杂交稻不同机插穴距及苗数配置对干物质生产与产量的影响

蒲石林，邓飞，胡慧，钟晓媛，王丽，李武，李书先，廖爽，任万军

(四川农业大学农学院/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室，成都611130）

随着我国经济的发展和农村劳动力的转移，农业生产逐渐向机械化、规模化、集约化发展。因此，进一步推广以机插秧为主的水稻机械化种植技术，对于稳定我国水稻种植面积、保障粮食安全具有重要意义[1]。现阶段，我国水稻插秧机以日韩技术为基础，机插行距固定为30 cm，株距多档可调，栽插密度可达28.5万穴/hm2，但受环境和人为因素的影响，在实际操作中进行适当调整，保证足够基本苗，是机插稻高产的基础[2-3]。在水稻机插过程中，以往主要通过缩小株距、提高栽插穴数、降低穴苗数来保持较高的栽插密度和基本苗，从而获得高的有效穗，实现稳产[4-5]。但实际生产中由于取秧量过小，导致漏插、缺窝、断行等现象频发，对后期水稻群体结构和机插秧生产效率产生严重影响[6-7]。已有研究表明，机插更有利于水稻群体建成和产量潜力的发挥[8]，而田间配置方式[9]、机插规格[10]和栽培方式[11]能有效调控水稻干物质生产，引起水稻产量及其构成因素的变化。胡剑锋等[12]研究发现，降低播种量可以提高栽插质量，促进地上干物质积累，从而最大限度地发挥杂交稻种子的杂种优势，因此，应充分挖掘稀播下机插秧的产量潜力，实现节本增收。杂交籼稻具有多分蘖的特点，每穴移栽适宜的株数，能合理利用分蘖，调节群体与个体间关系；当每穴栽插苗数超过5株后，分蘖成穗率明显下降，因此每穴2、3或4苗为最佳栽插苗数[13-14]。闫川等[15]研究则认为，机插杂交稻超高产应适当扩大行株距，降低栽插密度，减少基本苗，通过增加田间通风透光条件提高水稻中后期群体质量，主攻大穗。另有学者研究发现[16-17]，确定适宜基本苗后，合理配置行株距，提高栽插质量，对增加产量有显著的作用。而在相同基本苗条件下，因栽插时行穴距的配比不同，穴密度和穴内苗数不同，其产量构成、源库关系以及干物质生产特性也会有不同的表现，因此，在最佳密度下合理配置行穴距极为重要。为进一步明确行穴距的合理配置对水稻的影响，本试验以不同株型杂交籼稻为材料，研究了不同田间配置对水稻分蘖、干物质生产、产量及其构成因素的影响，以期为水稻机械化生产提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与地点

试验于2016年在四川省成都市郫都区三道堰镇程家船村（30°52′N，103°55′E）进行，该地光照充足，雨水充沛，水稻生长季5月至10月的平均气温为23.4℃，日照时数达683.5 h，降雨量662.2 mm。试验田前作为萝卜，土壤有机质26.07 g/kg，全氮1.50 g/kg，全磷0.77 g/kg，全钾20.33 g/kg。供试品种为“F优498”和“宜香优2115”。F优498为大穗型品种，株型披散，每穗着粒数212粒，主茎伸长节间数6个，主茎总叶数16～17片；宜香优2115为中穗型品种，后期株型紧凑，每穗着粒数141粒，主茎伸长节间数5～6个，主茎总叶数16片。

1.2 试验设计与田间管理

采用2因素完全随机区组试验设计：A因素为水稻品种，设F优498（A1）和宜香优2115（A2）2个水平；B因素为田间配置，设高穴低苗（B1：行穴距30 cm×12 cm，1.5苗/穴）、中穴中苗（B2：30 cm×17 cm，2.1苗/穴）和低穴高苗（B3：30 cm×23 cm，2.9苗/穴）3个水平；共6个处理，每个处理重复3次，小区面积为3.6 m×6.0 m。采用井关PZ60型高速插秧机插秧，不同处理的田间基本苗均为42万苗/hm2。采用工厂化育秧，秧盘选用内径58 cm×28 cm、高度2.5 cm，播种量为70 g/盘，移栽时秧苗叶龄2.3～3.5叶，白根数8～10.7根，无分蘖。按预先设计的每穴苗数，调节插秧机低、中、高档抓秧量栽插，待秧苗成活调查机插质量后，按上述田间配置进行手工定苗，匀多补少，保证每行平均值与设定值一致。施纯N 180 kg/hm2（尿素），基肥-分蘖肥-促花肥-保花肥比例分别为42%、18%、24%、16%，基肥于移栽前施用，分蘖肥于栽后7 d施用，促花肥于拔节期施用，保花肥于倒二叶期施用。按m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）＝2∶1∶2确定磷、钾肥施用量，磷肥（过磷酸钙）作基肥于移栽前一次施用，钾肥（氯化钾）按m（基肥）∶m[穗肥（促花肥）]＝5∶5施用。田间管理与病虫害防治等栽培措施均与高产栽培要求一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 各时期水稻茎蘖数调查

每小区定点20穴，分别于分蘖期（栽后20 d）、拔节期、齐穗期和成熟期调查水稻茎蘖发生情况，并计算分蘖成穗率。

成穗率/%＝成熟期有效穗数/最高茎蘖数×100。

1.3.2 叶面积

各小区按平均茎蘖法取样5穴，采用长宽系数法测定分蘖期、拔节期、齐穗期的植株绿叶叶面积，计算叶面积指数。

1.3.3 干物质生产特性

于分蘖期、拔节期、齐穗期和成熟期，各小区按平均茎蘖法取样5穴，样品按茎鞘、叶片、穗（齐穗后）进行分装，105℃杀青1 h，80℃烘干至恒量后称量，计算干物质转运相关指标[18-19]。

群体生长率/(g/(m2·d))＝(y2－y1)/(t2－t1)。

式中：y1、y2分别为前后2个生育时期测定的干物质量；t1、t2分别为前后2个生育时期测定的时间。

茎鞘（叶）物质输出率/%＝[齐穗期茎鞘（叶）干物质量－成熟期茎鞘（叶）干物质量]/齐穗期茎鞘（叶）干物质量×100。

茎鞘（叶）物质转化率/%＝[齐穗期茎鞘（叶）干物质量－成熟期茎鞘（叶）干物质量]/成熟期籽粒干物质量×100。

齐穗后物质积累量＝成熟期总干物质量－齐穗期总干物质量。

齐穗后干物质量所占比例/%＝齐穗后物质积累量/成熟期总干物质量×100。

齐穗后干物质贡献率/%＝齐穗后物质积累量/成熟期穗干物质量×100。

1.3.4 产量及其构成

于成熟期水稻收获前，每小区定点50穴调查有效穗，再按平均有效穗数取样5穴，待自然风干后进行室内考种，测定每穗颖花数、结实率、千粒质量。每小区单独实收计产。

1.4 统计分析

应用Excel 2010进行数据处理；应用DPS 7.05软件进行数据方差分析，采用最小显著性差异法进行样本平均数的多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同田间配置对水稻茎蘖数的影响

由表1可知，水稻单穴茎蘖数和群体茎蘖数均随着生育进程先增加后减少，并在拔节期达到最高。除分蘖期外，品种极显著地影响了水稻拔节期、齐穗期和成熟期的单穴茎蘖数和群体茎蘖数；田间配置显著或极显著影响了分蘖期、拔节期和齐穗期的单穴茎蘖数和群体茎蘖数；二者的互作效应则对分蘖期和成熟期的单穴茎蘖数，分蘖期、拔节期和齐穗期的群体茎蘖数存在显著影响。比较不同品种的水稻茎蘖数发现，宜香优2115（A2）分蘖能力更强，其单穴茎蘖数和群体茎蘖数均显著高于F优498（A1）。不同田间配置导致单穴茎蘖数和群体茎蘖数发生了明显变化。随着穴距的增大和单穴苗数增加，各个时期的单穴茎蘖数也随之增加，表现为低穴高苗（B3）＞中穴中苗（B2）＞高穴低苗（B1）；分蘖期群体茎蘖数以B2最大，拔节期和齐穗期则以B1最大；成熟期B1比齐穗期群体茎蘖数减少9.9%，B2减少6.9%，而B3仅减少3.6%，最终导致3种配置的群体茎蘖数差异不显著。在互作效应下，各时期的单穴茎蘖数以A2B3最高，群体茎蘖数在分蘖期以A1B1最高，拔节期和齐穗期以A2B1最高，成熟期则以A2B3最高。

2.2 不同生育时期的水稻叶面积及叶面积指数

由表2可知：品种显著影响了各生育时期的单穴叶面积和叶面积指数；除齐穗期叶面积指数外，田间配置显著影响了各时期的单穴叶面积和叶面积指数；品种与配置的互作效应仅显著影响分蘖期、拔节期的单穴叶面积和分蘖期的叶面积指数。相较F优498（A1），宜香优2115（A2）显著提高了各时期的单穴叶面积，其拔节期和齐穗期叶面积指数分别较A1高出43.3%和19.6%。在不同田间配置下，分蘖期和拔节期叶面积指数以B1较高，B3较低；单穴叶面积表现为 B3＞B2＞B1，相较 B2和B1，B3在分蘖期单穴叶面积分别增加了9.3%和40.6%，拔节期增加了27.1%和67.7%，齐穗期增加了26.6%和86.2%。在品种与配置的互作条件下，单穴叶面积以A2B3最高，叶面积指数则以A1B1和A2B2最高，A2B3次之，A1B3最低。整体上，A2B3处理具有较高的单穴叶面积和叶面积指数。

表1 田间配置对不同生育时期水稻茎蘖数的影响Table 1 Effects of field allocation pattern on tiller numbers of rice at different growth stages

2.3 不同田间配置对水稻各生育时期干物质量的影响

表3中的方差分析表明：除齐穗期外，品种显著影响了水稻各生育时期的单穴干物质量，极显著影响了拔节期、成熟期的群体干物质量，并且对齐穗-成熟期群体生长率的影响也达极显著水平；田间配置显著影响了水稻各生育时期的单穴干物质量，但仅对分蘖期的群体干物质量有显著影响；品种和田间配置的互作显著影响了分蘖期、拔节期的单穴干物质量和群体干物质量。比较不同品种发现：A2在前期具有较高的单穴和群体干物质积累，A1在后期具有较高的单穴和群体干物质量以及群体生长率；在分蘖期和拔节期，A2对单穴干物质量的影响显著高于A1，分别高出19.4%和34.4%，而在成熟期则A1显著高于A2，高出8.9%；在拔节期A2对群体干物质量的影响显著高于A1，高出31.2%，而在成熟期A1则显著高于A2，高出10.3%；在齐穗-成熟期A1对群体生长率的影响显著高于A2，高出24.4%。从田间配置对单穴干物质量影响来看，各个时期单穴干物质质量均随生育时期的推进呈现递增的趋势；在分蘖期、拔节期、齐穗期、成熟期单穴干物质量均表现为B3＞B2＞B1，说明B3配置更有利于水稻各时期单穴干物质的积累。在品种和田间配置互作下，除成熟期外单穴干物质量均以A2B3最高，群体干物质量在分蘖期以A1B1最高，拔节期则以A2B3最高。前期B1配置单穴内苗数少，穴内竞争小，个体生长好，早生快发，而到后期因穴间竞争加强而优势减弱，宜香优2115因其较为紧凑的株型特征，穴内竞争较小，后期优势互补，最终在齐穗期、成熟期差异不显著，整体来看，A2B3具有较好的干物质积累基础。

表2 不同生育时期的水稻叶面积及叶面积指数Table 2 Leaf area and leaf area index of rice at different growth stages

表3 不同田间配置下水稻各生育时期的单穴和群体干物质量Table 3 Dry matter mass of single hill and population of rice at different growth stages under different field allocation patterns

2.4 不同田间配置下水稻的干物质积累与转运

由表4可以看出，仅有品种能显著影响茎鞘输出率、抽穗后干物质积累、抽穗后干物质积累所占比例，而田间配置方式与二者互作对水稻干物质输出和转运均无显著影响。A2的茎鞘输出率、抽穗后干物质积累、抽穗后干物质积累所占比例均显著低于A1，分别低33.9%、22.5%、15.9%。在田间配置下，B2叶和茎鞘的输出量、输出率、转化率均为最高，而抽穗后干物质积累、抽穗后干物质积累所占比例和抽穗后干物质贡献率则以B3最高。

表4 不同田间配置下水稻干物质输出和转运Table 4 Exportation and transformation of rice dry matter under different field allocation patterns

2.5 不同田间配置下各品种的产量及其构成因素

由表5可知：品种能极显著影响有效穗数、每穗颖花数、结实率、每穗实粒数、千粒质量和产量；品种和配置的互作效应对机插杂交稻的结实率和千粒质量有显著影响。从品种来看：A2的有效穗数、结实率和千粒质量显著高于A1，分别高出11.8%、2.7%、18.5%；而每穗颖花数、每穗实粒数、产量则表现为A2显著低于A1，分别降低34.6%、32.8%、11.8%。在品种与配置互作下，结实率表现为A2B1最高，A2B3次之，A1B1最低；千粒质量表现为A2B1最高，A2B2和A2B3次之，A1B1最低。田间配置对产量及其构成因素的主效不显著。

3 讨论

3.1 “减穴稳苗”的机插穴距及每穴苗数配置对杂交稻生长和光合物质生产的影响

基本苗的合理确定，能够充分发挥水稻个体的生长优势，有利于协调群体发展过程中产量构成因素之间、源与库之间的矛盾[20-21]。前人研究探讨了行株距配置对分蘖发生的影响，高密度种植可促使水稻表现出“自动调节”现象和“反馈作用”，导致其群体内部发生“自疏过程”[22-23]。本研究也发现除成熟期群体茎蘖数外，其余各个时期的单穴茎蘖数和群体茎蘖数在田间配置下均存在显著差异，高穴低苗配置下穴内单株分蘖数较少，低穴高苗配置下穴内单株分蘖数较多也证实了这一现象。姚雄等[24]和王建林等[25]研究表明，适当采用扩行稀植对个体的壮大有积极作用，加大穴距可减少单位面积移栽的基本苗数，改善植株个体所占空间，为通风、透光及养分供给提供条件，有利于单穴茎蘖数与收获穗数及每穗成粒数的增加。本研究发现，各个时期的单穴茎蘖数均随穴距的增大而增加，当基本苗一致时，低穴高苗配置下由于穴距增大，穴内栽插苗数增加，穴内竞争虽大但穴间竞争却变小，并且单穴主茎与大分蘖优势增大，更有利于取得较好的田间受光条件。

表5 田间配置对产量及其构成因素的影响Table 5 Effects of field allocation pattern on yield and its component factors

关于水稻光合物质生产方面，前人研究发现，在不同株行距配置下叶面积指数随密度减小先降低后升高，但叶面积和叶面积指数表现出增加和下降均慢的趋势，更有利于获得适宜的叶面积指数[26-27]。吴文革等[28]研究认为，随着穴基本苗数的增加，水稻中后期叶面积指数及干物质积累量表现为先增加后减小的趋势，每穴2～3苗时更有利于水稻生育中后期形成高光效群体，穴基本苗超过3苗时则增加不再显著。本研究也发现，3种田间配置方式下的单穴叶面积和干物质量在各个时期均表现为低穴高苗＞中穴中苗＞高穴低苗，说明低穴高苗配置有利于获得较高的单穴叶面积和单穴干物质量。于林惠等[29]研究表明，水稻籽粒产量80%以上来自抽穗后干物质生产，其余的由抽穗前干物质生产转运获得，水稻产量的高低主要取决于抽穗后光合物质的积累与转运。分蘖期F优498在高穴低苗配置下群体干物质量最高，拔节期宜香优2115在低穴高苗配置下群体干物质量最高，而到后期群体干物质量差异不显著，因此，从整体来看宜香优2115的低穴高苗配置具有较好的干物质积累基础。抽穗后干物质积累、干物质积累所占比例和干物质贡献率都是低穴高苗最高，F优498的低穴高苗配置叶和茎鞘干物质输出量、输出率和转化率最小，但是抽穗后干物质积累和贡献率却最大，说明在低穴高苗配置下，前期没有引起个体茎叶徒长，抽穗后仍能保证较高的干物质积累，并对最终收获产量作用较大。

3.2 “减穴稳苗”的机插穴距和每穴苗数配置对杂交稻产量及其构成因素的影响

水稻产量构成因素包括单位面积穗数、每穗粒数、结实率和千粒质量。王建等[30]认为，随着种植密度增加，产量呈先增加后减少的趋势，差异达显著水平，结实率和千粒质量受到群体内部生态因子的影响，种植密度过高或过低都会导致产量降低。唐彬等[31]在研究密度对水稻光合特性和产量的影响时发现，移栽密度对有效穗数和每穗总粒数影响显著，移栽密度越大，有效穗数越多，但每穗总粒数越少，对结实率和千粒质量的影响较小，杂交稻、大穗型品种宜稀植。本研究发现，品种对有效穗数、每穗颖花数、结实率、每穗实粒数、千粒质量和产量均存在极显著的影响，品种与田间配置的互作对机插杂交稻的结实率和千粒质量存在显著影响，而宜香优2115和F优498在田间配置下的产量差异显著，说明在高穴低苗、中穴中苗、低穴高苗3种田间配置下，单位面积穴数的减少并不会影响最终有效穗的数量及其产量，低穴高苗也可以取得高产、稳产。杂交稻机插栽培有利于拔节后群体生长率、叶面积指数和干物质积累量的提高，从而有利于大穗形成[8]，通过适当的减穴稳苗技术，保证适宜的基本苗，适当扩大穴距，更利于水稻光合作用和灌浆结实，从而进一步发挥大穗优势。

4 结论

如何通过机械化减轻劳动强度，减少用工环节和提高劳动效率，发挥水稻生产潜力，已成为迫切需求。本试验通过确定适宜基本苗，适当扩大穴距至23 cm，在一定程度上提高了插秧机栽插效率，减少用工；通过调大取秧量，提高栽插质量，保证单位面积苗数，达到“减穴不减苗”的要求，协调群体与个体的关系，发挥主茎和大分蘖优势，有利于抽穗后获得较高的干物质积累，取得高产、稳产。因此，在大面积生产中，水稻机插秧要做到农机与农艺的协调发展，不但要因地制宜地选择水稻品种，而且要科学合理地配置与该品种特点一致的穴距和每穴苗数，提高机插效率，建立高质量群体，保证抽穗后高光效群体的构建，充分发挥增产增效优势。

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