播种方式和播种密度对杂交籼稻机插秧节本增效的研究

胡剑锋杨波周伟张培培张强李培程任万军,∗杨文钰

(1四川农业大学农学院,成都611130;2乐山市农业技术推广站,四川乐山614000;∗通讯联系人,E-mail:rwjun＠126．com)

播种方式和播种密度对杂交籼稻机插秧节本增效的研究

胡剑锋1杨波2周伟1张培培1张强1李培程1任万军1,∗杨文钰1

(1四川农业大学农学院,成都611130;2乐山市农业技术推广站,四川乐山614000;∗通讯联系人,E-mail:rwjun＠126．com)

【目的】探索机插杂交籼稻稀播育秧秧苗生长特性、栽插质量、产量与效益特点。【方法】以F优498和Ⅱ优498的种子为材料开发并优选条播器后,采用两因素裂区设计,播种方式为主区,播种量为副区。【结果】条播播种均匀度优势明显, 24行条播规格效果最佳。播种14 d后,秧苗开始产生分蘖芽,播后17至23 d是分蘖芽发生速率最快时期。随播种密度的增加,成苗率、干物质积累量、根冠比、秧苗充实度、N积累量、分蘖芽发生率、发根力、漏插率都呈降低趋势,同时有效穗数增加,每穗粒数减少,产量先增加后降低。条播相对于散播,秧苗整体素质较好,易形成壮秧,产量较高。【结论】投入与产出综合分析,采用条播方式,播种密度为50 g/盘时,秧苗群体密度和个体优势之间能得到较好的协调,产投比最高。

机插;杂交稻;条播;稀播;产量;经济效益

气候环境和生态类型的多样性,导致我国水稻种植模式、耕作制度和品种熟期的多样化,机插秧受种植模式的限制较小,适应能力较强,已成为现阶段我国各水稻产区主要的机械化种植模式[1-4]。机插秧对秧块质量有较高的要求,要求秧块成毯质量好,秧苗均匀度高,否则漏插较多,缺穴严重,导致全田基本苗不足[5-7]。传统手工育秧,播种均匀度低,播种质量较差[8-9]。近年来,工厂化育秧用全自动播种流水线进行散播,播种均匀度较人工播种有了一定程度提高,但生产上依然采用增加播种密度的方法来提高播种的相对均匀度。在杂交稻种植区,提高播种量导致种子成本过高,同时不利于发挥杂交种的个体优势和增产潜力[10-11]。前人[12-14]研究表明,机插秧产量随播种密度增加呈先增后减趋势,同时,如何协调生产中机插秧高产与经济高效、农民增收的矛盾,已制约了机插杂交稻大面积的推广。本研究通过开发与全自动播种流水线相匹配的条形播种器来实现机条播,大幅提高播种效率与质量。通过降低播种量最大限度发挥杂交稻种子的杂种优势,充分挖掘稀播下机插秧的产量潜力,实现节本增收。本研究依托规模化水稻生产企业,通过对不同播种方式与播种密度下杂交稻机插秧秧苗的苗期生长、栽插质量以及经济效益进行研究,以期为杂交稻机插秧节本增效栽培提供相关理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1．1 供试材料

供试材料为四川省农业科学院水稻高粱研究所选育而成的杂交中籼中熟品种K优817,全生育期145 d。

1．2 试验设计及主要管理措施

试验于2012年在四川郫县古城镇花牌村实施。试验分为两部分,第一部分试验是条播器开发与优选试验;第二部分实验是用优选后的条播器进行播种方式和播种密度互作的田间试验。

1．2．1 全自动播种流水线配套盘内条播器开发

试验设置18行、20行、24行、26行4种条播器规格(分别对应的秧爪取秧宽度为1．56、1．4、1．2、1．1 cm),并设计图纸制造4种规格条播器。分别将4种规格的条播器安装到播种流水线进行播种试验,选用有代表性的不同粒型的品种:杂交籼稻F优498(籽粒长宽比＞2．7)和Ⅱ优498(籽粒长宽比＜2．2),分别考查4种条播器在高、中、低(100 g/盘、75 g/盘、50 g/盘)3个不同播种密度下的播种效果。选用内径规格为58 cm×28 cm,高度3 cm的标准育秧盘。

1．2．2 播种方式与播种密度互作试验

试验采用两因素裂区设计。播种方式为主区(A),设置机器散播(A1)、机器条播(A2)2种播种方式;以播种密度(B)为副区,按58 cm×28 cm规格育秧盘设置干谷40 g/盘(B1)、50 g/盘(B2)、60 g/盘(B3)、70 g/盘(B4)4种播种密度。重复3次。试验采用全自动播种流水线播种,通过调节落谷速率来调节播种密度,通过给流水线安装条形播种器实现机器条播,条播规格为每盘24行。秧盘营养土取自肥力中上的蔬菜田。4月27日育秧,5月28日移栽,用乘坐式四行插秧机移栽,栽插规格16 cm× 30 cm。插秧机秧块取秧面积和送秧速度采用固定值(保证移栽时单位面积所用的盘数相同),单位面积大田用秧量为375盘/hm2,小区面积21．6 m2(6 m×3．6 m),移栽后不补苗。大田施氮肥(尿素,折合纯氮)180 kg/hm2,m底肥、m分蘖肥、m穗肥按照4∶3∶3比例施用,穗肥分倒4叶期和倒2叶期两次施,比例为6∶4。磷肥全作底肥,施有效磷含量12%的过磷酸钙600 kg/hm2;钾肥施用氯化钾240 kg/ hm2,按m底肥∶m穗肥为5∶5比例施用,底肥的施用时期和氮肥一样,穗肥同促花肥一起施入。

1．3 调查项目与测定方法

1．3．1 播种均匀度调查

在播种线上,播种后、覆土前随机抽取3个秧盘,每个秧盘按照水稻工厂化(标准化)育秧设备试验方法(NY/T 1635-2008)附录B图B．1抽样5点分别调查种子数,并按照以下公式计算播种均匀度UP:

S为样本标准差;N为样本数(个);Xi为取样框内种子粒数;¯X为每盘样取样框内种子平均粒数。UP表示播种均匀度(%)。

1．3．2 成苗率及秧田分蘖芽发生情况调查

移栽前一天在各处理中切取10 cm×10 cm的秧块3个,统计秧块内秧苗高度大于秧块内秧苗平均高度1/2的苗数,除以秧块内秧苗总数得到成苗率,并从中选取代表性的秧苗100株考查单株分蘖芽发生数。以分蘖芽露出叶鞘0．5 cm以上为分蘖芽标准,计算分蘖芽发生率。分蘖芽发生率＝发生分蘖芽的苗数/考查总苗数。

1．3．3 秧苗分蘖芽监测

于播种后14 d开始每隔3 d在各处理中切取10 cm×10 cm的秧块各1个,从中选取有代表性秧苗20株,观察分蘖芽发生情况。

1．3．4 秧苗干物质及地上部N含量测定

移栽前1 d在各处理中切取10 cm×10 cm的秧块2个,从中选取有代表性的秧苗100株,分地上部和地下部分别烘干称干质量,计算秧苗充实度(单位苗高干质量)和根冠比。将烘干称量后的地上部样品粉碎,每个处理称取0．2 g样品,加定氮催化片1片,浓硫酸10 m L,经380℃消煮120 min,采用全自动凯氏定氮仪测定其氮含量。

1．3．5 秧苗根系发育情况

移栽前2 d在各处理中切取10 cm×10 cm的秧块2个,其中一个秧块用于测定根系盘结力,固定其两端,用弹簧秤钩拉任意一端,当秧块断裂时,弹簧秤显示的读数即为盘结力。另外一个秧块用于发根力测定。先洗净根部土壤,选取长势中等的秧苗20株,剪去根系,栽入大田土壤中,5d后测定发根数、根长,用单株平均发根长×单株发根数来衡量发根力。

1．3．6 栽插质量调查

栽后5 d于每处理中随机选取3个长2 m、4行的观测区,计数观测区内总栽插穴数、栽插总株数、漏插穴数,并计算漏插率。

1．3．7 产量调查及经济效益分析

成熟期每小区选取50穴考查有效穗数,按照平均有效穗数取样,每个小区取5穴,自然风干后,考查每穗着粒数、实粒数、空秕粒数、千粒重、结实率、充实度和充实率。各小区分别实收计产。试验采取小区试验与大面积生产考查相结合的方法来核算经济效益,农资、人工和育秧等成本来源于郫县古城镇汀沙农业生态园区100 hm2机插秧的田间成本,种子成本和产量则以小区试验实际用种量和实收产量为准。劳动力成本按照当地平均成本核算(80元/ d);杂交稻种子成本40元/kg;稻谷按照当年市场价2元/kg折算。试验所测数据使用Excel、DPS等软件进行数据处理、制图和相关统计分析。

2 结果与分析

2．1 条播器优选结果

2．1．1 条播器参数确定

插秧机移栽时,为了使秧爪每次取秧取在秧苗行上,而不至于取在两行秧苗间距上,必须满足以下条件:d1＝D/N1,d2＝D/N2,d1＞d2时,即N2＞N1时,秧爪取秧则取在相应行上,不会取在行间而形成漏插。式中,d1为每回合秧爪取秧宽度;d2为秧苗行距;N1为每工作行程插秧机秧爪取秧次数;N2为条播行数;D为秧盘宽度。如表1所示,插秧机每个工作行程横向取秧次数有3种不同规格,分别是18、20、26次,对应每回合秧爪取秧宽度为1.56、1.4、1.1 cm,行数为18、20、26的条播器分别与之匹配。实际应用中,条播行数与播种均匀度有很大关系,条播行数越多,行距越小,均匀度越高,但行数越多,条播器排种口宽度越小,播种时发生种子堵塞的风险越高。杂交籼稻种子长度通常在0.57～0.64cm,26行条播器排种口宽度最小值小于种子长度最小值,发生堵塞的可能较大。因此,在设计时综合各方面考虑,在20行和26行条播规格之间增加了24行规格条播器。

2．1．2 条播器实际应用效果

播种均匀度是衡量播种质量的重要指标,直接影响出苗后秧苗均匀性,进而影响到栽插质量,因此本研究以播种均匀度作为评判播种质量的重要指标。用不同粒型的杂交水稻种子对人工撒播、机器散播、不同规格机条播,在不同的播种密度下进行了效果对比试验。如图1所示,粒型、机条播规格和播种密度3因子对播种均匀度的影响建立了三维动态模拟模型,由三维模型可以得出,长粒型水稻种子(a)和圆粒型水稻种子(b)播种均匀度与机条播行数和播种密度的关系可以分别用以下方程模拟:

播种均匀度与播种密度和机条播的行数均呈抛物线关系,两种粒型种子均在75 g/盘播种密度和24行机条播配合时均匀度达到最高。

表1 条播器与插秧机对应相关参数表Table1．Parameters for drill planters and rice transplanters．

图1 不同播种密度、不同行数条播器两种粒型水稻种子播种均匀度三维模型Fig．1．Three-dimensional models of seeding uniformity for two grain types under different seeding densities with dif ferent row sized drill planters．

从表2可以看出,机条播较机器散播和人工撒播在播种均匀度上有明显的优势,播种密度越小其优势越明显,各处理间播种均匀度均表现为机条播＞机器散播＞人工撒播。方差分析表明:在低密度(50 g/盘)和中等播种密度(75 g/盘)下,3种播种方式间差异显著,而高密度(100 g/盘)下差异不显著。随播种密度的增加,机器散播和人工撒播条件下,播种均匀度随播种密度增加而增加,机条播的播种均匀度则随播种密度的增加先上升再降低,究其原因可能是机条播播种密度越大,其排种口堵塞的可能性越大,从而导致播种均匀度下降。随条播行数的增加,不同条播规格的播种均匀度呈先上升再下降的趋势,以24行条播器的播种均匀度最佳,播种密度越小其优势越明显。在长粒型种子播种试验中,3个密度下播种均匀度以24行条播最高,其平均值分别较18行、20行、26行条播高8．13%、6．71%和7.17%,在较低的播种密度(50 g/盘)下,24行条播比18行、20行、26行条播分别高出12．35%、9．73%和11．28%;对圆粒型种子,3个密度下播种均匀度仍以24行条播最高,其平均值分别较18行、20行、26行条播高4．64%、2．78%和5．1%,在较低的播种密度(50g/盘)下,24行条播比18行、20行、26行条播高8．46%、4．46%和10．57%。

表2 不同播种方式的播种均匀度Table 2．Seeding uniformity under different seeding methods．%

图2 不同播种方式和播种密度下苗期秧苗分蘖动态特征Fig．2．Dynamic characteristics of tiller number under dif ferent seeding methods and planting densities．

2．2 不同播种方式和播种密度对秧田期分蘖芽消长动态的影响

秧苗分蘖芽发生以播后17 d和23 d为临界点分为3个阶段。播种后14 d到17 d,秧苗处于分蘖萌发阶段,分蘖芽开始陆续伸出,群体呈现分蘖缓慢增长状态;17 d至23 d,分蘖芽发生速率加快,是群体分蘖芽大量产生的阶段;23 d后,分蘖芽的发生速率逐步降低,进而停止,甚至开始陆续死亡,群体分蘖呈现基本停滞甚至降低的状态。如图2所示,播种密度和播种方式对秧田分蘖芽的发生都有较大影响,秧苗单株分蘖芽数随播种密度的增加而减小,至移栽时B1平均分蘖芽数比B2、B3和B4分别高91．7%、134．6%和137%。条播处理下秧田平均分蘖芽数高于散播处理,移栽时,条播处理下秧田平均分蘖芽数比散播高29．5%。

2．3 不同播种方式和播种密度对移栽时秧苗素质的影响

表3表明,播种方式对除根冠比外的秧苗素质各指标的影响均表现为条播A2优于散播A1,其中播种方式对成苗率、百株苗干质量和地上部N积累量有显著影响。播种密度对除百株苗干质量和根冠比之外的秧苗素质各指标有极显著影响,其中秧苗充实度、成苗率、发根力、百株苗干质量、地上部N积累量以及分蘖芽发生率均有随播种密度增加而降低的趋势。两种播种方式下,盘结力均随播种密度的增加呈先增后降的趋势,表现为B3最大,B1最小,且差异显著,而B2、B3、B4之间差异不显著。这说明盘结力并不总是随播种密度增加而增大,而是播种密度、成苗率和个体根系发育等共同作用的结果。统计分析表明,播种方式与播种密度间互作对成苗率和发根力有显著影响。各播种密度处理间成苗率和发根力均以B1最高、B4最小,但两种播种方式下,散播A1成苗率B1比B4高了6．7%,而条播A2下成苗率B1比B4则高了22．2%;散播A1发根力B1比B4高了50．6%,条播A2成苗率B1比B4则高了97．4%。这说明播种方式和播种密度间互作能进一步加大稀播秧苗在成苗率和发根力上的优势。

2．4 不同播种方式和播种密度对栽插质量和群体起点的影响

从表4可以看出,播种密度对漏插率、穴苗数和单株带蘖数有极显著影响。漏插率和单株带蘖数均随播种密度的增大而减小,表现为B1＞B2＞B3＞B4,每穴苗数则随播种密度的增大而增加,表现为B4＞B3＞B2＞B1,各处理之间差异均达到显著水平。播种方式对漏插率、每穴苗数、单株带蘖数和基本苗均无显著影响。群体起点即群体基本苗数,由实际栽插穴数、每穴苗数和单株带蘖数共同决定。试验中,实际栽插穴数、每穴苗数、单株带蘖数受播种密度影响规律并不一致,进而导致各处理间的基本苗数差异不显著。

从播种方式和播种密度的互作效应上看,播种方式和播种密度互作对每穴苗数、单株带蘖数和基本苗无显著影响,但对漏插率的影响达到极显著水平(F＝6．35∗∗)。两种播种方式下,漏插率均随播种密度的增大而降低,但处理间增幅差异较大,散播A1下漏插率最高的B1比最低的B4高了218．6%,条播A2下漏插率最高的B1比最低的B4只增加了79．1%。这表明条播和播种密度的互作能有效减轻稀播后由于种子苗减少对漏插率带来的负效应。

表3 播种方式和播种密度对秧苗素质的影响Table 3．Effects of seeding methods and planting densities on seedling quality．

表4 播种方式和播种密度对栽插质量的影响Table 4．Effects of seeding methods and planting densities on mechanical transplanting quantity．

2．5 不同播种方式和播种密度对产量及产量构成的影响

从表5可以看出,机插秧产量随播种密度的增加呈先增加后减小的趋势。散播A1下实际产量以B3最高,为9084．45 kg/hm2,B4最低,为8320．51 kg/hm2,条播A2下以B2产量最高(9081．18 kg/ hm2),B1最低(8405．79 kg/hm2)。各处理间产量的方差分析结果表明:除了最高产量和最低产量之间差异达到显著水平外,其余处理产量差异均不显著。播种方式间产量差异表现为条播优于散播,但方差分析显示差异不显著。从产量构成各因子来看,有效穗数随播种密度的增加而增加,每穗实粒数、结实率、千粒重、充实率和充实度总体上呈现随播种密度的增加而减小的趋势,但方差分析结果表明,播种方式、播种密度以及两种互作对产量构成所有因子的影响均未达到显著水平。

表5 不同播种方式和播种密度对机插秧产量及其构成因素的影响Table 5．Effects of seeding methods and planting densities on grain yield and its components of mechanically-transplanted rice．

表6 不同播种方式和播种密度间经济效益分析Table 6．Economic benefit of different seeding methods and planting densities．

2．6 不同播种方式和播种密度间的经济效益分析

从表6可以看出,不同处理间其人工、农资等生产成本完全一致,其成本变化主要来源于用种量之间的差异。不同播种方式间其成本并没有差异,产投比和产量规律一致,A2比A1产投比高2．3%。本研究中,用种量随播种密度的增加而增加,播种密度每增加一个梯度用种量增加3．75 kg/hm2,折合种子成本150元,总投入增加2．5个百分点。虽然总收益以B3最高,B2次之,B1最低,但其产投比则表现为B2＞B3＞B1＞B4,B2分别比B3、B1和B4增加了0．13%、1．73%和8．04%。这说明本研究中,最高产量的B3处理和最高产投比的B2处理相比, B3处理用提高播种量带来的增收效应并不能弥补用种量增加产生的成本开销,因而产投比较B2低。所有处理的产投比以A2B2(条播50 g/盘处理)最高,达到3．008,比各处理中最低的A1B4(散播70 g/盘处理)高14．56%。

3 讨论

3．1 条播的优势分析

条播由于其本身的平面几何特性,具有播种均匀度高的优势,播种密度越小其优势越明显。本研究通过自主开发优选与全自动播种流水线配套的条播器,发现播种均匀度与播种密度和机条播的行数均呈开口向下的抛物线关系。各种规格条播中,24行条播规格与现行插秧机秧爪取秧宽度吻合较好,其播种均匀度最高,播种质量最好。从播种密度与均匀度的二次线性关系可以看出,单纯依靠增加播量来提高播种均匀度的的办法并不是最佳选择。杂交籼稻机插育秧可以借助条播实现低播量、高质量,做到播种精、匀、稀。条播将育秧盘在空间上分为行距相等的若干行,秧田期群体空间布局较好,温光水肥的利用较为合理。本研究结果表明,条播处理苗期秧苗素质较散播有优势,更易形成壮秧,条播可以将漏插率随播种密度减小而增加的增幅控制在较低的水平范围内。徐一成等[15]认为,与撒播相比,条播种子分布均匀,秧苗素质高,成毯效果较佳,条播育秧能降低机插秧的漏插率,种子稀播后条播是降低漏插率的有效方法,这与本研究的结果趋于一致。

3．2 播种密度对杂交稻苗期生长与栽插质量的影响

本研究结果表明,机插秧苗期分蘖大多以分蘖芽的形式存在,播后17到23 d是秧苗分蘖发生最旺盛的时期,之后分蘖芽呈现停滞或消亡的趋势。稀播有利于秧田分蘖芽的发生。本研究结果与前人的结果[16-18]不同,分析其主要原因有两点:机插粳稻播种密度过高,抑制了秧田分蘖的发生;姚雄等[11]以杂交籼稻为材料,但是研究对象为长秧龄机插,秧龄过长,移栽时分蘖基本消亡。本研究表明,随播种密度的增加,杂交籼稻机插秧秧苗成苗率、地上部干质量、根干质量、地上部N积累量、秧田分蘖发生率、平均分蘖发生数、根冠比、秧苗充实度以及发根力都呈降低的趋势。这与沈建辉等[19]、张卫星等[20]、李泽华等[21]的研究结果基本一致。本研究中,盘结力随播种密度的增加呈先增大后减小的趋势,这与于林惠[22]等研究结果不完全一致,这是因为稀播条件下,秧苗个体生长优势明显,只有当群体密度优势对根系盘结力的贡献高于其较高密度引发的个体发育劣势的时候,其群体盘结力呈增加趋势,反之亦然。姚雄等[11]、马均等[23]研究结果表明,漏插率随播种密度的增大而增加。沈建辉等[19]认为,稀播秧苗的机插缺穴率较高。本研究结果表明,随播种密度增加,漏插率降低,穴苗数增加。群体基本苗随播种密度增加先减小再增加,分析原因发现,40 g/盘处理在单株带蘖数上优势较大,一定程度上弥补了漏插率较高的劣势。随着播种密度的上升,分蘖发生受到抑制,分蘖芽对群体基本苗的贡献小于漏插率带来的负效应,群体基本苗即处于上升状态。

3．4 杂交稻机插秧节本增效的适宜栽培方式

宋云生等[24]研究表明,高播量处理秧苗素质较差,低播量处理秧苗难以配套插秧机移栽,机插常规粳稻适宜播量为45～60 g/盘。这与本研究结果基本一致。本研究中,稀播的优势在于个体,播种密度越小,秧苗素质优势越明显。条播的主要优势体现在整体,播种均匀度高,而且可以通过两者间的互作效应控制漏插率,提高栽插质量,弥补稀播的整体劣势,优势互补。实际生产中,产出往往要与投入接轨,最适的播量选择应该是只有当其带来的收益增幅大于用种量增加而导致成本涨幅的时候才能获得最高经济效益。本研究条件下,F值检验表明,播种密度对产量影响不显著,各处理产量差异是相对的,而由于种子成本增加带来的成本增加是绝对的,因此本研究将产投比作为衡量杂交稻机插秧节本增效的一个最重要的指标。本研究经过对各处理的投入产出分析得出,杂交籼稻机插秧在播量50 g/盘,采用条播育秧方式,产量和经济高效得到较好的协调,效益最高。

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Effect of Seeding Method and Density on the Benefit of Mechanical Transplanting in indica Hybrid Rice

HU Jianfeng1,YANG Bo2,ZHOU Wei1,ZHANG Peipei1,ZHANG Qiang1,LI Peicheng1,REN Wanjun1,∗, YANG Wenyu1
(1 College of Agronomy,Sichuan Agricultural University,Chengdu 611130,China;2Leshan Agro-technical Extension Station, Leshan 614000,China;∗Corresponding author,E-mail:rwjun＠126．com)

【Objective】Our purpose is to investigate the rice seedling growth characteristic,quality of transplanting,rice yield and economic benefits of sparse seeding in indica hybrid rice．【Method】The seeds of F you 498 andⅡyou 498 were used as materials to develop and chose the optimal drilling seeding machine,then a two-factor split-plot field experiment was conducted with seeding method as main plot and seeding quantity as sub-plot．【Results】The results showed that sowing in drill was contributive to unifrom growth of seedings with 24 lines being the best．The rice seedlings under sparse seeding began to grow tiller 14 days after seeding with the growth rate of tiller peaking between 17-23 days after seeding．With the increasing seeding density,seedling rate,dry matter accumulation,root shoot ratio,grain plumpness,N accumulation quantity,the percentage of tiller occurrence,rooting ability and leakage rate showed a tendency of decreasing．At the same time,the number of productive panicles increased,the grain number per panicle decreased and the grain yield increased at first and then decreased．The seedling quality under drill seeding was better than broadcast seeding,under which the seeds grew into strong seedlings and had a higher grain yield．【Conclusion】By comprehensively comparing cost and output,the drill seeding at the seeding rate of 50g/disc had a good coordination between seedling population density and individual advantage and the input-output ratio was the highest and had a higher economic benefit．

mechanical transplanting;hybrid rice;drilling seeding;sparse seeding;yield;economic efficiency

S511.042;S511.047

A

1001-7216(2017)01-0081-10

2016-03-04;修改稿收到日期:2016-07-27。

国家粮食丰产科技工程资助项目(2011BAD16B05);农业部公益性行业科研专项(201303129)。