* 通讯作者(Corresponding author): 张洪程, E-mail:hczhang@yzu.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: 841513350@qq.com
在南方稻区大面积应用的常规粳稻、杂交粳稻、杂交籼稻中各选2个代表性品种为材料, 根据钵苗机插不同穴距设置高、中、低3种密度处理, 并以常规塑盘毯状育苗机插为对照, 比较研究钵苗机插不同密度对水稻光合物质生产及产量的影响。结果表明, 钵苗机插水稻各生育期茎蘖数随栽插密度的降低而减小, 剑叶叶绿素含量及光合特征参数变化则呈相反趋势。单茎干物重、茎叶转运及净同化率均以低密度最大, 中密度次之, 高密度最低。常规粳稻抽穗后干物质积累量、群体生长率和光合势等指标随密度的降低极显著减小, 成熟期群体干物重高密度平均较中、低密度分别高3.0%和7.6%, 高、中密度的最终产量分别较对照增产11.8%和8.9%, 低密度与CK无显著差异。杂交稻各群体生长指标以中密度最大, 高密度实产介于中、低密度之间, 杂交籼稻高密度处理与低密度相当, 显著低于中密度。
In order to study the impacts of planting density of nutrition bowl seedling mechanical-transplanting rice on photosynthate production and yield, a field experiment was conducted using conventional
随着农村劳动力的大量转移和老龄化现象的加剧,推进以机插秧为主的水稻机械化高产种植技术, 对于稳定我国水稻种植面积, 提高水稻单产, 保障粮食安全具有重要意义[ 1, 2]。目前生产上大面积应用的常规毯状小苗机插, 仍存在秧龄弹性小, 密生生态下秧苗素质降低, 移栽植伤重等问题, 制约了水稻个体生产潜力的发挥和群体对温光资源的充分利用[ 3, 4, 5]。水稻钵苗机插作为南方稻区一种新兴的机插秧技术, 能够实现带土钵壮秧行穴定距地有序、无植伤精确移栽, 且秧苗素质高, 秧龄弹性大, 栽后缓苗期短, 活棵发苗快[ 6, 7], 在日本和我国黑龙江垦区的多年生产实践已初步证明其增产优势[ 8, 9, 10, 11]。近两年本课题组在扬州大学各试验基地分别进行相关专题试验和丰产方以及大面积生产验证试验。同时也在安徽、江西、湖北、四川、福建等多点多地进行不同熟制不同生态条件下钵苗机插技术研究推广示范, 均取得了显著的增产效果[ 12]。其中, 2012年江苏省兴化市6.75 hm2杂交粳稻钵苗机栽超高产精确定量栽培攻关田验收实产达14.21 t hm-2, 最高田块实产达14.48 t hm-2, 均刷新我国稻麦两熟条件下水稻高产纪录[ 13]。栽插密度作为水稻栽培调控最关键的技术途径之一, 在品种类型多样、生态条件复杂的南方稻区, 不同类型水稻在新型机械化育苗移栽方式下采取何种栽插规格为宜, 尚不明确。研明钵苗机插密度对不同类型水稻品种产量及光合物质生产特性的影响, 对钵苗机插水稻在生产实践中大面积平衡高产稳产的形成具有重大指导意义。本文以毯苗机插为对照比较研究钵苗机插不同密度水稻的干物质生产及转运、叶面积、光合势、群体生长率、净同化率、剑叶光合特性、产量结构等特点, 以明确其最适栽插规格, 为水稻钵苗机插超高产栽培及大面积推广应用提供理论依据。
试验于2011年和2012年在扬州大学农学院试验农场(E119.4°, N32.4°)进行, 地属亚热带季风性气候, 水稻生长季5月至10月平均气温24℃, 月降水量约88 mm, 月日照时数168 h。两年数据趋势基本一致, 文中数据以2012年为例。试验地前茬为小麦, 土质为沙壤土, 地力中等。在南方稻区生产上常用的3类品种中各选两个推广面积较大的当家品种为供试材料, 即常规粳稻南粳44、武运粳24, 杂交粳稻甬优8号、常优5号, 杂交籼稻两优培九、II优084。采用机插专用钵盘于5月14日播种旱育秧, 由RX-60AM钵苗乘坐式高速插秧机进行本田移栽, 秧龄30 d, 移栽叶龄4.5~5.2叶, 机插行距为33 cm, 设高密度(12 cm)、中密度(14 cm)、低密度(16 cm) 3种穴距处理, 常规粳稻每穴栽插四本, 杂交稻每穴2本; 以普通盘育毯状秧机插为对照, 5月24日播种, 秧龄20 d, 移栽叶龄3.5叶左右, 机插行距为30 cm, 株距为13 cm, 常规粳稻每穴4本, 杂交稻每穴2本。小区面积20 m2, 重复3次。本田总施氮量300 kg hm-2, 其中基肥30%, 蘖肥30%, 穗肥分2次施用, 即倒四叶肥20%, 倒三叶肥20%, N∶P2O5∶K2O=10∶3∶3, 磷钾肥全部基施。
1.2.1 本田茎蘖动态 定点定时调查茎蘖消长动态。从每个小区对角线3点各选长势比较一致的连续10穴, 拔节前每5 d调查1次, 拔节后每7 d调查1次。
1.2.2 叶面积与干物质积累 于移栽期、拔节期、抽穗期、乳熟期、成熟期根据普查全田苗情的平均水平, 对角线三点各取代表性植株2穴, 用长宽系数法测定植株叶面积。将以上所有样品于105℃杀青30 min, 80℃烘箱烘至恒重后, 测定干物质重。
1.2.3 剑叶叶绿素含量与光合特征参数 从齐穗期开始, 定点选择生长一致的植株10穴, 每隔10 d用SPAD-502型叶绿素仪测定剑叶SPAD值代表叶绿素含量。
剑叶全展时, 于晴天9:00至11:00选择有代表性植株, 用美国LI-COR公司产LI-6400型光合作用仪测定主穗剑叶中部净光合速率、气孔导度、蒸腾速率, 重复5次。测定时光强为1200 μmol m-2 s-1, 温度为30℃, 空气中CO2浓度为380 μmol mol-1左右。
1.2.4 产量 成熟期进行理论和实收测产。
表观输出量=抽穗期叶(鞘、茎)干重-成熟期叶(鞘、茎)干重;表观输出率=表观输出量/抽穗期叶(鞘、茎)干重;叶面积衰减率(LAI d-1)=(LAI2-LAI1)/(t2-t1)。式中, LAI1和LAI2为前后2次测定的叶面积指数, t1和t2为前后2次测定的时间;光合势(×104 m2 d hm-2)=1/2(L1+L2)×(t2-t1)。式中, L1和L2为前后2次测定的叶面积, t1和t2为前后2次测定的时间;群体生长率(g m-2d-1)=(W2-Wl)/(t2-t1)。式中, W1和W2为前后2次测定的干物质重, t1和t2为前后2次测定的时间;净同化率(g m-2 d-1)=[(ln LAI2-ln LAI1)/ (LAI2-LAI1)]×[(W2-W1)/(t2-t1)]。式中, LAI1和LAI2为前后两次测定的叶面积指数, W1和W2为前后2次测定的干物质重, t1和t2为前后2次测定的时间。
使用Microsoft Excel 2003处理数据, DPS软件进行其他统计分析。
如图1所示, 不同品种、不同密度之间, 茎蘖消长规律存在明显的差异。由于基本苗的不同, 移栽期不同类型品种均呈现高密度>中密度>低密度的趋势, 这种差异一直保持至成熟期。由于低密度的基本苗少, 群体内竞争减小, 最终成穗率较高, 不同处理间差异达显著和极显著水平。与对照茎蘖动态大起大落相比, 钵苗各处理稳升缓落, 高峰苗(拔节期前后)低于对照, 抽穗期、成熟期除高密度与对照无显著差异外, 中、低密度极显著低于对照。
由表1可知, 不同密度处理的叶面积指数存在明显差异。移栽期受秧苗素质和群体起点的影响, 各品种LAI均表现为高密度>中密度>低密度>对照, 且差异极显著。拔节期和抽穗期, 随密度的降低, LAI呈显著或极显著的下降趋势。就成熟期LAI而
言, 常规粳稻呈随密度降低而极显著减小的趋势, 杂交粳稻和杂交籼稻以中密度最高, 高密度次之, 对照、低密度最低, 且差异达极显著水平。6个品种叶面积衰减率均随密度降低而极显著减小, 高密度平均分别较中、低密度高7.5%和10.8%。钵苗处理极显著低于对照。
由表2可以看出, 钵苗机插不同密度处理水稻剑叶叶绿素含量及净光合速率等光合指标存在明显差异。各类型品种各时期剑叶叶绿素含量均随密度降低而升高, 叶绿素含量衰减率表现出相反趋势, 6个品种高、中、低密度平均分别比对照低11.5%、23.5%、34.2%。各品种不同密度间净光合速率、气孔导度、蒸腾速率表现较为一致, 均为低密度>中密度>高密度>对照, 差异均达极显著水平。
由表3可知, 钵苗机插不同密度水稻抽穗期和成熟期单茎叶片重、表观转运量及表观转运率均表现为低密度>中密度>高密度, 且差异极显著, 同时各钵苗处理极显著高于对照。其中常规粳稻高、中、低密度叶片表观转移量分别是对照的1.3、1.6和1.9倍, 杂交粳稻分别是对照的1.4、2.5和2.9倍, 杂交籼稻分别是对照的6.6、8.9和12.6倍。单茎茎鞘物质转运量规律与之基本一致, 表观转运率均表现为钵苗机插高于对照。
钵苗机插不同密度水稻主要生育期单茎和群体干物重存在明显的差异(表4)。从单茎干物质重的变化来看, 拔节期、抽穗期、成熟期所有品种都是低密度最高, 中密度次之, 高密度最低, 差异极显著。6个品种成熟期高、中、低密度平均较对照高6.9%、12.9%和17.6%。从群体干物质重的变化看, 移栽期由于群体起点的差异, 呈现出随密度增加而增大的规律, 差异均达到极显著水平。随着钵苗机插水稻群体的不断生长, 拔节期和抽穗期密度间差异略有缩小。成熟期群体干物质量不同品种类型间差异较大, 常规粳稻表现为随密度升高而升高, 杂交粳稻以中密度最高, 高密度次之, 低密度最低, 杂交籼稻与之规律基本一致, 且高低密度间差异不显著。
就阶段积累量而言, 移栽期至拔节期各品种类型都表现为随密度的升高而降低(表5)。常规粳稻的各生育阶段均有类似规律。杂交粳稻和杂交籼稻拔节至抽穗期表现为中密度>高密度>低密度>对照, 其中两杂交粳稻品种各处理间差异均达极显著水平, 抽穗期至成熟期呈现出相同趋势, 杂交粳稻三者密度差异极显著, 杂交籼稻为中密度极显著高于高、低密度, 且高低密度间差异不显著。各生育阶段群体生长率规律与阶段积累量基本一致。
移栽期至拔节期由于对照缓苗后群体生长量的迅猛增加及钵苗不同密度导致的群体起点的差异, 各类型品种光合势均表现对照>高密度>中密度>低密度, 各处理间差异达极显著水平(表6)。拔节至抽穗期高密度最高、对照与之相当, 中密度次之, 低密度最低。抽穗至成熟期光合势品种间差异较大, 常规粳稻以高密度最高, 与中、低密度差异极显著, 杂交粳稻以中密度最高, 与高密度无显著差异, 极显著高于低密度和对照。杂交籼稻也以中密度最高, 与其他处理间差异达显著极显著水平。
各类型品种净同化率的最大值均在移栽-拔节期, 拔节-抽穗期次之, 抽穗-成熟期最小。同一类型品种各生育阶段呈现随密度减小而升高的趋势, 以抽穗期至成熟期为例, 各品种高、中、低密度分别平均较对照高3.6%、7.1%和9.2%。
由表7可知, 机插密度对水稻产量及其结构的影响因品种类型的差异而有所不同。常规粳稻各栽插密度处理间差异达极显著水平, 理论产量和实际产量均以高密度最高, 实际产量分别比中密度和低密度增产2.7%和11.5%, 3种密度处理分别平均较对照增加11.8%、8.9%和0.3%。杂交粳稻以中密度实际产量最高, 随机插密度的降低, 平均分别较对照高出11.6%、13.7%和1.9%。杂交籼稻也以中密度最高, 平均较对照增产16.4%, 高密度与低密度产量差异未达显著水平, 但均极显著高于对照。有效穗数受机插钵苗密度的影响较大, 同一品种穗数均随密度的减小而减少, 处理间差异极显著, 每穗粒数呈相反趋势。机插方式和密度处理对结实率和千粒重影响较小, 处理间差异不显著。
不同栽插规格对机插稻的影响主要在于群体内部相互竞争环境资源[ 14], 栽插密度过高或过低加剧了单位面积总穗数和粒数之间矛盾, 限制了个体和群体生长优势的发挥, 对群体源库特征及产量构成因素造成影响, 最终影响产量[ 15, 16]。前人关于不同栽插密度对水稻物质生产影响的研究, 结果并不一致。贾汝志等[ 17]研究认为稀植群体后期功能叶片衰老缓慢, 光合产物和干物质积累多。龙旭[ 18]认为齐穗期单株干物质积累量及剑叶光合特征参数随着密度的增大而减少, 抽穗期群体干物质积累量则表现出相反趋势。翟超群[ 19]对淮北中粳稻的研究发现, 随播栽插密度的增加各器官物质积累量均相应增加, 抽穗后群体干物质积累量呈上升的趋势。本研究结果表明, 钵苗机插水稻随栽插密度降低, 个体的生长潜力得到充分发挥, 剑叶光合特性(叶绿素含量及光合特征值)、单茎茎叶重及转运量、净同化率等个体性状指标随机插密度的降低显示出较大的优越性。群体干物重、阶段积累量、群体生长率、光合势等群体性状指标因品种类型不同, 生育中后期表现出不同规律。
关于不同栽插密度对产量的影响, 陆阳平等[ 20]认为高密度处理有足够的穗数, 同时能够保证较高的穗粒数形成最大的群体颖花量, 最终产量高。郎有忠等[ 21]认为中密度能有效协调高密度群体质量恶化和低密度群体生长量不足的矛盾, 最易获得高产。吴春赞等[ 22]研究发现, 适当减少栽插密度, 能有效增加单株成穗数和穗粒数, 使个体与群体得到协调发展而获得水稻的高产。本研究中选用的3种类型品种不同密度配置对产量的影响不尽一致。常规粳稻单位面积穗数随密度降低极显著减少, 每穗粒数呈相反规律, 因此可以认为, 穗数优势是高密度群体高产优势形成的主要原因。两种杂交稻品种类型都是中密度产量最高, 而杂交籼稻低密度处理与最高密度处理相当。分析其原因, 主要是杂交籼稻分蘖性强, 高密度群体生长量过大, 遮蔽严重。适当降低密度, 更有利于通风透光和改善冠层对光能的充分利用, 个体、群体矛盾的较好协调使群体结构优化, 也更利于籼稻穗型优势的发挥。本试验中两个杂交籼稻中、低密度每穗粒数分别较高密度增加7.6%和11.6%, 显著高于常规粳稻和杂交粳稻钵苗机插密度间穗粒数的差异。
不同机插密度主要通过影响单位面积穗数和穗型大小来影响产量[ 23, 24, 25]。目前生产上的钵苗插秧机栽插行距为33 cm, 作业株距有12 cm、14 cm、16 cm等几种选择。因此, 在生产实践中, 不但要因地制宜地选用适宜品种, 而且要科学合理地确定与该品种繁茂性及生产特点相匹配的最佳株距和每穴苗数, 精确定量建立高质量最适群体起点, 使群体前中期形成与最高产量形成所需的适宜生长量, 保证抽穗后高光效群体的构建, 才能充分发挥钵苗机插技术的增产增效优势。本试验中常规粳稻高密度机插穴距12 cm, 能够以单位面积穗数的优势弥补穗型的减小对产量的影响而获得理想的最佳产量。对于繁茂性强, 个体生长量大的杂交稻, 尤其是杂交籼稻, 旱育钵苗用种量较毯苗显著减少, 个体生长空间增大, 秧苗素质极大提高, 为品种穗型优势的发挥奠定了基础。本试验中II优084平均较对照增产16.7%, 以机插穴距14 cm产量最高, 比对照增产19.6%, 其低密度处理每穗粒数较对照增幅达27.3%。钵苗机插带完整土钵移栽植伤轻、缓苗快、早生快发[ 26, 27, 28]等特点, 又为水稻充分利用早生优势分蘖和大穗型品种巨量群体安全库容的有效灌浆充实提供了有利条件。因此, 生产上选用大穗型品种, 实施中低密度栽插更能发挥钵苗机插“穗大粒多”的增产优势, 对于杂交水稻又可起到省种节本的效果。
钵苗旱育秧龄弹性大, 在保证秧苗健壮的同时, 生育期向前延长, 移栽后活棵发苗快, 大大增加了品种对当季有效温光资源的充分利用, 这就为生育期较长的品种安全成熟提供了有利条件。本试验中的最高产量出现在生育期最长的杂交粳稻品种甬优8号中密度处理, 其生育期达155 d, 实产较对照增加13.9%, 比平均生育期只有150 d的常规粳稻和145 d的杂交籼稻最高产量分别高4.9%和7.6%。
在大面积生产中, 要充分挖掘品种的增产潜力, 必须建立在因苗因种合理精播匀播及最终带蘖标准化壮秧培育的基础上。同时配合高质量的精确栽插, 实现不漏插、不漏苗, 实现机械化栽植省工节本的目的。在适宜基本苗确定的情况下, 前期适当提高基蘖肥施用比例, 中期穗肥早施重施, 以保证足穗大穗的高产群体形成。2012年扬州大学和江苏省兴化市农业技术推广中心在钓鱼镇姚家村共同实施的6.75 hm2杂交粳稻超大穗品种甬优2640钵苗机插超高产攻关方采用16 cm穴距, 应用精确定量栽培理论与技术科学管理, 百亩均产及攻关田最高产双双刷新我国稻麦两熟条件下水稻高产纪录, 正是对良种良法相配套重要性的最好佐证。
常规粳稻抽穗后干物质积累量、群体生长率和光合势等指标表现为随栽插密度的增加极显著增加, 最终产量以高密度的处理最高, 产量增加主要原因是每穗粒数的提高。杂交籼稻、杂交粳稻中密度在中后期群体生长率大, 干物质积累多, 穗粒结构更加协调, 产量也最高。钵体旱育机插中苗较毯状机插小苗物质生产能力强, 抽穗后衰减慢, 平均增产10.8%。各类型品种栽插密度的明确为生产上钵苗机插水稻高产优质栽培技术的推广应用及品种合理选用提供了参考依据。
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