优化栽培模式提高双季稻产量

钱银飞,曾勇军,陈 金,谢 江,吴玉成,杨小华,彭春瑞*

(1.江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所/农业农村部 长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室/国家红壤改良工程技术研究中心,江西 南昌 330200;2.江西农业大学,江西 南昌 330045;3.江西省进贤县温圳农技推广综合站,江西 进贤 331721)

水稻是我国的第一大粮食作物,种植面积大,产量高,总产占粮食作物的比重大。全国大约有2/3的人口以稻米为主食。因此,从某种意义上说,我国的粮食安全问题主要是稻米安全生产的问题[1]。近年来,随着人口政策的放开,我国人口数量不断增加,加之房地产开发、城市建设、基础设施建设占用耕地以及环境污染等造成可耕地面积不断减少,稻米生产的安全性越发凸显。而解决稻米生产安全的可靠途径就是依靠科技进步,不断提高水稻单产水平[2]。

水稻的产量高低受水稻品种的遗传特性和栽培环境的共同影响[3]。适宜的栽培环境有利于品种高产潜力的发挥,任何品种只有在最适宜的栽培环境才能最大限度地发挥高产潜力。有关水稻高产栽培技术,国内外研究者做了大量的研究,集成创造了大量针对性的高产栽培技术,例如“水稻逆V字型减氮栽培[4]”、“三高一稳栽培[5]”、“稀少平栽培[6]”、“精确定量栽培[7]”、“旺壮重”栽培[8]、“三超”栽培[9]、SRI栽培[10]、“早蘖壮秆强源栽培[11]”、“三高一保栽培”[12]、“三控栽培”[13]、“三定栽培”[14]、“精苗稳前、控蘖优中、大穗强后”超高产定量化栽培模式[15]等,以及“垄畦栽培法[16]”和“覆膜栽培法[17]”等特殊生态条件下的栽培技术。这些栽培技术的应用对提高水稻产量、促进水稻生产的发展、丰富栽培科学理论作出了巨大的贡献。笔者在参考前人研究结果的基础上,再针对江西双季稻的生长发育特征及肥、水利用等的特点,组合了强化稀播培育壮秧、宽行窄株、前氮后移、间歇灌溉加晒田等栽培措施,并进行集成优化,形成了一套栽培模式，以期为双季稻建立适宜栽培模式,提高水稻产量、氮肥利用效率和减轻农业生产面源污染提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地点及品种

试验于2018～2019年在江西省进贤县温圳镇杨溪村(116°5′29.74″E,28°20′7.16″N)进行。试验地具有亚热带湿润气候的特点,气候温和,雨量充沛,冬暖夏热,四季分明,年平均气温17.5 ℃,极端最高气温41 ℃,极端最低气温-8.5 ℃,活动积温5760 ℃·d,年平均降雨量1600～1800 mm,年平均日照时数1800～1900 h,无霜期290 d。供试土壤为第四纪红色黏土发育的水稻土。试验早稻品种为中早32和中早35;晚稻品种为深优957和赣晚籼37。

1.2 试验设计与方法

本试验设计2个栽培模式:(1)农民习惯施肥模式FP,育秧时播种量早、晚稻均为225 kg/hm2,栽插规格:16.65 cm×20.00 cm(早稻)和20.00 cm×20.00 cm(晚稻)。施氮量:早稻180 kg/hm2、晚稻225 kg/hm2。氮肥运筹:基肥∶蘖肥=1∶1,N∶P∶K=2∶1∶2;磷肥和钾肥均一次性基施。灌溉方式:移栽期2～3 cm浅水;返青期3～5 cm深水;施除草剂时灌3 cm水层,以后浅水勤灌,抽穗期保持水层,灌浆期干湿交替,收获前12 d断水。(2)优化模式OPT,育秧时播种量早、晚稻均为150 kg/hm2,栽插规格:13.32 cm×24.98 cm(早稻)和13.32 cm×30.00 cm(晚稻)。施氮量:早、晚稻均比FP减少10%，即早稻162 kg/hm2、晚稻202.5 kg/hm2。氮肥运筹:基肥∶蘖肥∶穗肥=5∶2∶3, N∶P∶K=2∶1∶2;磷肥一次性基施,钾肥按1∶1作为基肥和穗肥分两次施。灌溉方式：移栽期2～3 cm浅水;返青期3～5 cm深水;施除草剂时灌3 cm水层,落干后再灌浅水;当苗数达到预计穗数的80%时开始排水晒田,田不开裂不灌水,当田边开裂、田中不陷脚时灌薄水湿润;在倒2叶露尖时灌水养胎,保持浅水与露田相结合；抽穗期保持水层,灌浆期干湿交替,收获前7 d断水。所有处理的基肥结合翻耕施下,分蘖肥在移栽后5～7 d施下,穗肥在倒二叶露尖时施下。早、晚稻均2苗栽插。氮、磷、钾肥料分别为尿素、钙镁磷肥(含磷12%)、氯化钾(含钾60%)。采用大区试验,大区面积为150 m2,田埂宽35 cm,高30 cm,并裹膜防渗水。沟宽40 cm,单灌单排。早稻试验于3月15日播种,4月15日移栽。晚稻试验于6月20日播种,7月20日移栽。

1.3 观测项目与方法

1.3.1 茎蘖动态 每个大区定点15 穴,在拔节前每5天观察1次,在拔节后每7天观察1次。

1.3.2 干物质 分别于移栽期、拔节期、抽穗期、成熟期,按每田块茎蘖数的平均数取5穴,测定叶面积和干物质重。叶面积测定采用比重法。105 ℃杀青30 min,80 ℃烘至恒重,测定干物质重。

1.3.3 植株氮素吸收 将成熟期的植株干物质样品粉碎后用于测定茎鞘、叶、穗氮素含量。氮素测定采用凯氏定氮法。

1.3.4 产量与产量构成 在收获前1 d调查有效穗数,每小区调查100蔸,根据平均有效穗数取样5蔸考种;大区实割50 m2,脱粒后晒干称重。

1.4 数据分析

使用Microsoft Excel 2013处理数据和绘制图表,用DPS 7.05软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 产量及其构成因素

由表1可见,采用优化模式(OPT)的早稻中早32、中早35,以及晚稻深优957、赣晚籼37的产量分别为9176.5、6548.5、9065.0和6687.5 kg/hm2,分别较农民习惯模式(FP)增加了10.37%、11.44%、14.08%和25.68%。该优化模式在节省氮磷钾10%的条件下,依然能较农民习惯模式增产10%以上，特别是在晚稻赣晚籼37上增产效果更为明显。另外，受天气影响,赣晚籼37在成熟期出现倾斜倒伏的现象,但优化模式的倾斜程度明显小于农民习惯模式。这表明优化模式比农民习惯模式具有更好的抗倒伏能力,具有较强的增产优势。从产量构成因素来看,在优化模式下4个品种的穗数、穗粒数、总颖花量和结实率均较农民习惯施肥模式下的有不同程度的提高,而千粒重受影响不大。相关分析结果表明：单位面积的总颖花量与产量呈极显著正相关(r=0.986**);穗数与产量的正相关性次之,结实率再次之；千粒重与产量负相关显著。可见,双季稻优化模式的增产途径主要是通过增加穗数和穗粒数获得较大的库容(群体颖花量),并保持较高的结实率。

表1 不同栽培模式下双季稻的产量构成特征

2.2 叶蘖结构及成穗率

在相同的群体起点条件下,要想获得较高的穗数,则必须要有好的分蘖群体和高的成穗率。表2表明,无论是早稻还是晚稻,优化模式在够苗期的高效分蘖(>3叶蘖)比重大,无效分蘖(<3叶蘖)比重小。在优化栽培模式下早稻中早32、中早35,晚稻深优957、赣晚籼37的成穗率分别较农民习惯模式增加了15.13、14.54、9.39和12.54个百分点。

表2 在不同栽培模式下水稻的叶蘖构成及成穗率

2.3 穗粒结构

由表3可见,无论是早稻还是晚稻,在优化模式下水稻的穗长、着粒密度、一次枝梗数、二次枝梗数及其一次枝梗和二次枝梗的结实率均较农民习惯模式有所增加。优化模式较农民习惯模式实现了穗部性状的整体优化，一方面增加了穗长,扩大了库容,提高了着粒密度；另一方面还优化了养分供给,使得一次枝梗和二次枝梗上的颖花均得到有效养分的供给,从而减少了败育,提高了结实性能。

表3 在不同栽培模式下水稻的穗粒结构

2.4 干物质积累量

对干物质积累量的研究结果(图1)表明:无论是早稻还是晚稻,优化栽培模式(OPT)处理在3个关键生育期(拔节、抽穗、成熟期)的干物重均高于农民习惯模式(FP)处理的。分析干物质积累量和产量之间的关系表明:稻谷产量与成熟期的生物产量呈极显著正相关(R2=0.9592**)；稻谷产量与抽穗到成熟期干物质积累量间的相关性次之(R2=0.9333**)；而稻谷产量与拔节期干物质积累量间的相关性不大。表明水稻抽穗期和成熟期的生物产量是经济产量的基础,通过合理的栽培运筹塑造抽穗期的适宜群体,并保持光合物质积累量到成熟期是高产形成的关键。

图1 在不同栽培模式下双季稻干物质积累量

2.5 氮素吸收利用

对稻株氮素吸收利用特征的研究结果(表4)表明:无论是早稻还是晚稻,优化栽培模式(OPT)处理在成熟期的总吸氮量和氮肥偏生产力均高于农民习惯模式(FP)处理的；而优化栽培模式(OPT)的水稻籽粒吸氮量要小于农民习惯模式(FP)的。这表明采用优化模式的稻株更易从周围环境中吸收氮素,同时便于氮素向籽粒运转,提高了氮肥利用效率。

表4 在不同栽培模式下不同品种双季稻的氮素吸收利用特征

3 讨论与结论

关于水稻产量的形成,大多数的研究认为是“源库”起主导作用[18-20]。高产栽培通过强源扩库,提高群体颖花量,以实现水稻增产[20]。本研究也证明了这一点,本研究中优化模式的增产途径主要是通过增加穗数和穗粒数获得较大的库容(群体颖花量),并保持较高的结实率。在农民习惯种植模式中育秧方式、栽培密度、肥料运筹、水分管理等方面不合理带来水稻分蘖质量低、有效穗数少、群体质量差,最终导致产量不理想,经济效益不佳。采用笔者集成的优化栽培模式,在当地农民习惯施肥水平基础上减少10%的氮磷施用量，仍能够通过改善双季稻的生长发育,改善群体质量,提高肥料利用效率,稻谷产量能较农民习惯模式增加10%以上，而且该技术操作方便,成本降低,农民易于接受。

该优化模式的主要特点是通过强化稀播培育壮秧、宽行窄株、前氮后移、间歇灌溉等栽培措施,改善水稻个体生长发育和养分吸收，从而增加穗数和穗粒数来获得较大的库容(群体颖花量),并保持较高的结实率,最终增产增收。具体来说：首先采用稀播培育多蘖壮秧,为好的群体起点和群体质量打好基础[21]。二是采用了宽行窄株技术,能改善水稻群体中下部的受光条件,达到充分利用光能的目的；能提高行间CO2浓度,降低株间湿度[7]；宽行窄株为增大穗肥施用比例创造了必要的条件,能增强稻株的氮素同化能力,平衡碳氮代谢；能既促进分蘖成穗和大穗形成,又抑制茎叶生长，减轻病害，增强抗倒能力；还能促进中后期根系生长,延缓叶片衰老,提高抽穗结实期群体的光合积累量，提高结实率和粒重的综合作用。三是氮肥后移,将部分氮肥从分蘖期施用移至幼穗分化期施用。这样更符合高产水稻的吸肥规律(苗期吸收肥料少,返青到分蘖期吸收肥料最多,幼穗分化期次之,抽穗后需肥很少),可以促进稻株对氮素的吸收和利用[22]。农民施肥时习惯于将氮肥集中在水稻生育前期施用,通常在分蘖前期施入所有氮肥；这种施肥方法显然与水稻对肥料的生理需求不一致。虽然水稻前期生长较好,但后期生长不足,较易形成大量的无效分蘖,影响后期的分蘖成穗，导致氮素等资源的浪费。而采用氮肥后移,在水稻幼穗分化期施用氮肥保证了水稻中后期养分的供给[23],延缓了叶片衰老,延长了叶片的有效功能期,为抽穗到成熟期增加了光合物质积累,同时也为水稻籽粒灌浆充实期的物质合成与供应提供了保证,最终实现了穗部性状的优化。四是采用间歇灌溉在水稻生育前期能促使根系发达,蹲苗稳长,增强抗倒伏和抗病虫害能力；在生育后期采用干干湿湿的水分管理方式,以气养根,可以保证水稻活秆成熟，创造大气向土壤直接供氧的条件,起到提高根系活力、增强养分吸收和减缓衰老的作用[24-25]；在80%够苗时晒田,可以有效地减少无效分蘖的发生,使高峰苗数控制在理想穗数的1.4～1.5倍,保证群体协调生长发育,达到既有群体规模又有群体质量的目的,从而提高成穗率,促进更多的光合物质向籽粒转化[21]。