不同直播方式对水稻品种虾稻1号产量的影响

杨晓龙，汪本福，李 阳，张枝盛，张作林，潘高峰，王 彪，杨蓝天，程建平

（1.湖北省农业科学院粮食作物研究所/粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室，武汉 430064；2.襄阳市农业科学院，湖北 襄阳 441057）

水稻（OryzasativaL.）是中国重要的粮食作物，水稻生产机械化是保证水稻高产的重要内容之一，也是保证中国粮食安全的重要措施之一［1］。21世纪以来，随着农村劳动力的转移和劳动力成本的上涨，多熟制种植模式的兴起和生育期短、抗倒、产量高的水稻品种育成以及除草技术的改进，水稻种植方式发生了转变，直播成为水稻生产的主要方式之一［2，3］。

水稻机械化直播在欧美等国应用普遍，近年来在东南亚及韩国、日本等国的发展速度也很快［4］。在中国积温比较富裕的水稻产区，经营规模大、经济比较发达的稻区发展水稻直播机械化种植是趋势。一些稻田耕作区位于丘陵地带，田面高低不平且种植面积小，造成国内水稻机械直播的发展相对缓慢［5］。无人机直播是在水稻机械化种植基础上研制的一项新技术，具有作业效率和智能化程度高、劳动强度低、适宜规模化生产等优势，节约了种植成本，提高了生产效率和种植效益。据不完全统计，2021年湖北省水稻直播面积近100万hm2，但直播水稻无人机轻简化技术处于发展中，还存在播种精准度、均匀度不够，齐苗全苗较难，肥料施用粗放等问题［6，7］，因此，湖北省无人机直播水稻面积占直播稻面积的比例相对较小。中国无人机直播水稻的种植方式主要有撒播和条播2种形式，其中撒播主要是通过无人机搭载的圆盘将露白的干种子甩出，条播主要是通过气流将种子从管道成行排出［8］。研究报到指出，无人机播种效率显著高于机械直播和人工撒播，直接效率为30 min/hm2，远高于机械直播的225 min/hm2，但是无人机直播的产量略低于机械穴直播［9］。程鹏等［10］研究认为在传统稻田进行无人机撒播可以显著提高稻田秧苗素质和地上部干物质积累，但也因为倒伏问题导致产量显著低于机械穴直播。目前无人机直播在虾稻田里的应用探究鲜见报道，在此背景下，本试验选用湖北省农业科学院粮食作物研究所培育的常规稻品种虾稻1号，在虾稻模式下对机械精量穴直播、无人机撒播和无人机条播3种播种方式进行比较，以期为虾稻1号在虾稻共作模式中的高效栽培提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2022年6—10月在湖北省农业科学院鄂州基地试验站内（30°39′N，114°62′E）进行。土壤为黏质土，土壤pH为6.5，有机质占1.12%，总氮含量为2.55 g/kg，速效磷含量为11.5 mg/kg，速效钾含量为120.3 mg/kg。

水稻品种采用湖北省农业科学院育成的常规水稻品种虾稻1号。水稻直播采用2BD-10普通型水稻精量穴直播机，飞机直播采用大疆T30型号无人机。

1.2 试验设计与田间管理

试验采取单因素大区对比试验，不设重复，小区面积1 333.4 m2。试验设置机械精量穴直播（T1，Mechanical hill-direct-seeding），无人机撒播（T2，UAV broadcast sowing）和无人机条播（T3，UAV drill sowing）。氮磷钾按照质量比210∶90∶150的比例施肥。其中全部的磷肥、30%氮肥、50%钾肥作为底肥一次性施入；剩余的氮肥分别以分蘖肥和穗肥各50%施入，剩余的50%钾肥在孕穗时施入。播种前种子浸泡至露白并晾干至种子不粘连，于2022年6月17日播种，所有处理按照90 kg/hm2的播种量进行水直播，其中，T1和T3均按照行距25 cm、株距10 cm播种。小区之间做高30 cm、宽50 cm的田埂，并用塑料薄膜包裹，以防小区间串肥串水，期间水分管理按照间歇灌溉模式进行灌水。其他病虫草害均按照常规管理。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 光合速率 于水稻齐穗期选择剑叶，利用Li-6400 XT型（Li-Cor，Lincoln，NE，USA）光合仪，在9：00—11：00进行测定。仪器保持开放气路，人工光源，样本室内气流速率为500μmol/s，光强设定为1 500μmol/（m2·s），测定叶的最宽部，计算出叶面积。

1.3.2 SPAD 于水稻分蘖期、孕穗期、齐穗期和乳熟期测定叶片SPAD，取水稻冠层上部完全展开叶，测定仪器选用日本SPAD 502型（Soil-Plant analysis development section，Minolta Camera Co Osaka，Japan），分别于每片叶片的顶部、中部、基部进行测定，取平均值。

1.3.3 干物质积累 于水稻齐穗期和成熟期在每个小区选择长势均匀一致的水稻植株（0.5 m），将植株地上部分分解为茎秆、叶片、穗三部分，在烘箱内105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，并测定其重量。茎（叶）转运量（kg/hm2）=齐穗期干物质-成熟期干物质量；干物质转运率=干物质转运量/齐穗期干物质量×100%；干物质转运对穗的贡献率=干物质转运量/（成熟期穗重-齐穗期穗重）×100%。

1.3.4 叶面积指数 齐穗期采用SunScan冠层分析仪（Delta公司，英国），测定齐穗期和收获期水稻群体的叶面积指数（LAI，Leaf area index）。

1.3.5 考种、测产 水稻成熟时在每个处理大区内分别取3个5 m2用于测定产量，人工收割后，脱粒，并将其置于自然条件下风干。然后，将各处理的稻谷分别风选，清除杂质和空瘪粒。先称量测产稻谷的风干总重量，然后采用谷物水分仪（DMC-700，Seedburo，Chicago，IL，USA）测其水分含量，通过籼稻标准含水量（13.5%）计算产量。其中T1和T3直播处理按照平均有效穗取10株，T2直播处理取0.5 m2用于考种测定有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重。

1.4 数据分析

数据采用Microsoft Excel 2013软件进行整理，使用Origin 7.5软件制图，以软件SAS 9.0（SASInstitute，Cary，NC）进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同直播方式对叶面积指数的影响

由图1可知，不同直播模式下，水稻齐穗期叶面积指数存在显著差异。其中，无人机撒播模式下的齐穗期叶面积指数较无人机条播和机械精量穴直播分别显著增加7.32%和18.4%，无人机条播相较于机械精量穴直播显著增加10.3%。

图1 不同直播模式下齐穗期叶面积指数的变化

2.2 不同直播方式对叶片SPAD的影响

由图2可知，不同直播模式下，水稻分蘖期和孕穗期的叶片SPAD无显著差异。随着水稻生育期的推进，无人机撒播和无人机条播模式下的齐穗期叶片SPAD较机械精量穴直播分别显著增加9.45%和9.37%，其中无人机撒播和无人机条播直播处理之间无显著差异；成熟期与齐穗期基本保持相同的规律。

图2 不同直播方式下叶片SPAD的变化

2.3 不同直播方式对齐穗期剑叶光合速率的影响

由图3可知，相较于机械精量穴直播，无人机撒播和无人机条播模式下的齐穗期剑叶净光合速率分别增加12.1%和8.22%，其中，无人机撒播处理模式显著高于机械精量穴直播处理模式。此外，无人机撒播处理模式较无人机条播处理有增加的趋势，但是二者之间差异不显著。

图3 不同直播方式下齐穗期剑叶净光合速率的变化

2.4 不同直播方式对地上部干物质积累转运的影响

由表1可知，机械精量穴直播的茎秆和叶片转运量、转运率和干物质对穗的转运贡献率与无人机直播之间差异显著，但是无人机撒播对地上部干物质积累转运与无人机条播之间无显著的影响。其中，在无人机撒播和无人机条播直播模式下，茎秆的转运量较机械精量穴直播分别显著增加了37.1%和41.1%，叶片的转运量分别显著增加了40.6%和29.4%；茎秆转运率分别显著提高了8.0、5.3个百分点，叶片转运率分别显著提高了7.7、5.6个百分点；茎秆对穗的转运贡献率分别显著提高了10.4、9.8个百分点，叶片对穗的转运贡献率分别显著提高了6.2、4.2个百分点。

表1 不同直播方式对地上部干物质积累转运的影响

2.5 不同直播方式对产量及产量构成的影响

由表2可知，不同直播方式对产量的影响存在显著差异。在机械精量穴直播、无人机撒播和无人机条播直播模式下的产量分别为8.05、9.52、8.52 t/hm2。无人机撒播模式下的产量相较于机械精量穴直播和无人机条播分别显著增加了18.3%和11.7%，无人机条播模式下的产量相较于机械精量穴直播显著增加5.8%。总体来看，无人机直播处理（T2、T3）下其产量相较于机械精量穴直播增加12.0%。无人机直播产量增加的主要原因是有效穗和千粒重的增加，其中，有效穗增加了14.3%，千粒重增加了4.9%。

表2 不同直播方式对产量及产量构成的影响

3 小结与讨论

本试验结果表明，常规稻虾稻1号在虾稻共作模式中通过无人机直播可以获得较好的产量表现。其中，在无人机撒播的直播模式下产量为9.52 t/hm2，无人机条播的直播模式下产量为8.52 t/hm2，相较于现在流行的机械精量穴直播模式下产量（8.05 t/hm2）显著增加了12.0%，该研究结果与前人的研究结果相似［11］。但也有研究认为无人机撒播模式下产量显著低于机械穴直播，机械穴直播模式下有序的群体结构有助于水稻光温资源的有效利用，促进了田间有效穗的形成，提高了结实率和千粒重［10］。这种产量的差异可能与播种量、播种深度以及后期的水肥管理相关。本研究中，水稻直播的播期是在6月7日，有效避开了2022年的高温干旱天气，同时该试验是在虾稻田块中进行，保证了田间水源的充足，合理的水肥管理使得田间未发生倒伏是实现产量稳定的关键。水稻直播方式不同导致建立的生长群体存在差异，间接影响了水稻对环境温度、光照和肥料养分等资源的响应机制，从而最终影响产量［12］。魏海燕等［13］认为构建合理的群体以增强叶片光合生产能力是稳定稻谷产量的前提，提高花后群体光合积累是作物群体质量的核心指标，这与本试验中无人机撒播直播模式下其叶片具有较高的叶绿素含量和净光合速率的结果一致。叶片作为水稻重要的源器官，通过碳捕获和再活化过程，为子粒提供各种营养组分。水稻早衰是制约直播稻发展的重要瓶颈，叶片早衰导致叶绿体的类囊体解体、线粒体外膜降解、液泡膜破裂，最后使水解酶释放到细胞质中，引起细胞凋亡和光合能力丧失，严重影响产量［14，15］。旱播旱管模式下引发的叶片早衰导致水稻弱势粒的灌浆启动晚、获取光合同化产物的竞争力弱，使弱势粒不能通过正常的两段灌浆得到“补偿”，因而导致其生理活性彻底丧失和空瘪粒的大幅增加［16］。如果水稻花后功能叶寿命能够延长1 d，水稻产量可增加1%～2%，实现“扩源增库”，进而提高产量，因此花后叶片光合产物的积累能否满足子粒灌浆需求是实现稻谷产量稳定的关键［17］。本研究中齐穗期至灌浆乳熟期，无人机撒播和无人机条播模式下的水稻叶片SPAD较机械精量穴直播分别显著增加9.45%和9.37%，在一定程度上表明无人机直播模式在延缓水稻早衰、增强花后叶片持绿性方面具有优势，对增加花后光合产物积累具有一定的贡献。同时本研究数据表明，机械精量穴直播的茎秆和叶片转运量、转运率和干物质对穗的转运贡献率显著低于无人机撒播和无人机条播2种模式，地上部干物质更多地转移到子粒中是稳定产量的关键。从产量构成分析结果可知，无人机撒播能够获得相对较高的产量主要是因为有效穗数的增加，无人机直播产量增加的主要原因是有效穗数和千粒重的增加，其中有效穗数增加了15.1%。

本试验中，按照90 kg/hm2的用种量播种，通过无人机撒播的方式最大限度地保证播种的均匀性，从而使得该模式下的出苗率和成穗率远高于另外2种播种方式。本研究是一年试验的结果，且未遇到大风和长期雨水天气，该结果仍需要进一步验证。杜萌等［18］研究发现，在适宜的播种密度下（105 kg/hm2），随着生育进程的进行，水稻群体能有一个相对稳定的生长条件，其水稻形态和光合特性均可以达到最优状态。但周龙等［19］认为无人机直播模式下的高密度水稻群体，由于根系分布较浅容易发生倒伏现象，且播种密度过大挤占幼苗分蘖空间，导致群体发育不良、穗小等问题，是制约直播稻发展的重要因素。杨文伟等［20］通过播深和播量对直播稻产量进行研究，发现播深和播量对水稻幼苗出苗率有显著影响，通过增强发根力和根系吸收面积促进了直播稻幼苗的生长，同时改善直播稻群体质量，从而稳定直播稻产量。

本研究结果表明，不同直播方式对虾稻1号的产量影响存在显著差异，无人机撒播处理下扬花期后水稻群体具有较高的叶面积指数，且生育后期叶片SPAD保持较高水平，稳定了后期地上部光合干物质的积累，提高了干物质向子粒的分配运转，保证了有效穗数和千粒重的增加，最终获得高产。因此，在虾稻田中采用无人机撒播的直播方式并配合合理的水肥管理技术，构建合理群体、提高叶面积指数和群体光合效率，增加地上部干物质转运量，是降低直播模式下水稻高密度群体倒伏风险，增强直播水稻稳产能力的保证。