不同节水栽培方式对水稻产量和生育性状的影响及效益风险分析

陈 书 强

(黑龙江省农业科学院水稻研究所/农业部寒地粳稻冷害科学观测实验站，黑龙江 佳木斯 154026)

黑龙江省是我国水稻的重要生产和商品粮基地，2015年种植面积超过430 万hm2，稻谷总产达到2 900多万t，商品率超过70%，在我国的粮食供给和粮食储备方面占有非常重要的地位。近几年随着水稻种植面积的不断扩大，需水量也逐年增加，灌溉水资源出现短缺。黑龙江省井灌水稻约占80%，由于灌溉工程老化、不配套、灌溉水利用效率较低。因此，减少水稻用水量和提高水稻水分利用效率有利于缓解水资源短缺及水资源污染的问题。水稻传统栽培灌溉用水量约为10 000～15 000 m3/hm2，若采用节水灌溉技术可将水量控制在6 000～9 000 m3/hm2，每公顷可节水6 000 m3左右，节省水电费用300元左右。因此对水稻节水高产栽培技术的研究日益受到重视。前人对节水栽培进行了深入的研究，水稻节水控制灌溉技术[1-4]，间歇灌溉技术[5]、湿润栽培技术[6]、和水稻覆膜节水栽培体系[7]，水稻膜下滴灌节水栽培技术[8]等这些种植体系均在不同程度上解决了水稻耗水量过大的问题，取得了一定的节水、增产效果。其中适合寒地特点的水稻控制灌溉技术[4]，提出了黑龙江省10个灌溉分区的控制灌溉技术组合模式图，在生产上推广应用面积较大。

黑龙江省近年随着稻谷保护价格的下调，生产资料价格的上涨，人工费用的增加，种植成本不断上涨，经济效益大幅下滑。农民为了节约成本，开始尝试进行直播栽培，黑龙江省近3年内直播面积不断增加。直播不但可以省去育苗环节费用，而且旱直播可以大幅节水，是一种节水潜力最大的栽培模式。但是由于黑龙江省属寒地稻作早熟区，生育期短，极易受低温冷害的影响[9-11]。直播由于出苗晚、保苗差、营养生长期短、除草难、易倒伏等特点，生产上技术水平要求较高，农户种植水平差此不齐，受气象条件影响大等原因，致使最终产量不高、米质较差，种植风险较大。本研究从插秧、水直播、旱直播水管理和旱直播旱管理四种不同节水栽培模式对水稻产量、生育动态和倒伏性状的影响进行了分析，以及对四种节水栽培模式的种植效益与风险进行了评价，为黑龙江省当前选择适合的水稻高效优质高产栽培与种植方式提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017和2018年在黑龙江省农科院水稻研究所试验区内进行。试验品种采用龙粳47，主茎10片叶品种，在适应区出苗至成熟生育日数123 d左右，需≥10 ℃活动积温2 150 ℃左右。

1.2 试验设计

不同节水栽培模式设置为插秧、水直播、旱直播水管理(简称旱种水管)和旱直播旱管理(简称旱种旱管)4种种植方式，依据各自的水分灌溉特点进行水稻生长的水分管理，记录用水总量。每个处理种植约150 m2，重复3次。

插秧处理于4月18日播种，5月18日移栽，插秧规格行株距为30 cm×13.3 cm，每穴基本苗为4～5 苗。水直播采用穴播方式，5月13号播种，播种量80 kg/hm2，行株距25 cm×10 cm，每穴8～12粒。旱直播采用条播方式，5月1号播种，播种量125 kg/hm2，行距为30 cm。每种种植方式和播量依据当地最高产量经验进行。除不同灌水处理外，其他施肥、植保管理同大田生产。

1.3 测定项目与方法

(1)结合叶龄记载生育期：播种期、移栽期、始穗期、齐穗期、成熟期。

(2)茎蘖动态：从插后或出苗开始，先查出基本苗数，至齐穗期后10 d，每7 d调查一次茎蘖数，每个处理3个重复，每重复调查1点，每点连续5穴定位。旱直播每点查50 cm行长。

(3)抗倒伏性状及其相关性状的测定：抽穗后20 d，每个处理取样20株，选取代表性单茎，测定单茎秆株高、倒2节间基部至穗顶的高度及鲜重、穗长及穗重、倒2节间粗度(带叶鞘)、长度、茎壁厚度及带叶鞘时茎秆的抗折力。上述测定项目完成后，用烘干法测定倒2节间茎秆及叶鞘干重、穗干重。3次重复。按SEKO[12]的方法计算各品种N3的弯曲力矩和倒伏指数。弯曲力矩=节间基部至穗顶长度(cm)×该节间基部至穗顶鲜重(g)；倒伏指数=弯曲力矩/抗折力×100。

(4)理论产量考查：每个处理3个重复，每个重复插秧栽培取 10 丛进行考种，直播栽培取 1 m 行长进行考种。计算每穴平均有效穗数，按平均有效穗数为标准取 3穴。将3穴分别称穗干重和谷草干重后，计算经济系数。将3穴的穗混放，从中取出大小一致中等穗10个，测定其每穗长、实粒数、秕粒数和空粒数等性状。

(5)成熟期测产：每个处理3个重复，每个重复割2个10 m2，自然晾干脱谷，称重，晒干换算成标准含水量后计算产量，并从测产的样本中取样，测定千粒重。

1.4 参数计算

群体最高茎数：将调查所得的每平方米最高茎数定义为该群体最高茎数；

群体最高分蘖数：将群体每平方米最高茎数与每平方米基本苗数的差定义为群体最高分蘖数；

群体分蘖穗数：将每平方米收获穗数与每平方米基本苗数的差定义为群体分蘖穗数；

分蘖穗比例：分蘖穗数占收获穗数之百分比定义为分蘖穗比率；

有效分蘖率：分蘖穗数占最高分蘖数之百分比定义为有效分蘖率；

成穗率：收获穗数占最高茎数之百分比定义为成穗率。

1.5 数据处理

采用Microsoft Office Excel2003，dps7.05和spss11.5软件进行数据整理及差异性分析，显著水平为P<0.05。由于2017和2018年结果较为一致，以2018年数据进行分析。

2 结果分析

2.1 不同节水栽培方式的灌水总量

整个生育期内插秧种植的灌水总量为6 703.4 m3/hm2，水直播为6 983.5 m3/hm2，旱种水管为5 002.5 m3/hm2，旱种旱管为2 421.2 m3/hm2(图1)。插秧种植与水直播差异不显著，它们与旱种水管和旱种旱管的差异都达到了显著水平。旱种水管比插秧栽培节省水量1 700.9 m3/hm2，旱种旱管比插秧栽培节省水量4 282.1 m3/hm2。水直播比插秧栽培灌水量略多一点，主要原因是由于立针期必须排水晒田促使扎根后再多灌一次水所致。旱种旱管模式节省水量要比旱种水管模式多，但是水稻产量相应有所下降。

图1 不同节水栽培方式的灌水总量Fig.1 Total irrigation quantity under different water-saving cultivation methods

2.2 不同节水栽培方式的产量及其构成因素比较

由表1可知，插秧种植的实测产量达到8 550.0 kg/hm2，水直播的实测产量为8 146.0 kg/hm2，旱种水管的为8 064.2 kg/hm2，旱种旱管的实测产量为7 180.0 kg/hm2，插秧的产量显著高于其他3种种植方式，水直播与旱种水管的产量较接近，都显著高于旱种旱管栽培。产量构成因素间相比明显看出，虽然插秧种植的每平方米穗数明显少于水直播、旱种水管和旱种旱管3种处理，但是每穗颖花数、实粒数显著多于它们，这是插秧种植获得高产的主要原因。几种直播处理中水直播的千粒重最低，旱种旱管处理的受精颖花率是最高的。

表1 不同节水栽培方式对产量及其构成因素的影响Tab.1 Effects of different water-saving cultivation methods on yield and its constituent factors

2.3 不同节水栽培方式生育动态变化特征

由图2看出，不同节水栽培方式对叶龄发育进程影响较大，插秧种植的叶龄发育一直较快，整个生育期内叶龄数都高于水直播、旱种水管和旱种旱管3种处理。插秧栽培于5月18号插秧，插秧时叶龄为3.1，5月25号达到4.4叶龄，在7月7号剑叶开始抽出，齐穗日期为7月19日；而水直播播种日期为5月12号，5月25号刚达到1.2叶龄，7月12号剑叶开始抽出，齐穗日期为7月29日；旱种旱管和旱种水管播种日期为4月29号，5月25号达到2.3叶龄，7月14号剑叶开始抽出，齐穗日期为7月27日。可见，旱直播播种后大约20 d才能出苗，水直播播种后10 d左右出苗，旱直播出苗较晚，易受低温影响。旱直播和水直播比插秧栽培晚8～10 d齐穗。

图2 不同节水栽培方式对叶龄的影响Fig.2 Effects of different water-saving cultivation methods on leaf age

由图3看出，插秧栽培于5月18号插秧后，每平方米苗数缓慢增长，在6月2号达到125.3 株/m2，7月7号达到最高值723.5 株/m2，而后每平方米苗数缓慢下降，在7月28号稳定维持在603.6 株/m2。水直播播种日期为5月12号，5月23号开始见苗，旱种旱管和旱种水管的播种日期为4月29号，5月20号开始见苗。3种直播处理田间苗数都是从6月16至7月7号这段时间急剧增加，7月7号达到最高值，水直播897.3 株/m2、旱种旱管768.3 株/m2、旱种水管876.7 株/m2。到8月8号3种直播处理田间穗数基本稳定，都显著高于插秧栽培处理。

图3 不同节水栽培方式对每平方米苗数的影响Fig.3 Effects of different water-saving cultivation methods on seedlings per square meter

2.4 不同节水栽培方式茎蘖利用情况比较

由表2可知，插秧栽培和旱种旱管的成穗率要显著高于水直播和旱种水管的，插秧栽培的成穗率为83.4%，旱种旱管的为83.7%，而水直播的成穗率只有76.7%，旱种水管的仅为73.3%。水直播与插秧相比，最高茎数/穴、最高分蘖数/穴、分蘖穗数/穴都显著增加，而分蘖穗比例和有效分蘖率显著降低。两种旱直播方式与插秧相比，最高茎数/穴显著增加，最高分蘖数/穴、分蘖穗数/穴显著减少，分蘖穗比例和有效分蘖率也显著降低。

表2 不同节水栽培方式茎蘖利用情况比较Tab.2 Comparison of stem tiller utilization in different water-saving cultivation methods

2.5 不同节水栽培方式倒伏性状比较

插秧栽培的株高最高达到了91.2 cm，其次是水直播和旱种水管的株高较高，在86 cm左右，旱种旱管的株高最矮为82.3 cm，差异显著。水直播和旱种水管与插秧相比，穗长和穗颈节间长度变化不大，倒3节间长度、倒2节间长度和倒1节间长度缩短。旱种旱管的倒3节间长度、倒2节间长度和倒1节间长度缩短更加显著。

由表4可知，插秧栽培的倒伏指数为101.9 g.cm/g，水直播的109.4 g.cm/g，旱种水管的124.3 g.cm/g，旱种旱管的117.7 g.cm/g，4种栽培方式的倒伏指数差异显著。其中旱种水管倒伏指数最大，其次旱种旱管、水直播和插秧，旱种水管和旱种旱管容易发生倒伏，水直播由于是穴播方式所以抗倒性较好。

表3 不同节水栽培方式对株高性状的影响 cm

表4 不同节水栽培方式对倒伏指数的影响Tab.4 Effects of different water-saving cultivation methods on lodging index

旱种水管、旱种旱管和水直播3种直播方式容易发生倒伏，主要是直播种植降低了倒2节间茎粗，减少了倒2节间干重、节间横切面积和茎壁干重，使茎秆物理性状变差导致的(表5)。

表5 不同节水栽培方式对茎秆物理性状的影响Tab.5 Effects of different water-saving cultivation methods on physical properties of stem

2.6 不同节水栽培方式的效益和风险分析

以插秧为对照，旱种水管的节水率达到25.4%，节约水费306.0 元/hm2，旱种旱管的节水率达到63.9%，每公顷节约水费771.0元(表6)。又由表7可知，插秧种植在育苗环节各项费用加起来约达到1 185 元/hm2(不含用种费用)，3种直播栽培在种植中就节省了这部分费用(表7)。从产量效益计算(表8)，水直播比插秧每公顷减少404.0 kg/hm2，减少效益1 050.4 元；旱种水管比插秧每公顷减少485.8 kg/hm2，减少效益1 263.1 元；旱种旱管比插秧每公顷减少1 370.0 kg/hm2，减少效益3 562.0 元。各项栽培技术综合产量效益、节水效益、节约育苗成本来看，水直播比插秧净挣83.6元/hm2，旱种水管比插秧净挣227.9元/hm2，旱种旱管比插秧净亏1 606.0元/ hm2(此效益分析只限于文中试验所得产量)。

表6 不同节水栽培方式的节水率及节水效益Tab.6 Water saving rate and water saving benefits of different water-saving cultivation methods

由前面分析看出，旱直播播种虽然日期较早，但抽穗日期比大棚旱育苗插秧栽培要晚8～10 d。主要是由于前期土壤墒情较差，天气低温干旱等原因，直播水稻出苗较慢，苗情不齐，达到高峰苗日期推后7～10 d。另外草害鼠害相对较重，易出现倒伏，生育期推后，抽穗延迟，成熟期短，遇到低温灌浆质量差，空秕率高，千粒重低，产量下降。所以直播水稻在产量稳定性方面比大棚旱育苗插秧要差，种植直播水稻相对风险较大。

3 讨 论

表7 插秧育苗每公顷成本统计Tab.7 Costs Statistics of transplanting seedlings per hectare

表8 不同节水栽培方式的综合效益计算Tab.8 Calculation of comprehensive benefits of different water-saving cultivation methods

黑龙江水稻种植面积大，灌溉用水量多，为了可持续性发展水稻产业，种稻必须应用节水栽培方式或模式。但同时黑龙江又是全国粮食压仓石，必须保障国家粮食安全，这又要求粮食产量必须稳产高产。本试验中，从节水效果来看，旱种旱管最节水，节水率达到63.9%，其次是旱种水管，节水率达到25.4%，水直播与插秧栽培用水量差不多。虽然旱种旱管模式节省水量最多，但是产量相应有所下降。从获得产量来看，插秧种植的产量最高，达到8 550.0 kg/hm2，其次为水直播和旱种水管的产量较高，分别为8 146.0和8 064.2 kg/hm2，旱种旱管的产量最低，只有7 180.0 kg/hm2。插秧种植的每穗颖花数、实粒数显著多于水直播、旱种水管和旱种旱管的，这是插秧种植获得高产的主要原因。从生育进程来看，插秧育苗栽培叶龄发育一直较快，整个生育期内叶龄比其他3种直播栽培高1片叶，导致旱直播和水直播比插秧栽培抽穗晚8～10 d。由于旱直播播种后大约20 d才能出苗，水直播播后10 d左右出苗，所以直播田前期田间苗数较少，生长较慢，易受低温影响。插秧栽培分蘖过程平缓，分蘖穗比例和有效分蘖率高，成穗率也高。直播田播种量大，主要靠主茎穗数较多增产，田间苗急剧增加期主要在6月16号至7月7号这段温度较高的时间。与3种直播栽培方式比较，插秧栽培的抗倒性最好，最易倒伏的旱种水管模式，由于水直播是采用穴播方式，用种量少，密度稀，抗倒性较好。虽然插秧栽培的株高最高，但是由于其倒2节间茎秆粗，倒2节间干重、节间横切面积和茎壁干重增加，茎秆物理性状好致使抗倒性较强。

从综合效益来看，包含产量效益、节水效益、节约育苗成本等方面，水直播比插秧净挣83.6 元/hm2，旱种水管比插秧净挣227.9 元/hm2，旱种旱管比插秧亏损1 606.0 元/hm2。但是由于直播种植易受低温影响，出苗慢，保苗差，生育延迟，抽穗时间晚，成熟期短，产量稳定性差，种植风险相对较大。从粮食生产安全角度考虑，当前应立足大棚旱育苗插秧栽培，保障每年水稻产量稳定或增产。黑龙江省现在水稻种植面积约466.67 万hm2，若每公顷减产750 kg，总产减少35 亿kg水稻，相当于辽宁省水稻总产的一半还多，可见黑龙江省水稻产量的稳定性对保障全国“口粮”安全至关重要。直播栽培可小面积试种，探索其种植技术和要点，待技术成熟后逐渐推广。若要追求直播田稳产高产，最好选择旱种水管或水直播模式，尽量不要采用旱种旱管模式，种植田地一定要配套相应的灌溉设施，在需要水分时及时灌水，保证出全苗。并且要求种植者具备较高生产水平，各个环节精细管理，才能争取高产和高效。

4 结 论

综合节水效益、产量效益和种植成本与种植风险等方面因素，目前黑龙江较适宜推广的节水栽培方式为旱种水管种植方式。从节水效果来看，它能比插秧栽培节水率达到25.4%，种植产量可达到8064.2 kg/hm2，虽然比插秧栽培低，但节省育苗成本1 185 元/hm2，综合效益比插秧栽培高227.9 元/hm2，从种植风险角度来说相对较大。