播种量对机插水卷苗秧苗素质及产量形成的影响

李玉祥 何知舟 丁艳锋 王绍华 刘正辉 唐设 丁承强 陈琳 李刚华,*

水稻机插育秧——水卷苗育秧方法最早是由日本学者在20世纪末提出的，在日本已有一定的示范应用面积[1-4]。其主要有两个基本特征：1)摒弃了传统育秧方法所用的泥土(基质)，以无纺布作为育秧介质，采用水培的方式进行秧苗培育；2)秧苗改变了传统秧块的长方形短块形式(0.28 m×0.58 m)，而是成为了长度为3～6 m的秧苗卷。为了有效解决我国毯苗机插水稻育秧取土难、劳动强度大、根系盘结力小等问题，促进我国水稻育秧向轻简化、工厂化、集约化方向发展，本课题组在2011年从日本引进了水卷苗育秧方法相关技术体系，并结合我国水稻生产实际，从育秧装置、育秧介质、营养液配方、育秧工序、秧苗管理等方面进行了优化研究[5-12]，初步实现了育秧轻量化、清洁化和高效化，产量达到常规营养土和基质育秧的水平[11-13]。

适宜播种量的确定是机插高产的基础。常规营养土育秧，播种量需要考虑盘根性、漏插率和基本苗等问题，所以经常导致育秧播种密度偏高。水卷苗育秧方法以无纺布和稻壳为育秧介质，与常规营养土育秧方法相比，根系盘结力显著增强，能够满足水稻育秧、起秧等农事操作及机插要求[11,13]。但在适龄移栽期，如何协调产量与用种量间的关系进而确定适宜播种量。针对此问题，本研究以长江中下游地区主栽水稻品种常规粳稻武运粳24号和杂交籼稻6两优9368为供试材料，研究不同播种量对水卷苗育秧方法移栽前秧苗素质、机插质量、大田群体生长特性、产量及产量构成因子的影响，探析播种量与产量之间的关系，明确播种量对水卷苗育秧方法对水稻生长发育的影响。研究结果可为水卷苗育秧方法的应用提供技术参考和理论依据。

表1 播种量设置Table 1.Design of experimental treatments(sowing density).

1 材料与方法

1.1 试验地点及品种

试验在江苏省丹阳市延陵镇南京农业大学试验基地(31°54′31″N，119°28′21″E)进行。水卷苗育秧(HLMS)在玻璃温室中进行。大田土壤为黏壤土，土壤全氮质量分数为 1.11 g/kg，碱解氮质量分数为86.40 mg/kg，速效磷质量分数为13.23 mg/kg，速效钾质量分数为 98.83 mg/kg。选择长江中下游地区主栽水稻品种常规粳稻武运粳24号和杂交籼稻6两优9368为供试材料，两者籽粒千粒重分别为28 g和29 g。

1.2 试验设计

2013年以长江中下游地区主栽水稻品种常规粳稻武运粳24号和杂交籼稻6两优9368为供试材料，以常规育秧盘计量(0.58 m×0.28 m×0.03 m)。武运粳24号设置芽谷质量90 g/盘、120 g/盘、150 g/盘和180 g/盘4个播种量处理，6两优9368设置芽谷质量50 g/盘、70 g/盘、90 g/盘和110 g/盘4个播种量处理，具体播种量设置见表1所示。每个处理播1个育秧槽(0.28 m×4 m)，重复3次；其中，芽谷质量为稻种质量1.3倍。于6月1日播种，6月18日用高速插秧机[PG63DVRF+Long mat(PG6,63)SET,Iseki Co.,Ltd,Ehime county,Japan]大田机插。大田行株距武运粳24号为30 cm×13.3 cm，6两优9368为30 cm×15 cm，小区面积54 m2(5.4 m×10 m)，重复3次。大田施氮量(尿素，折合成纯氮)为 270 kg/hm2，m基蘖肥∶m穗肥=6∶4，其中基肥和分蘖肥各占50%，穗肥分两次等量施用(分别于倒4叶和倒2叶施用)；氮磷钾配比为mN∶mP2O5∶mK2O=10∶5∶7，磷肥全作基肥一次施用，钾肥分两次施用，其中，基肥和促花肥各占50%。

水卷苗育秧方法以20 g白色纺黏无纺布(南通康达复合材料有限公司)+1 cm稻壳(丹阳市延陵镇延丰大米加工厂的下脚料)为育秧介质[6]，采用“水稻水培育秧苗床”进行秧苗培育[8]，苗床长4 m，每个苗床由4个育秧槽(0.28 m×4 m)组成，采用“水稻水培育秧营养液及其制备方法”配方为秧苗供给养分[5]，用HCl和NaOH调节营养液pH，使其维持为4.5～5.5。播种后采用黑色40 g纺黏无纺布覆盖育苗，至秧苗立针后揭膜，从秧苗1叶1心期开始适时炼苗。播种后至秧苗2叶期(播种后第6天)用清水喷施浇灌秧苗，从2叶期开始用营养液通过水泵循环浇灌秧苗。于播种后第7天用15%多效挫可湿性粉剂(50 g/667m2)兑水均匀喷施秧苗。大田水分管理及病虫草害防治按照当地常规管理要求进行。

1.3 取样及测定方法

1)秧苗素质：移栽前每处理随机取20株秧苗测定叶片数、株高、根长、根数、苗基宽等，量取秧苗叶片长宽，用于计算秧苗单株叶面积；每处理取100株秧苗分地上部与地下部两部分，称鲜质量后置于105℃烘箱中烘30 min杀青，之后在80℃下烘至恒重，记录干质量，并计算质量高度比(质量高度比=地上部干质量/苗高)。切取8 cm×8 cm板面的秧苗一块，记录苗数，并计算成苗率[成苗率=(总苗数/种子数)×100%]和单位面积成苗数(单位面积成苗数=总苗数/面积)。移栽前每处理选取生长均匀的秧苗20株，仔细剪去根系，后置于水培箱中，7 d后计数新发根数(≥5 mm)，即为水培发根力。取根系用α-萘胺法测定根系活力。

2)机插指标：按照《GB/T6243－86水稻插秧机试验方法》评价。机插大田5 d后，每小区选取代表性观测点，每个测定点6行(1个插秧机作业幅宽，6行)，每行连查100穴，计数空穴数；每行测定20穴，分别计数每穴苗数、漂秧数、伤秧数及翻倒数。

3)群体茎蘖动态：从移栽至拔节期，每5 d一次，拔节至抽穗期每7 d一次调查茎蘖数，每个小区定1个6行监测点，每行连查10穴；并计算单株分蘖数(单株分蘖数=每穴分蘖数/每穴基本苗数)和分蘖发生力(分蘖发生力=单株最大分蘖数/移栽到最大分蘖数所用时间)。

4)干物质积累：于移栽期(transplanting stage,TS)、穗分化期(panicle initiation stage,PI)、抽穗期(heading stage,HS)和成熟期(maturing stage,MS)，每小区普查60穴茎蘖(穗)数，按平均茎蘖(穗)数取5穴完整植株，105℃下杀青 30 min，然后80℃下烘至恒重后测定干物质量。

5)产量：成熟期每小区按平均穗数取5穴，计算每穗粒数、空瘪粒数、千粒重。按14%的籽粒含水量折算产量。

1.4 数据统计与分析方法

在Excel 2007软件中进行数据常规处理和作图，在SPSS 20.0中进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 秧苗素质

图1 播种量对机插水卷苗成苗率及单位面积成苗数的影响Fig.1.Seedling emergence rate and seedling number per cm2of two cultivars under different sowing densities before transplanting for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

2.1.1 成苗率和单位面积成苗数

播种量对成苗率和单位面积成苗数的影响见图1。随着播种量的增加两品种成苗率均显著下降，且随着播量的增加下降幅度增加；而单位面积成苗数随着播种量的增加显著增加，但增加速度随着播种量的增加呈下降趋势。与武运粳24号 90 g/盘处理相比，播种量增加到120 g/盘、150 g/盘和180 g/盘时成苗率分别下降1.1%、7.0%和19.8%，单位面积成苗数分别增加31.9%、56.0%和61.4%；与6两优9368 50 g/盘处理相比，播种量增加到70 g/盘、90克/盘和110 g/盘时成苗率分别下降3.7%、11.4%和20.6%，单位面积成苗数分别增加30.6%、64.5%和83.5%。

2.1.2 秧苗形态指标

移栽前，随着播种量的增加两品种叶面积指数均显著增加(图2-A～B)，而比叶重显著下降(图2-C～D)。其中，武运粳24号 90 g/盘和120 g/盘、6两优9368 50 g/盘和70 g/盘处理间比叶重无显著差异。武运粳24号播种量由90 g/盘增加到120 g/盘、150 g/盘和180 g/盘时，叶面积指数分别增加22.9%、44.6%和52.7%，比叶重分别降低2.2%、19.5%和38.2%；6两优9368播种量由50 g/盘增加到70 g/盘、90 g/盘和110 g/盘时，叶面积指数分别增加20.9%、38.7%和54.8%，比叶重分别降低3.2%、12.2%和24.5%。由图3也可知，单位面积成苗数和叶面积指数呈显著正相关，而与比叶重呈显著负相关。

图2 播种量对机插水卷苗秧苗形态指标的影响Fig.2.Leaf area index and specific leaf weight of two rice cultivars under different sowing densities before transplanted for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

图3 苗床单位面积成苗数和叶面积及比叶重相关性分析Fig.3.Relationship among seedlings per square centimetre and leaf area index and specific leaf weight of both cultivars before transplanting for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

2.1.3 秧苗物质积累

随着播种量的增加，秧苗地上部和根系干物量、质量高度比、苗基宽、根系活力及水培发根力显著降低，两品种表现一致(表2)。其中，武运粳24号播种量由90 g/盘增加到120 g/盘、150 g/盘和180 g/盘时，秧苗质量高度比分别下降3.8%、32.5%和53.8%，90 g/盘和120 g/盘处理间无显著差异；6两优9368播种量由50 g/盘增加到70 g/盘、90 g/盘和110 g/盘时，质量高度比分别下降22.3%、21.4%和40.8%。除6两优9368株高外，处理间叶龄、根长、根数及根冠比无显著差异。

表2 播种量对机插水卷苗秧苗物质积累的影响Table 2.Seedling biomass accumulation of two cultivars under different sowing densities before transplanting for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

2.1.4 净光合速率

随着播种量的增加，移栽前秧苗净光合速率显著下降，两品种表现一致(图4)。其中，武运粳24号处理90 g/盘和120 g/盘间无显著差异，但均显著高于150 g/盘和180 g/盘处理；6两优9368处理 50 g/盘和70 g/盘间也无显著差异，并均显著高于90 g/盘和110 g/盘处理。

2.2 机插质量

播种量对水卷苗机插质量影响见表3。随着播种量的增加，机插空穴率显著降低，而漂秧率及每穴苗数显著增加，两品种表现一致。其中，与武运粳24号 90 g/盘处理相比，播种量增加到120 g/盘、150 g/盘和180 g/盘时，空穴率分别降低28.9%、54.4%和62.4%，而每穴苗数分别增加10.2%、27.9%和70.3%；与6两优9368 50 g/盘处理相比，播种量增加到70 g/盘、90 g/盘和110 g/盘时，空穴率分别降低36.7%、54.7%和72.7%，而每穴苗数分别增加11.5%、15.9%和45.3%。不同播种量对伤秧率、翻倒率和勾秧率影响较小，两品种表现一致。由图5可知，苗床单位面积成苗数与机插空穴率呈极显著负相关，而与每穴苗数呈极显著正相关。以上结果表明，为了满足一定的机插质量要求和大田基本苗数，苗床成苗数不应过少。

2.3 大田生长特性

2.3.1 茎蘖动态及分蘖发生力

图4 播种量对机插水卷苗移栽前净光合速率(Pn)的影响Fig.4. Photosynthetic rate(Pn)of two rice cultivars under different sowing densities before transplanted for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

播种量对机插水卷苗大田群体茎蘖动态及单株分蘖发生动态的影响见图6。随着播种量的增加，两品种群体茎蘖数均呈增加趋势(图6-A～B)；其中，武运粳24号单位面积最大茎蘖数分别为357、409、422和458，6两优9368分别为402、519、555和679。然而，茎蘖成穗率为小播量处理高于大播量处理；随着播种量的增加，武运粳24号茎蘖成穗率分别为58.4%、60.8%、57.2和56.4%，6两优9368茎蘖成穗率分别为47.7%、48.0%、47.0%和39.9%。此外，单株分蘖数随着播种量的增加均呈下降趋势，且分蘖发生推迟(图6-C～D)；随着播种量的增加，武运粳24号最大单株分蘖数分别为5.3、5.5、4.5和3.2，单株成穗数分别为3.2、3.4、2.3和1.8；6两优9368最大单株分蘖数分别为7.7、7.4、7.0和6.5，单株成穗数分别为4.1、4.0、3.8和2.8。

表3 播种量对水卷苗机插质量的影响Table 3.Mechanical transplanting quality in paddy field of two cultivars under different sowing densities for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

图5 播种量和机插空穴率及基本苗数相关性分析Fig.5.Regression analysis of sowing density on missing hill rate and basic seedlings of two cultivars for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

随着播种量的增加，两品种分蘖发生力均呈下降趋势，小播量处理显著大于大播量处理，两品种表现一致(图7)。其中，武运粳24号分蘖发生力分别为0.19、0.20、0.16和0.11，6两优9368分别为0.28、0.27、0.25和0.20。上述结果表明，随着苗床播种量的增加，大田群体茎蘖数呈增加趋势，但严重限制了单株分蘖的发生，单株分蘖发生力显著下降。

2.3.2 干物质积累量

播种量对大田关键生育期干物质积累量影响见图8所示。武运粳24号在移栽期和穗分化期、6两优9368在移栽期，干物质积累量处理间无显著差异；而武运粳24号在抽穗期、6两优9368在穗分化期和抽穗期，干物质积累量均随着播种量的增加呈增加趋势。在成熟期，当武运粳24号播种量由90 g/盘增加到120 g/盘、6两优9368播种量由50 g/盘增加到70 g/盘时，干物质积累量显著增加，而其他处理间无显著差异。在成熟期，当武运粳24号播种量由90 g/盘增加到120 g/盘、150 g/盘和180 g/盘时，干物质积累量分别增加12.6%、9.4%和15.7%；6两优9368播种量由50 g/盘增加到70 g/盘、90 g/盘和110 g/盘时，干物质积累量分别增加6.3%、9.4%和6.0%。

图6 播种量对机插水卷苗群体茎蘖动态(A,B)及单株分蘖发生动态(C,D)的影响Fig.6.Tiller dynamics of population(A,B)and tiller number per plant(C,D)of two cultivars under different sowing densities in paddy field for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

图7 播种量对机插水卷苗分蘖发生力的影响Fig.7.Tillering rate per plant of two cultivars under different sowing densities from sowing to max-tillering for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

2.4 产量及产量构成

两品种产量及产量构成见表4，武运粳24号播种量由120 g/盘降低到90 g/盘、6两优9368播种量由70 g/盘降低到50 g/盘时，产量均显著下降；但当武运粳24号播种量由120 g/盘增加到150 g/盘和180 g/盘、6两优9368播种量由70 g/盘增加到90 g/盘和110 g/盘时，产量并没有显著差异。其中，武运粳24号播种量由90 g/盘增加到120 g/盘、150 g/盘和180 g/盘时，产量分别增加23.4%、15.6%和17.6%；6两优9368播种量由50 g/盘增加到70 g/盘、90 g/盘和110 g/盘时，产量分别增加18.8%、26.7%和26.6%。就产量构成而言，随着播种量的增加，穗数显著增加，两品种表现一致，这是小播量(武运粳 24号，90 g/盘，6两优 9368，50 g/盘)处理产量低的主要原因；相反，随着播量的增加，每穗粒数呈下降趋势，其中6两优9368达到显著水平。处理间千粒重无显著差异；6两优9368结实率随着播种量的增加有上升趋势，武运粳24号处理间无显著差异。

图8 播种量对机插水卷苗关键生育期干物质积累的影响Fig.8.Biomass accumulation of two cultivars at different growth stages under different sowing densities for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

表4 播种量对机插水卷苗育秧方法产量及产量构成的影响Table 4.Grain yield and its components under different sowing densities for hydroponically grown long-mat rice seedlings(HLMS).

3 讨论

适宜播种量的确定不仅会影响高速插秧机的作业性能，也影响水稻产量形成。本研究中，秧苗地上部和根系干物质量、发根力、根系活性、成苗率、苗基宽及质量高度比均随着播种量的降低而显著增加，秧苗个体素质增强。主要原因是低播量降低叶面积指数，增加了单个秧苗对养分的吸收和光截获量，促进了个体生长[14]，减少了个体间的竞争，生长环境优越[15-16]。比叶重与氮含量相关[17]，而氮浓度与rubisco酶[18]和光合速率[19]紧密相关；本研究中，小播量处理比叶重和光合速率显著高于大播量处理，易形成壮秧。与常规育秧一致[20]，水卷苗育秧小播量秧苗移栽大田后分蘖发生力显著高于大播量处理，这主要是小播种量有利形成壮秧，机插大田后，返青活棵快，能促进分蘖早生快发[14,21]，保证穗数[22-24]。Sun等[25]在旱直播种植中也发现包括常规稻和杂交稻，其单株分蘖发生力为随着播种密度的增加而呈下降趋势。同时，水卷苗育秧方法不受盘根力的限制[11]，更易培育出符合机插的健壮秧苗，同时满足起秧、运秧等农事操作要求；此外，小播种量处理机插植伤轻、返青活棵快且分蘖发生力强，个体潜力能够充分发挥。

高产的前提是建立适宜的群体结构[26-28]。播量过大，秧苗素质弱、移栽植伤重，尽管机插质量好，但严重限制了秧苗个体潜力的发挥[14]，增加了生产投入[25]，产量甚至会下降[14,29]。然而，播量太小，尽管秧苗个体强壮、盘根性能够满足农事操作及机插要求、成苗率高、分蘖力强，个体潜力能够充分发挥，但机插质量较差、基本苗不足，最终穗数不足也不能实现高产[29]。因此，高产建设，重要的是协调个体与群体间的矛盾，选择适宜的播种量，一方面使个体能够充分发挥自身潜力；另一方面能够保证高产需要的群体结构。本研究中，当武运粳24号播种量为120 g/盘(738.9 g/m2)时，其产量(9.82 t/hm2)与150 g/盘和180 g/盘处理间无显著差异，显著高于90 g/盘处理；6两优9368播种量为70 g/盘(431.0 g/m2)时，其产量(11.93 t/hm2)与 90 g/盘和 110 g/盘处理间无显著差异，显著高于50 g/盘处理。其主要归因于较好的秧苗素质(成苗率高、比叶重大、根系活性和发根力强、光合速率强)，这与常规育秧方式基本一致[30-31]；尽管机插空穴率显著高于大播量处理，但秧苗机插大田后返青活棵快、分蘖早发、单株分蘖发生力强，在一定程度上弥补了空穴率高、基本苗少的劣势，最终穗数与大播量处理无显著差异，且每穗粒数略高于大播量处理，这与前人在直播稻和机插稻种植中研究结果基本一致[29,32-36]。此外，实际生产中，最适播种量的选择还应考虑最终的经济效益[14,31]。本研究中，当苗床播种量过大时，水稻产量并没有显著增加，而生产投入(用种量)却相应增加，这会影响最终经济效益。

4 结论

对于机插水卷苗育秧方法而言，常规粳稻武运粳24号和杂交籼稻6两优9368播种量分别降低到2.03 粒/cm2(芽谷 120 g/盘)和 1.14 粒/cm2(芽谷 70 g/盘)，秧苗素质好、单株分蘖力强、穗粒数多、产量高。

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