量几乎相同，说明在水分非亏缺条件下合理灌溉水稻可获得高产，达到水分高效利用的效果[4，6-8]。两年试验结果表明，灌溉模式对水稻产量及其构成因素的影响不显著，而种植模式相对影响较大。其中，水直播均较常规移栽显著提高水稻产量，2013年产量提高幅度达5%以上;2014年，水直播实收产量高于旱直播和常规移栽产量，分别高6.1%和0.9%，旱直播与常规移栽产量差异不显著。造成旱直播产量较低的关键因子是有效穗数降低。机械播种后田间调查也发现，旱直播出苗率较水直播低，这可能是导致该模式最终有效穗不足的原因之一。如何提高旱直播的水稻出苗率，将在以后的研究中重点关注。

间歇灌溉调整了水稻根系土层水、肥、气、热的关系，有利于根系的生长[9]。试验结果表明，不同机械种植模式和灌溉方式可显著提高最长根长和根冠比，且表现出一定的叠加效应。水稻机械精量穴直播模式具有“成行成穴”、“同步开沟起垄”的特点，减少了个体根系伸展无序竞争，有利于根系发育;储水沟的存在，调和了水稻根际灌水和通气的矛盾[10]。此结果与郑天翔等[11，12]研究大致相同。根系最长根长和根系伤流强度分别代表根系拓展范围和活力。由此可见，根系分布范围越广、活力越强越有利于从土壤中获取水分，从而提高水分的利用率。

间歇灌溉模式下水稻叶片叶绿素总含量也明显高于淹水灌溉，叶绿素a含量和叶绿素b含量的比值也明显增加，从而可以更多更有效地将光能转化为生物化学能，为同化提供更充足的来源，维持光合作用高效运转，和前人研究结果类似[13]。旱直播水稻生长后期叶片衰老明显较水直播延缓，可适当增加光合功能，有利于后期的充分灌浆。

综上可见，机械直播模式和灌溉方式均有利于水稻根系分布和提高活力，延缓后期叶片衰老，从而在增产稳产的基础上达到节水的目的。

参考文献：

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