不同机械有序种植方式对水稻生长特性及产量的影响

罗友谊, 王慰亲, 郑华斌, 刘功义, 巢英, 徐彩, 郑志刚, 李雪倩, 韦银兰, 唐启源

(湖南农业大学农学院, 长沙 410128)

水稻是我国主要粮食作物之一，对粮食安全至关主要[1]。随着城市化进程加快，导致农村劳动力短缺、水稻种植面积下降，严重阻碍了我国水稻生产[2]。在此现状下，发展机械化种植是未来水稻生产的必然趋势[3-4]。目前，我国已经普及水稻机械收获[5]。水稻机械种植水平也取得了长足的发展[6]。插秧、直播、抛秧均已实现机械化，特别是机械精量有序穴直播技术、机械有序抛秧技术的研发与应用对于推进我国水稻种植的机械化、精量化和有序化具有重要意义[7-8]。

机插秧是指将培育出的带土毯状秧苗通过插秧机将水稻秧苗栽植在水田中的机械种植方式，能提高插秧功效和栽植质量[9]。有序机穴直播是指将水稻种子通过直播机穴播入湿润无水的大田，省去了传统水稻育秧、拔秧、运秧和栽秧等工序，减少劳力、节省人工成本，并且能做到“精确定量、成行成穴”的垄畦栽培机械化种植方式[10]。有序机抛秧是近年来出现的新型水稻种植方式，采用塑料软盘分穴分蔸育苗，结合近年新研发的水稻有序抛秧机进行水田分行分蔸抛栽，实现了水稻抛秧栽培的机械化、精量化、有序化，具有带土移栽、缓苗期短、 返青快、成行分穴、均匀养分和光合作用以及有利于减少病虫害的优点[11]。

前人对水稻不同种植方式进行了系统研究，但大多是比较手工种植方式与机械种植方式，围绕不同机械有序种植方式之间的比较研究较少。罗锡文等[12]研究发现，不同种植方式下产量差异不显著。唐海明等[13]研究表明，与手插秧和机插秧相比,抛秧能加快水稻生育进程，干物质总量大，实际产量显著性高于机插机插秧和手插秧，分别增产1 203.3～1 346.7和301.3～426.4 kg·hm-2。徐一兰等[14]研究发现，与手插秧和机插秧比较，抛秧的早、晚两季水稻分蘖发生早，地上部生物量大，根系发育好，叶面积指数高，增产效果明显。何瑞银等[15]研究表明,与手插秧比较，机插秧方式平均增产7.53%，而机械直播方式产量平均下降6.34%。程建平等[16]研究表明，机械直播能加快水稻生育进程,提高叶面积指数,分蘖发生和分蘖高峰出现早,实际产量最高,较人工撒播和手插处理分别增产14.92%和4.59%。李杰等[17]研究发现，不同种植方式水稻干物质和光合物质生产有各自特征,与机插秧和直播稻比较,手插秧前期物质积累量适宜,中后期物质积累量显著高,干物质总量高的抽穗后光合生产能力强。综上所述，不同研究间的结论均存在差异。本研究以甬优4949和Y两优911为供试品种，系统比较了有序机抛秧、机插秧、有序机穴直播3种机械种植方式对水稻的产量、产量构成因素、生育期、分蘖动态、干物质积累、叶面积指数和根系生长特点，以期明确不同机械种植方式的生长发育特点，为水稻全程机械化生产的发展提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试地点与材料

试验于2020年3—8月在湖南省益阳市大通湖区千山红镇 (112°15′E，29°01′N) 大西港村进行，以甬优4949和Y两优911为供试品种。

1.2 试验设计

采用裂区组设计，以品种为主区，3种机械有序种植方式做副区，即有序机抛秧、机插秧、有序机穴直播，用种量均为30 kg·hm-2，3种方式的基本苗数基本一致，株行距均为25 cm×16 cm。试验设制三个重复，共有18个试验小区，各小区之间分别筑埂(高35 cm,宽30 cm)，田埂用黑色塑料薄膜覆盖，各小区单独灌溉，严防水肥流窜。

1.3 试验管理

有序机抛秧和机插秧播种期为3月28日，移栽(抛栽)期为4月23日；有序机穴直播于4月14日播种。各小区肥料种类与用量相同，头季生育期施纯N 180 kg·hm-2，按基肥：分蘖肥：穗肥=5∶2∶3施用；P2O590 kg·hm-2作为底肥一次性施用，K2O 180 kg·hm-2按基肥：穗肥=5∶5施用。病虫草害的防控与小区灌排等生产性措施按不同种植方式下水稻生育期进行管理，其余生产性措施参照当地大田高产栽培。

1.4 观测项目与方法

1.4.1测产与考种 于成熟期在小区中心区域取长势均匀的6 m2正方形区域测产，谷粒用风机筛选后晒干、称重，同时用自动数字水分仪(DMC-700,Seedburo,Chicago, IL, USA)测定稻谷籽粒含水量，根据籼稻13.5%的标准含水量计算水稻实际产量[18]。

按对角线取样法，每小区取12穴(边3行除外)水稻植株样品，统计穗数后人工脱粒，用水选法分离实粒和空秕粒，80 ℃烘干直到重量恒定，数计称重并计算每穗粒数、结实率和千粒重。

1.4.2生育期与分蘖动态 生育期：记录各处理播栽期、返青期、幼穗分化始期、抽穗期、成熟期等主要生育期。

分蘖动态：每小区选定连续的12穴水稻植株，统计基本苗数量，每隔3 d统计一次茎糵数，直至水稻抽穗。

1.4.3干物质积累量 分别于抽穗期、成熟期， 每小区选取有代表性的连续12穴水稻植株，样品于105 ℃下杀青30 min，然后在 80 ℃ 下烘干至恒重，按茎鞘、叶片、穗部分别称重，计算单位面积干物质积累量。

单位面积花前干物质积累量=单位面积成熟期干物质质量-单位面积花后干物质质量

(1)

单位面积花后干物质积累量=单位面积成熟期干物质质量-单位面积抽穗期干物质质量

(2)

1.4.4叶面积指数 在幼穗分化始期与抽穗期，选取2穴均匀的水稻，摘下水稻叶片，采用长宽系数法测定植株叶面积，烘干称重，再结合比叶重计算出叶面积指数。

1.4.5单株根数与根干重 于幼穗分化始期、抽穗期在每个小区选取茎糵数与小区平均茎糵数一致的3穴完整水稻植株，根部用细孔网袋装好并冲洗干净。记录根数，将根剪下放置在恒温烘干箱内，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，称重。

1.5 数据统计与分析

使用 Microsoft Excel 2019和statistix8软件处理数据和进行统计分析，方差分析采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同机械有序种植方式对水稻产量和产量构成因素的影响

由表1可知，三种机械有序种植方式之间的产量存在显著性差异。其中，有序机抛秧的产量在不同种植方式之间最高，显著高于机插秧与有序机穴直播，与机插秧与有序机穴直播相比较，增产幅度分别为7.86%～8.50%与14.06%～15.08%。进一步分析产量构成因素发现，主要原因是3种种植方式的有效穗数存在显著差异，有序机抛秧的有效穗数极显著高于机插秧与有序机直播；穗粒数、千粒重、结实率无显著差异(除甬优4949外，机插秧的每穗粒数显著高于其他两种方式)。

表1 不同机械有序种植方式的水稻产量与产量构成因素Table 1 Yield and yield components of rice under different mechanical orderly planting methods

2.2 不同机械有序种植方式对水稻生育期的影响

水稻全生育期均表现为机插秧>有序机抛秧>有序机穴直播，有序机抛秧的全生育期比机插秧缩短3～4 d左右。有序机穴直播由于没有栽后缓苗期，生育期明显缩短。进一步分析可以发现，不同机械种植方式下水稻幼穗分化始期至抽穗期、抽穗期至成熟期的生长时间基本一致，而播种至幼穗分化始期生育期相差较大。与机插秧和有序机抛秧比较，有序机穴直播大幅缩短了水稻播种到幼穗分化始期这一生育阶段(表2)。

表2 不同机械有序种植方式的水稻生育期进程Table 2 Growth stages of rice under different mechanical orderly planting methods

2.3 不同机械有序种植方式对分蘖发生动态的影响

由图1可见，不同机械有序种植方式下，水稻群体分蘖增长和消亡的趋势不同。群体分蘖发生时间按从早到晚表现为有序机穴直播、有序机抛秧、机插秧。有序机穴直播由于没有缓苗期，在播种后24～27 d开始产生分蘖，前期分蘖增长速度最快，高峰苗期出现最早，高峰苗期过后，群体茎糵消亡速度也最快。在有序机抛秧种植方式下，水稻播种后33～36 d(移栽后7～10 d)左右开始出现分蘖，播种后63～66 d达到高峰苗期。机插秧在播种后36～39 d(移栽后10～13 d)开始产生分蘖，播种后69～72 d(移栽后33～36 d)达到高峰苗期。与机插秧比较，有序机抛秧的分蘖出现时间和高峰苗期分别要早3 和6 d左右，前期分蘖增长速率快。3种机械种植方式下的最高苗数和最终苗数(分蘖数稳定时的苗数)呈现一致规律，均表现为有序机抛秧>有序机穴直播>机插秧。

2.4 不同机械有序种植方式对水稻干物质积累量的影响

由图2可知，有序机抛水稻的花前和花后干物质积累量均显著性高于其他两种机械种植方式，花前和花后干物质积累量均呈现有序机抛秧>机插秧>有序机穴直播。机插秧的花前干物质积累量与花后干物质积累量显著性高于有序机穴直播。

2.5 不同机械有序种植方式对水稻叶面积指数的影响

进一步分析图3发现，有序机抛水稻在幼穗分化始期和抽穗期的水稻叶面积指数显著高于机插秧与有序机穴直播 (Y两优911除外，其有序机抛秧与机插秧在抽穗期的叶面积指数没有显著差异)。机插秧水稻叶面积指数显著高于有序机穴直播。

2.6 不同机械有序种植方式对水稻单株根数与根干重的影响

分析表3可知，有序机抛秧在水稻幼穗分化始期和抽穗期这两个主要时期的单株根数和根系干物质质量显著高于机插秧与有序机穴直播(Y两优911除外，有序机抛秧与机插秧根系干物质没有显著性差异)。机插秧的单株根数和根系干物质质量显著高于有序机穴直播。

表3 不同机械有序种植方式的水稻单株根数与根干重Table 3 Root number per plant and root dry weight of rice under different mechanical orderly planting methods

2.7 各测定指标与产量的相关性分析

由表4可知，幼穗分化期的叶面积指数、单株根数、单株根干重与产量均呈极显著性正相关(相关系数分别是0.939、0.906、0.895)。抽穗期的单株根干重、单株根数与产量均呈极显著正相关(相关系数分别是0.925、0.827)，叶面积指数与产量显著正相关(相关系数0.643)。花后干物质积累与产量极显著正相关(相关系数0.910)，花前干物质积累与产量正相关，但没有达到显著水平(相关系数0.538)。

表4 各测定指标与产量的相关性Table 4 Correlation between yield and indexes

2.8 效益比较

由表5可知，三种机械有序栽培方式，以机械有序机穴直播的成本最低；有序机抛栽培的投入成本最高，比机插秧与有序机穴直播分别高出900和2 025元·hm-2，有序机抛栽培成本增加主要是由于育秧、运秧和抛栽人工的成本增加。但是由于显著增产，有序机抛栽培的纯收入比机插栽培、有序机穴直播栽培分别增加1 170.99、1 465.78元·hm-2，生产效益最佳。

3 讨论

3.1 不同机械有序种植方式的水稻产量及增产原因

产量是衡量水稻不同机械种植方式发展潜力的重要指标。前人关于不同机械有序种植方式下水稻产量的研究较少，对水稻产量的研究大多是在手工与机械种植方式的比较，且研究结果存在差异。谢成林等[19]研究抛秧、机插秧、手插秧和直播对水稻产量的影响，结果显示，抛秧产量最高，机插秧和手插秧次之，直播产量最低。张军等[20]研究表明，不同类型品种晚粳稻产量均呈现手插秧>抛秧>机插秧的趋势。赵永亮等[21]研究表明，机直播的实际产量最高,其次是机插秧，人工撒播产量最低。李杰等[22]研究表明，不同种植方式水稻产量差异极显著,手插秧最高,其次是机插，直播产量最低。对水稻高产的关键因素，于林惠等[23]认为，有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重是保证水稻高产的关键。张洪程等[24]认为，水稻增产的关键是保足穗，攻大穗。邹丹等[25]认为，有效穗、穗粒数、结实率与千粒重协调，才能充分发挥水稻产量潜力。

本研究对3种不同机械有序种植方式之间水稻产量进行比较，结果表明，有序机抛秧的产量显著高于机插秧与有序机穴直播，机插秧显著高于有序机直播。增产的原因是由于有序机抛秧能在不显著降低每穗粒数前提下，较机插秧与有序机穴直播显著增加有效穗，说明有序机抛秧较其他两种方式更能协调水稻产量构成因子。

3.2 不同机械有序种植方式影响水稻生长特性

不同种植方式影响水稻生育进程、前期分蘖发生、后期物质生产及叶面积指数，最终影响水稻产量。如秦敏等[26]认为,不同种植方式影响水稻生长发育进程，最终影响水稻产量。符艳春等[27]研究抛秧、机插与直播3种方式发现，直播的生育期较机插和抛秧分别短9和7 d。刘红江等[28]认为,不同种植方式下水稻拔节至抽穗和抽穗至成熟期的生长时间基本一致,而播种至拔节期的生长时间差异较大。谢成林等[29]表明，抛秧的高峰苗出现时间要比机插早2～3 d左右,抛秧的高峰苗要高于机插。周红英等[30]研究发现，抽穗以后干物质积累量顺序为抛秧>机插>直播，不同种植方式水稻产量与花后干物质呈极显著正相关，与花前干物质积累量相关不显著。张洪程等[31]认为，抛秧比机插群体绿叶数多，叶面积大，光合势大，叶面积指数高，库大源强。丁震乾等[32]认为，机插的叶面积指数要高于直播。本研究对3种不同机械有序种植方式之间水稻生长特性进行比较的结果表明，与机插秧与有序机穴直播进行比较，有序机抛秧水稻生育期适中；生长前期分蘖发生快(与机插秧比较)，高峰苗数量大，后期成穗多；花前与花后干物质积累量高，叶面积指数高。在本研究中，有序机抛秧由于采用塑料软盘育秧，可能导致水稻秧苗素质较好，大田移栽效果较佳，大田返青快，移栽后分蘖发生较早(与机插秧比较)；而水稻生长后期有效分蘖多，有利于改善有效穗数；水稻前期与后期干物质积累量、叶面积指数表现出显著性优势，源大库足，源库关系更协调；说明有序机抛秧较机插秧与有序机穴直播的地上部生长有优势。

3.3 不同机械有序种植方式的水稻根系生长

前人研究认为，水稻根系生长发育的状况与产量紧密相关，如张耗等[33]研究认为，根干质量、根数与产量呈极显著线性正相关；蔡昆争等[34]发现，各生育期根质量均与地上部质量、总质量呈显著或极显著正相关。郭保卫等[35]研究发现，水稻有序摆抛和点抛方式下水稻单株根数、单株根系质量高于机插，各时期的单株根系特征与地上部产量均呈极显著相关性。徐芬芬等[36]认为，较高的根系生物量是后期干物质积累及产量提高的重要生理原因。本研究对3种不同机械有序种植方式进行比较，结果表明，有序机抛秧方式下水稻的根系干物质、单株根数均高于其他3种机械种植方式，与产量呈极显著正相关；这可能是由于有序机抛秧方式下水稻秧苗带土移栽，不伤根，根系能正常生长发育，表现出生长的优势；说明有序机抛秧较机插秧与有序机穴直播的地下部生长有优势。此外，由于试验条件有限，对不同机械有序种植方式下水稻的光合生理特性、水稻群体微冠层环境变化与稻田资源利用率等机理有待进一步研究。