杂交稻低播量精准条播育秧机插提高群体均匀度和产量的效应分析

2022-04-21王亚梁朱德峰陈若霞方文英王晶卿向镜陈惠哲张玉屏谌江华

中国农业科学 2022年4期

王亚梁，朱德峰，陈若霞，方文英，王晶卿，向镜，陈惠哲，张玉屏，谌江华

1中国水稻研究所，杭州 310006；2宁波市农业科学研究院，浙江宁波 315040；3杭州市余杭区农业技术推广中心，杭州 311100

【】明确杂交稻低播种量下精准条播（precision drill sowing，PS）育秧提高机插群体均匀度和产量的效应，创建杂交稻毯苗稀播少本机插理论与技术。选用籼粳杂交稻甬优1540为供试品种，在余杭区崇化村和富阳区中国水稻研究所试验基地开展试验。以传统撒播（broadcast sowing，BS）育秧机插为对照，设计标准9寸秧盘横向取秧18穴，纵向取秧40穴的精准条播育秧机插方式，机插每穴播种量为2.5粒（T1，43.2 g/盘），3.5粒（T2，60.5 g/盘），4.0粒（T3，69.1 g/盘），考察种子分布均匀度、秧苗素质、机插质量、机插群体干物质生产、有效穗数均匀度及产量结构的变化。（1）与BS相比，PS提高了种子分布均匀度。（2）PS显著提高了秧苗素质，增加了秧苗的干物质积累和秧苗均匀度。与BS相比，不同播量下PS的秧苗均匀度平均提高47.5%，播量越低，PS对秧苗均匀度的提高作用越明显。（3）与BS相比，PS的机插漏秧率平均降低了8.9个百分点。同时PS使机插苗数均匀度平均提高了87.8%，其中T2处理PS机插每穴2—3苗比例最高，机插苗数均匀度最好。（4）PS通过提高机插群体的分蘖高峰苗数进而提高有效穗数，在不同播种量下，PS机插群体的有效穗数平均增加6.7%，同时使有效穗数均匀度提高40.2%，其中T2处理下PS机插群体的有效穗数和有效穗数均匀度最高，同时PS提高了机插群体的叶面积指数和干物质积累。（5）不同播量下PS通过增加机插群体的有效穗数使产量平均增加9.0%，其中T2处理产量最高，随着播量的增加，PS机插相对于BS机插的产量增加幅度下降，同时机插苗单株对产量的贡献率降低。（6）相关性分析表明，机插群体有效穗数均匀度和叶面积指数、干物质积累及水稻产量呈显著正相关。精准条播育秧机插通过提高种子分布均匀度，降低机插漏秧率，提高机插苗数均匀度，进而提升了杂交稻机插群体均匀度和产量，是在毯苗条件下实现杂交稻低播量丰产种植的有效方式。

杂交稻；机插；毯苗；精准条播；植株分布均匀度；产量

0 引言

【研究意义】杂交稻占我国水稻面积的50%多，在水稻生产中占有重要地位，为水稻增产增效及保障国家粮食安全发挥了重要作用。我国社会经济发展及农村劳动力向其他产业转移促使南方杂交稻轻简化的生产种植面积逐步扩大，其中以机插和直播为主，相对于直播，机插种植的丰产性较好[1]。随着水稻机插育供秧技术的进步，杂交稻机插种植面积有扩大的趋势。我国传统的水稻毯苗机插技术引自日本，采用流水线撒播育秧，秧盘播种量较高、秧苗素质差，无法实现杂交稻少本稀植的移栽要求[2-3]，然而降低杂交稻秧盘播种量又导致机插漏秧率高、机插质量差。目前杂交稻种子价格高，杂交稻机插种植效益降低[4]。杂交稻机插的技术瓶颈在于如何实现低播种量下的高质量机插种植[5-6]。针对这一问题，我国学者已经创新了钵苗摆栽和杂交稻单本密植等机插技术[7-8]，取得了较好效果，但是我国杂交稻机插以毯苗机插为主，目前的杂交稻机插技术难以适应杂交稻产业化的发展需求，为此中国水稻研究所研发了精准条播育秧机插技术[9]，结合工厂化育供秧技术的发展，有望创新杂交稻生产规模化机插模式。本试验研究明确精准条播育秧下水稻机插质量与群体构建以及产量形成的关系，可以为精准条播育秧技术的推广以及杂交稻机插种植的产业化发展提供理论依据。【前人研究进展】正常条件下，水稻产量主要受到有效穗数和穗粒数的调控，其中机插种植主要通过影响有效穗数进而影响产量[10]。在机插种植中，水稻群体构建受到机插漏秧率和机插苗数的影响，低播量撒播育秧的机插漏秧率高，群体生长不均匀，而高播量撒播育秧的机插苗数达不到杂交稻每穴2—3苗的要求，成穗率低，且不利于杂交稻大穗形成。水稻群体均匀度影响产量构建，汪建军等[11]研究指出适当增加早稻播种量能够提高群体均匀度进而提高水稻产量，张桥等[12]指出高播种量下机插取秧苗数较为一致进而增加了群体均匀度。有效穗数均匀度是群体均匀度的基础，杜永林等[13]分析指出，有效穗数均衡性和产量呈现显著的正相关性。由此推测在相同播种量下提高杂交稻群体均匀度能够实现产量的进一步提升。播种方式影响水稻种植均匀度[14]，传统机插撒播的方式与机插横向取秧次数并不配套，因此出现播种量降低显著提高机插漏秧率的现象，造成水稻群体不均匀，难以构建高质量的群体。【本研究切入点】杂交稻精准条播育秧的秧苗生长均匀度、机插苗数均匀度以及机插群体有效穗数均匀度相对于传统撒播育秧机插的变化及与产量形成之间的关系不清楚。【拟解决的关键问题】本研究比较了不同播种量下精准条播和传统撒播育秧的种子分布均匀度、秧苗均匀度、机插苗数均匀度和机插群体有效穗数均匀度的变化及其与产量构成之间的关系，明确杂交稻低播量下利用精准条播育秧构建机插高质量均匀群体的技术优势。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用大面积推广的籼粳杂交稻品种“甬优1540”为供试品种，千粒重24.0 g。

1.2 试验设计

在2019年预备试验的基础上，试验于2020年在浙江省杭州市余杭区崇化村（119.96°N，30.05°E）和富阳区中国水稻研究所试验基地（120.30°N，30.42°E）两地进行。土壤为水稻土，余杭的土壤特性为pH 5.98，有机质35.1 g·kg-1，总氮量1.7 g·kg-1，有效磷44.8 mg·kg-1，有效钾130 mg·kg-1，富阳的土壤特性为pH 5.84，有机质25.3 g·kg-1，总氮量1.0 g·kg-1，有效磷35.2 mg·kg-1，有效钾90 mg·kg-1。

试验采用裂区设计，播种量为主区，播种方法为副区。根据插秧机横向取秧18次设定每盘横向播种18条，同时设定纵向取秧40次。根据机插取秧总穴数确定播种量（表1），每穴播种2.5粒（T1）、3.5粒（T2）、4.0粒（T3）种子。试验设计2个播种方法，精准条播和传统撒播，两种方法秧盘播种量一致。播种采用标准9寸秧盘（长×宽×高=58 cm×28 cm×2.8 cm）。精准条播采用气吸式精准播种流水线进行（2BPG-500，杭州赛得林智能装备有限公司，杭州），传统撒播采用普通撒播播种流水线进行（SYS-1200C，上海矢崎工贸有限公司，上海），种子分布示意图如图1所示。

播种前利用厚度仪筛选种子，筛除不饱满种子，药剂浸种48 h晾干水分，保持种子湿度30%—35%。播种后叠盘暗发芽48 h（暗室恒温32℃，空气相对湿度100%），芽长1 cm左右摆放大田育秧。试验在5月14日播种，秧龄20 d，利用沃德高速插秧机（2FGF-8C，江苏沃德农业机械有限公司，镇江）进行机插，每秧盘横向取秧18次，纵向取秧40次。种植规格30 cm×18 cm。每小区机插4条，小区面积432 m2，每处理3次重复。

试验田纯氮用量204 kg·hm-2，机插前2 d撒施普通复合肥（N﹕P﹕K = 15﹕15﹕15）作基肥，用量240 kg·hm-2；机插时侧深施用缓控肥（N﹕P﹕K = 25﹕10﹕10），用量480 kg·hm-2；孕穗期施普通复合肥（N﹕P﹕K = 15﹕15﹕15），用量320 kg·hm-2。机插后保持3—5 cm水层，水稻生长期间采用干湿交替的灌溉方式，病虫草防控按照当地栽培管理模式进行。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 秧盘种子分布均匀度秧盘种子分布均匀度通过每穴种子数进行考察。每盘考察18×40穴，计算种子分布均匀度，每处理3次重复。种子分布均匀度（U）：

；。

1.3.2 秧苗素质每秧盘取样10 cm×10 cm，考察秧苗成苗率、叶龄、苗高、茎基宽、茎叶干重以及根干量。并利用苗高均匀度衡量秧苗均匀度（U）。3次重复。成苗率=秧苗数/（秧苗数+未发芽种子数）×100%。

表1 试验播种量设置

A—C，精准播种18条，机插取秧横向18次，纵向40次；D—F，传统撒播，机插取秧横向18次，纵向40次。A，D：播种量T1处理，43.2 g/盘，2.5粒种子/穴；B，E：播种量T2处理，60.5 g/盘，3.5粒种子/穴；C，F：播种量T3处理，69.1 g/盘，4.0粒种子/穴

1.3.3 机插质量机插后，每小区选取1.8 m×5.4 m面积记录机插每穴苗数，计算机插漏秧率、机插苗数均匀度（U）以及机插每穴2—3苗比例，每小区为1个重复，每处理3次重复。漏秧率（%）=漏秧穴数/总机插穴数×100%。机插每穴2—3苗比例=（机插2苗穴数+机插3苗穴数）/总机插穴数×100%。机插苗数均匀度（U）：

式中，S表示机插每穴苗数的标准插；xi表示机插每穴苗数的观测值；表示机插每穴苗数的平均值。

1.3.4 分蘖动态每小区取样面积为1.8 m（横向）×1.8 m（纵向），机插后，每隔10 d计数统计面积内分蘖数直至抽穗期。

1.3.5 叶面积指数和干物质积累每小区取样面积为1.8 m（横向）×1.8 m（纵向），抽穗期和成熟期取设定面积里的所有植株，按照叶片、茎鞘、稻穗分开。利用Li-3000c叶面积仪进行叶面积测定，计算叶面积指数，叶面积指数=所设面积内总叶面积/3.24 m2。叶片、茎鞘和稻穗在100℃下杀青15 min，后于80℃下烘干至恒重称重，计算群体干重。

1.3.6 有效穗数均匀度成熟期每小区取面积1.8 m×5.4 m，考察所有植株有效分蘖数。有效穗数均匀度（U）通过有效穗数的变异程度进行计算：

1.3.7 产量及产量结构成熟期采用五点法普查每小区5.4 m×5.4 m面积产量及产量结构，计算有效穗数，并根据平均有效穗数取5穴调查每穗粒数、结实率，测定千粒重，计算理论产量，并实收核产。

1.4 数据统计分析

利用Excel2016 统计数据并作图，采用SAS9.4（SAS，Cary，NC，USA）进行方差分析，每个播种量处理内利用t检验（Student's t-test）比较精准条播相对于传统撒播的差异，利用Origin 9.1（OriginLab，Northampton，MA，USA）作图。

2 结果

2.1 秧盘种子分布均匀度的变化

PS显著提高种子分布均匀度。如图2所示，T1、T2和T3处理余杭试验点PS种子分布均匀度分别比BS提高55.3、38.5和49.1个百分点，富阳试验点PS种子分布均匀度分别比BS提高53.1、39.3和51.2个百分点。

A：余杭试验点；B：富阳试验点。*，P＜0.05；**，P＜0.01。下同

2.2 秧苗质量的变化

由表2可知，播种量和播种方式对秧苗叶龄的影响不大。株高同时受到播种量和播种方式的影响，随着播种量增加秧苗苗高有增加的趋势，而与BS相比，PS的秧苗稍矮；不同播种量条件下两试验点PS机插的叶片和茎鞘的干重均显著高于BS；随着播种量的提高，茎基宽有降低的趋势，但在PS和BS间差异不大。PS显著提高了秧苗均匀度，T1、T2和T3处理余杭点PS秧苗均匀度分别比BS高75.0%、38.5%和27.7%，富阳点PS秧苗均匀度分别比BS高83.3%、39.2%和20.8%。

2.3 机插质量的变化

与BS相比，PS显著降低了机插漏秧率（表3），T1、T2和T3处理下，余杭点机插漏秧率分别降低5.0个百分点、11.7个百分点和9.1个百分点，富阳点机插漏秧率分别降低9.5个百分点、10.8个百分点和7.3个百分点。同一播种量下，机插每穴平均苗数在PS和BS间差异不显著，但PS的机插每穴苗数的变化范围要显著小于BS。各播种量下，PS机插显著提高机插苗数均匀度，PS的机插苗数均匀度在余杭和富阳分别比BS增加了74.4%和80.4%，同时机插2—3苗比例增加40.0%和42.0%。

表2 不同播种量下播种方式对秧苗素质的影响

*＜0.05，**＜0.01。下同 * indicated significance at＜0.05, ** indicated significance at＜0.01. The same as below

2.4 分蘖动态的变化

由图3可知，PS的机插群体分蘖发生速率高于BS，同时分蘖高峰苗数高于BS。T3处理有最高的高峰苗数，但是最高有效穗数出现在T2处理。T1、T2、T3处理余杭PS的机插群体有效穗数比BS机插增加7.5%、6.5%和5.5%（图3-A、B、C），富阳PS的机插群体有效穗数比BS增加9.0%、9.5%和2.1%（图3-D、E、F）。

PS显著提高机插群体的有效穗数均匀度（图4）。T1、T2和T3处理余杭PS的机插群体有效穗数均匀度比BS提高43.2%、49.2%和25.1%，富阳PS的机插群体有效穗数均匀度比BS提高48.1%、56.4%和19.2%。结果说明，精准条播育秧机插显著提高了水稻植株均匀度。

2.5 干物质积累的变化

与BS相比，PS提高了机插群体的抽穗期叶面积指数和干重，两者的变化趋势一致（图5-A—D）。T1、T2和T3处理下余杭PS的机插群体成熟期干重分别比BS增加19.2%，17.5%和13.9%（图5-E），富阳PS的机插群体成熟期干重分别比BS增加5.5%，12.8%和5.8%（图5-F）。

2.6 产量及产量结构的变化

由表4可知，与BS相比，T1处理PS机插余杭点和富阳点产量分别提高了11.9%和4.6%，T2处理PS机插余杭点和富阳点产量分别提高了10.3%和13.5%，T3处理PS机插产量相对于BS机插有小幅度增加，但增加幅度未达显著水平。对产量结构进行分析，每穗粒数、结实率和千粒重在不同播种量和播种方式条件下并不存在显著差异。但PS显著提高了机插群体的有效穗数，说明PS通过增加机插群体的有效穗数进而提高了水稻产量。

表3 不同播种量下播种方式对机插质量的影响

A—C：余杭试验点；D—F：富阳试验点。A，D：播种量T1处理；B，E：播种量T2处理；C，F：播种量T3处理

A：余杭试验点；B：富阳试验点 A: Yuhang field site; B: Fuyang field site

表4 不同播种量下播种方式对水稻产量及产量结构的影响

A，C，E：余杭试验点；B，D，F：富阳试验点 A, C, E: Yuhang field site; B, D, F: Fuyang field site

对机插苗数单株的产量贡献率进行分析（图6），随着播种量的提高，机插苗单株贡献率呈现下降的趋势，PS机插下T1和T2处理的机插苗单株贡献率均高于BS机插，余杭和富阳两点趋势一致，而T3处理下PS与BS的机插苗单株贡献率无显著差异。

2.7 相关性分析

与BS相比，PS提高了种子分布均匀度，进而提高了机插苗数均匀度和机插群体的有效穗数均匀度。相关性分析表明，机插群体的有效穗数均匀度和叶面积指数、干物质积累、以及有效穗数呈现显著正相关（图7）。以上说明，精准播种通过提高群体有效穗数及其均匀度进而促进了产量的提高。

图6 不同播种量下播种方式对机插苗水稻单株产量贡献的影响

A，群体有效穗数均匀度与叶面积指数的相关性；B，群体有效穗数均匀度与群体总干物质积累的相关性；C，群体有效穗数均匀度与有效穗数的相关性；D，群体有效穗数均匀度与产量的相关性

3 讨论

单季稻传统撒播机插的播种量是22.5—30.0 kg·hm-2，标准秧盘用种量为70—90 g/盘，秧盘种子分布不均匀，秧苗排列和机插取秧不对应，导致机插漏秧率较高[15]。罗汉亚等[14]指出适宜的播种密度和取秧面积耦合可以降低机插漏秧率，本试验秧盘精准播种条数和机插横向取秧次数相一致，实现了播种和机插取秧的融合，因此降低机插漏秧率到5%以下。同时通过气吸式播种实现播种方式由“克”向“粒”的转变，通过播种粒数计算播种量。结合叠盘出苗的工厂化育秧模式，提高了种子出苗率和出苗整齐度[16]，实现了低播量下秧苗成毯[9]，配套机插取秧方式，通过精准条播育秧实现了杂交稻低播量下毯苗的高质量机插。与传统撒播育秧相比，精准条播育秧通过增加机插群体的有效穗数进而提高了水稻产量，精准条播育秧降低了机插漏秧率，提高了机插苗数均匀度以及有效穗数均匀度，说明通过改变机插取秧特性能够显著改变群体质量。

在本试验中，T2处理的产量要高于T1和T3，这和前人研究表明杂交稻低机插密度下机插每穴2苗能够达到较高产量是一致的[17-18]。由于机械损伤以及秧苗生长期对分蘖抑制的作用[19-20]，机插秧苗分蘖发生速率要慢于手插秧苗，因此杂交稻机插的适宜每穴苗数相对于与手插的每穴苗数有所增加，在本试验中，精准条播育秧机插的分蘖发生速率快于撒播育秧机插，条播机插下分蘖的蘖位相对于撒播机插的变化有待于进一步研究。杂交稻高产要求有效穗数和每穗粒数的平衡[21]，本试验不同播种量下条播和撒播育秧的单位面积机插基本苗数是一样的，漏秧和部分机插穴苗数降低的同时增加了其他穴的机插苗数，虽然机插空穴周边植株有边际补偿效应[22]，但其他穴机插苗数增加的同时增强了无效分蘖的竞争[23]，这是撒播机插群体的有效穗数低于精准条播机插的原因，也是T3处理下播种量高却导致有效穗数降低的原因。随着播种量的增加，每穗粒数有下降的趋势，说明机插单穴苗数的增加降低每穗粒数[24]，前人研究发现秧苗素质好利于机插杂交稻分蘖发生，同时促进了穗粒形成[25]，王端飞等[26]研究指出，每穗粒数、一二次枝梗数和穗层分布整齐度也与产量呈显著的正相关，然而在本试验中，同等播种量下播种方式间每穗粒数的差异并不显著，但撒播的机插苗数不均匀导致了每穗粒数分布不均匀，也影响了撒播下的产量形成。通过精准条播使种子均匀分布，增强了秧苗群体透风透光性，进而提高了秧苗健壮程度，促进机插后秧苗返青发棵，另外精准条播育秧的秧苗长势均匀，使机插后大田植株生长均匀，降低了个体间的竞争，提高水稻群体通风透光性[27-28]，植株生长均匀，进而提高产量[13]。

精准条播育秧的机插群体抽穗期叶面积指数高于传统撒播，高叶面积指数提高了灌浆期干物质积累能力，余杭和富阳两试验点精准条播灌浆结实期总干物质积累量分别比传统撒播高27.7%和10.3%，高干物质积累进一步促进了精准条播机插下的产量提升[29-30]。在本研究中，由于余杭基础地力比富阳好，导致余杭的产量要高于富阳的产量。土壤地力的差异导致富阳机插群体的分蘖发生能力较差，同时降低了颖花形成能力，导致富阳T2处理的产量比余杭T1处理的产量还要低，结果也说明高产对土壤肥力的要求大于肥料的施用量[31]。huang等[32]报道指出，增加种植密度可以减少氮肥施用量降低导致的产量损失。因此，在不同土壤肥力条件下，优化精准条播播种量和肥料用量有望进一步提高杂交稻毯苗机插下的产量。

4 结论

与传统撒播育秧相比，杂交稻精准条播育秧的秧苗质量好，秧苗长势均匀。通过配套机插取秧，精准播种育秧显著降低了机插漏秧率，提高了机插苗数均匀度，并增加了机插群体的有效穗数及其均匀度，进而提高了产量，在杂交稻低播种量下效果尤为明显。精准条播育秧是毯苗机插下实现杂交稻低播量稀播少本机插丰产的有效方式。

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Beneficial effects of precision drill sowing with low seeding rates in machine transplanting for hybrid rice to improve population uniformity and yield

1China National Rice Research Institute, Hangzhou 310006;2Ningbo Academy of Agricultural Sciences, Ningbo 315040, Zhejiang;3Agricultural Technology Extension Center of Yuhang District, Hangzhou 311100

【】The aim of this study was to clarify the beneficial effect of precision drill sowing (PS) in machine transplanting for improving the population uniformity and yield of hybrid rice under low seeding rate, and to establish the theory and technology for machine transplanting with sparse sowing and fewer seedling in machine transplanting with flat seedling of hybrid rice. 【】Indica-japonica hybrid rice ‘Yongyou 1540’ was used in this study, and the experiment was conducted at Chonghua country (Yuhang district) and experimental base of China National Rice Research Inistitute (Fuyang district) at the same time. PS was layout set at 18 horizontal hills×40 vertical hills in the standard seedling tray for machine transplanting. The sowing amount per hill in seedling tray was set as 2.5 seeds (43.2 g/tray, T1), 3.5 seeds (60.5 g/tray, T2), and 4.0 seeds (69.1 g/tray, T3), and the same seeding rates in traditional broadcast sowing (BS) for machine transplanting were set as the control. Then, the seed distribution, seedling quality, machine planting quality, dry matter accumulation in rice population, the uniformity of the number of productive tillers and yield formation were investigated.【】(1) Compared with BS, PS improved the uniformity of seed distribution in seedling tray. (2) PS significantly enhanced rice seedling quality, and increased the dry matter accumulation and uniformity of seedling. PS increased the seedling uniformity by 47.5% on average among different seeding rates than that under BS, which presented a more beneficial effect with low seeding rates. (3) Compared with BS, PS reduced the missing hill percent in machine transplanting by 8.9 percentage point on average, and PS enhanced the uniformity of seedling number transplanted per hill by 87.8% on average, meanwhile, the percentage of hills with 2-3 seedling transplanted was the highest at T2under PS. (4) PS increased the number of tillers at tillering peak stage to increase the number of productive panicles in rice population. Among the different seeding rate treatments, PS increased the number of productive tillers by 6.7% on average, meanwhile, which enhanced the uniformity of the number of productive tillers by 40.2%, in which T2presented the highest productive tillers and productive tillers uniformity, meanwhile PS enhanced the leaf area index and dry matter accumulation of rice population. (5) PS enhanced the rice yield by 9.0% on average compared with BS by increasing in the number of productive tillers, in which T2presented the highest yield. With the increasing of seeding rate, the increasing rate of yield under PS in contrast to BS presented a reduction tendency, while a decreasing was observed in the contribution rate of machine-transplanted seedlings to yield. (6) Correlation analysis showed that the population uniformity of the number of productive tillers positive correlated to leaf area index, dry matter accumulation and rice yield.【】Precision drill sowing in machine transplanting improved the uniformity of seed distribution, reduced the missing hill percent, increased the uniformity of seedling transplanted per hill, therefore contributed to enhance the rice population uniformity and yield. Precision drill sowing was an effective method to achieve higher yield with flat seedling in machine transplanting under low seeding rates of hybrid rice.

hybrid rice; machine transplanting; flat seedling; precision drill sowing; plant distribution uniformity; yield