机插株距对优质食味水稻品种产量和群体质量的影响

2020-11-23陈云张亚军张宏路朱安黄健张耗顾骏飞刘立军杨建昌

中国水稻科学 2020年6期

陈云张亚军张宏路朱安黄健张耗顾骏飞刘立军,* 杨建昌

(1 扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏扬州 225009；2 扬州大学生物科学与技术学院，江苏扬州 225009；*通信联系人，E-mail: ljliu@yzu.edu.cn)

水稻是我国最重要的粮食作物之一，种植面积约占我国粮食种植面积的30%[1-2]。20 世纪80 年代以来，由于水稻机械化生产的发展，水稻生产成本大大降低，劳动生产率以及农民收入显著提高。随着农村劳动力向城市的大量转移，持续不断提高水稻生产机械化水平是大势所趋。截至2012 年年底，我国水稻耕种收机械化水平达到 68.82%，其中机耕水平为93.29%，机收水平为73.35%，机械种植水平为31.67%[3]。以江苏省为例，随着现代化进程的加速，机插秧发展迅猛，全省有近70%的乡镇以及所有县(市)均已成为机插秧技术示范区，机插秧技术受到广大农民和种植大户的普遍欢迎[4]。

随着社会经济发展以及人民生活水平的提高，人们对稻米已不再仅限于“量”的需求，而更加注重口感及食味品质的提升。因此，近年来，我国优质食味稻米需求量急剧增加。大量研究表明，机插规格(密度)是影响水稻产量的重要因素，但从目前已有的研究结果来看，不同水稻品种高产的最适机插密度并不同[5-9]，结论不统一甚至矛盾。且前人所用水稻品种多集中于传统高产水稻品种(非优质食味品种)[10-11]，而对优质食味水稻品种的研究较少。优质食味水稻品种在口感及食味等方面优于常规非优质食味水稻品种，但是机插密度对其产量和群体质量的影响及高产适宜机插株距尚不清楚。本研究以江苏省三个代表性优质食味水稻品种为材料，在机插行距固定的条件下，通过设置不同的机插株距，构建不同的机插密度处理，研究了其对上述水稻品种产量和群体质量的影响，以期为优质食味水稻品种机械化高产栽培提供理论与实践参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以南粳9108、南粳5055 和南粳46 三个江苏省代表性优质食味水稻品种为研究材料。上述水稻品种均是由江苏省农业科学院粮食作物研究所培育的常规粳稻品种。南粳9108 于2011 年获得全国优良食味粳稻品评二等奖，2015 年被评为农业部超级稻品种。南粳5055 分别于2009 年和2010 年获得全国优质粳稻优良食味品评三等奖和江苏省粳稻优质米食味品尝鉴定会一等奖。南粳46，原名“宁5047”，在2006 年江苏省农业科学院系统优质粳稻新品种(系)食味品尝和2007年江苏省粳稻优质米食味品尝会上均获得第一名。在 2018 年第二届中国(三亚)国际水稻论坛上被评为我国“最受喜爱的十大优质稻米品种”之一。

1.2 处理设置与栽培概况

试验于2017 年和2018 年在扬州大学江苏省镇江市新民洲试验农场基地不同田块进行，土壤类型为砂壤土，前茬作物均为小麦。移栽前土壤耕作层有机质含量为22.1~23.3 g/kg，有效氮、速效磷和速效钾含量分别为99.3~107.1 mg/kg、30.2~33.1 mg/kg和84.4~86.9 mg/kg。采用塑料软盘旱育秧，每盘播干谷130 g。每年5 月20－21 日播种，6 月12－13日采用洋马VP6 乘坐式水稻插秧机进行机械移栽，每穴4~5 苗，栽后5 d 视田间缺苗情况进行人工补苗，确保全苗。机插行距固定为30 cm，设置10、12、14、16 和18 cm 5 种机插株距处理。每处理重复3 次，随机区组排列，小区面积150 m2。

全生育期施用氮肥(折合纯氮)300 kg/hm2，按基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3 施用。分蘖肥在移栽后7 d 和14 d 分两次施用，用量(折合纯氮)分别为60和30 kg/hm2。穗肥分为促花肥和保花肥分别在倒4叶和倒2 叶抽出时等量施用。所施氮肥为尿素，依据含氮率折算后施用。各处理在移栽前一次性施用过磷酸钙(含P2O513.5%) 296.3 kg/hm2和氯化钾(含K2O 52%) 230.8 kg/hm2，用量(折合 P2O5和 K2O)分别为40 kg/hm2和120 kg/hm2。采用“浅-搁-湿”灌溉方式。中期搁田，拔节后采取浅干湿交替灌溉，抽穗期建立浅水层，直至收获前5~7 d 断水。按当地大面积生产方式统一采用化学农药防治病虫草害。

1.3 测定项目

1.3.1 茎蘖动态

每个小区定点10 穴，自移栽后1 周起每隔10 d观察记录一次茎蘖数。

1.3.2 叶片 SPAD 值

移栽后一周起至抽穗前每隔 7 d 用叶绿素仪(SPAD)测定心叶下一叶叶片的SPAD 值，抽穗后至成熟期测定剑叶的SPAD 值。每小区测定10 片叶片，每片测定上、中、下部三点，取平均值。

1.3.3 叶面积指数(LAI)、干物质量和粒叶比

分别于分蘖中期、穗分化始期、抽穗期和成熟期(收获前1 d)每个小区随机取10 穴植株样本，分解为叶、茎鞘和穗(抽穗以后)。用Li-Cor 3050 叶面积仪(LI-COR, USA)测定叶面积后将各样品放置烘箱中105℃下杀青30 min，于75℃下烘干至恒重后称重。抽穗期叶面积分为高效叶面积(有效分蘖顶部三张叶片面积)和有效叶面积(除无效分蘖外的叶片面积)，并以最终籽粒质量与抽穗期叶面积比(mg/cm2)表示粒叶比。

表1 机插株距对不同优质食味水稻品种产量构成因素的影响Table 1. Effect of plant spacing on yield components in mechanical transplanting rice with good tasting.

1.3.4 叶片净光合速率

抽穗期和抽穗后20 d 上午9:00－11:30 在各小区中间位置随机选取代表性植株15 株，用Li-6400型便携式光合系统测定仪(LI-COR, USA)测定水稻剑叶(L1)、顶部第3 张叶片(L2)和第5 张叶片(L3)的叶片净光合速率Pn，重复 3 次，取平均值。参照于贵瑞等[12]以及缪子梅等[13]方法按以下公式计算水稻冠层净光合速率。

冠层净光合速率=(PnL1+PnL2)/2×高效 LAI+PnL3×(有效 LAI−高效 LAI)；

式中PnL1、PnL2和PnL3分别表示 L1、L2和 L3的叶片净光合速率。

1.3.5 考种与测产

成熟期各小区调查100 株穗数，并按平均穗数取样 10 穴手工脱粒，考查水稻每穗粒数、结实率和千粒重等产量构成因素。结实率采用水漂法测定。各小区实收5 m2机器脱粒晒干后测定重量和含水率，按13.5%的含水率折算为实收产量。

1.4 计算方法与数据处理

采用Office 2016 软件处理数据、表格及文字，SigmaPlot 10.0 绘图，其中部分数据用SPSS 19.0 统计分析，用P= 0.05 最小显著极差法(LSD0.05)进行平均数显著性检验。

2 结果与分析

2.1 机插株距对优质食味水稻品种产量及产量构成的影响

机插株距对供试的南粳9108、南粳5055 和南粳 46 三个优质食味水稻品种产量构成因素的影响趋势大致相同(表1)。随机插株距增大，各品种单位面积穗数总体呈先升后降，每穗粒数逐渐增加，结实率与单位面积穗数变化趋势基本一致。千粒重随株距增加而略有增加，但同一品种5 个株距处理间无明显差异。

图1 机插株距对优质食味水稻品种产量的影响Fig. 1. Effects of plant spacing on grain yield in mechanically transplanted rice with good tasting.

表2 优质食味水稻品种获得最高产量时的机插株距Table 2. Optimal plant spacing and the corresponding grain yield in mechanically transplanted rice with good tasting.

相同机插株距条件下三个优质食味水稻品种产量总体表现为南粳9108＞南粳5055＞南粳46。上述三个优质食味水稻品种的产量皆随株距的增加表现为先升后降(图1)。南粳9108 株距10 cm 和14 cm 两处理间产量差异不显著，而南粳5055 和南粳46 在株距为10 cm、12 cm 和14 cm 三个处理间无明显差异。三个品种在株距18 cm 条件下的产量均显著低于12 cm。与株距12 cm 相比，南粳9108、南粳5055 和南粳46 株距18 cm 时的产量分别降低了 18.86%~20.8%，14.96%~15.05%和 15.25%~15.39%。多项式分析表明(表2)，在栽插行距为30 cm 条件下，两年(2017 和 2018 年)中南粳 9108、南粳5055 和南粳46 产量最高的栽插株距分别为11.6 cm，11.6~12.3 cm 和10.8~11.4 cm。这一结果表明，机插行距固定为30 cm 时，株距控制在11~12 cm之间有利于提高上述三个优质食味水稻品种的产量。

2.2 机插株距对优质食味水稻品种茎蘖动态的影响

不同机插株距条件下，南粳 9108、南粳 5055和南粳 46 单位面积茎蘖数随着生育进程总体呈先上升后下降的趋势。随着分蘖的不断增加，当达到峰值时三个水稻品种茎蘖动态表现为机插株距越小，单位面积茎蘖数越大，但在株距10 cm 和12 cm间差异不显著，并且该趋势一直持续至抽穗成熟。从茎蘖成穗率来看，南粳9108、南粳5055 和南粳46 均随株距的增加表现为先升后降，且均在株距为12 cm 时达到最高。其中，南粳9108 在株距为12 cm时的茎蘖成穗率为78.44%~78.99%，株距18 cm 条件下为73.72%~74.10%，两株距间差异显著。在上述两种株距条件下，南粳 5055 的茎蘖成穗率分别为78.22%~78.28%和73.22%~73.44%，南粳46 则分别为77.44%~78.18%和72.54%~72.95%，即增加机插株距，明显降低了上述三个优质食味水稻品种的茎蘖成穗率(图2)。

2.3 机插株距对优质食味水稻品种叶面积指数和粒叶比的影响

南粳9108、南粳5055 和南粳46 叶面积指数在分蘖期、穗分化期和成熟期皆随株距的增加不断降低，抽穗期有效叶面积指数与上述变化趋势相同，但高效叶面积指数则表现为先升后降，均在株距为12 cm 时最高(表3)。上述三个优质食味水稻品种粒叶比(以总粒重/叶面积表示)均随机插株距的增加表现先增后降。两年(2017 和2018 年)中均以株距为12 cm时最高，多显著高于16~18 cm株距时的粒叶比(图3)。

图2 机插株距对优质食味水稻品种茎蘖动态的影响Fig. 2. Effects of plant spacing on tillering dynamics in mechanically transplanted rice with good tasting.

表3 机插株距对优质食味水稻品种主要生育期叶面积指数的影响Table 3. Effect of plant spacing on leaf area index in mechanically transplanted rice with good tasting.

图3 机插株距对优质食味水稻品种抽穗期粒叶比的影响Fig. 3. Effect of plant spacing on grain/leaf ratio in mechanically transplanted rice with good tasting at heading stage.

表4 机插密度对优质食味水稻品种不同生育期单茎茎鞘质量的影响Table 4. Effect of plant spacing on single stem weight in mechanical transplanted rice with good tasting. g

2.4 机插株距对优质食味水稻品种干物质积累的影响

不同机插株距条件下，同一水稻品种单茎茎鞘质量均随生育进程推进呈先升后降的趋势，在抽穗期达到最大值(表4)。地上部总干物质量则不断增加(表5)。增加机插株距，南粳9108、南粳5055 和南粳 46 在分蘖至成熟期单茎茎鞘质量有所增加，但群体干物质量则不断降低。三个水稻品种抽穗至成熟干物质积累随机插株距扩大呈先升后降的趋势，且皆在株距为12 cm 时最大，与产量表现趋势一致。

2.5 机插株距对优质食味水稻品种叶片 SPAD 值和净光合速率的影响

不同机插株距条件下，三个优质食味水稻品种叶片SPAD 值随着生育进程总体呈先上升后下降的趋势，在生育中后期相同品种虽不同处理间略有差异，但均不显著(图4)。

表5 机插株距对优质食味水稻品种干物质积累的影响Table 5. Effect of plant spacing on dry matter accumulation in mechanically transplanted rice with good tasting. t/hm2

图4 机插株距对优质食味水稻品种叶片SPAD 值的影响Fig. 4. Effects of plant spacing on leaf SPAD values in mechanically transplanted rice with good tasting.

不同机插株距条件下三个优质食味水稻品种不同叶片净光合速率以及单位面积冠层净光合速率分别如图5 和图6 所示。由两图可以看出，随着株距的增加，南粳9108、南粳5055 和南粳46 三个品种剑叶、顶部第3 叶和第5 叶的净光合速率在抽穗至抽穗后20 d 略有上升，但在株距为10~14 cm时无显著差异；而单位面积冠层净光合速率则呈先升后减的趋势，三个品种均在株距为12 cm 时单位面积冠层净光合速率最大。

3 讨论

3.1 机插株距对优质食味水稻产量的影响

水稻机械栽种条件下，机插密度会影响水稻个体和群体的生长发育，对产量构成因素造成影响，并最终影响产量[14-15]。方文英等[16]认为高密度条件下水稻基本苗较多，有利于形成足够穗数，从而实现增产。也有研究者认为适当降低栽插密度可协调水稻个体与群体的生长，增加单株穗数与每穗粒数从而获得高产[17-18]。而胡雅杰等[9]的研究结果表明，毯苗机插密度对水稻产量的影响因品种穗型不同而异，中穗型品种产量随密度增加呈先增后减的趋势。本研究中，当行距固定为30 cm 时，在12~18 cm的株距范围内，随株距减小(栽插密度增大)，南粳9108、南粳5055 和南粳46 三个供试优质食味水稻品种单位面积穗数增加，每穗粒数逐渐降低，结实率有所上升，千粒重变化较小。单位面积穗数和结实率增加之得超过每穗粒数减少之失，从而使得水稻产量随株距减小而增加。当机插株距为10 cm(栽插密度最高处理)时，三个优质食味水稻品种产量及其构成因素均有不同程度降低，即密度过高不利于协调产量构成因素间的关系和高产形成。因此，通过选择适宜株距，调整合理机插密度可改善产量构成因素间的关系进而实现水稻增产。在本研究条件下，南粳9108、南粳5055 和南粳46 三个品种产量与株距均呈明显的二次曲线关系，依据曲线方程计算而得的高产最适株距分别为 11.6 cm、11.6~12.3 cm 和10.8~11.4 cm，集中在11~12 cm，品种间无明显差异，这可能与上述三个水稻品种穗型大小较为接近有一定的关系(表1)。

图5 机插株距对优质食味水稻品种不同叶片净光合速率的影响Fig. 5. Effects of plant spacing on leaf net photosynthetic rate in mechanically transplanted rice with good tasting.

图6 机插株距对优质食味水稻品种单位面积冠层净光合速率的影响Fig. 6. Effects of plant spacing on net photosynthetic rate per unit area canopy in mechanical transplanted rice with good tasting.

3.2 机插株距对优质食味水稻产量影响的原因分析

移栽密度的改变会影响群体内部环境资源的竞争，从而影响水稻群体与个体的生长发育和产量形成[15]。如有研究表明，增加栽种密度有利于提高水稻生育后期干物质积累量[19-20]。相反，也有研究认为低密度种植可延缓水稻后期叶片衰老，提高干物质积累量而获得高产[21]。在本研究中 10~18 cm的株距范围内(栽插密度为 18.5×104~33.3×104穴/hm2)，随株距扩大，南粳9108、南粳5055 和南粳46 三个优质食味水稻品种生育后期单茎茎鞘质量有所增加，而茎蘖成穗率、高效叶面积指数、粒叶比以及抽穗至成熟期干物质积累量等群体质量指标表现为先升后降，均在株距为12 cm 时达最大值。这一结果表明，机插株距 12 cm(对应栽插密度为27.8×104穴/hm2)有利于改善南粳9108、南粳5055和南粳 46 等优质食味水稻品种群体质量指标，协调产量各构成因素间的矛盾从而获得高产。

作物产量主要受群体冠层光合特征的影响[22]。研究表明，合理密植可提高水稻生育后期叶面积指数、冠层有效辐射以及群体光合作用和光能利用率，从而保证较强的干物质积累能力与灌浆充实[23]。本研究也观察到，在抽穗和抽穗后20 d 三个优质食味水稻品种不同叶位叶片净光合速率均随株距增加而下降，但其群体冠层净光合速率则表现先升后降的趋势，与抽穗至成熟期干物质积累量和产量变化趋势一致。这一结果也表明，相较于单叶光合，群体冠层光合对作物物质生产和产量形成更重要。