育秧播种密度与取秧面积耦合对杂交稻机插质量和产量的影响

李泽华，马 旭，陈林涛，李宏伟，黄益强，黎俊荣，罗国武，姚俊豪

育秧播种密度与取秧面积耦合对杂交稻机插质量和产量的影响

李泽华1，马 旭2※，陈林涛2，李宏伟2，黄益强3，黎俊荣3，罗国武4，姚俊豪4

（1. 华南农业大学数学与信息学院，广州 510642；2. 华南农业大学工程学院，广州 510642；3. 肇庆市农业科学研究所，肇庆，526070；4. 广东省农业机械化技术推广总站，广州 510515）

为探索杂交稻机械化种植方法，根据杂交稻少本稀植的农艺要求，该文对不同育秧播种密度与插秧机取秧面积耦合栽插的质量和产量进行研究，于2017年和2018年在广东省江门市、肇庆市和汕头市进行不同育秧播种密度（30～90 g/盘）和取秧面积耦合栽插对比试验，分析了耦合栽插对栽插质量、根系损伤率和发根力的影响；以钵体苗人工手插为对照，开展不同育秧播种密度与取秧面积耦合栽插的大田生产试验，分析了杂交稻毯状苗不同育秧播种密度耦合栽插方式的产量表现及其特征。结果表明：1）现有技术条件下，基于育秧播种密度与取秧面积耦合栽插方法可实现不同育秧播种密度下较高质量的栽插，1～3株/穴的比例介于80.67%~95.33%之间，1～4株/穴的比例超过90.67%；育秧床土对栽插质量有较大影响，采用基质育秧或“基质+旱地土”育秧，当育秧播种密度超过50 g/盘时，漏插率为3.50%～6.38%，平均为5.11%，基本满足杂交稻机插农艺要求。2）不同育秧播种密度耦合栽插方式的根系损伤率为15.37%～31.16%；当育秧播种密度大于40 g/盘时，根系损伤率随育秧播种密度的增加而增大；发根力与根系损伤率之间呈负相关关系，相关系数为-0.949 3；当育秧播种密度差异不超过10 g/盘时，发根力没有显著差异，当育秧播种密度差异超过20 g/盘，发根力的差异达到显著水平。3）不同耦合栽插方式中，50 g/盘机插的单产最高；从产量角度看，不同耦合栽插方式及对照的产量规律为：50 g/盘机插>钵苗手插>60 g/盘机插>70 g/盘机插或90 g/盘机插；与各品种的区试产量表现比较发现，不同耦合栽插方式的实际产量都未达到区试产量，其原因是单位面积有效穗数和结实率都不及区试中的表现，但穗长达到或略超过区试中的表现。研究结果对攻克杂交稻机械化种植难题具有参考价值。

水稻；机械化；播种密度；取秧面积；根系损伤；产量；杂交稻

0 引 言

杂交稻种植机械化是中国水稻种植机械化发展中的难点之一[1]，杂交稻种植面积占中国水稻种植面积超过50%[2]，因此，探索杂交稻机械化种植方式对解决水稻机械化种植难题具有重要的理论意义和实际应用价值。

毯状苗机械化育插秧技术（简称“毯状苗机插”）是突破杂交稻种植机械化难题的重要途径之一。该技术在日本、韩国和中国的黑龙江和江苏等地区得到了很好的推广，但该技术应用于杂交稻时，杂交稻的高产优势得不到充分发挥，产量与人工插秧相比偏低[3-4]，其主要原因是：毯状苗育秧时，为保障一定的盘根成毯性，育秧播种密度大，秧苗素质差，且机插植伤较重，栽植后至恢复正常生长通常要经历7～10d的缓苗期，当机插育秧或栽插质量不理想时，严重影响杂交稻高产优势的发挥[5]。生产实践和研究表明，与常规稻相比，杂交稻栽培强调稀播、稀插、早插、早发，培育壮秧，合理密植，一般要求栽插1～3株/穴[6-9]。因此，从满足杂交稻栽插农艺要求角度看，突破杂交稻毯状苗机插技术的核心目标是提高秧苗素质、减少机插植伤、实现1～3株/穴精准栽插。

提高秧苗素质的重要途径之一是降低育秧播种密度[10-12]。试验表明[10]，在华南双季稻区，杂交稻毯状苗机插的适宜播种密度为45～80 g/盘。华南农业大学研制的2ZSB-500型智能水稻秧盘育秧精密播种生产线可实现不同播种密度（≤300 g/盘）的均匀条播和撒播，具备低播量精密播种育秧的装备条件。但问题是在满足低播量育秧成毯条件下，如何实现杂交稻1～3株/穴精准栽插并尽可能减少机插植伤。

从育插秧装备的性能角度看，影响毯状苗机插每穴苗数的主要因素是播种均匀性（受出苗率影响，最直接的因素是秧苗分布的均匀性）和插秧机取秧精准性；从栽插方法角度看，影响毯状苗机插每穴苗数的主要因素是育秧播种密度与插秧机取秧面积的耦合关系[13]。在现有装备条件下，创新和优化栽插方法是提高杂交稻毯状苗育插秧技术水平的重要途径之一。考虑到与撒播相比，条播的种子分布均匀，秧苗素质高，更有利于栽插质量的提高[10,14]；并且每穴栽插苗数主要取决于秧苗生长密度和插秧机取秧面积的耦合协调关系。为此，本文提出杂交稻低播量精密条播育秧播种密度与取秧面积耦合栽插方法，以实现符合杂交稻种植农艺要求的高质量栽插。

杂交稻育秧播种密度与取秧面积耦合机械化栽插思想，早期可见于罗汉亚等[13]的文章。近期，李泽华等[10-11]研究育秧播种密度对秧苗素质和成毯特性的影响，为进一步探索耦合栽插方法提供了基础。此外，滕飞等[15]还探讨了机插取秧量对杂交稻生长和产量的影响，胡剑锋等[16]比较了不同播种方式（条播和撒播）和播种密度对杂交稻秧苗生长特性、栽插质量和产量的特点。实际上，杂交稻耦合栽插方法吸引人们深入研究的另一个动力是根系损伤问题。近年来，为探索杂交稻机械化种植方式的高产机理，人们从水稻地上部特征（产量及其构成、群体茎蘖、叶面积指数和干物质积累等）逐渐转变到对水稻地下部特征的研究（主要是根系形态生理特性）[17-19]。毯状苗机插与钵苗机移栽的重要区别之一在于钵苗机移栽基本上不存在根系损伤，而毯状苗机插不可避免会存在一定程度的根系损伤。根系损伤究竟在多大程度上影响杂交稻的产量，以及如何尽可能地减少机插对根系的损伤是杂交稻耦合栽插方法研究的重要内容。直观上看，采用条播方式播种，种子在秧盘内呈条型分布，基于耦合栽插思想，将插秧机横向取秧次数与条播行数耦合固定，可减少秧爪横向取秧误差对秧苗及根系的损伤，有效减少机插植伤，通过调整插秧机纵向取秧量调节取秧面积，可实现杂交稻1～3株/穴精准栽插。因条播的秧苗分布更均匀，因而更有利于栽插质量的提高。

本文针对上述耦合栽插方法，通过田间试验研究不同育秧播种密度与取秧面积耦合对杂交稻栽插质量和产量的影响，以期为进一步提升毯状苗机械化育插秧装备及其技术水平提供支撑，为探索杂交稻机械化种植方式提供实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验方案

试验共5组，分别于2017年和2018年早晚两季在广东省江门市（国家水稻产业技术体系江门综合试验站恩平试验基地）、肇庆市（国家水稻产业技术体系肇庆综合试验站）和汕头市（锦沣农机合作社）的试验基地进行。

采用华南农业大学研制的“2ZSB-500型智能水稻秧盘育秧精密播种生产线”进行育秧播种，振动种盘采用18行的V-T型振盘，秧盘为28 cm×58 cm标准毯状硬秧盘，稻种为芽种，刚好破胸露白，播种后采用暗出苗技术进行催芽（即播种后将秧盘叠放，用黑色无纺布遮盖保湿保温催芽），出芽后移至田间进行田间育秧。江门试验中，采用生升牌水稻育秧基质（广州生升农业有限公司配制）作为育秧床土，主要成分为泥炭、蛭石、椰糠、黏土、生长调节剂、专用肥；pH值5.0～6.0，EC值（可溶性盐含量）0.8～1.2 ms/cm，有机质含量>45%，总养分2%～4%，水分<30%。考虑到生升牌育秧基质吸水性偏弱，肇庆试验中，采用“基质+旱地土”混合配成育秧床土，其中旱地土约占30%。汕头试验采用旱地土作为育秧床土，旱地土经消毒处理并拌有适量的基肥。肇庆和汕头育秧所用的旱地土选取当地的优质旱地黄壤土，使用前过筛去石。为保持人工手插与当地的实际生产一致，所用钵体苗采用人工撒播方式进行播种，播种量与当地实际生产相同。

栽插时，插秧机横向取秧次数为18次，纵向取秧量根据秧苗生长密度和1～3株/穴栽插目标进行调节，确定后固定调节杆并记录档位（取秧深度为8～18 mm，共11档）。肇庆和江门试验采用井关-PG6水稻高速插秧机、汕头试验采用久保田SPV-6CMD型高速插秧机进行机插秧，人工插秧当天完成，栽插基本苗与机插秧基本一致。栽插当天，考察秧苗素质并测试栽插质量。

收获时，采用三点测产法测算理论产量，用联合收割机收获，测算实际产量，并进行考种。

为了与实际生产条件一致，采用同一块田大面积随机区组对比试验。大区对比试验处理为30 、40 、50、60 、70 和90 g/盘的毯状苗机插，对照为常规钵体苗人工手插。为方便表达，栽插方式依次记为30 g/盘机插、40 g/盘机插、50 g/盘机插、60 g/盘机插、70 g/盘机插、90 g/盘机插和钵苗手插。每个处理3次重复，每个机插方式处理的种植面积为0.4 hm2，钵苗手插处理为0.2 hm2。所有处理均为常规管理，施肥量、病虫害防治和水分管理等基本一致。受当地机插种植习惯和试验条件限制，3个试验点的种植模式有所差异，具体试验设置见表1。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 秧苗素质

在移栽期对不同栽插方式的秧苗素质进行考察。主要测试指标包括叶龄、苗高、苗茎宽、百株鲜质量、百株根质量、百株干质量和质高比。具体测试方法参见文献[10]。

1.2.2 栽插质量

栽插质量主要包括漏插率、1～3株/穴比例、1～4株/穴比例、平均每穴苗数实际值和理论值。栽插后，沿插秧机行走方向一个作业幅宽内连续选取200穴的测区，计漏插穴数，3次重复，计算漏插率，漏插率=（漏插总穴数/测定总穴数）×100%。在大田中随机连续调查100穴，记录每穴苗数，3次重复，统计1～3株/穴比例、1～4株/穴比例和平均每穴苗数实际值。平均每穴苗数理论值由播种密度、出苗率和取秧面积进行折算，其中出苗率按照文献[10]中的方法调查获得，取秧面积=横向取秧量×纵向取秧量，横向取秧量=280 mm/18= 15.56 mm，纵向取秧量由试验调准的档位确定。

表1 试验方案与设置

注：30、40、50、60、70和90 g/盘表示育秧播种密度，下同。

Note: 30、40、50、60、70 and 90 g/tray represent nursing seedling density, the same as below.

1.2.3 根系损伤率

根系损伤率是根系损伤程度的度量指标，其值越大，表明损伤越严重。

由于根系损伤试验具有破坏性，机插前的样本与机插后的样本不会是同一个样本，直接测试根系的损伤量不可操作。为此采用抽样调查的方法，分别获取机插前和机插后百株根质量占百株鲜质量的比例数据，由这2个数值构建度量根系损伤程度的指标，具体方法如下：

设1，2分别表示机插前和机插后根质量比例，1，2分别表示机插前和机插后百株根质量，g；1，2分别表示机插前和机插后百株地上部质量，g，则有

理论上，机械栽插仅损伤根系，对水稻地上部分没有影响。因此可以假设1=2（因机插前后的样本不同，实际测试中不一定相等。此处，1,2,1,2是虚拟变量，不影响根系损伤率的计算，仅用于公式的理论推导）。将式（1）中的2个等式左右两边分别相除，易得

定义根系损伤率（%）为

具体测试方法如下：试验时，从秧盘中选取有代表性的秧苗100株，清洗干净，在无水滴掉下时测定机插前百株鲜质量，然后用剪刀将秧根剪下，测定机插前百株根质量，重复3次取平均值，计算1的值。按照栽插要求调整好取秧面积正常栽插以后，由插秧机切取适量的秧苗，清洗干净，选取有代表性的秧苗100株，在无水滴掉下时测定机插后百株鲜质量，然后用剪刀将秧根剪下，测定机插后百株根质量，重复3次取平均值，计算2的值。最后由公式（3）计算根系损伤率。

1.2.4 发根力和产量

1）发根力：栽插后第5天，从大田中抽取20穴，记数每穴苗数和新生根数（即白根数），计算平均每株新生根数，即为秧苗发根力。

2）产量及其构成：产量测定方法与文献[4]中的方法一致。产量构成中，结实率为3点测产中样本点的结实率，测试方法为：将脱粒后的样品去杂，充分混合后用同一规格的量器抽取稻谷样本，每个样品约200 g，重复3次，用水选法区分实粒和空秕粒，晾干水分后用SLY-C型电子自动数粒仪（托普数粒仪）计数实粒数，人工计数空秕粒数。结实率=实粒数/(实粒数+空秕粒数)×100%。多次试验表明，穗长与每穗粒数存在很强的线性相关性，为减少工作量（实际考种中，测试每穗粒数工作量太大，因稻谷脱落，也存在较大误差），选用穗长反映穗型大小。穗长的测定方法：在每种种植方式的每个重复中选取有代表性的5穴，割取稻穗，测量每穗的长度（从穗颈节到穗顶（不连芒）的长度）。

1.3 数据处理

应用Excel2010和SPSS20进行数据整理、计算、作图和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同育秧播种密度和育秧床土对秧苗素质的影响

移栽期，不同育秧播种密度和床土类型培育的秧苗的叶龄、苗高、苗茎宽、百株鲜质量、百株根质量、百株干质量和质高比等秧苗素质指标及其比较见表2。

由表2可知，对毯状苗而言，随着育秧播种密度的增加，叶龄减少、苗高变矮、苗茎宽变细、百株鲜质量、百株根质量和百株干质量有减少趋势，这与文献[10]的结论一致。50和60 g/盘毯状苗比较，除了在A2试验中的苗高、百株鲜质量、百株根质量、百株干质量和在A5试验中的百株鲜质量存在一些差异外，其他各项指标的差异不显著。从质高比的比较看，50和60 g/盘毯状苗的秧苗素质差异不显著；A1、A2和A4试验的钵体苗质高比显著高于50和60 g/盘毯状苗，A3和A5试验的钵体苗质高比与50和60 g/盘毯状苗相当，表明钵体苗略优于50和60 g/盘毯状苗。比较不同的床土类型可见，A2和A4试验中的秧龄分别为16 d（晚稻）和23 d（早稻）（见表1），与其他3组试验的秧龄相比，在相同季节中并无显著延长，但叶龄、苗高、苗茎宽、质高比等指标要明显高于其他试验，A3试验中的叶龄、苗高、苗茎宽等高于A4试验的原因主要是A3试验的秧龄较长，这表明在华南双季稻区，采用“基质+旱地土”育秧有利于秧苗的生长和壮秧的培育。

表2 不同育秧播种密度和床土类型的秧苗素质比较

注：同列不同小写和大写字母分别表示5%和1%水平差异显著。
下同。Note: Different small letters and big letters in same column indicate significant differences at 5% and 1% level respectively. The same as below.

2.2 不同育秧播种密度与取秧面积耦合对栽插质量的影响

杂交稻毯状苗机插中，不同育秧播种密度与取秧面积耦合对栽插质量的影响主要是每穴苗数和漏插率。为了考察栽插质量及其影响因素，表3给出了5次试验的栽插质量统计结果。

表3 不同耦合栽插方式栽插质量的比较

注：横向取秧量为15.56 mm。
Note: The transverse seedling fetching depth is 15.56 mm.

由表3可知：

1）不同育秧播种密度（30、40、50、60、70和90 g/盘）与插秧机取秧面积耦合精准栽插，1～3株/穴的比例介于80.67%到95.33%之间，1～4株/穴的比例超过90.67%；特别地，采用基质育秧或基质+旱地土育秧，1～3株/穴的比例超过85.50%，1～4株/穴的比例超过94.00%，表明毯状苗耦合栽插方法能在不同育秧播种密度下实现较高质量栽插，具有较好的灵活性和适应性。

2）采用基质育秧或基质+旱地土育秧，当育秧播种密度超过50 g/盘时，漏插率为3.50%～6.38%，平均为5.11%，基本满足杂交稻机插农艺要求。采用旱地土育秧或育秧播种密度低于40 g/盘时，漏插率相对较高。育秧播种密度偏低时，漏插率偏高的原因主要与取秧面积和出苗率有关，但取秧面积过大，则生产效率较低。当采用旱地土育秧时（试验A3和A5），漏插率超过11.00%，1～3株/穴的比例低于90.00%，栽插质量不够理想，其原因主要与秧块含水率有关。在华南双季稻区，采用旱地土育秧的秧块含水率控制相对较难，早稻栽插时雨水丰富，通常在阵雨间歇中栽插或者冒着小雨栽插，因含水率高秧块偏软且黏性大，容易挤压变形造成纵向取秧不准，或者臃堵秧爪造成连续漏插；晚稻栽插时气温较高，很难控制秧块晾晒时间，若晾晒时间偏长，秧块收缩变形大且秧苗因缺水而死苗，若晾晒时间不够，则秧块很软且黏性大，不利于秧苗运送和机械栽插。因此，采用毯状苗耦合栽插方法，还必须考虑育秧床土对实际栽插质量的影响。在华南双季稻区，建议采用育秧基质或育秧基质+旱地土（不超过30%）进行育秧。

3）平均每穴苗数实际值高于理论值。其原因主要与秧块挤压变形有关。现有插秧机采用单向轴承驱动同步带，同步带与秧苗底部的摩擦力带动秧苗向下移动实现纵向送秧，受重力作用或机器振动、摇晃等影响产生纵向滑动或挤压，秧块容易弯曲变形，造成插秧机纵向取秧不准，严重时秧块下滑受阻形成连续漏插。因此，为确保毯状苗耦合栽插的质量，需进一步改进插秧机纵向送秧方法。

为考察现有栽插方法因纵向送秧不准确对栽插质量的影响，统计分析了实际栽插中每盘秧苗的栽插穴数及其波动。其中，每盘秧苗栽插理论穴数=28 cm ×58 cm/取秧面积，每盘秧苗栽插实际穴数由田间调查获得。调查方法如下：首先将插秧机秧箱清空，然后装上6盘秧，随机选取其中1盘秧苗作为考察对象，待栽插完毕统计栽插穴数（含空穴），重复5次，计算平均栽插穴数、标准差和百分比误差。图1为3次试验（A1、A4和A5）的调查结果。

由图1可见，每盘秧苗栽插穴数实际值都小于理论值，表明栽插时实际取秧面积大于理论取秧面积，产生这种现象的主要原因是秧块存在纵向挤压。从栽插穴数实际值的标准差误差线可以看出，试验A5（2018年汕头晚稻）的3条误差线都比其他的误差线要长，表明试验A5中的栽插穴数波动更明显，其原因是试验A5采用旱地土育秧，秧块偏软易变形，造成插秧机实际取秧面积不准确及臃堵秧爪所致。试验统计数据显示，试验A4（2018年肇庆早稻）中采用基质+旱地土育秧，不同育秧播种密度（30～60 g/盘）耦合栽插方式下每盘秧苗栽插穴数的平均差异为31～43穴/盘，百分比误差为4.98%～6.62%；试验A1（2017年，江门，晚稻）中采用基质育秧，不同育秧播种密度（50～70 g/盘）耦合栽插方式下每盘秧栽插穴数的平均差异为40～80穴/盘，相对误差为5.67%～8.37%；试验A5（2018年，汕头，晚稻）中采用旱地土育秧，不同育秧播种密度（50～90 g/盘）耦合栽插方式下每盘秧栽插穴数的平均差异为61～227穴/盘，相对误差为8.22%～21.06%。

注：横坐标为“试验号-播种密度”，表示不同的耦合栽插方式。例如A4-30表示第4组试验（2018年，肇庆，早稻试验）中育秧播种密度为30 g/盘的毯状苗机插。

由上述数据可知，现有毯状苗耦合栽插方式的取秧精度存在不准确性，其波动性与秧块变形和插秧机纵向送秧方式有关。当采用基质育秧或基质+旱地土育秧时，秧块变形相对较小，育秧播种密度为50和60g/盘的每盘秧苗栽插穴数的相对误差为5.37%～5.94%，若采用旱地土育秧，秧块偏软，每盘秧苗栽插穴数的相对误差偏大。因此，从农机农艺融合的角度看，提高杂交稻毯状苗机械栽插质量，需进一步提高插秧机的取秧精准性。该问题的解决，依赖于育秧方式和插秧机纵向送秧方式以及育秧床土和实际操作规范程度等。

2.3 不同育秧播种密度与取秧面积耦合栽插对根系损伤的影响

近年来，为探索杂交稻机械化种植方式的高产机理，人们从水稻地上部特征[17]（产量及其构成、群体茎蘖数、叶面积指数和干物质积累等）逐渐转变到对水稻地下部特征的研究[18-19]（主要是根系形态生理特性等）。根系作为水稻生长发育过程中的重要器官，参与水稻体内各种生理生化过程，包括地下营养物质和水分的摄取、根系激素的合成等[20]。同时，根系的发育与水稻地上部的生长息息相关，地上部分能够提供充足的碳水化合物以供根系的生长需要，而根系也能够将摄取的营养物质、水分以及自身合成的各种激素向上运输来维持地上部分的正常生长[21]。毯状苗机插与钵苗机移栽的重要区别之一在于钵苗机移栽基本上不存在根系损伤，而毯状苗机插不可避免会存在一定程度的根系损伤。迄今为止，毯状苗机插根系损伤对杂交稻生育进程及产量的影响未见报道。本文提出了一种根系损伤程度测量方法（见前文1.2.3节），尝试从根系损伤的角度探索毯状苗耦合栽插方法对杂交稻生育特征和产量的影响。因不同试验中，根系损伤的规律基本一致，本文以试验A4的数据进行说明。

试验A4中，分别统计了30、40、50和60 g/盘育秧播种密度下毯状苗耦合栽插前与栽插后的根系特征数据，测试了百株鲜质量、百株根质量和根系损伤率等统计指标。图2为根系对比照片。由图2a可知，栽插之前，随着育秧播种密度的降低，毯状秧苗的根量有增加趋势，根系发育趋好。由图2b可见，栽插后较长的根基本上被插秧机全部切断，表明不同耦合栽插方式下秧苗的根系都有一定程度的损伤，且损伤较大。为定量描述插秧机对根系的损伤程度，对不同育秧播种密度下耦合栽插的根系损伤率进行测试，结果如表4。

从表4可以看出，40 g/盘的根质量比例变化量最小，为3.79个百分点，表明育秧播种密度太低和太高都可能导致根系的损伤程度增大。当育秧播种密度较低时，秧苗生长稀疏，根系较发达，长根较多，尽管机插时取秧面积相对较大，但较长的根系都被切断，总体根系损伤仍然较大。当育秧播种密度较高时，秧苗生长较密，根系细弱，根系缠绕紧密，由于取秧面积较小，根系损伤也会偏大。从图2中也可以看出，对60 g/盘的秧苗，很多主根系都被插秧机切断，留下的根系相对较少。

图2 栽插前后根系比较

表4 不同耦合栽插方式根系损伤的比较

另外，由表4还可发现，随着育秧播种密度的增加，机插前秧苗的百株鲜质量逐渐递减，但根质量比例有增加趋势。当育秧播种密度从30 g/盘增加到60 g/盘，百株鲜质量从46.67 g降低到29.83 g，但根质量比例从36.64%增加到38.21%。这可能是因为，随着播种密度的增加，秧苗素质整体变弱，但地上部的茎叶和地下部的根系不会同比例变弱，为了争夺营养，地下根系的竞争会更激烈。

试验表明：不同耦合栽插方式下，秧苗根系损伤率为15.37%～31.16%，40 g/盘的毯状苗机插方式损伤率最低；当育秧播种密度大于40 g/盘时，随着育秧播种密度的增加，秧苗根系损伤率有增加趋势。

2.4 不同育秧播种密度与取秧面积耦合栽插对发根力的影响

毯状苗机插对根系的损伤直接影响返青的快慢以及后续的生育状况，这些影响可以由发根力来反映。表5给出了5组试验的发根力比较结果。

由表5可以看出：

1）育秧播种密度由40 g/盘增加到90 g/盘，发根力有递减的趋势。因此，适当降低育秧播种密度是提高毯状苗育插秧技术的可行途径之一。

2）毯状苗耦合栽插中，当育秧播种密度的差异不超过10 g/盘，发根力没有显著差异。例如30与40g/盘、40与50 g/盘、50与60 g/盘之间的差异都不显著。当育秧播种密度的差异超过20 g/盘，发根力的差异达到显著性水平。这表明，在一定的育秧播种密度波动范围内（譬如差异不超过20 g/盘），不同育秧播种密度的秧苗素质存在显著性差异，但发根力的差异不显著。因此，在漏插率差异不显著的条件下，应优选育秧播种密度较低的方式进行耦合栽插。例如，50与60 g/盘之间，应优选50 g/盘的耦合栽插方式。

表5 不同耦合栽插方式的发根力

注：*和**分别表示在5%和1%水平上差异显著。

Note: * and ** means significantly differences at 5% and 1% levels, respectively.

3）A2～A5的试验表明，钵苗手插的发根力显著或极显著高于50～90 g/盘耦合栽插的发根力，但试验A4中，40 g/盘与钵苗手插的发根力没有显著差异。2.3节分析结果表明，40 g/盘的根系损伤率最低，为15.37%。这可能是因为，当根系损伤率不超过一定的临界值，毯状苗机插的发根力将不受到显著的影响。实际上，以试验A4的数据为依据，计算30～60 g/盘4种耦合栽插方式下的根系损伤率与发根力之间的相关系数，结果为-0.949 3，接近相关系数检验的临界值0.950，且表现为负相关关系。因此，关注毯状苗机插的根系损伤率，将有望揭开不同播种密度耦合栽插的影响机理。该问题还需更深入系统的研究。

2.5 不同育秧播种密度与取秧面积耦合栽插对产量及其构成的影响

不同耦合栽插方式大田生产对比试验的产量及其主要构成见表6。试验结果表明，不同育秧播种密度的毯状苗机插对水稻千粒质量的影响较少，穗粒数与穗长呈显著正相关关系，因此，产量构成中主要考察单位面积有效穗数、穗长和结实率。品种区试的产量表现具有很好的代表性，是品种审定推广的重要依据之一。为此，以品种区试的产量表现作为参考，比较不同种植方式下的产量表现，以挖掘杂交稻高产优势发挥的影响因素，为探索杂交稻种植方式提供参考。

表6 不同耦合栽插方式杂交稻产量及其构成因素

注：穗数、结实率、穗长和产量的参考值数据来自品种审定信息（农作物品种查询系统：http://202.127.42.178:4000），其中产量参考值的区间数据由2次区试中产量表现的最小值和最大值构成。

Note: The reference value of panicle, seed setting rate, panicle length and yield comes from the information of each variety certification(http://202.127.42.178:4000). The interval data of yield reference value consists of the minimum and maximum value of yield performance in two zone tests.

由表6可知：

1）从产量的绝对值看，不同耦合栽插方式及其对照的产量规律为：50 g/盘机插>钵苗手插>60 g/盘机插>70 g/盘机插或90 g/盘机插。

2）不同育秧播种密度耦合栽插方式中，50 g/盘机插的单产最高。30和40 g/盘的单产低于50 g/盘的原因主要是漏插率偏高，单位面积有效穗数不足，分别少了12.30×104和9.90×104穗/hm2。70和90 g/盘的单产低于50 g/盘的原因是单位面积有效穗数较少、结实率较低和穗长较短。60 g/盘的单位面积有效穗数比50 g/盘的稍多，平均多3.48×104穗/hm2，但结实率相对较低、穗长较短，结实率平均低1.75个百分点，穗长平均短0.63 cm。结合表3中的平均每穴苗数分析可知，60 g/盘的平均每穴苗数比50 g/盘的多0.21株/穴，而纵向取秧量仅相差一个档位（试验A1、A4、A5，差距为1 mm）或相等（试验A2和A3），即两者的取秧面积相等或近似相等。这就说明，与50 g/盘相比，60 g/盘的播种密度大，每穴基本苗数较多，虽然单位面积有效穗数较多，但结实率低、穗型小，最终产量较低。也就是说，增加播种量，不但没有增加产量，反而因增加用种量而增加了成本。或者说，从育秧播种密度与取秧面积的耦合关系判断，50 g/盘栽插的耦合性更好。因此，在现有技术条件下，杂交稻毯状苗机插的适宜育秧播种密度为50 g/盘左右，太低会因为漏插率偏高造成有效穗数不足，太高会限制大穗和结实率的形成，从而影响杂交稻高产优势的发挥。

3）由多重比较可知，50和60 g/盘耦合栽插方式与钵苗手插的单产没有显著差异，30、40、70和90 g/盘耦合栽插方式显著或极显著低于钵苗手插的单产。30和40 g/盘的单产低于钵苗手插的原因主要是有效穗数极显著低于钵苗手插，70和90 g/盘的单产低于钵苗手插的原因主要表现为穗长显著偏短，即穗型较小。

4）与参考值进行比较可知：5组试验的实际产量都未达到产量参考值的下限，表明实际生产的产量都不及品种区试的产量，其特点为穗数和结实率都小于参考值，穗长达到或略超过参考值。这表明，单位面积有效穗数和结实率是制约杂交稻高产种植的两个关键因素。

3 讨 论

与品种区试的产量进行比较，本试验不同种植方式下的产量都低于区试的产量，主要表现为有效穗数不足和结实率大幅度降低。

由于品种区试都是采用人工插秧种植，与毯状苗机插秧种植方式存在很大差别。一般地，单位面积有效穗数主要与生育前期的基本苗数和分蘖能力有关。由于缺乏品种区试栽培相关信息，无法比较有效穗数不足的原因。但本研究的5组试验中，有3组试验中50 g/盘机插与钵苗手插的有效穗数差异不显著（A2、A3和A5）；在差异显著的A1和A4两组试验中，由表3的平均每穴苗数实测值可见，有效穗数与栽插时每穴苗数呈正相关关系，A4试验中有效穗数与每穴苗数的相关系数达0.931 9，呈显著正相关关系。这就说明，保障有效穗数的前提是栽插足够的基本苗数。本研究中的有效穗数不足应该主要与机插漏插率偏高有关，也可能与秧苗素质和单位面积栽插基本苗数等因素有关。由此可见，通过育秧播种密度与取秧面积耦合，在进一步提高育秧质量和机械栽插质量的基础上，毯状苗机插能实现与人工手插基本相当的有效穗数，确保合理的群体结构。当然，保障有效穗数不能只通过提高取秧量来增加栽插基本苗数。腾飞等[15]的研究表明，毯状苗机插中，取秧量对杂交稻有效穗数和结实率影响较大，增大取秧量可显著提高有效穗数，但结实率有所下降，产量大致呈先上升后下降的趋势。

本研究中，结实率降低是产量不及区试产量的第二个特点。影响杂交稻结实率的因素很多也很复杂，除了受品种的遗传特性影响外，还受种植方式、环境条件和病虫害等因素影响。环境条件主要是孕穗期至抽穗扬花期的气象条件[22]，即主要受生育后期天气变化的影响较大，温度过高或过低都会降低结实率。研究表明[23-24]，对杂交稻品种，早稻孕穗期最低适宜气温为23.3 ℃，适宜平均气温为26.5 ℃，晚稻最低温度为22.6 ℃，适宜平均气温为25.8 ℃；孕穗期至抽穗扬花期日最高温度大于30 ℃的天数对水稻空壳率的影响达极显著。根据试验记录，孕穗期至抽穗扬花期，早稻主要集中在5月和6月，晚稻主要集中在9月和10月。表7给出了5组试验中孕穗期至抽穗扬花期的气象特性。

表7 孕穗期至抽穗扬花期的气候特征

注：数据来源于广东历史天气预报查询网站：www.tianqihoubao.com/lishi/ guangdong.htm

Note：Data source is Guangdong historical weather forecast query website: www. tianqihoubao.com/lishi/guangdong.htm

由表7可知，对江门和肇庆地区的3组试验（A1，A2，A4），无论是早稻还是晚稻，月最低温都低于最低适宜温度，月最高温度都高于30 ℃，并且日最高温度大于30 ℃的天数较多，最少的都有14d。另外，这2个地区在孕穗期至抽穗扬花期，下雨天数较多，晴天数比较少。这就说明，本研究中的结实率降低，应该与气象条件有很大的关系。对汕头地区的2组试验（A2和A5），虽然气候条件相对适宜，但白叶枯病和稻纵卷叶螟害在2次试验中都遇到，特别是2017年晚稻中白叶枯病的影响较大，导致水稻的结实率降低。

另外，由表6可见，除了A4试验外，不同育秧播种密度下毯状苗机插的结实率差异不显著；有4组试验中50和60g/盘毯状苗机插与钵苗手插的结实率差异不显著。这就说明，相对于气象条件和病虫害因素，不同育秧播种密度毯状苗机插方式对结实率的影响要相对弱一些。

总之，从产量构成角度看，探索杂交稻毯状苗机械化耦合栽插技术，关键是协调单位面积有效穗数和结实率，其中与栽插质量联系最紧密的是单位面积有效穗数。

4 结 论

针对杂交稻机械化种植难题，基于毯状苗机插技术，提出杂交稻低播量精密条播育秧播种密度与取秧面积耦合栽插方法。以钵苗手插为对照，对比分析了不同育秧播种密度（30～90 g/盘）下耦合栽插方式对栽插质量、根系损伤、发根力和产量的影响，主要结论如下：

1）耦合栽插方法是实现符合杂交稻农艺要求的高质量栽插的有效途径之一。研究表明，现有技术条件下，不同育秧播种密度耦合栽插1～3株/穴的比例介于80.67%~ 95.33%之间，1～4株/穴的比例超过90.67%，采用基质育秧或基质+旱地土育秧，当育秧播种密度超过50g/盘时，漏插率为3.50%～6.38%，平均为5.11%，基本满足杂交稻机插农艺要求。

2）根系损伤对毯状苗机插的产量有重要影响。研究表明，不同育秧播种密度耦合栽插方式的根系损伤率为15.37%～31.16%；当育秧播种密度大于40 g/盘时，根系损伤率随播种密度的增加而增大；发根力与根系损伤率之间呈负相关关系，相关系数为-0.949 3；当育秧播种密度的差异不超过10 g/盘时，发根力没有显著差异，当育秧播种密度的差异超过20 g/盘，发根力的差异达到显著性水平。

3）现有技术条件下，适度育秧播种密度的耦合栽插方式可实现与钵苗手插产量无显著差异的高产种植。研究表明，不同耦合栽插方式中，以50 g/盘机插的单产最高；从产量角度看，不同耦合栽插方式及其对照的产量规律为：50 g/盘机插>钵苗手插>60 g/盘机插>70 g/盘机插或90 g/盘机插；经检验，50和60 g/盘耦合栽插方式与钵苗手插的单产没有显著差异。

4）单位面积有效穗数和结实率是不同种植方式的2个最主要的产量构成因素。与各品种的区试产量表现比较发现，不同耦合栽插方式的实际产量都未达到品种区试的产量，其特点是单位面积有效穗数和结实率都不及品种区试中的表现，但穗长则达到或略超过品种区试中的表现。因此，从品种、栽插方式和环境等因素对杂交稻单位面积有效穗数和结实率的作用及其互作机理中探索杂交稻高产栽培技术，是未来彻底解决杂交稻种植机械化难题的研究重点。

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Effects of coupling of nursing seedling densities and seedling fetching area on transplanting quality and yield of hybrid rice

Li Zehua1, Ma Xu2※, Chen Lintao2, Li Hongwei2, Huang Yiqiang3, Li Junrong3, Luo Guowu4, Yao Junhao4

(1.,,510642,; 2,,510642,; 3,526070,; 4,,510515,)

Mechanical transplanting of hybrid rice is a difficult problem in rice production mechanization. In order to solve this problem, a new mechanized transplanting method of coupling nursing seedling density and seedling fetching area for hybrid rice is proposed according to the agronomic requirements for mechanical transplanting technology of hybrid rice. The comparison tests of different coupling transplanting methods with different nursing seedling densities are arranged in Jiangmen City, Zhaoqing City and Shantou City of Guangdong Province from 2017 to 2018. The influence of coupling transplanting methods for transplanting quality, root damage rate and rooting ability are analyzed. Based on field production comparison tests, the yield and its characteristics of hybrid rice coupling transplanting with different nursing seedling densities are investigated. The results show that: 1) Under the existing technical conditions, the transplanting quality of coupling transplanting methods under different nursing seedling densities is good. The proportion of 1-3 plants per hole is between 80.67% and 95.33%, and the proportion of 1-4 plants per hole is more than 90.67%. The seed bed soil type is an important factor in seedlings and transplanting quality. When the nursing seedling density exceeds 50 g/tray, the missing plant rate is 3.50%-6.38%, with an average of 5.11%, which basically meets the agronomic requirements of hybrid rice mechanical transplanting. 2) The root damage rate of coupling transplanting with different nursing seedling densities is 15.37%-31.16%. When the nursing seedling density is higher than 40 g/tray, the root damage rate is increased with the increase of the nursing seedling density. There is a negative correlation between rooting ability and root damage rate, and the correlation coefficient is -0.949 3. When the difference of nursing seedling density is no more than 10 g/tray, there is no significant difference of rooting ability. When the difference of nursing seedling density is more than 20 g/tray, the difference of rooting ability reaches a significant level. 3) For the different coupling transplanting methods, the yield of 50 g/tray mechanized transplanting is the highest, the rules of yield of different coupling transplanting methods are as follows: 50 g/tray mechanized transplanting >transplanting by hand of pot seedling >60 g/tray mechanized transplanting >70 g/tray mechanized transplanting or 90 g/tray mechanized transplanting. It is found that the actual yield of different coupling transplanting methods did not reach the yield of variety zone test. The yield performance is that the panicle number per unite area and filled-grain percentage of mechanical coupling transplanting methods are less than that of variety zone test, but the panicle length is reached or slightly exceeded that of variety zone test. The research conclusions have important reference value to overcome the problem of hybrid rice mechanized transplanting.

rice; mechanization; nursing seedling density; seedling fetching area; root damage; yield; hybrid rice

李泽华，马 旭，陈林涛，李宏伟，黄益强，黎俊荣，罗国武，姚俊豪. 育秧播种密度与取秧面积耦合对杂交稻机插质量和产量的影响[J]. 农业工程学报，2019，35(24)：20－30. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.003 http://www.tcsae.org

Li Zehua, Ma Xu, Chen Lintao, Li Hongwei, Huang Yiqiang, Li Junrong, Luo Guowu, Yao Junhao. Effects of coupling of nursing seedling densities and seedling fetching area on transplanting quality and yield of hybrid rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 20－30. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.003 http://www.tcsae.org

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.003

S233.71

A

1002-6819(2019)-24-0020-11

2019-09-10

2019-10-09

国家重点研发计划（2018YFD0700703）；国家自然科学基金项目（51675188）；现代农业产业技术体系建设专项资金项目（CARS-01-43）

李泽华，副教授，博士，研究方向为水稻生产机械化及技术经济分析研究。Email：lzhljl@scau.edu.cn

马 旭，教授，博士生导师，博士，主要从事现代农业技术装备方面的研究。Email：maxu1959@scau.edu.cn

中国农业工程学会会员：马 旭（E041200004S）