托盘育苗中光温资源差异及其对水稻秧苗素质的影响

邵文奇，钟 平，董玉兵，孙春梅，纪 力，庄 春，陈 川，章安康

(江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏 淮安 223001)

水稻是光温敏感作物，对水稻光照和温度的研究有助于提升水稻立体化育秧质量与效率[1-3]。光照是秧苗生长的重要影响因素，充足的阳光能使水稻生长健壮，不同的光照强度与光质决定着水稻生长质量和最终产量[4]。不同作物所需光照强度存在较大差异，其中水稻育秧时光照强度需大于4 000 lx[5-6]。前人研究了在封闭或半封闭温室环境内不同光质、光照强度和层间距对水稻秧苗的影响，并积极探索了水稻立体育秧的补光特性[1，7-9]。另外，温度是影响水稻光合作用的重要因素，叶片净光合作用速率与叶温之间表现为非线性曲线关系[10-11]，在高温或低温逆境下，叶片光合作用能力降低，影响水稻干物质积累，育苗质量较差[12-13]。前人的大量研究主要针对室内环境，而托盘立体育苗属于室外露天环境[14]，其光、温条件与天气情况密切相关，同时由于支架和育苗层的遮挡作用，使秧苗获得的光温资源存在较大差异，但目前对于室外立体种植中光温资源的研究较少。本研究以粳稻品种南粳9108和籼稻品种Y两优900为供试材料，比较托盘育苗方法中不同育苗层之间光照强度、温度和秧苗水分消耗速率之间的差异，及其对秧苗素质的影响，以期获得对其光温资源的准确评价，为消除水稻秧苗素质差异提供理论依据，并为托盘育苗方法的推广提供技术保障。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种为迟熟中粳中感光性的常规粳稻南粳9108和中熟中籼弱感光性的杂交籼稻Y两优900，育秧用肥料为淮安市诚信肥业有限公司生产的育秧绿(含量为9.0% N、4.5% P2O5、1.5% K2O)，拌种剂为万农化工生物科技有限公司生产的3.5%咪鲜胺·甲霜灵。育苗盘为机插水稻育苗常规塑料硬盘(外径60 cm×30 cm，内径58 cm×28 cm)，育苗托盘为方形塑料盘(外径70 cm×40 cm，内径65 cm×35 cm，盘深5 cm)。托盘育苗装置[14]由支架和用于放置育苗托盘的育苗层组成，设上、中、下3层(长480 cm，宽50 cm，水平倾角<1‰)，离地高度分别为20、100、180 cm，每层高度之间相距80 cm。

1.2 试验方法

试验于2019年在江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所进行，地处江苏淮安，属北温带半湿润季风气候。采用硬盘暗化方式育苗，每盘用土量4 kg，均匀拌入18 g肥料，其中铺盘用土2.5 kg，盖种用土1.5 kg。水稻种子使用3.5%咪鲜胺·甲霜灵按药种质量比1：100均匀拌种，于6月3日播种，水稻种子分别为常规粳稻南粳9108(播种密度为0.055 g·cm-2，以干种子质量计，下同)和杂交籼稻Y两优900(播种密度为0.022 g·cm-2)。暗化方式出苗后于6月9日将2种水稻种子处理的育苗硬盘移入托盘内，分别放置于托盘育苗装置的上、中、下3个不同育苗层，育苗装置呈东西方向露天成排放置于空旷场所。托盘内上水使育苗盘内营养土浸透，后期托盘内每天08:00加一次水，使托盘内水分能浸入育苗盘内1/2高度。所有处理不追施肥料，不作病虫害防治与其他药剂处理。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 光照强度测定

在播种后7～21 d(6月10日至24日)每天10:00和15:00，使用特安斯TA8120手持式光照度计连续测量上、中、下3个育苗层的光照强度；并分别选取晴天、阴天两种天气，从09:00至16:00每隔1 h连续测量上、中、下3个育苗层的光照强度。

1.3.2 温度测定

分别选取晴天、阴天2种天气，从09:00至16:00每隔1 h使用温度计连续测量上、中、下3个育苗层的秧苗间、秧苗根部土壤和托盘内水分的温度。

1.3.3 水分消耗情况调查

选取晴天、阴天2种天气，分别在当天的09:00、15:00和第2天的09:00使用精确度0.5 mm的刻度尺测量托盘内底部至水面高度，并计算09:00—15:00和24 h内各处理水分消耗速率，水分消耗速率(mm·h-1)=水位高度差(mm)/时间(h)。

1.3.4 秧苗出苗率与成苗率

在播种后10 d统计10 cm×10 cm板面内出苗数，并计算出苗率，出苗率=(总苗数/种子数)×100%。在播种后22 d切取10 cm×10 cm板面的秧苗，剔除其中弱苗死苗(叶片数不足正常秧苗1/2，茎秆瘦弱)，记录苗数，并计算成苗率，成苗率=(总苗数/种子数)×100%。

1.3.5 秧苗素质调查

在播种后22 d(适栽期)对各处理取样，分别记录各处理秧苗的叶龄、株高、苗基部宽度、根数，以及秧苗第1、2、3叶的叶鞘高度和叶片长度。并选取生长均匀一致的秧苗，剪去根系后置于水培箱中，7 d后计数新发根数(≥5 mm)。使用叶绿素测定仪(型号：KONICA SPAD 502 PLUS)测量秧苗倒1完全展开叶的叶片中部SPAD值。将各处理秧苗洗净、杀青、烘干后，记录地上部和根系干质量，并计算根冠比，根冠比=根系干质量/地上部干质量。

1.3.6 秧苗株高叶龄比K值

使用所取秧苗测量的叶龄与株高数值，根据公式K=[0.9(n-2)]×h·N-1，(2≤N≤5.5，h为株高，N为叶龄，n=[N])，计算秧苗在不同时期(播种后第14、18、22天)的株高叶龄比K值[15]。

1.4 数据处理

采用Excel 2010软件进行数据常规处理和作图，使用SPSS 21统计软件进行处理间方差分析(多重比较用Duncan法)。

2 结果与分析

2.1 不同育苗层中温光资源比较

2.1.1 不同育苗层中光照强度的比较

播后连续15 d(播后第7～21天)对上、中、下3个育苗层的光照强度进行测量，结果如图1所示。试验记录期间，10:00与15:00的光照强度变化范围分别为14 200～73 000 lx和12 400～60 800 lx，变动率为5.1倍和4.9倍。10:00和15:00，中育苗层光照强度变动率为2.3倍(9 475～21 850 lx)和1.7倍(7 275～12 150 lx)，下育苗层光照强度变动率为2.3倍(5 050～11 750 lx)和2.2倍(4 675～10 250 lx)。3个育苗层光照强度之间存在显著差异，天气晴好时(以播后12 d的10:00为例)，上育苗层光照强度可以达到中部、下育苗层的5.8倍和7.0倍，阴天时(以播后17 d的10:00为例)也可达到1.5倍和2.8倍。本试验的上、中、下3个育苗层连续15 d光照强度测量平均值10:00为44 103、14 295、8 462 lx，15:00为43 077、11 312、7 053 lx，上育苗层﹥中育苗层﹥下育苗层，均呈显著差异。

如图2所示，上、中、下3个育苗层在2种天气条件下全天呈现先上升后下降趋势，在12:00～13:00达到峰值。各育苗层光照强度之间进行比较发现，在同一天气条件下的白天同一时刻，上育苗层﹥中育苗层﹥下育苗层，均差异显著，上育苗层09:00～16:00光照强度测量平均值分别是中层、下层的7.1倍、9.7倍(晴天)和1.8倍、2.6倍(阴天)。

图2 晴天和阴天时不同育苗层的光照强度变化趋势Fig.2 The diurnal variation of light intensity in different seedlings platform at sunny day and overcast day

2.1.2 不同育苗层中温度的比较

分别在晴天和阴天对上、中、下3个育苗层处理的托盘内水分温度、秧苗根系土壤温度，以及秧苗叶片间温度进行测量，结果见图3。试验中粳稻与籼稻处理在各育苗层的各部位温度表现相似，此处以粳稻处理表现进行分析。晴天时，当日空气平均温度(09:00—16:00，下同)为30.1 ℃，上层、中层、下层的托盘水分平均温度分别为32.5、29.4、28.5 ℃，根系土壤平均温度分别为30.3、27.4、26.7 ℃，秧苗间平均温度分别为27.9、26.5、26.2 ℃。除个别时间点，其他时候3个育苗层的托盘水分温度、根系土壤温度、秧苗间温度均有显著差异；另外，在相同育苗层，托盘水分温度>根系土壤温度>秧苗间温度。阴天时上层的托盘水分温度、根系土壤温度和秧苗间温度均显著高于中层和下层，与晴天时表现相似；但中层与下层的温度在大部分时间差异不显著。

2.1.3 不同育苗层的育苗托盘内水分消耗速率

如表1所示，无论是粳稻品种还是籼稻品种，上、中、下3个育苗层的水分消耗速率均具有显著差异，具体表现为上育苗层>中育苗层>下育苗层。在09:00—15:00，晴天时，上育苗层(粳稻9108)的水分消耗速率分别是中层、下层的1.9倍和2.9倍，阴天时为1.9倍和3.4倍。相同育苗层在晴天时的水分消耗速率远大于阴天时，如在09:00—15:00晴天的水分消耗速率是阴天时的2.4倍(上层)、2.4倍(中层)、2.8倍(下层)。另外，本试验中粳稻与籼稻品种之间未对托盘内水分消耗速率造成显著影响。

2.2 不同育苗层的秧苗素质

2.2.1 出苗率与成苗率

由表2可知，各处理经暗化方式出苗后(播后第6天)移入育苗装置的托盘中，不同育苗层此时未对种子出苗形成影响，出苗率之间差异不显著。粳稻品种(南粳9108)在3个育苗层的成苗率存在显著差异，中育苗层>上育苗层>下育苗层。上、中、下3个育苗层对籼稻品种(Y两优900)的成苗率无显著影响，但其具有与粳稻品种相近的表现，即中育苗层的成苗率最高，上层与下层次之。

TA， 气温。TA， Temperature of air.图3 不同天气(晴天、阴天)情况下不同育苗层秧苗、根系土壤和托盘内水分的温度变化趋势(南粳9108)Fig.3 The diurnal variation of temperature of seedlings， soil and water in different seedlings platform at sunny day and overcast day(Nanjing 9108)

2.2.2 秧苗各性状

上育苗层所育秧苗的各性状基本都显著优于中下层处理，两品种表现一致(表3)。其中，南粳9108上层秧苗相较于中层、下层秧苗，株高分别下降19.2%、19.6%，叶龄增大17.6%、29%，茎基宽增大14.8%、24.0%；Y两优900上层秧苗相较于中层、下层秧苗，株高分别下降12.6%、11.0%，叶龄增大7.5%、43.3%，茎基宽增大9.7%、47.8%。上层育苗层所育秧苗更为紧凑粗壮，另外叶片SPAD值、地上部干质量、根数、发根力等性状也显著提高，秧苗干物质积累更多，根系生长更好，秧苗素质也更高。中层、下层秧苗进行比较，南粳9108除叶龄外其他性状无显著差异，而Y两优900除株高、地上部干质量、根干质量、根冠比外，中层、下层处理的叶龄、茎基宽、叶片SPAD值、根数、发根力等均呈显著差异。

中下层由于光照强度显著低于上层，使秧苗细高，叶片长且松散(图4)，其中，南粳9108中层、下层秧苗相较于上层秧苗第一、二、三叶的叶鞘高度分别增高60.0%、50.0%、72.9%和56.8%、14.3%、18.2%，第二、三叶的叶片长度也分别增长50.0%、38.1%和31.6%和29.5%；Y两优900中层、下层秧苗相较于上层秧苗第一、二、三叶的叶鞘高度分别增高36.8%、100.0%、28.1%和68.8%、12.5%、7.1%，第一、二、三叶的叶片长度也显著增长。另外，南粳9108中层和下层秧苗相比较，各叶的叶鞘高度和叶片长度之间基本无显著差异，但Y两优900的下层秧苗第一、二叶的叶鞘高度和第二叶的叶片长度均显著高于中层秧苗。

表1 不同育苗层的育苗托盘内水分消耗速率Table 1 Water consumption rate in different seedlings platform at sunny day and overcast day

C,水稻品种；SP,育苗层；同列数据后无相同小写字母表示相同育苗介质中不同处理间差异达到5%显著水平；*和**分别表示在0.05和0.01水平上差异显著；ns表示在0.05水平上差异不显著。下同。
C， Cultivar of rice; SP， Seedlings platform; Data marked without the same lowercase letter in each column indicated significant difference at 0.05 level among different treatments. * and ** meant significant differences at 0.05 and 0.01 probability levels， respectively. ns meant no significant differences at 0.05 levels. The same as below.

表2 不同育苗层的秧苗出苗率和成苗率Table 2 Rice emergence rate and seedling emergence rate of different seedlings platforms

2.2.3 秧苗株高叶龄比K值

株高叶龄比K值可以反映秧苗的整体素质，两者之间呈负相关关系。由图5可知，2个水稻品种在整个苗床生长期间，上育苗层秧苗K值均显著低于中层和下层秧苗，并且除南粳9108在第14 d时中层与下层处理秧苗K值无显著差异外，其他时期中层秧苗的K值均显著低于下层。表明，秧苗的整体素质上育苗层>中育苗层>下育苗层。同时，南粳9108上育苗层的K值为3.0～4.0，秧苗素质稳定且健壮；而中层、下层的K值呈上升趋势，在22 d时K值已达6左右，其秧苗素质弱化明显；Y两优900处理具有相似表现。

表3 不同育苗层的秧苗形态指标Table 3 Indices of seedlings morphology of different seedlings platforms

SH-株高; ST-茎基宽; DWS-地上部百株干质量; DWR-根系百株干质量; R/S-根冠比; NR-根数; RDA-发根力。
SH， Seedlings height; ST， Stem thickness; DWS， Dry weight of shoot per 100 seedlings; DWR， Dry weight of the root per 100 seedlings; R/S， Root-shoot ratio; NR， Number of root per seedling; RDA， Rooting ability.

图4 播后22 d时不同处理的叶片生长情况Fig.4 Effects of different treatments on length of seedlings leaves at 22 d seedling age

图5 不同处理对秧苗K值的影响Fig.5 Effects of different treatments on K value of seedlings

3 讨论

托盘立体育苗处于室外开放环境中，各育苗层的光照与温度均能满足秧苗生长需求，上育苗层的光照与温度显著优于其他育苗层，能够培育素质更高的水稻秧苗，中下层受到支架等的遮挡影响，光温资源减弱，秧苗素质趋于弱化。为提高秧苗生长一致性，应采取适当措施减少育苗层之间的光温资源差异。考虑到托盘立体育苗的支架在育苗时组装育苗后拆除的操作特点，室内立体育苗常采用的补充光源等措施不太适宜应用于托盘立体育苗。生产上可以采用增大支架之间和育苗层之间距离，尽量降低对光线的遮挡效应，达到减少育苗层之间光温资源差异的目的。

3.1 托盘立体育苗中光照与温度资源情况

光照情况决定水稻的生长和发育，影响最终稻米品质与产量[4]，光照强度1 000～2 000 lx是水稻生长的光补偿点[16]。张林青等[6]研究认为，光照强度4 000 lx时水稻秧苗的素质较优。托盘立体育苗处于室外露天环境，主要光源来自于太阳的直射光或散射光，其光照强度与太阳直射角度呈正相关，全天呈先上升后下降趋势，在午间达到峰值。上育苗层受到阳光直射，光照强度较高并且变化剧烈，中育苗层与下育苗层光线主要来源于散射光，变化相对平缓。在09:00—16:00，托盘立体育苗方式的上层、中层、下层光照强度变化范围分别为12 400～81 700、5 225～12 400、2 750～9 650 lx，各层之间差异显著，但各个育苗层光照强度均大于光补偿点，这与室内立体育苗不同。如马旭等[7]研究表明，温室内立体育苗除顶层光照强度大于1 000 lx外，其余各层均无法满足秧苗生长需要，严重影响秧苗的健壮程度。这是由于温室、覆盖材料、育苗架和设备等会对光照造成较大影响，温室内的光照强度仅为室外的30%～70%[17]。前人对室内立体育秧补光做了大量研究，以改善光照条件提高秧苗素质[7-9]，而托盘立体育苗的育苗装置虽也对光照造成了遮挡效应，但各育苗层的光照强度均能满足秧苗需求。

温度是影响水稻光合作用的重要因素，在托盘立体育苗中，晴天时，09:00—16:00空气平均温度为30.1 ℃，上层、中层、下层秧苗间(叶片)平均温度分别为27.9、26.5、26.2 ℃，各层温度之间均有显著差异；在阴天时，中层与下层温度之间差异不显著。这与室内立体育苗稍有不同，室内环境较为封闭，其各育苗层温度较为一致[9，18]，而托盘立体育苗处于室外开放环境中，温度主要与光照强度有关，上育苗层的光照强度较高，使其温度显著高于其他育苗层。

另外，温光资源的差异影响了秧苗的水分消耗速率，而水分状况与水稻秧苗根的分化密切相关，从而影响秧苗素质[19]。托盘立体育苗中各育苗层之间水分消耗情况有较大差别，其水分消耗主要由托盘内水分蒸发作用、秧盘内水分蒸发作用、秧苗吸收与蒸腾作用等组成。无论是粳稻品种还是籼稻品种，不同育苗层的水分消耗速率均具有显著差异，如在09:00—15:00，晴天时上育苗层(粳稻9108)的水分消耗速率分别是中层、下层的1.9倍和2.9倍，并且晴天时的水分消耗速率要大于阴天。在不考虑空气流动对水分消耗影响的情况下，光照与温度是影响托盘育苗水分蒸发速率的主要因素，由于上育苗层具有更强的光照和更高的温度，使其水分消耗速率显著大于其他育苗层。虽然维持苗床饱和水分有利于秧苗根系生长素的增加，但对机插秧来说苗床期应控制供水强度[20]，在托盘立体育苗中需密切关注水分消耗情况，保持育苗盘内盘土湿润为佳。

3.2 托盘立体育苗的光温资源对秧苗素质的影响

托盘立体育苗中光温资源的差异对秧苗生长产生了显著影响。从所育秧苗表现来看(以南粳9108为例)，其上层秧苗相较于中层、下层秧苗，株高分别下降19.2%、19.6%，叶龄增大17.6%、29.0%，茎基宽增大14.8%、24.0%，秧苗株型更为矮壮紧凑，同时上层秧苗叶片颜色浓绿，地上部干质量、根数、发根力等性状也显著提高，K值降低，干物质积累增多，根系生长更好，其秧苗素质明显优于其他育苗层；Y两优900的秧苗表现与此相似。这与前人的研究结果相似，即不同秧层之间秧苗壮苗指数差异显著[7]。良好的光照条件有利于水稻的生长和发育[4，6，16]，同时温度与水稻光合作用之间呈单峰型曲线关系[21-23]，在低于水稻叶片最适温度情况下，温度越高越利于光合作用[10]。上育苗层具有充足的光照和更高的温度，其秧苗素质更为健壮，中下层光温资源次之，秧苗素质有弱化趋势。