半固态播种对水稻生长性状的影响及节水节肥效果研究

梁玉刚，黄 璜，张启飞，李静怡

（1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2.南方粮油作物协同创新中心，湖南 长沙410128；3.农业部华中地区作物栽培科学观测试验站，湖南 长沙 410128）



半固态播种对水稻生长性状的影响及节水节肥效果研究

梁玉刚1，2，3，黄 璜1，2，3，张启飞1，李静怡1，2，3

（1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2.南方粮油作物协同创新中心，湖南 长沙410128；3.农业部华中地区作物栽培科学观测试验站，湖南 长沙 410128）

摘 要：为破解南方稻田灌溉用水和肥料施用不合理以及资源紧缺等一系列问题，通过水稻半固态播种与泡田整地播种的对比试验，研究水稻前期灌溉用水量及肥料不同施用方式对水稻生长性状的影响。结果表明：与泡田整地播种相比，水稻半固态播种拓宽了破胸稻种的吸水途径，提高了肥料利用效率，避免了有害环境因子的直接作用，有利于水稻出苗及壮苗的形成；同时，节约灌溉水资源2 250 m3/hm2，提高水分利用率；尿素施用减少20.75 kg/hm2，利用率增加11.06%；复合肥施用减少78.27～88.79 kg/hm2，利用率增加16.31%～18.50% ；显著减少无效穗，增加有效穗，提高成穗率；显著增加每穗实粒数，提高每穗穗重和结实率；实现水稻增产，增幅为2.02%～5.06%。采用相应配套施肥方式，使水稻剑叶和倒二叶的SPAD维持在较高水平；延缓籽粒灌浆期间剑叶叶绿素a与叶绿素b的降解速率，实现了水稻高产栽培的节水节肥和资源高效利用。关键词：水稻；半固态播种；生长性状；节水节肥

水稻生产用水量大，占农业用水量65%以上，消耗全国总用水量54%左右[1]。传统灌溉栽培耗水量高达6 000～9 000 m3/hm2[2]，但利用率仅为40%左右，生产效率不足1.0 kg/hm2，远低于发达国家[3]。灌溉不合理以及技术相对落后，使得水资源利用率低，流失严重，更加剧了水资源短缺和水质污染问题。我国实现了用全球7%的耕地养活14亿人口的壮举，却消耗了全球30%的肥料，成为世界化肥第一大消费国。但同样的化肥利用率不足40%[4]，我国成为化肥第一污染大国[5]。目前，水稻生产过程“资源高投入、低利用、重污染、低效益”等现象普遍存在。前人研究证实，化肥不合理施用，可导致食品质量安全下降、资源浪费[6]以及水体污染[7]、大气污染[8]、土壤酸化板结和地力下降[9]等；而稻田生产过程中减少灌溉水用量，具有改善田间小气候[10]、降低肥料流失、减轻水体污染[11]、削弱病虫危害[12]、减排温室气体[13-14]等优势。破解水稻生产水肥利用率不高的问题，对实现低碳、绿色及可持续农业发展具有重要意义。

近几年，湖南农业大学黄璜课题组致力研发一种全新水稻节水节肥栽培方式——水稻半固态播种。水稻半固态播种是将破胸稻种、鱼塘或沟田稀泥、无机肥料、有机肥料等以一定比例均匀混合，采用旱直播的方式，运用自主研发的农机，将混合物保持一定株距播种在前期不放水的免耕稻田里。通过大田播种示范，初步研究表明，与传统水耕直播相比，该技术具有节水节肥、丰产减排、生态高效、资源高效、降低环境污染等优势[15]。研究复合肥施用量对中稻秧苗素质的影响时发现，破胸稻种利用本身所吸水分、泥巴水分和土壤水分毛细管作用，保证水稻正常出苗及养分吸收，利于前期壮苗的形成，以复合肥料和泥巴比为1∶120的秧苗素质最好[16]。在此基础上，通过设计晚稻半固态播种与直播的对比试验，进一步研究半固态播种技术下的水肥利用和水稻生长性状变化，旨在为水稻半固态播种的可行性提供理论支撑，实现水稻丰产及节水节肥生产。

1　材料与方法

1.1试验地概况

试验于2015年7～10月在湖南省浏阳市北盛镇乌龙社区进行。该地区属于亚热带季风湿润气候，年平均气温16～18 ℃，≥10℃的有效积温5 000～5 500 ℃，无霜期260～320 d，年降水量 1 200～1 500 mm。土壤类型为第四纪红色黏土发育的红黄泥土，土壤有机质33.51 g/kg，全氮1.52 g/kg，全磷0.94 g/kg，全钾12.68 g/kg，碱解氮含量130.12 mg/kg，有效磷30.78 mg/kg，速效钾134.71 mg/kg。前茬作物是水稻。

1.2试验材料

供试水稻品种为中早39（浙江勿忘农种业股份有限公司）；供试肥料有尿素（总氮≥46.4%，粒径范围0.85～2.80 mm，重庆建峰化工股份有限公司），复合肥料（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15，总养分≥45%，江西正邦生物化工有限公司），有机肥（鸭粪，当地麻鸭所产）。

1.3试验设计

随机区组设计，设1个对照处理（简写为CK）和3个混合处理（简写为A1、A2和A3），小区面积20 m2，3次重复。

播种前，对照处理采用机耕，施底肥（复合肥料）225 kg/hm2；混合处理采用免耕，在半固态播种泥巴中加入复合肥和鸭粪作为底肥。

7月13日播种，对照处理采用传统均匀撒播，每小区播种破胸稻种0.20 kg。混合处理采用半固态播种，每小区使用泥巴（含水量65.7%）15 kg，A1、A2和A3处理分别加入复合肥0.136、0.125和0.115 kg，并加入等量破胸稻种0.20 kg和碎鸭粪0.50 kg，搅拌均匀，播种株行距0.20 m×0.25 m。对照处理采用当地高产栽培技术进行管理，混合处理按照试验设计进行管理。

1.4调查项目与方法

1.4.1稻种田间动态 稻种田间动态包括稻种吸水出苗、环境干扰和养分吸收等动态；模拟大田实际情况，揭示破胸稻种吸水保苗和养分壮苗的机理。

1.4.2灌溉水和肥料利用情况 通过对比泡田整地水稻所用灌溉水和整个生育期施用肥料总量，得出节约灌溉水和肥料所用量。

1.4.3分蘖情况 分蘖初期每小区随机固定5点进行分蘖动态调查，8月3日始，8月28日止，每5 d调查一次。

1.4.4剑叶和倒二叶叶绿素 每小区每隔5 d使用SPAD仪器随机选取15点测量剑叶叶绿素含量；随后每小区取样5点，测量剑叶叶绿素a和叶绿素b含量；用SPAD仪器在分蘖期、孕穗期、抽穗期、齐穗期和乳熟期每小区随机15点测量倒二叶叶绿素含量。

1.4.5产 量 理论测产每小区随机取样5点；实际产量取样3点，每点取样区域1 m×1 m；对照处理理论测产每点取样区域为0.50 m×0.50 m。理论测产分别调查水稻有效穗、无效穗、每穗粒数、穗实粒数、千粒重。取样后，所有样品均采取自然晒干，且用电脑谷物水分计测量样品水分；以4个处理中最小水分为标准，理论和实际产量均进行换算。

1.5数据处理

试验数据采用SPSS 22.0软件进行统计分析，采用最小显著差法（LSD）进行显著性检验，图和表均在Word 2007文档中制作。

2　结果与分析

2.1半固态播种水肥动态变化模型

由图1可知，与直播吸水途径相比，半固态播种下稻种因稀泥包裹，能利用自身所吸水分、泥巴水分及湿润土壤水分，拓宽了破胸稻种吸水途径；泥巴对阳光及其他环境因子具有一定遮蔽作用，减少蒸发作用和不利环境因子对破胸稻种的损害；避免阳光直射带来的损伤。在无阳光照射时，蒸发作用减弱，稻田土壤水分通过毛细管作用，对稀泥进行水分补充，弥补部分白天蒸发散失水分，从而使稻种扎根出苗，消除水分胁迫，提高稻种出苗率。

从图2中可以看出，与直播养分利用动态相比，半固态播种下稀泥将肥料集中在某个“面”内，形成“肥料集中效应”，秧苗可以快速吸收养分，既保证了前期旺苗和壮苗的形成，又减少了因淋湿和渗透作用所造成的肥料损失。同时，也减少了排放多余泡田整地灌溉水所造成的肥料流失，从而达到前期节水节肥的功效。

2.2水稻生育期灌溉水和肥料用量对比

水稻半固态播种直接播种在免耕的稻田里，与CK处理相比（表1），A1、A2和A3处理省去泡田整地灌溉水量2 250 m3/hm2，折合水稻最高耗水量9 000 m3/hm2[1]，水资源利用效率提高25.00%；CK处理采用少次多量施肥，而A1、A2和A3处理采用多次适量施肥，在分蘖初期减少尿素投入20.75 kg/hm2，利用率提高11.07%；在播种期、分蘖末期和孕穗期总共减少复合肥投入78.27～88.78 kg/hm2，利用率提高幅度为16.31%～18.50%。这表明半固态播种能实现水肥高效利用，减少资源损失，有利于农业可持续发展。

图1　不同栽培模式破胸稻种吸水动态

图2　不同栽培模式养分动态变化

表1　不同栽培模式对水稻灌溉水和肥料用量的影响

2.3分蘖动态变化

从表2中可以看出，无论何种处理，水稻分蘖数均呈现先增加后稳定的变化规律。与CK处理相比，A1、A2和A3处理在水稻分蘖始期分蘖数少，随着时间推移，分蘖数逐渐增加，差异也由显著变成不显著；其中，A2和A3在8月23日后，分蘖数超过CK处理，分别增加8.99%和0.75%，而A1处理减少1.87%。与A1和A3处理相比，A2处理分蘖前期增幅较快，后期增幅减慢，且整个时期分蘖数均呈增加趋势；最终A2处理比A1和A3处理分蘖数分别增加11.07%和8.18%。

表2　不同栽培模式对水稻分蘖的影响

2.4剑叶和倒二叶SPAD动态变化

由表3可知，CK和A1处理倒二叶SPAD从分蘖期至乳熟期呈减小、增大及减小的变化规律，A2 和A3处理呈先增大、后减小的变化规律；4个处理倒二叶SPAD均在抽穗期达到最大值。与CK处理相比，A1、A2和A3处理在孕穗期、齐穗期和乳熟期均呈增加趋势，且均与CK处理达到极显著性差异，差异幅度为4.27%～17.92%。A2处理在分蘖期和抽穗期的倒二叶SPAD比CK处理分别增加5.76%和7.07%，且均达到极显著性差异。A1和A3处理在分蘖期比CK处理分别减少4.02%和4.39%，并达到极显著性差异；而在抽穗期均呈增加趋势，A1处理增加效果最佳，与CK处理达到极显著性差异。与A1和A3处理相比，A2处理从分蘖期至乳熟期均呈增加趋势，倒二叶SPAD维持在较高水平。

表3　不同栽培模式对水稻倒二叶SPAD的影响

表4　不同栽培模式对水稻剑叶SPAD的影响

表5　不同栽培模式对水稻产量的影响

由表4可知，各处理剑叶SPAD总体呈现先增加后减小的变化规律。与CK处理相比，A1、A2和A3剑叶SPAD自始至终均呈增加趋势，并均达到极显著性差异。与A1和A3 处理相比，A2处理剑叶SPAD总体含量较高，在9月3日、9月9日和10月9日均达到极显著性差异。

2.5剑叶叶绿素a和叶绿素b动态变化

由图3可知，A2处理剑叶的叶绿素a含量始终高于CK处理的，在10月9日差值最大，比CK处理增加92.09%；A1和A3处理剑叶的叶绿素a含量除9 月15日低于CK外，其余时间均高于CK；与A2处理相比，A1和A3处理较CK处理增加的幅度不明显。9月15日，A1和A3处理剑叶的叶绿素a含量分别比CK处理低3.87%和4.19%。

整体来看，CK、A1、A2和A3处理剑叶的叶绿素a含量均呈现先上升后下降的趋势，而A1、A2和A3处理剑叶的叶绿素a含量在9月9日达到最大值，CK处理剑叶叶绿素a在9月15日达到最大值。

图3　不同栽培模式对剑叶叶绿素a的影响

由图4可知，和叶绿素a含量的变化趋势一致，A2处理剑叶的叶绿素b含量始终高于CK处理的，增加幅度为12.80%～78.57%；与CK相比，A1和A3处理剑叶的叶绿素b含量在各个时期互有增减，差异不大，且增加幅度小于A2处理。

总体来说，CK、A1、A2和A3处理剑叶叶绿素b含量均呈先增加后减小的变化规律，且均在9月9日达到最大值。

图4　不同栽培模式对剑叶叶绿b的影响

2.6产 量

由表5可知，与CK处理相比，A1、A2和A3处理实际产量分别增加2.02%、5.06%和3.90%，且CK处理与A2处理达到显著性差异；A1、A2和A3处理有效穗均呈增加趋势，增幅为0.35%～13.03%，无效穗呈减小趋势，减幅为66.5%～93.5%；4个处理中，以A2处理增加有效穗数和减少无效穗数表现最佳，且均与CK处理达到极显著性差异；A1、A2和A3处理的每穗粒数、每穗瘪粒数和结实率分别比CK处理增加21.62%～38.15%、4.93%～21.10%和0.22%～1.90%；A1、A2和A3处理千粒重都呈减小趋势，分别比CK处理减少7.52%、5.84%和5.04%，且差异均达极显著水平。总体来说，A1、A2和A3处理理论产量和实际产量较CK处理有所增加，其中以A2处理增产效果显著。这可能与A2处理播种时添加的肥料量最适于水稻前期生长有关，为增产奠定了基础。

3　讨 论

3.1半固态播种可提高资源利用率，促进稻田可持续生产

该研究表明，水稻半固态播种能大幅节约灌溉用水量，提高水资源利用率；通过前期肥料“集中效应”，保证水稻正常生长；后期少量多次施肥，使水稻整个生育期肥料总用量减少，有效地提高了植株养分吸收率和肥料利用率。水稻半固态播种在前茬水稻收割后，即采用旱直播播种在免耕稻田里，免去泡田整地环节，为晚稻生长发育争取更多温光资源；维持稻田耕作层结构，保持生态系统稳定性；采用秸秆还田，减少空气污染；利用沟田清除的淤泥（过筛后）作为基质，淤泥回归稻田，减少水土流失。半固态播种作为水稻一种全新栽培方式，能减少水肥用量、调动闲置资源、减少环境污染等，切实符合低碳、节约型和可持续发展农业的方针政策。

3.2半固态播种可增加有效分蘖，提高产量

水稻是依靠分蘖增产的作物，分蘖的利用情况对水稻产量形成有重要作用[17]。而成穗率是判定水稻分蘖效果最主要的因素，也是水稻高产超高产栽培的关键技术[18]。农业生产主要运用水分调控[19]和养分调控[20]等措施来减少水稻无效分蘖发生，增加水稻有效穗，进而提高水稻成穗率。与CK处理相比，混合处理水稻的有效穗、成穗率和产量均呈增加趋势，水稻无效穗均呈减少趋势；以A2处理效果最佳。产生这种结果，一是在水稻生长前期，混合处理处于晒田状况，土壤含水量低，有效控制了水稻分蘖，后期水分灌溉时，植株充分利用水资源，植株生长健壮，从而减少无效分蘖的发生；二是混合处理前期，水稻利用肥料“集中效应”，快速吸收养分，利于旺苗和壮苗的形成，为优势分蘖奠定基础；加之后期肥料采取少量多施方法，满足水稻籽粒正常灌浆，增加稻穗结实率，提高成穗率；三是对照采用的是直播处理，直播水稻的中后期由于隐蔽作用增强，植株间透风、透光性差，导致产生一些无效穗。半固态播种增加有效分蘖和抑制无效分蘖的机理，仍需通过试验深入探讨。

3.3半固态播种可增加水稻穗重，延缓叶片衰老

水稻叶片是进行光合作用最重要的器官，也是积累干物质的主要场所，直接影响水稻籽粒产量[21]。叶绿素含量是反应叶片生理活性变化的重要指标之一，决定叶片净光合速率的能力[22-23]。水稻生育后期功能叶片光合产物的多少决定这籽粒灌浆的成败[24]。而功能叶片程序化衰老引起叶绿素降解及光合作用下降，导致籽粒充实度不高、结实率及穗重降低，限制着水稻产量潜力的发挥[22,25]。大量研究表明，水稻灌浆前期叶片衰老频度低，抽穗后15～20 d衰老频率陡增[25-26]，说明抽穗后15 d是水稻早衰与否的一个临界点。与CK处理相比，半固态播种下水稻前期有利于形成壮苗和旺苗[7]，依据后期少量多次施肥，水稻剑叶叶绿素和倒二叶叶绿素以及剑叶叶绿a和叶绿素b等含量均维持在较高水平，为籽粒灌浆提供了充足的营养物质，最终显著提高水稻穗重，这与前人[22,25-26]研究结果相一致。

4　结 论

试验结果表明，半固态播种拓宽了破胸稻种的吸水途径，避免了环境中有害因素的直接作用；泥巴包裹的肥料形成“集中效应”，有利于水稻前期旺苗和壮苗的形成，显著节约了灌溉用水量和肥料施用量，提高了水肥利用率和生产率；同时，该技术还合理利用了农业闲置资源，发挥了闲置资源潜力，减少了资源浪费及其产生的环境污染。

半固态播种后前期形成“肥料集中效应”，后期再定期精确施肥，使水稻主要功能叶片的叶绿素含量维持在较高水平，可有效提高每穗实粒数，为籽粒灌浆提供充足的营养物质；减少无效分蘖发生，提高成穗率，最终实现产量增加。而半固态播种对水稻其他生长性状的影响机理，仍需进一步深入研究。

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（责任编辑：成 平）

Effect of Semi-solid Seeding on Rice Growth Traits， Water and Fertilizer Use Efficiency

LIANG Yu-gang1,2,3，HUANG Huang1,2,3，ZHANG Qi-fei1，LI Jing-yi1,2,3
（1. College of Agronomy， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC； 2. Southern Collaborative Innovation Center of Paddy Crop and Oil Crops， Changsha 410128， PRC； 3. Observation Station of Crop Cultivation Science of Central China Ministry of Agriculture， Changsha 410128， PRC）

Abstract：In order to solve a serious of problems of unreasonable use of irrigation water, fertilizer and resource shortages in southern paddy, research the effect of different irrigation water consumptions and fertilizer application methods on rice growth traits by the contrast test of semi-solid rice sowing and steeping field tillage sowing. The results showed that: compare with the steeping field tillage sowing，semi-solid rice sowing broaden the water absorption pathway of the breaking chest rice， improve the fertilizer use efficiency， avoid the direct effect of harmful environmental factors， beneficial to the formation of rice seedling emergence and sound seedling. At the same time，saving irrigation water 2250 m3/hm2， increase water use efficiency； carbamide application was reduced by 20.75 kg/hm2, and the utilization rate increased by 11.06%; compound fertilizer reduced 78.27-88.79 kg/hm2, utilization rate increased to 16.31%-18.50%. Significantly reducing the invalid spike, increasing the effective spike, increasing spike rate, increasing the number of grains per spike, increasing the weight and seed setting rate; Achieve rice production, an increase of 2.02%-5.06%. Use the corresponding way of fertilization, maintain SPAD of the rice flag leaves and top 2nd leaves at high level； Delay the degradation rate of chlorophyll a and chlorophyll b in flag leaves during grain filling period， achieve the water saving， fertilizer saving and resource efficient utilization of high yield rice.

Key words：rice; semi-solid seeding; growth character; water saving and fertilizer saving

通讯作者：黄 璜

作者简介：梁玉刚（1990-），男，安徽淮北市人，硕士研究生，研究方向为作物生态信息。

基金项目：国家科技支撑计划项目（2013BAD07B11）

收稿日期：2016-02-23

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.04.007

中图分类号：S352.5

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2016）04-0019-05