不同耕作方式及泥浆沉实时间对机插晚稻干物质积累及产量的影响

2018-10-17潘孝晨唐海明肖小平汤文光程凯凯郭立君

作物研究 2018年5期

潘孝晨，唐海明*，肖小平，李超，汤文光，汪柯，程凯凯，郭立君

（1湖南省土壤肥料研究所，长沙410125；2湖南大学研究生院隆平分院，长沙410125）

合理的土壤耕作方式能够改善土壤的物理（水、热和气动态及土壤结构）、化学（有机质矿化及养分有效性）和生物学（土壤微生物多样性及活性）性状，提高作物产量和根系生长［1］。一般的土壤耕作措施有少免耕、旋耕、翻耕等，其中翻耕是传统的土壤耕作方式，耕翻后土壤的结构会发生变化，可明显改善土壤的物理性状，对土壤含水量、总孔隙度、水稳性团聚体含量及团聚体结构稳定系数均有较大影响，有利于促进土壤通气孔隙的形成，改善土壤结构［2］。旋耕一般耕作深度为8～15 cm，可以改善土壤结构、增加土壤贮水量、促进根系生长，但长期旋耕也会导致土壤稳定性降低，营养流失等问题。少免耕可以防止水土流失，节省人力物力，是一种保护性耕作措施，但长期少免耕容易引起土壤板结，耕层变浅［4］。

水稻机械化生产是稳定水稻产量、增加稻农收入的重要措施，有利于提高水稻综合生产能力，实现粮食安全的技术保障，是现代农业发展的趋势，其中稻田采用机械操作对整地质量的好坏直接影响到水稻移栽质量、生长发育和产量等方面［3］。江泽普等认为，免耕直播水稻株高、结实率及产量都较高，穗粒数和千粒重则与常规插秧相当，而免耕抛秧穗粒数、结实率、千粒重及产量均较低；在土壤理化性状方面，与常规插秧比，免耕栽培稻田表层土壤有机质增加［4］。吴建富等认为，中长期连续机械旋耕与传统翻耕对双季机插稻的产量及其构成因素均无显著影响，但传统翻耕有利于双季机插水稻稳产［5］。也有研究认为，不同土壤耕作措施下稻田土壤质量表现为旋耕处理优于翻耕处理［6］。一些学者认为，长期连续耕作导致农田的耕层普遍浅化，土壤紧实，严重阻碍了作物根系的生长和产量的提高，同时弱化了土壤的蓄水保肥能力，容易导致水土流失［9，10］。因此，采取科学合理的机械耕作方式，有利于保证稻田耕地质量，提高水稻移栽质量，促进水稻生长发育和提高产量水平。

我国水稻机械化生产水平较低，对比西方农业机械化水平实力差距依然明显，特别是我国双季稻区水稻种植机械化发展尤其缓慢［7，8］，主要原因是农机与农艺相融合程度不高，影响了水稻种植机械化推广。湖南省是我国重要的双季稻区，洞庭湖平原区又是湖南重要的粮食主产区。因此，针对上述生产中所存在的主要问题，为了进一步提高洞庭湖区水稻生产的机械化水平，减缓该区域双季稻“双抢”季节紧张、劳动力不足等现实问题，笔者通过2016～2017年开展不同土壤耕作方式结合泥浆沉实时间处理对晚稻植株干物质积累及产量影响研究，旨在为该区域轻型高效、省工节本、稳产增收的土壤耕作技术提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在洞庭湖平原区的南县茅草街镇新尚村进行。试验地土壤类型为长江冲积物发育的紫潮泥。试验前耕层（0～20 cm）土壤养分含量：有机质30.8 g/kg、全氮 2.20 g/kg、全磷 1.08 g/kg、全钾 17.12 g/kg、碱解氮 203.1 mg/kg、有效磷 28.5 mg/kg、速效钾42.6 mg/kg，pH值7.7。试验地种植模式为冬闲—双季稻。

1.2 试验设计及田间管理

试验包括4个土壤耕作处理：T1.轻型旋耕机+耕作后沉实1 d移栽晚稻；T2.轻型旋耕机+耕作后沉实2 d移栽晚稻；T3.重型旋耕机+耕作后沉实1 d移栽晚稻；T4.重型旋耕机+耕作后沉实2 d移栽晚稻。为方便稻田土壤耕作，试验采用大区试验，不设重复，各处理小区面积为450 m2；轻型和重型旋耕机的土壤耕作深度分别为8～10 cm和10～15 cm。

2016年晚稻供试品种为‘岳优518’。T1和T3处理均于7月22日移栽，T2和T4处理均于7月23日移栽。2017年晚稻供试品种为‘桃优香占’，T1和T3处理均于7月18日移栽，T2和T4处理均于7月19日移栽。移栽规格均为行距26.4 cm，株距13.2 cm。晚稻季共施N 179.91 kg/hm2、P2O544.98 kg/hm2和K2O 119.94 kg/hm2，N和K2O按基肥∶分蘖肥=7∶3的施肥比例进行，P2O5于土壤耕作时作基肥一次性施入。移栽后7～10 d结合施分蘖肥进行田间杂草防除。水分管理采用前期淹水、中期烤田和后期干湿交替的管理模式，其他管理措施同常规大田生产。

1.3 测定项目和方法

（1）生育期记载。2016和2017年，观察记载各处理晚稻的移栽期、分蘖盛期、孕穗期、齐穗期、成熟期；计算各处理晚稻全生育期天数。

（2）株高、干物质、叶片叶绿素和植株养分含量。水稻成熟期于每个处理小区中选择3个点，每个点随机选择5穴水稻，测定植株的株高，计算其平均值；同时，采用SPAD-502型叶绿素测定仪测定主茎剑叶的上部、中部和下部3个点的SPAD值，计算其平均值。

水稻成熟期每个处理小区中各选择3个点，每个点随机挖取5穴水稻，先用清水冲洗干净，注意避免丢失根量，用滤纸吸干附着水，然后将植株按根、茎、叶和穗部位装袋，于105℃杀青30 min，80℃烘至恒重，测定干物质量，分析比较各处理成熟期水稻植株干物质积累量。

（3）产量及产量构成因素。水稻成熟期，每小区中选择长势均匀的3个点，每个点1 m2，计数单位面积内的有效穗数；从每小区中随机选取5穴考种，测定每穗粒数、结实率和千粒重等指标，计算其平均值；同时，测定各小区的水稻实际产量。

1.4 数据处理

试验数据均采用Microsoft Excel 2003软件进行处理，采用SPSS统计软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 水稻生育期

从表1可知，机插条件下不同土壤耕作方式和移栽日期对水稻生育期均有一定的影响。2个年份均以T1处理全生育期最短，分别为101 d和98 d；均以T4全生育期最长，分别为105 d和102 d；T2全生育期分别为102 d和99 d，T3全生育期分别为104 d和101 d。

表1 不同耕作方式及泥浆沉实时间处理下机插晚稻生育期Table 1 Grow th stages of late rice w ith different tillagemethods and mud settling time

2.2 植株株高

由图1可知，2个年份各处理晚稻植株的株高顺序均表现为T4＞T3＞T2＞T1，其中以T4处理最高，分别为100.5 cm和99.4 cm，其次是T3和T2处理，分别为 100.3、99.9 cm（2016年）和 99.2、98.8 cm（2017年）；各处理间植株株高均无显著性差异。同时，同一旋耕机耕作条件下，T1、T3处理水稻株高低于T2、T4处理，但差异不显著。

2.3 叶片叶绿素含量

图1 不同耕作方式及泥浆沉实时间处理下机插晚稻株高Fig.1 Effects of different tillagemethods and mud settling time on plant height of late rice planted by machine

由图2可知，各处理间晚稻植株的叶绿素含量无显著性差异，大小顺序均表现为T2＞T4＞T3＞T1。2个年份叶绿素含量均以T2处理最高，叶绿素含量分别为32.97、31.98，其次是T4和T3处理，叶绿素含量分别为 32.43、31.93（2016年）和 31.33、30.83（2017年）；T1叶绿素含量最低分别为 31.30、30.20。同一旋耕机耕作条件下，T2、T4处理水稻叶片叶绿素含量高于T1、T3处理，但差异不显著。

2.4 干物质积累

由表2可知，不同处理对晚稻植株各部位干物质积累具有一定的影响。其中，2个年份植株的茎、叶干物质积累量均以T4处理最高，均显著高于其他处理；各处理间水稻植株的穗干物质积累量均无显著性差异。地上部分干物质积累量均以T4处理最高，均显著高于T1和T3处理；2016年T4处理的茎、叶和穗干物质积累量比T1处理分别增加了865.5、389.25、649.05 kg/hm2，2017年分别增加了867.75、344.25、652.2 kg/hm2。T2处理的地上部分干物质积累量均高于T1和T3处理，但无显著性差异。同时，同一旋耕机耕作条件下，T2、T4处理的各部位干物质积累均高于T1、T3处理。

图2 不同耕作方式及泥浆沉实时间下机插晚稻叶绿素含量Fig.2 Effects of different tillage methods and mud settling time on chlorophyll of late rice planted by machine

表2 不同耕作方式及泥浆沉实时间下机插晚稻干物质积累量（kg/hm2）Table 2 Effects of different tillagemethods and mud settling time on dry matter accumulation ofmachine-planted late rice

2.5 产量及产量构成因素

由表3可知，不同处理间晚稻植株的有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重均无显著性差异。2个年份各处理水稻产量大小顺序均表现为T4＞T2＞T3＞T1，其中以 T4处理最高，分别为 7224和7285.5 kg/hm2，其次是T2和T3处理，2016年产量分别为6907.5、6811.5 kg/hm2，2017年产量分别为7089、6852 kg/hm2，T1显著低于 T4，产量为 6336和6561 kg/hm2。

表3 不同耕作方式及泥浆沉实时间下机插晚稻产量及产量构成因素Table 3 Effects of different tillagemethods and m ud settling tim e are im portant factors for the yield and yield components of late rice p lanted by machine

2.6 水稻植株茎、叶、穗不同部位N、P、K积累量

由表4可知，2个年份的晚稻植株中，T4处理茎、叶、穗、地上部分的氮、磷、钾素积累量均为最高，均显著高于T3和T1处理，其次是T2和T3处理；2016年T4处理的地上部分氮、磷、钾素积累量比T3处理分别增加 9.7、2.32、10.3 kg/hm2；2017年 T4处理的地上部分氮、磷、钾素积累量比T3处理分别增加9.7、2.22、10.3 kg/hm2。T1处理植株中各部位的氮、磷、钾素积累量均最低且无显著性差异。T2、T4的 N、P、K积累量高于T1、T3处理。同时，晚稻地上部分元素积累量中对N的积累量均最多，主要集中在稻穗中，叶片中含量最少；其次是对K的积累量，茎秆中最多，叶片中最少；植株对P的积累量最少，且主要积累在穗中。以T4处理为例，2016年T4处理的地上部分对N的积累量较P、K分别增加了 123.25、34.1 kg/hm2，2017年分别增加了123.96、32.0 kg/hm2。

表4 不同耕作方式及泥浆沉实时间下机插晚稻不同部位N、P、K积累量（kg/hm2）Table 4 Effects of different tillagemethods and mud settling time on N，P，K accumulation in different parts of late rice planted by machine

3 讨论

3.1 不同耕作方式及泥浆沉实时间对水稻植株干物质和养分积累的影响

本试验结果表明，泥浆沉实时间和土壤旋耕深度影响水稻干物质积累。耕作后沉实2 d再移栽（T2、T4）的晚稻各部位干物质积累量均高于耕作后沉实1 d就移栽的处理（T1、T3），其原因是沉实2 d后移栽处理的水稻（T2、T4）生育期长于沉实1 d后移栽处理（T1、T3），所以晚稻受到的光、热、水分及营养均要多于生育期稍短的水稻。有研究认为，与手栽相比，机插和直播生育进程延迟，生育期缩短，并呈纬度越高缩短天数越多的趋势［16］。刘白银认为不同生育时期的植株氮、磷、钾养分含量和累积吸收量均表现为机耕＞牛耕＞免少耕＞免耕［11］。因为轻型旋耕机耕作深度一般为8～10 cm，较浅的耕翻可能使得土壤中耕作层抬高，根系生长受阻，从而影响了养分的吸收。而重型旋耕机耕作深度可以达到15 cm，改良了土层间有机质的分布，降低了水稻根系周围土壤容重［5］，有利于根的生长和吸收营养元素。所以T4处理高于T2处理的干物质积累量，T3处理高于T1处理的干物质积累量。

本试验结果表明，泥浆沉实时间影响水稻植株营养元素的积累。2个年份的水稻植株T4处理茎、叶、穗、地上部分的氮、磷、钾素积累量均为最高，显著高于T3和T1处理，其次是T2处理和T3处理，T1处理的营养元素积累量最低。耕作后沉实2 d再移栽处理（T2、T4）的水稻各部位营养元素积累量均高于耕作后沉实1 d就移栽处理（T1、T3）。可能是因为沉实的泥浆促进了植株对营养物质的吸收和水稻的生长，增加了水稻植株地下部和地上部的干物质积累，这里表现为T4处理高于T2处理的营养元素积累量，T3处理高于T1处理的营养元素积累量。

同时，土壤旋耕深度对植株营养元素的吸收也有影响，对比轻型旋耕机处理（T1、T2），采用重型旋耕机处理（T3、T4）更有利于增加植株地上部的氮素、磷素和钾素积累量，对水稻的生长、营养物质的吸收利用有一定的促进作用，进而影响植株的养分积累量［5］。

3.2 不同耕作方式及泥浆沉实时间对水稻产量及产量构成因素的影响

作物干物质积累量是其产量的物质基础，作物产量的高低与其生产能力及同化物与经济器官吸收积累营养元素能力密切相关［18］。有研究表明，水稻产量一般随生育期延长呈增加的趋势［14］。马殿荣等人认为，不同栽培方式下水稻产量与干物质积累总量呈极显著正相关［12］。冯跃华等人认为，由于免耕稻具有发达的根系特性，免耕稻相对于翻耕稻表现出增产优势［13］。池忠志等人研究认为，直播产量最高，机插次之，手栽最低［17］。唐海明等认为，冬季覆盖作物秸秆还田能为晚稻的生长发育提供较多的营养物质，从而促进了晚稻的分蘖和成穗率，提高产量［19］。代家风认为，翻耕比免耕产量更高，翻耕有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重和水稻干物质积累均高于免耕［20］。

本试验结果表明，土壤旋耕深度影响晚稻产量及产量构成要素。本研究发现，T4处理的有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重及产量最高，其次是T3处理和T2处理，T1处理最低。重型旋耕机10～15 cm的耕作深度比轻型旋耕机8～10 cm的耕作深度更符合水稻根系平均分布在0～20 cm土层中的实际，更好地改善了水稻根系周围土壤的理化性质，改善了根系土壤的通气条件。

同时，泥浆沉实时间也影响水稻产量。泥浆沉降是一个需要较长时间的过程，土壤过于稀松，机插的秧苗由于根系不发达，移栽入土深，分蘖节位升高，不利于秧苗返青和早发，推迟晚稻分蘖，减少了有效分蘖，影响了水稻的产量［15］；泥浆沉实2 d后，土壤基本形态已稳定，更适合秧苗稳定的生长发育，稳定的生长又可以使水稻吸收更多的营养元素，为其增加有效穗和结实率打下坚实的物质基础，使水稻的产量增加。因此水稻产量表现出T4＞T3、T2＞T1的结果，最后在旋耕深度和泥浆沉实时间共同影响下各处理水稻产量顺序表现为T4＞T2＞T3＞T1。