机械化种植方式对不同品种水稻株型及抗倒伏能力的影响

邢志鹏，吴 培，朱 明，钱海军，曹伟伟，胡雅杰，郭保卫，魏海燕，许 轲，戴其根，霍中洋，张洪程

（扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心/扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点，扬州 225009）

机械化种植方式对不同品种水稻株型及抗倒伏能力的影响

邢志鹏，吴 培，朱 明，钱海军，曹伟伟，胡雅杰，郭保卫，魏海燕，许 轲，戴其根，霍中洋，张洪程※

（扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心/扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点，扬州 225009）

为探明机械化种植方式对不同品种水稻株型及抗倒伏能力的影响，试验选用籼粳交水稻（甬优2640和甬优1640）、常规粳稻（南粳9108和武运粳27）和杂交籼稻（新两优6380和II优084）共6个水稻品种为材料，系统研究高产栽培模式下钵苗机插、毯苗机插和机械直播方式对水稻叶形、叶姿、穗型、秆型及植株抗倒性能的影响，初步研明不同机械化种植方式下水稻株型特征与抗倒伏能力及差异。结果表明，钵苗机插水稻产量最高，毯苗机插水稻产量其次，机械直播水稻产量最低，差异显著（P<0.05）。与毯苗机插和机械直播相比，钵苗机插使水稻上三叶叶长增长，比叶重增大，叶基角和披垂度减小，使水稻群体高效叶叶面积增加，剑叶叶绿素含量和净光合速率协同增加，穗型变大，粒叶比提高，并且使水稻株高增高，秆长增长，穗下节间增长（P<0.05）。水稻基部1～3节间于钵苗机插方式下，较毯苗机插和机械直播，长度缩短、茎秆变粗、茎壁增厚、节间干质量增加、充实度变好、抗折力和弯曲力矩增大、倒伏指数降低（P<0.05）。因此，长江下游稻麦两熟地区，钵苗机插能改善水稻株型，优化水稻群体结构，提升水稻抗倒性能，是实现水稻丰产、高产且低倒伏风险的较优机械化种植方式。

农业机械；种植；农艺；水稻；机械化种植方式；株型；抗倒伏；茎秆物理性状

0 引 言

良好的株型及抗倒伏能力是水稻丰产、高产及应对极端天气的关键[1-3]。抽穗期水稻株型对生育后期籽粒灌浆充实及产量形成具有关键作用。抽穗期叶面积适宜，有效叶面积量高，能减轻无效茎蘖恶化群体的不良作用，进而充分发挥叶片光合功能；上三叶长、宽、厚、挺、直，利大穗，能增加高效叶面积量，促进冠层基部受光，截获更多光能，并能改善田间小气候，提升叶片光合能力，提高根系活力及根部抗倒能力；适宜大穗型，能增大群体库容，并刺激叶片光合作用；节间长度配置合理及茎秆物理性状指标优化，可增株高，利于高生物学产量，协调叶层空间分布，能使基部节间缩短、增粗，提升植株倒伏性能[1,4-15]。倒伏严重影响水稻产量和品质，同时增加收获成本。相关研究表明，齐穗后21～30 d是水稻倒伏的敏感时期，植株基部2～3节间是宜倒伏节位。植株抗倒伏性能与株高、秆长、叶片分布、节间配置、穗位和重心等形态指标，与基部节间粗度、壁厚、充实度、鞘厚、鞘重、抗折力和弯曲力矩等物理性状指标，与茎秆横截面积、维管束面积等解剖结构，及与淀粉和可溶性糖等有机化学成分含量，氮、硅和钾等无机化学成分含量等关系密切[16-26]。水稻株型与抗倒性能除与自身遗传特性及外界气候条件有关外，同时受种植方式、播期、秧龄、密度、水分及肥料等耕作栽培措施的影响[9-10,12-14,19,22,27-30]。前人关于水稻株型和抗倒性能种植方式调控的研究多实施于人工条件下，而随着水稻生产机械化进程的加快，针对机械化种植方式对水稻株型及抗倒性能的研究相对较少。特别是近年来在长江下游地区，钵苗机插作为一种新型的高产、高效种植方式，其配套装备不断优化，栽培技术逐步完善，推广面积呈扩大趋势[31-33]。而关于长江下游稻麦两熟地区高产栽培模式下钵苗机插、毯苗机插和机械直播3种主流机械化种植方式下不同类型水稻品种冠层叶系配置、穗部特征、茎秆物理特性和抗倒性能及差异尚缺乏系统比较研究。因此，本试验选用籼粳交水稻（甬优2640和甬优1640）、常规粳稻（南粳9108和武运粳27）和杂交籼稻（新两优6380和II优084）为材料，采用钵苗机插、毯苗机插、机械直播3种机械化种植方式，配套各自适宜的高产栽培管理措施，探究机械化种植方式对不同类型水稻株型特征及抗倒伏能力的影响，为水稻适宜机械化种植方式选用，降低水稻种植风险，实现水稻高产、高效生产提供理论参考和数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2014—2015年在扬州大学农学院校外试验基地江苏省兴化市钓鱼镇进行。该地位于江淮之间，江苏里下河腹部，属北亚热带湿润气候区，年平均温度15℃左右，年日照时数2 305.6 h左右，年降水量为1 024.8 mm左右，无霜期227 d左右。2014和2015年水稻生长季节月均温度、日照时数和降雨量见图1。土壤地力中等，为勤泥土，质地黏性。2a 0～20 cm土层含有机质26.8和27.6 g/kg、全氮1.9和1.7 g/kg、速效磷14.2和13.6 mg/kg、速效钾148.9和156.6 mg/kg。试验地前茬为小麦，2a均产6.8 t/hm2。

图1 2014和2015年水稻生长季月均温度、日照时数和降雨量情况Fig.1 Average monthly temperature,sunshine hours and rainfall during rice growth period in 2014 and 2015

试验材料包括常规粳稻（南粳9108和武运粳27）、籼粳交水稻（甬优2640和甬优1640）和杂交籼稻（新两优6380和II优084）。

1.2 试验设计

在长江下游稻麦两熟制条件下，根据生产地小麦常年收获时间，各机械种植方式生产特点，以及水稻及时抢播抢栽的要求，分别设计钵苗机插、毯苗机插和机械直播方式下具有当地大面积生产代表性的水稻播栽期，并根据高产栽培要求，充分发挥各种植方式下水稻产量潜力，配套适宜的高产管理技术措施。

钵苗机插方式采用448钵孔状硬盘育秧。2a均于5月18日播种，常规粳稻每孔播种4粒，籼粳交水稻和杂交籼稻每孔播种3粒，旱育壮秧。一叶一心期进行间苗，保证常规粳稻每孔3苗，籼粳交水稻和杂交籼稻每孔2苗。于6月15日机械移栽，栽插行株距33.0 cm×12.0 cm。

毯苗机插方式采用盘式塑料软盘育秧。2a均于5月28日播种，常规粳稻每盘播种120 g，籼粳交水稻和杂交籼稻每盘播种90 g，旱育壮秧。6月15日机械移栽，栽插行株距30.0 cm×13.3 cm，移栽后定苗至常规粳稻每穴3苗，籼粳交水稻和杂交籼稻每穴2苗。

机械直播方式两年均于6月13日机械条播，行距30 cm。一叶一心期人工定苗至常规粳稻90×104棵/hm2，籼粳交水稻和杂交籼稻60×104棵/hm2。

试验采用裂区设计，机械种植方式为主区，水稻品种为裂区，小区间用塑料薄膜包埂隔离，保证可以单独肥水管理。每小区面积30 m2，3次重复。

常规粳稻和籼粳交水稻每公顷施纯N270 kg，杂交籼稻为225 kg。氮肥运筹为基肥:分蘖肥:穗肥=3:3:4，分蘖肥于分蘖初期施用，穗肥于倒四叶期和倒二叶期分2次等量施用。磷肥一次性基施，总施P2O5135 kg/hm2。钾肥分别作基肥和促花肥等量施入，总施K2O 270 kg/hm2。各处理水分管理及病虫草害防治按照高产栽培要求统一实施。

1.3 测定内容与分析方法

1.3.1 叶面积指数

于孕穗期和抽穗期按每小区茎蘖的平均数取具有代表性植株5穴，采用美国LI-COR公司生产的叶面积仪（LI-3100）测定叶面积。在抽穗期，将叶面积分为总叶面积（所有茎蘖的叶面积）、有效叶面积（有效茎蘖的叶面积）和高效叶面积（有效茎蘖顶三叶的叶面积）进行测定。在抽穗期采用美国LI-COR公司生产的Li-6400型光合测定仪和日本柯尼卡美能达公司生产的SPAD-502仪器测定剑叶光合速率和SPAD（soil and plant analyzer development）值。

1.3.2 株型

于齐穗期，选取各小区群体生长一致的10穴，选定主茎，测定剑叶、倒二叶、倒三叶的长、宽、叶基角（叶片基部与茎秆的夹角）、叶开角（叶尖与叶枕连成的直线与茎秆之间的夹角）、披垂度（叶开角与叶基角的差值）、叶干质量。

1.3.3 茎秆物理性状及抗倒伏

齐穗后25 d，每小区分别随机选取20个有代表性的单茎，保持不失水，用直尺、电子天平、游标卡尺等器具测定株高、穗长、各节间的长度和粗度、重心高、基部第1、2、3节间（N1、N2、N3）抗折力及各节间基部到穗顶的长度和鲜质量。

重心高度：将新鲜茎秆地上部（包括穗子、叶片和叶鞘），水平横置于刀口上，并左右移动，直至其平衡卧于刀口上，这时与刀口的接触点即为重心，测量重心至茎秆基部的距离即为重心高度（cm）。重心高度与穗顶高的比值即相对重心高度（%）。

参照瀬古秀生等[34]的方法计算不同机械种植方式下水稻基部各节间的弯曲力矩（bending moment）、抗折力（break resistance）和倒伏指数（lodging index）。弯曲力矩（cm·g）=节间基部至穗顶的长度（cm）×该节间基部至穗顶的鲜质量（g）；倒伏指数（cm·g/g）=弯曲力矩（cm·g）/抗折力（g）。

将待测定的节间茎秆（含叶鞘）置于自制的测定器上，该节间中点与测定器中点对应（支点间距为5 cm），在节间中点挂一盘子，逐渐加入砝码至茎秆将要折断还没折断时，逐渐向盘中加入沙子直至茎秆折断。该节间的抗折力（g）=砝码质量+沙子质量+盘子质量。

完成上述测定项目后，将各节间茎秆和鞘分别装袋，置恒温箱，105 ℃下杀青30 min，然后80 ℃下烘干至恒质量，测定各节间茎秆及鞘干质量，计算茎秆单位节间茎秆干质量。

1.3.4 产量

成熟期测定单位面积穗数。钵苗机插和毯苗机插方式选取代表性8穴、机械直播方式选取1.5 m长度考察穗部性状。各小区收割8 m2水稻，测定水分，核算实产。

1.3.5 数据计算和统计分析

相关数据采用Microsoft Excel 2013进行数据处理和绘图，运用SPSS 17.0软件进行相关统计分析。由于两年试验的重复性较好，水稻各指标变化趋势一致，因此本文以2015年的数据为主进行阐述。

2 结果与分析

2.1 株型特征

2.1.1 叶形与叶姿

由表1可知，种植方式对不同类型水稻的叶形与叶姿均有明显影响。水稻顶三叶（剑叶、倒二叶和倒三叶）的叶长均以钵苗机插最长，机械直播最短，毯苗机插居于二者之间，钵苗机插和机械直播间差异达显著水平（P<0.05）。与机械直播稻相比，钵苗机插稻的剑叶、倒二叶和倒三叶分别增长14.6%～29.7%、12.1%～16.6%和6.6%～19.2%，毯苗机插稻分别增长4.8%～18.8%、5.1%～9.7%和2.1%～8.6%。并且，剑叶叶长于种植方式间的变异系数为6.8%～12.9%，倒二叶为5.9%～7.7%，倒三叶为3.2%～8.8%，说明，种植方式对剑叶的影响明显大于对倒二叶和倒三叶的影响。顶三叶的叶宽于种植方式间差异不显著（未在表中列出）。在种植方式的影响下，各叶片的比叶重呈现出与叶长相似的变化规律，钵苗机插稻剑叶、倒二叶和倒三叶的比叶重较机械直播稻增加2.3%～6.1%、3.3%～6.1%和2.6%～6.6%，毯苗机插稻较机械直播稻分别增加0.9%～3.4%、1.5%～3.4%和0.4%～4.1%。种植方式对水稻顶三叶的叶基角和披垂度影响明显，总体上呈现机械直稻顶三叶的叶基角和披垂度最大，其次是毯苗机插稻，钵苗机插稻最小，差异显著（P<0.05）。综上说明，与毯苗机插和机械直播相比，钵苗机插能增加叶长和比叶重，利于增加顶三叶的叶面积，并能减小叶基角和披垂度，改善顶三叶的叶姿，利于增强水稻捕获太阳光的能力和增加辐射利用率。

表1 不同机械种植方式对不同品种水稻叶形与叶姿的影响Table 1 Effect of different mechanized planting modes on leaf shape and posture of different rice cultivars

2.1.2 叶面积指数与粒叶比

由表2分析，抽穗期叶面积指数受种植方式的影响明显，钵苗机插稻的叶面积指数大于毯苗机插稻和机械直播稻，机械直播稻的叶面积指数最小，叶面积指数于钵苗机插和机械直播间差异显著（P<0.05）。并且，钵苗机插稻的有效叶面积率和高效叶面积率均高于毯苗机插稻和机械直播稻，钵苗机插和机械直播间差异显著（P<0.05）。说明，与机械直播和毯苗机插相比，钵苗机插更有利于改善抽穗期水稻群体结构，增大叶片光合面积，并减少无效茎蘖的营养物质损失，有利于提高灌浆结实期水稻群体光合物质生产与积累能力。

由表2可知，抽穗期剑叶的SPAD值和净光合速率均以钵苗机插稻最大，机械直播稻最小，毯苗机插稻居于二者之间，钵苗机插和机械直播间差异显著（P<0.05）。剑叶SPAD值与净光合速率对种植方式的响应因水稻品种不同而异，供试常规粳稻剑叶SPAD值和净光合速率受种植方式的影响，变异系数为2.4%～2.9%和7.0%～7.2%，籼粳交水稻为2.2%～2.3%和6.5%～7.3%，明显小于杂交籼稻4.2%～5.6%和14.4%～14.6%。说明，钵苗机插较毯苗机插和机械直播相比，增强了水稻剑叶的光合功能，其中对杂交籼稻剑叶光合能力的提升更为明显。相同种植方式下，不同类型水稻剑叶SPAD值和净光合速率有差异。在钵苗机插方式下，杂交籼稻剑叶的SPAD值与净光合速率大于籼粳交水稻和常规粳稻，而在机械直播方式下，杂交籼稻剑叶的SPAD值与净光合速率小于籼粳交水稻和常规粳稻。

表2 不同机械种植方式对不同品种水稻抽穗期叶面积指数及粒叶比的影响Table 2 Leaf area index and grain-leaf radio of different rice cultivars under different mechanized planting modes

由表2可以发现，与机械直播稻相比，钵苗机插稻的颖花数/叶面积与实粒数/叶面积提高了6.7%～12.0%和7.1%～19.8%，毯苗机插稻提高了4.8%～8.0%和6.3%～10.5%（P<0.05）。说明，种植方式能协调水稻群体源库关系，钵苗机插更能增大水稻粒叶比。相同种植方式下，颖花数/叶面积以籼粳交水稻最大，杂交籼稻次之，常规粳稻最小；实粒数/叶面积以籼粳交水稻最大，常规粳稻次之，杂交籼稻最小。

2.1.3 穗部特征与产量

由表3可以看出，水稻穗长、着粒密度和单穗粒质量均以钵苗机插最大，机械直播最小，差异达显著水平（P<0.05）。与机械直播稻相比，钵苗机插稻的穗长、着粒密度和单穗粒质量增加了6.7%～11.5%、7.1%～15.3%和21.0%～28.5%，毯苗机插稻的增加了4.3%～9.0%、1.9%～9.1%和13.5%～18.1%。并且，种植方式对籼粳交水稻和杂交籼稻的穗长和单穗粒质量影响更明显。说明，钵苗机插利于增大穗型。2a产量变化趋势一致，均以钵苗机插水稻产量最高，毯苗次之，机械直播最低。与机械直播稻相比，钵苗机插稻增产14.2%～25.6%，毯苗机插稻增产10.5%～16.3%。

表3 不同机械种植方式对不同品种水稻穗部特征及产量的影响Table 3 Traits of panicle and grain yield of different rice cultivars under different mechanized planting modes

2.2 茎秆物理特性与倒伏

2.2.1 节间长与株高

由表4分析，种植方式对水稻的穗顶高、重心高和相对重心高影响明显，差异显著（P<0.05）。与机械直播相比，钵苗机插增加水稻穗顶高增加5.6%～8.3%，毯苗机插增加2.3%～5.6%。钵苗机插稻的重心高度较毯苗机插稻和机械直播稻呈上移趋势，相对重心高则呈降低趋势。钵苗机插稻的相对重心高较机械直播稻降低了2.4%～3.8%，毯苗机插稻的重心高度较机械直播稻降低了1.4%～3.0%。

水稻的秆长于种植方式间也有较大的变化。钵苗机插较机械直播增长水稻秆长4.6%～8.1%，毯苗机插较机械直播增长水稻秆长1.0%～5.3%，钵苗机插稻的秆长长于毯苗机插稻和机械直播稻，钵苗机插和机械直播间差异显著（P<0.05）。进一步分析水稻秆各节间长度变化发现，种植方式对水稻N1、N6、N2的影响明显于对N5、N3、N4的影响，各节间长度的变异系数平均值为17.4%（N1）、7.1%（N2）、3.5%（N3）、1.8%（N4）、5.0%（N5）和8.7%（N6）。与机械直播稻相比，钵苗机插稻和毯苗机插稻缩短了N1、N2和N3的长度，增长了N5和N6的长度，N4节间长度因水稻品种不同而于种植方式间变化无明显规律。穗下节长/秆长受种植方式的影响明显，与机械直播稻相比，钵苗机插稻的穗下节长/秆长增加9.4%～16.1%，毯苗机插稻的穗下节长/秆长增加5.0%～9.7%（P<0.05）。

2.2.2 基部节间特征

由表5分析，水稻基部茎秆粗度、茎壁厚度和茎秆干质量在种植方式的影响下呈规律性变化，均表现为钵苗机插大于毯苗机插，毯苗机插又大于机械直播。与机械直播相比，钵苗机插稻N1节间的茎秆粗度、茎壁厚度和干质量平均分别增加6.9%、14.1%和3.8%，N2节间分别平均增加7.9%、15.1%和8.5%，N3节间分别平均增加9.6%、17.5%和9.1%。毯苗机插稻N1、N2和N3节间的茎秆粗度、茎壁厚度和干质量较机械直播稻分别平均增加3.6%、7.4%、1.5%，4.5%、8.3%、5.7%，5.8%、9.3%、5.6%。种植方式对水稻基部茎秆单位节间干质量影响明显，差异显著（P<0.05）。与机械直播稻相比，钵苗机插稻N1、N2和N3节间的单位节间干质量分别平均增加51.9%、32.9%和23.1%，毯苗机插稻分别平均增加20.0%、9.2%和8.3%。说明，水稻采用毯苗机插和钵苗机插方式能增加基部茎秆充实度，这有利于提升茎秆的抗倒伏能力。

表4 不同机械种植方式对不同品种水稻节间长度和穗顶高的影响Table 4 Internodes length and plant height of different rice cultivars under different mechanized planting modes

表5 不同机械种植方式对不同品种水稻基部节间茎秆粗度、茎壁厚度、茎秆干质量和单位节间干质量的影响Table 5 Culm diameter,culm wall thickness,dry weight of culm and unit internode of different rice cultivars under different mechanized planting modes

2.2.3 抗折力、弯曲力矩和倒伏指数

由表6分析，钵苗机插稻基部节间的抗折力显著高于毯苗机插稻（P<0.05），毯苗机插稻基部节间的抗折力又显著高于机械直播稻（P<0.05）。与机械直播相比，钵苗机插使水稻N1、N2和N3节间的抗折力分别增加21.6%～38.0%、34.1%～51.7%和40.6%～70.5%，毯苗机插分别增加12.7%～26.6%、16.4%～30.6%和22.3%～40.1%。水稻基部节间弯曲力矩与抗折力表现趋势一致，N1、N2和N3节间的弯曲力矩钵苗机插较机械直播平均增加18.7%、29.5%和31.9%，毯苗机插较机械直播平均增加11.1%、16.3%和17.3%，差异显著（P<0.05）。水稻基部节间的倒伏指数呈现出钵苗机插最小，毯苗机插次之，机械直播最大，钵苗机插和机械直播间差异显著（P<0.05）。与机械直播稻相比，钵苗机插稻N1、N2和N3节间的倒伏指数分别减小2.2%～13.9%、2.1%～15.0%和4.2%～20.0%，毯苗机插分别减小0.7%～12.5%、1.3%～11.0%和2.6%～12.8%。相同种植方式下，供试常规粳稻基部节间的抗折力、弯曲力矩和倒伏指数均小于籼粳交水稻和杂交籼稻，杂交籼稻的基部节间的倒伏指数大于籼粳交水稻和常规粳稻。

3 讨 论

3.1 关于水稻株型特征

早在1932年，学者就着手探索叶片姿态与作物物质生产的关系，经历了近百年的研究，取得了丰硕的成果，为作物育种和栽培技术研发提供参考依据，这对作物生产发展具有重要意义。良好的株型可优化水稻群体结构，改善田间通风透光的小气候条件；能增大冠层受光面积，截获更多光能，提高光能利用；可适当提高叶面积指数，促进光合能力；能壮实单茎，增加植株群体生物学产量；是实现水稻丰产高产的重要因素[4-15]。水稻株型特征受品种遗传特性、稻作区耕作制度、栽培措施（种植方式、播期调控、密度配置、氮肥配方和水分调控等）及环境条件的综合影响[12-14,19,22,27-30]。关于种植方式对水稻株型的影响，雷小龙等[9]研究报道，机直播稻和机插稻的上三叶叶长、叶宽、叶间距、叶基角和披垂度较大，手栽稻叶片大小适宜，叶片厚而挺直，且比叶重显著增大。胡雅杰等[10]研究发现，与毯苗机插水稻相比，钵苗机插水稻上三叶的叶长显著增长，叶宽、比叶重略有增大，叶基角和披垂度呈减小趋势。可见，种植方式对水稻株型的塑造具有有效的调控作用。本试验探讨高产栽培条件下钵苗机插、毯苗机插和机械直播方式水稻株型特征差异，发现水稻上三叶的叶长、比叶重以钵苗机插最大，毯苗机插其次，机械直播最小，叶基角和披垂度以钵苗机插最小，机械直播最大，毯苗机插居于二者之间，钵苗机插与机械直播间差异显著（P<0.05）。这可能与钵苗机插水稻较优的大田群体起点（秧苗素质高）有关，利于水稻群体营养物质积累，促进叶片生长与伸展，增加了上三叶叶质量和比叶重，叶片更挺立。钵苗机插水稻抽穗期叶面积指数、有效叶面积率、高效叶面积率均显著大于毯苗机插水稻和机械直播水稻（P<0.05）。说明，钵苗机插能增加水稻适宜叶面积指数，增大高效叶叶面积，并能优化叶系组成与配置和群体冠层三维空间结构，这为灌浆结实期水稻强劲的光合物质生产与积累奠定优势的冠层结构基础。此外，钵苗机插水稻剑叶的叶绿素含量及净光合速率显著的高于毯苗机插水稻和机械直播水稻，说明钵苗机插稻的剑叶的叶片质量更高，叶功能更强，这有利于生育后期籽粒充实灌浆。相同种植方式下，与供试籼粳交水稻和常规粳稻相比，杂交籼稻的上三叶的叶长较长，比叶重较小，披垂度较大，说明杂交籼稻上三叶不如籼粳交水稻和常规粳稻挺立，此外较长的叶长，可能导致叶片的相互遮蔽，进而影响到下层叶片的受光与光合作用，这也可能是杂交籼稻产量较低的原因之一。

扩库是水稻高产的关键因素之一。韦还和等[11]研究发现，甬优12超高产群体的穗长、着粒密度、穗长和每穗颖花数均高于高产和更高产群体。胡雅杰等[10]研究认为，相比毯苗机插处理，钵苗机插能增加水稻穗长、每穗颖花数、着粒密度和单穗质量，且大穗型水稻的上述指标于种植方式间的差异要明显于中穗型和小穗型水稻。叶靖等[12]研究认为，在水直播和旱直播方式下直穗型水稻沈稻528的穗长、二次枝梗数、每穗颖花数、每穗成粒数均低于育苗移栽。雷小龙等[9]报道，机直播水稻的茎蘖夹角、穗粒数和单穗质量显著低于机插和手栽方式，且单穗质量与上三叶长度、宽度、着生高度和株高均呈显著或极显著正相关关系。凌启鸿等[1]认为，水稻IR24品种在保持各叶片挺立的情况下，每穗颖花数与上三叶叶片长度有关，而与基部两片叶的长度无显著关系，上三叶中，以倒二叶长度与每穗颖花数的关系最密切。可见，培育大穗是水稻生产的重点，较优的叶形与叶姿与大穗培育密切相关，选择适宜的种植方式能实现扩库的目标。本试验条件下，与毯苗机插和机械直播方式相比，钵苗机插明显增大了供试籼粳交水稻、常规粳稻和杂交籼稻的穗型，表现在穗长增长，着粒变密，穗质量增大，并且籼粳交水稻和杂交籼稻的穗型变化于三种机械种植方式间的差异明显于常规粳稻，这可能与水稻采用钵苗机插方式具有更长的上三叶有关。此外，从水稻的叶形、叶姿、穗型、叶面积、颖花数/叶面积和实粒数/叶面积等综合分析发现，钵苗机插较毯苗机插和机械直播更能有效调控水稻群体结构，在稳定适宜叶面积指数的基础上提高总颖花量，促进源库的协同增加。

3.2 关于水稻茎秆特征与抗倒伏能力

秆型指标与水稻高产密切相关。研究较为一致认为，短粗的基部节间和较长的穗下节间配置与高度适中的茎秆，是高产群体重要的形态特征。苏祖芳等[8]认为，对于高产水稻群体，穗下节间占秆长的比例存在一个适宜的范围，即32%～35%。张庆等[14]研究发现，高产氮高效水稻品种株型理想易获得高产，其株高适宜，穗下节占秆长的比例维持在30%～35%，上部节间较长，基部节间短而粗。李杰等[19]研究发现，种植方式对水稻株高及各节间长度配置影响明显，与手栽相比，机插和直播方式水稻的伸长节间数减少，基部1～4节间较长，穗下节间和穗长较短，穗下节长占秆长的比例较小，株高显著降低。本试验条件下，各处理水稻的穗下节占秆长的比例范围为32%～39%，产量高的钵苗机插水稻的穗下节占秆长的比例也高。与毯苗机插和机械直播相比，钵苗机插明显缩短了基部1～3节间的长度，却增长了第5和第6节间的长度，并显著增加株高。适当增加株高，可协调叶层的空间分布，有利于CO2扩散和中下部叶片的受光[7]。缩短基部节间能有效提升水稻的抗倒伏能力[10-11,14,19,24]。

倒伏严重影响水稻的产量与品质。学者通过选育新品种、调控栽培措施及防治病虫害等方式，增强水稻植株抗倒伏能力，以降低水稻倒伏风险。杨惠杰等[20]研究认为，控制株高、培育秆壁厚实的品种、增加茎秆的干物质积累量、促进茎秆机械组织的发育与充实是增强水稻抗倒伏能力的关键。董明辉等[23]报道，水稻品种不断改良，其重心高度、茎粗及抗折力等重要农艺性状得到较好的协调改良，这不但增加了植株茎秆干物质积累量，同时降低了茎秆抗倒伏指数，说明作物的高产可以通过提高生物学产量却不引起植株倒伏而获得。姜元华等[24]研究认为，机插条件下，甬优系列籼粳交水稻的茎秆抗倒伏性能稍逊于杂交粳稻和常规粳稻，但显著强于杂交籼稻。并且水稻倒伏特性与株高、重心、节间配置等植株形态指标及茎秆横截面、茎壁、维管束等解剖结构特征密切相关。李敏等[25]研究认为，对于高生产力品种，合理控制茎粗，同时注重提高壁厚和充实度并保证茎秆抗折力和疏导能力，可保证植株茎秆较好的抗倒伏能力。李杰等[19]研究发现，水稻植株抗倒伏能力对种植方式响应极显著，机插稻和直播稻较手栽稻更易发生倒伏，直播稻发生倒伏的风险更大。手栽稻节间茎秆的抗折力大、倒伏指数小、植株抗倒能力强，与其基部节间短而粗、茎壁厚度大，节间茎秆充实度好关系密切。雷小龙等[26]报道，与手栽稻相比，机插（播）稻群体大，个体生长受到抑制，倒伏指数大。因此，水稻机械化播栽生产上，每穴3～4苗，可使水稻增产却不显著降低抗倒性能。前人从植株形态、茎秆物理性状及倒伏指数等方面综合评价水稻品种抗倒伏能力，并探索水稻既高产又低倒伏风险的配套耕作栽培措施与途径。

长江下游地区是中国重要的水稻生产的基地，水稻生育后期经常遇到台风等不利的气象条件，因此，提高植株抗倒伏能力，降低倒伏风险是保证水稻丰产高产的重点。适宜播种期、密度、种植方式和肥料运筹等均能有效改善水稻群体，增强植株抗倒伏能力，降低倒伏风险[12-14,19,22,27-30]。本试验探索了高产栽培条件下钵苗机插、毯苗机插和机械直播3种机械化种植方式对水稻生育后期茎秆物理性状及抗倒伏的影响，发现水稻植株基部节间抗折力和倒伏指数于种植方式间差异显著。与毯苗机插和机械直播相比，钵苗机插显著增大了基部1～3节间的抗折力和弯曲力矩，同时降低了倒伏指数，这与钵苗机插能缩短基部1～3节间的长度，增加其茎秆粗度、茎壁厚度、节间干质量和单位节间干质量有关。此外，钵苗机插能增加水稻株高，但降低植株相对重心高度，这不仅有助于提高生物学产量和经济产量，而且有助于提升植株抗倒能力。说明长江下游稻麦两熟地区，钵苗机插是水稻较优的机械化种植方式，可实现水稻产量和抗倒能力的协同提升。相同种植方式下，常规粳稻植株基部1～3节间的抗折力、弯曲力矩和倒伏指数均明显小于籼粳交水稻和杂交籼稻，这与常规粳稻的茎秆特性有关，此外，其茎秆承担的穗重要小于杂交籼稻和籼粳交水稻。深入研究机械化种植方式对水稻茎秆质构特性、解剖结构特征及有机、无机化学成分含量的影响，可揭示钵苗机插提升植株茎秆倒伏性能的机理，有待进一步探索。

4 结 论

研明长江下游稻麦两熟地区3种主流的机械化种植方式对水稻株型及抗倒性能的影响，能够为水稻适宜机械化种植方式选用和降低水稻倒伏风险提供参考依据。本研究的初步结论为，机械化种植方式对水稻叶形、叶姿、穗型、秆型及植株抗倒伏能力影响明显。1）与毯苗机插和机械直播相比，钵苗机插能增加上三叶叶长、比叶重，提升高效叶面积率；减小上三叶叶基角和披垂度，改善群体通风透光条件；协同增大叶面积指数和穗型，提高粒叶比，实现增产。2）钵苗机插较毯苗机插和机械直播提升了植株抗倒伏性能，降低倒伏风险，其增加了水稻株高，降低了相对重心高度，缩短了基部1～3节间长度，增加了基部1～3节间茎秆粗度、茎壁厚度、节间干质量和单位节间干质量，提高了基部1～3节间抗折力和弯曲力矩，降低了倒伏指数。综上分析，长江下游稻麦两熟地区，钵苗机插是水稻高产、低倒伏风险较优的机械化种植方式。

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Effect of mechanized planting methods on plant type and lodging resistance of different rice varieties

Xing Zhipeng,Wu Pei,Zhu Ming,Qian Haijun,Cao Weiwei,Hu Yajie,Guo Baowei,Wei Haiyan,Xu Ke,Dai Qigen,Huo Zhongyang,Zhang Hongcheng※
(Innovation Center of Rice Cultivation Technology in the Yangtze Valley,Ministry of Agriculture/Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China)

Improved plant type and lodging resistance are crucial for rice to cope with extreme weather and realize stable-high grain yield. Mechanization,which could be beneficial to promote high yield and high efficiency of grain production,is the developing orientation of rice cultivation. Mechanized planting is the key project for the rice production through mechanization and has obvious effects on rice growth and yield. Thus understanding the differences in plant type and lodging resistance of rice plants among different mechanized planting methods under high-yield cultivation mode is of great importance to reduce the risk of rice lodging,as well as realize high grain yield under mechanical conditions in a rice-wheat rotation system in the lower reaches of the Yangtze River in China. The experiment systematically studied the effect of pothole seedling mechanical transplanting(PT),carpet seedling mechanical transplanting(CT),and mechanical direct seeding(DS) on leaf shape,leaf posture,panicle traits,stalk feature,and lodging resistance of 6 rice cultivars,which were japonica-indica hybrid rice(Yongyou 2640 and Yongyou 1640),japonica conventional rice(Nanjing 9108 and Wuyunjing 27),and indica hybrid rice(Xinliangyou 6380 and IIyou 084),aiming to investigate the response of plant type and lodging resistance of different types of rice to mechanized planting methods in 2014–2015. Results showed that the grain yield was the largest under the PT and the smallest under the DS(P<0.05). Compared to DS,the PT mode increased the grain yield by 14.2%-25.6%,and the CT mode raised the grain yield by 10.5%-16.3%. Differences in leaf shape and leaf posture of rice were observed among planting methods,and the top three leaves of rice plants under the PT had longer leaf length,bigger specific leaf weight,and smaller leaf basic angle and drooping angle than those under the CT and the DS(P<0.05). Compared to CT and DS,the LAI(leaf area index),ratio of leaf area from flag leaf to 3rd leaf,panicle size,and grain-leaf radio of rice plants under the PT were bigger,and meanwhile the chlorophyll content and net photosynthetic rate in flag leaf increased(P<0.05),which would be conducive to the photosynthetic production during grain filling phase. The rice plants were higher under the PT than the CT and DS,and had longer stalk height,panicle length,and neck internode length,but shorter length of basal internodes(P<0.05). The 1st,2ndand 3rdbasal internodes of rice plants under the PT significantly increased the breaking resistance and bending moment,but significantly reduced the lodging index,which benefited from their bigger culm diameter,thicker culm wall,larger biomass accumulation and larger dry weight of unit internode,as compared with those under the CT and DS(P<0.05). Then the conclusion is drawn that the PT method can improve rice plant type,optimize the rice population,and increase the rice lodging resistance during grain filling phase,indicating that the PT method will be an alternative approach to increase the grain yield and reduce lodging in a rice-wheat rotation system in the lower reaches of the Yangtze River in China.

agricultural machinery;cultivation;agriculture;rice;mechanized planting method;plant type;lodging resistance;culm physical characteristics

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.007

S233.71

A

1002-6819(2017)-01-0052-11

邢志鹏，吴 培，朱 明，钱海军，曹伟伟，胡雅杰，郭保卫，魏海燕，许 轲，戴其根，霍中洋，张洪程. 机械化种植方式对不同品种水稻株型及抗倒伏能力的影响[J]. 农业工程学报，2017，33(1)：52－62.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.007 http://www.tcsae.org

Xing Zhipeng,Wu Pei,Zhu Ming,Qian Haijun,Cao Weiwei,Hu Yajie,Guo Baowei,Wei Haiyan,Xu Ke,Dai Qigen,Huo Zhongyang,Zhang Hongcheng. Effect of mechanized planting methods on plant type and lodging resistance of different rice varieties[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2017,33(1):52－62.(in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.007 http://www.tcsae.org

2016-05-16

2016-10-19

国家“十二五”科技支撑计划项目（2011BAD16B03）；江苏省农业科技创新自主项目（CX[15]1002）；江苏省农业三新工程（SXGC[2015]325）、江苏省科技支撑项目（BE2015340）；江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（KYLX15_1369）；和江苏省高校优势学科建设工程资助项目

邢志鹏，男，河南省安阳人，博士生，主要从事水稻机械化高产栽培技术研究。扬州 扬州大学农学院，225009。Email：xing_pengpeng@126.com。

※通信作者：张洪程，男，江苏省南通人，中国工程院院士，教授、博士生导师，主要从事作物安全优质高产栽培耕作理论与技术研究。扬州 扬州大学农学院，225009。Email：hczhang@yzu.edu.cn。