水田旱整对机插水稻镇稻99 产量形成及土壤性状的影响

朱正康 唐东南 曹文雅 李万元 张家星 罗刚 陈琛 沈丽丽 陈友林张学志 李兆飞 王余龙 姚友礼 董桂春*

（1扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/农业农村部长江中下游作物生理生态与栽培重点开放实验室/粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏 扬州225009；2 上海农场，江苏 大丰224151；3 江苏省五图河农场有限公司，江苏 连云港222000；第一作者：852235436@qq.com；*通讯作者：gcdong@yzu.edu.cn）

机插秧具有工效高、成本低、节省秧田等优势[1-2]，在实施与之配套的生产技术下，能表现出较高的增产潜力，种稻效益明显提高，已成为江苏省大型农场、种粮大户首选的生产方式。目前，机插秧与秸秆还田相结合已成为江苏省水稻生产的主推技术。秸秆还田的正向效应主要体现在水稻生长中后期，但幼苗阶段几乎不起效果，甚至出现抑制作用[3-5]，如秸秆过长导致水稻立苗难、微生物分解秸秆与幼苗抢夺氮素[6-7]、秸秆在厌氧条件下释放有毒物质毒害水稻等现象[8-9]。而机插秧苗小、苗弱，素质差[10]，机械栽插损伤大，栽后发根慢，缓苗期长[11]，秸秆还田对机插秧前期生长的抑制作用更加凸显。传统的稻田整田主要为水耕水耙，翻耕、泡田过于频繁，耕层通常泥烂如浆，机插过深，通透性差，幼苗根系生长环境恶劣，不利于幼苗早发根，分蘖发生迟，分蘖数量少，分蘖质量不高[12-13]。

因此，从耕作方式上建立一套适合秸秆还田条件下机插秧的新模式，对机插秧和秸秆还田生产方式的普及是有利的。目前生产上一些单位采用旱整的方式，即通过旱耕旱耙，将土层整平，上水将土层洇透后即可插秧[14-15]，而水整则在上水泡田后还需进一步的水耕水耙，平整田块。与水整相比，旱整不仅省时、省工，降低生产成本，对水稻产量提高也有一定的促进作用[15]。但有关旱整方式对水稻茎蘖动态、产量形成、根系及土壤有关指标影响的研究不多。为此，本试验以中熟中粳稻镇稻99 为材料，研究了秸秆全量还田条件下旱整与水整对镇稻99 机插生长特性及产量的影响，分析旱整方式增产的途径，为水田旱整技术的推广提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试品种

供试水稻品种为中熟中粳镇稻99。

1.2 试验设计

试验1: 2014年在上海农场进行。机插秧，栽插规格10 cm×25 cm，密度为2.67 万丛/667 m2。5月21日播种，6月6日移栽。设旱整和水整2 个处理，每个处理种植1 块田，每块田面积约2 hm2。试验田块土壤基础养分含量：有机质19.56 g/kg、全氮1.10 g/kg、碱解氮73.49 mg/kg、速效磷36.23 mg/kg、速效钾189.65 mg/kg。前茬小麦，秸秆还田量约760 kg/667 m2。肥料施用情况：每667 m2施纯N 约22 kg，氮、磷、钾比例为1∶0.3∶0.3，氮肥基蘖肥与穗肥比为7∶3。

旱整流程：抛肥-免耕耙-放边样-机械打田埂-开横沟-人工理沟-上小水洇透（时间36 h）-排水-机器插秧-人工理水-插后封闭。

水整流程：免耕耙-机械打田埂-上水-刮板-施肥-激光平整（纤草、油平、耱盖）-机器插秧-插后封闭。

试验2: 2015年在五图河农场进行。机插秧，栽插规格13 cm×25 cm，密度为2.05 万丛/667 m2。6月10日播种，6月25日移栽。设旱整和水整2 个处理，每个处理种植1 块田，每块田面积约2 hm2。试验田块土壤基础养分含量：有机质22.56 g/kg、全氮1.327 g/kg、碱解氮70.94 mg/kg、速效磷26.87 mg/kg、速效钾333.53 mg/kg。前茬小麦，秸秆还田量约750 kg/667 m2。肥料施用情况：每667 m2施纯N 约21 kg，氮、磷、钾比例为1∶0.3∶0.3，氮肥基蘖肥与穗肥比为7∶3。

旱整流程：雷肯耙-施肥-反旋-平土器初平-开横沟-上水-人工找平-打田埂-封闭化除-机器插秧

水整流程：浅耕-打田埂-上水泡田-灭茬旋地-施肥-旋耙起浆-刮平-人工找平-封闭化除-机器插秧

1.3 测定项目及方法

1.3.1 茎蘖动态

试验1 于栽后10 d 开始调查，每10 d 调查1 次，每处理9 个重复，每重复10 丛，共90 丛植株；试验2于栽后15 d 开始调查，每7 d 调查1 次，每处理10 个重复，每重复10 丛，共100 丛植株。

1.3.2 干物质量

在普查茎蘖数（穗数）的基础上，于抽穗期、成熟期测定不同器官的干物质量，每处理5 个重复，每重复10 丛。按茎鞘、绿叶、黄叶、穗器官分样，105℃杀青0.5 h，80℃烘干至恒质量（一般为72 h）后测定干物质量。

1.3.3 叶面积

在普查茎蘖数（穗数）的基础上，于栽后30 d、抽穗期、抽穗后30 d，每处理测定5 个重复，每重复测定1丛植株的高效叶面积、有效叶面积和总叶面积。

1.3.4 根系性状

试验1 于栽后5 d、栽后15 d、栽后25 d 和抽穗期测定，试验2 于栽后15 d、栽后30 d、抽穗期、灌浆结实中期及成熟期测定，测定每丛不定根数和每丛根干质量。每处理5 个重复，每个重复5 丛。

1.3.5 产量及产量构成

在普查穗数的基础，成熟期每处理选择5 个重复，每重复取接近平均穗数的植株10 丛，测定每丛穗数、每穗颖花数、饱粒率（水漂法，沉入水底为饱粒），风干后计算饱粒千粒重和理论产量。

1.3.6 土壤有关性状

1.3.6.1 氧化还原电位（Eh） 2014年栽后15 d、25 d、50 d，2015年栽后15 d、30 d、45 d，分别测定土壤表面、土深5 cm、10 cm 处的氧化还原电位。

1.3.6.2 土壤含水率 采用环刀法，随机测定5 个重复，每个重复依次取出0～5、5～10、10～15 cm 3 个层次土块，放入铝盒中，置于烘箱105℃烘干称重，计算土壤含水率。土壤含水率=(土壤鲜质量-土壤干质量)/土壤干质量。2014年测定2 次（栽后25 d、50 d），2015年测定5 次（栽后15 d、30 d、45 d、抽穗期、收获期）。

1.4 数据处理

用Excel 进行数据处理和图表绘制，用SPSS 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 对镇稻99 产量及生长性状的影响

2.1.1 对产量及产量构成的影响

由表1 可知，2014年、2015年产量，旱整田均高于水整田，分别高6.17%、5.78%和10.07%。从产量构成来看，旱整田单位面积有效穗数均高于水整田，2014年、2015年分别高5.42%和16.94%；每穗粒数均低于水整田，分别下降3.31%和8.28%；结实率均高于水整田，分别高9.00%和1.32%；千粒重2014年旱整田低于水整田，下降3.54%，2015年旱整田高于水整田，增加1.38%。方差分析结果表明，不同整田方式单位面积有效穗数（2015）、每穗颖花数（2015）、结实率（2014）、千粒重（2014）的差异达显著或极显著水平，其他性状同一年份的差异均不显著。

相关分析表明，产量与单位面积有效穗数（r2014=0.751*，r2015=0.672*）呈显著正相关，与每穗颖花数（r2014=0.068，r2015=-0.056）、千粒重（r2014=-0.622，r2015=0.387）的相关性不显著，与结实率的关系，2014年不显著（r=0.103），2015年呈显著正相关（r=0.650*）。

图1 水田旱整对镇稻99 茎蘖动态的影响

表1 水田旱整对镇稻99 产量及产量构成的影响

表2 水田旱整对镇稻99 源库性状的影响

2.1.2 对茎蘖动态及成穗率的影响

由图1 可知，2014年栽后10～30 d，两种整田方式水稻的茎蘖数相差不大，30 d 时旱整方式的茎蘖数还略高于水整，30 d 后旱整增长速率开始低于水整，两种方式均在40 d 左右时达到高峰苗，旱整高峰苗低于水整，低2.78%。之后茎蘖数均开始下降，旱整的下降幅度小于水整。抽穗期普查，旱整方式有效穗数比水整方式高5.42%（表1）。2015年栽后15 d、22 d、29 d 旱整略高于水整，36 d 时旱整明显高于水整，栽后43 d 左右两种方式均达到高峰苗，旱整高峰苗数比水整高4.02%。抽穗期普查时，旱整方式有效穗数比水整方式高16.94%（表1）。

不同整田方式对水稻成穗率也有明显的影响，2014年旱整、水整方式的成穗率分别为64.53%、58.43%，2015年分别为69.26%、61.60%，旱整均高于水整。两种整田方式的差异2014年较小（F=3.489），2015年达极显著水平（F=98.649**）。

2.2 不同整田方式对镇稻99 源、库性状的影响

由表2 可知，不同整田方式主要时期叶面积变化趋势2年相似，栽后30 d 旱整方式均低于水整，分别下降19.36%（2014）、27.75%（2015），但抽穗期、抽穗后30 d，旱整方式均高于水整，分别高9.22%（2014）、5.72%（2014）和10.54%（2015）、2.21%（2015），单位面积颖花量旱整方式比水整方式分别高1.23%（2014）、7.25%（2015）。方差分析表明，不同整田方式下，2015年栽后30 d 叶面积系数的差异达显著水平，其他均不显著。相关性分析表明，产量与抽穗期叶面积系数的关系不密切（r2014=0.078，r2015=0.090），与单位面积颖花量呈极显著正相关

2.3 对镇稻99 物质生产与分配的影响

由表3 可知，2014年旱整方式抽穗期干物质生产量、成熟期干物质生产量比水整方式分别高12.09%和1.29%，抽穗后干物质生产量低19.07%，2015年上述3个性状旱整方式均比水整方式高，分别增加13.78%、8.62%和3.36%。由表3 可知，经济系数2014年旱整方式比水整方式高4.15%，2015年高1.50%。方差分析结果表明，不同整田方式间这些性状的差异均未达显著水平。相关分析表明，产量与成熟期干物质生产量呈极显著正相关（r2014=0.784**、r2015=0.965**），与经济系数的相关性不显著（r2014=0.154、r2015=0.468）。从物质分配来看，2014年旱整方式水稻抽穗期茎鞘叶干质量比重为87.05%，成熟期为45.41%，结实期茎鞘叶干质量比重下降41.64 个百分点；水整方式相应数据分别为83.79%、44.82%和下降38.97 个百分点。2015年旱整方式水稻抽穗期茎鞘叶干质量比重为83.28%，成熟期为40.87%，结实期茎鞘叶干质量比重下降了42.41 个百分点；水整方式相应数据分别为83.68%、41.8%和下降41.88 个百分点。由此可见，旱整田结实期茎鞘叶干质量比重下降值多于水整田。

表3 水稻旱整对镇稻99 干物质生产与分配的影响

表4 旱整对镇稻99 每丛根干质量的影响

图2 水田旱整对镇稻99 水稻每穴不定根数的影响

2.4 对镇稻99 单丛不定根数、根干质量的影响

由图2 可知，2014年旱整方式栽后15 d、栽后25 d、栽后35 d、抽穗期的单丛不定根数均高于水整方式，分别高23.64%、8.34%、18.74%、14.56%；2015年旱整方式栽后15 d、栽后30 d、抽穗期、结实中期、成熟期的单丛不定根数均高于水整方式，分别高8.52%、2.74%、8.07%、20.24%、9.67%。方差分析结果表明，2014年栽后15 d（F=7.856*）、栽后35 d（F=5.723*）以及2015年栽后15 d（F=16.682**）、结实中期（F=6.689*）的差异达显著或极显著水平，其他时期2 种方式间的差异均不显著。

由表4 可知，2015年旱整方式栽后15 d、栽后30 d、抽穗期、结实中期、成熟期的单丛根干质量均高于水整方式，分别高13.94%、2.94%、26.51%、31.21%和25.61%。方差分析结果表明，栽后15 d、栽后30 d 和结实中期的差异未达显著水平，抽穗期和成熟期的差异均达显著水平。

2.5 对土壤有关指标的影响

2.5.1 对土壤氧化还原电位的影响

由图3 可知，2014年旱整田3 次测定0 cm、5 cm、10 cm 土壤处氧化还原电位均高于水整田，栽后15 d分别高4%、13%和121%，栽后25 d 分别高52%、30%和41%，栽后50 d 分别高10%、52%和79%；2015年旱整田3 次测定的0 cm、5 cm、10 cm 土壤处氧化还原电位均高于水整田，栽后15 d 分别高90%、188%和203%，栽后30 d 分别高224%、181%和169%，栽后45 d 分别高294%、272%和249%。

图3 水田旱整对镇稻99 土壤氧化还原电位的影响

方差分析结果表明，2015年栽后15 d（F=14.345**、24.822**、21.319**）、 栽 后 30 d （F =9.097*、5.120*、17.435**）、栽 后45 d（F=112.657**、28.738**、13.661**），2种方式间土壤氧化还原电位的差异均达显著或极显著水平。

2.5.2 对土壤含水率的影响

由图4 可知，2014年栽后25 d、栽后50 d，旱整田0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 土层含水率均低于水整田，分别比水整田低2.50%、5.06%、13.34%和14.78%、5.95%、2.54%；2015年栽后15 d、栽后30 d、栽后45 d、抽穗期、成熟期，旱整田0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 土层含水率均低于水整田，分别比水整田低19.10%、21.84% 、18.15% ，18.46% 、4.19% 、10.30% ，12.50% 、11.25% 、8.35% ，11.90% 、19.35% 、20.05% ，24.78% 、19.85%、7.23%。方差分析结果表明，2014年2 种方式栽后25 d 各土层（F 值分别为0.121、1.446、2.325）、栽后50 d 各土层（F 值分别为2.744、0.912、0.154）含水率的差异均未达显著水平；2015年2 种方式栽后30 d 5～10 cm（F=1.616）和10～15 cm（F=2.526）、栽后45 d 5～10 cm（F=3.102）、成熟期10～15 cm（F=0.675）土层含水率差异未达显著水平；栽后15 d 各土层（F 值分别为17.419**、63.809**、9.476**）、栽 后30 d 0～5 cm （F=6.308*）、栽后45 d 0～5 cm（F=9.124*）和10～15 cm（F=6.329*）、抽穗期各土层（F 值分别为14.035**、41.473**、20.525**）、成熟期0～5cm（F=29.960**）和5～10 cm（F=37.760**）2 种方式土层含水率差异均达显著或极显著水平。

3 小结与讨论

3.1 不同整田方式对机插水稻茎蘖动态及成穗率的影响

前人研究表明，手栽稻上，免耕浅栽的水稻具有稳定的分蘖成穗和成穗率高的特性[16]；但也有研究表明，少免耕方式分蘖前期分蘖发生的特点略有不同，表现出前期水稻分蘖快于常规耕作区，分蘖末期由于常规耕区的后发势头大，少免耕区茎蘖数低于对照区，但其有效穗数和成穗率仍比常规耕区高[17]。有研究认为，免耕直播有利于分蘖分生，且具有低位分蘖及成穗优势，成穗率高[18-19]；抛秧少耕的水稻前20 d 茎蘖增长速度较快，但高峰苗不如常规耕作水稻高，无效分蘖数也少于常规耕作[20]；机插稻免耕条件下，中浙优1 号表现出水稻高峰苗小于翻耕田、成穗率高于翻耕田的特点[21]。

本研究结果表明，在机插和麦秸秆还田条件下，耕前旱整有利于机插秧栽后返青，前期茎蘖发生迅速，增长较快，高峰苗数低于（2014年）或略高于水整方式（2015年），但成穗率均高于水整方式。这与前人的研究结果基本一致。

3.2 不同整田方式对机插水稻产量及产量构成的影响

关于不同整田方式对水稻产量的影响，前人的研究结果不一。一些试验表明，水稻免耕种植产量略有增加，如配套栽培措施得力，可较翻耕增产10%以上[22-25]，在免耕机插水稻上也表现出比对照略高的产量水平[21]；也有一些研究认为，双季稻免耕1～2年后，产量与翻耕无显著差异[26]。不少学者[27-31]的长期多点对比试验和长期定位试验也认为，少免耕栽培水稻的产量和常规耕作基本上持平，无显著差异。但也有报道表明，少免耕会造成水稻产量降低[32-34]。本研究结果表明，旱整方式水稻产量高于水整方式，平均增产8.36%。可见，机插与麦秸秆全量还田条件下，耕前旱整对水稻产量的提高有一定的促进作用。

关于不同整田方式对产量构成的影响，前人的研究结果不尽相同。在手栽稻上，免耕方式不同程度地提高了单位面积有效穗数、结实率和千粒重，小区试验和大田试验均有相同的趋势[35]。也有研究认为，免耕方式的产量比手栽、直播方式提高主要是由于增加了每穗粒数[22]；而在机插水稻上采取免耕处理能提高单位面积有效穗数，但使每穗粒数、结实率和千粒重均有所下降[21]。本研究结果表明，与水整方式相比，旱整方式极显著提高了单位面积有效穗数，增加了结实率，但每穗颖花数显著降低、千粒重有所减少。这与前人研究结果不尽一致，可能与试验方法、试验材料以及环境不同有关。

3.3 不同整田方式对机插水稻源库性状、物质生产的影响

关于不同整田方式对机插稻叶面积指数的影响，目前报道结论不一致。有研究认为，免耕方式下最高分蘖期、孕穗末期和乳熟期的叶面积指数均比常规耕作高[35]，垄作免耕水稻孕穗期的叶面积指数也表现出比常规耕作高的特征[23]。也有研究认为，免耕或少耕的水稻叶面积指数低于常规耕作[20]，但这个现象并不完全是负效应，较低的叶面积指数在一定程度上增加了（免耕机插）水稻基部的透光率，提高了群体透光能力[21]。本研究结果表明，除栽后30 d 旱整方式的叶面积指数低于水整方式外，抽穗期和灌浆结实中期的叶面积指数均高于水整方式，分别高7.47%和6.38%。可见，旱整能增加水稻中、后期光合面积，这可能与旱整方式增加了土壤通透性，水稻根系生长良好有一定的关系。此外，本研究还发现，整田方式对水稻单位面积库容量的影响较小，同类报道不多。

关于整田方式对机插稻物质生产的影响，一些报道的结果大相径庭。杜金泉等[35]认为，免耕水稻最高分蘖期、孕穗末期和乳熟期的干物质量均比常规耕作高。而冯跃华等[22]的研究结果则相反，即免耕移栽稻抽穗前、抽穗后、成熟期总干物质量均较低。但陈惠哲等[21]认为，免耕机插水稻只有在分蘖高峰期干物质量与对照有明显差异，其他时期如穗分化期、齐穗期和成熟期的差异均不显著。本研究结果表明，旱整方式水稻抽穗期、成熟期干物质量均略高于水整方式，抽穗后干物质量两者没有显著差异，但其结实期茎鞘叶干质量比重下降幅度要大于水整方式，说明转运到籽粒中的干物质增多，这是其经济系数高于水整方式的重要因素。

3.4 不同整田方式对机插水稻根系生长的影响

有关不同整田方式对机插水稻根系生长的影响，前人的研究结果不尽相同。在手栽条件下，免耕栽培的水稻在根系数量和质量上比翻耕有优势[36-37]；免耕处理水稻的根冠比、根干质量在最高分蘖期、抽穗期和成熟期均高于翻耕[38]；在抛秧条件下，免耕使秧苗发根较多，但根系生长受阻，根系的总长度不及常耕秧苗[39]；水稻根系干质量低于翻耕移栽稻，根系大部分分布在表层土壤（0～5 cm）[40]。本研究结果表明，旱整田在主要生育时期的单丛不定根数、单丛根干质量均比水整田高。可见，在机插和麦秆还田条件下，旱整方式有利于水稻根系生长，前期发根快，能够促进水稻快速分蘖，中后期保持发达的根系，能为水稻干物质积累和产量形成奠定坚实的根系基础。

3.5 不同整田方式对机插水稻土壤性状的影响

土壤氧化还原电位是反映土壤通气性的一个良好指标。一般认为，氧化还原电位高则土壤透气性较好。有研究表明，垄作免耕稻田土壤0～10 cm 土层的氧化还原电位比常规淹水平作提高了3 倍，10～20 cm 土层也提高了2 倍多[41]。通过比较免耕移栽和翻耕移栽，发现免耕移栽处理0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 土层的氧化还原电位普遍高于翻耕移栽处理[22，27]。本研究结果表明，旱整田各时期0 cm、5 cm、10 cm 土层的氧化还原电位均高于水整田，与前人的研究结果相似。可见，旱整方式能有效改善土壤通透能力。

关于整田方式对土壤含水率的影响，目前报道多为强调保护性耕作对土壤蓄水保墒的作用[41-44]；也有研究表明，在保证水稻正常发育的前提下，控水能够促进水稻根系生长[45]。本研究结果表明，旱整方式在主要生育时期土壤耕作层内任何位置均能有效降低土壤含水率，增加了土壤的通透性，为根系生长发育提供了良好的生长环境。

总之，水田旱整能有效增加土壤通透性，改善机插秧根系生长环境，尤其在秸秆还田条件下，有利于机插秧栽后返青，加快前期分蘖发生。其次，尽管旱整方式降低了每穗颖花数，但由于其成穗率提高，增加了有效穗数，使旱整方式的单位面积颖花量高于水整方式，这也是水田旱整机插秧的主要增产途径。