土壤耕作方式对湘南晚稻产量形成、米质与水分利用效率的影响

易镇邪，朱伟文，周文新，陈平平，王晓玉，屠乃美

（湖南农业大学农学院／南方粮油作物协同创新中心，长沙 410128）

水资源短缺是当今世界面临的普遍问题，是粮食生产可持续发展面临的重大挑战。近年来，我国北方干旱半干旱地区节水抗旱技术研究与应用发展较快，但南方地区作物生产节水技术研究与应用相对滞后。主要分布于南方的水稻是我国最重要的粮食作物，也是农业生产中的第一用水大户，开展水稻节水技术研究意义重大。就南方水稻节水栽培，前人已开展了一些研究。郭荣发等［1］针对直播早、晚稻研究了渗灌栽培的节水效果与产量效应，发现与常规淹灌栽培相比，渗灌栽培早稻可节水50%、增产12%，而晚稻可节水40%、增产约8%。肖新［2］在南方丘陵地区的研究表明，节水灌溉双季稻模式、水旱轮作双季稻模式、稻油轮作模式的综合效益都优于常规稻作模式。王怡红［3］研究发现，南方水稻垄作栽培的节水增产效应明显。整体来看，南方水稻节水栽培技术研究还较少，同时，各地的自然条件与生产习惯各不相同，因此，各地均需因地制宜地开展水稻节水技术研究。衡邵丘陵盆地是湖南省重要的水稻主产区之一，但该区域水稻生产面临较为严重的水资源短缺问题，季节性干旱较为突出。因此，本研究以湘南丘岗区（衡阳）晚稻为研究对象，研究土壤耕作与栽培方式对水稻产量、稻米品质、水分利用效率的影响，旨在为湘南水稻节水丰产综合技术体系的构建提供理论与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2014年，以当地种植面积较大的杂交稻品种‘丰源优299’为试验材料，在湖南省衡阳县西渡镇梅花村富乐农场（112°39′E，26°99′N）开展大田试验。试验地前作为水稻，土壤类型为壤土，土壤pH 5.66，0～30 cm土层含有机质 37.93 g／kg、全氮1.45 g／kg、全磷0.59 g／kg、全钾20.45 g／kg、碱解氮138.46 mg／kg、有效磷 7.96 mg／kg、速效钾 40.94 mg／kg。室内实验在湖南农业大学作物生理与分子生物学教育部重点实验室进行。

采用裂区试验设计，主区设免耕与翻耕两个处理，副区设平作与垄作两个处理，共4个处理，3次重复，小区面积20 m2，每小区插植599穴。施肥方式按照当地施肥习惯进行：基肥施用尿素（含N46.4%）75 kg／hm2与复合肥（N∶P∶K＝26∶10∶16）300 kg／hm2，不追肥。

平作与垄作采取不同水分管理方式。平作水分管理方式：在关键生育时期，如返青期和孕穗—抽穗期田间保持5 cm水层，其他时期采取间歇灌溉方式（即田面自然落干后再灌水），收获前1周断水。垄作水分管理方式：水稻插秧前先起垄作厢，厢宽1.20 m，沟宽25 cm、深20～25 cm，返青期和孕穗—抽穗期保持畦面5 cm水层，其他时期畦面无水层（沟内有水）。

1.2 测定项目与方法

生育时期与茎蘖动态：记载播种、移栽、分蘖盛期、孕穗、齐穗、乳熟、成熟和收获等关键生育时期。返青后，每小区定点10穴，每5 d记载一次水稻茎蘖数，直至齐穗。

干物质积累：于分蘖盛期、孕穗期、齐穗期、乳熟期、成熟期取样，每小区按平均单穴茎蘖数（穗数）取代表性植株3穴，分叶、茎、穗等部位装袋，105℃条件下杀青30 min后，80℃烘干至恒重后称重。

产量及其构成：成熟期每小区调查连续80穴水稻的有效穗数，计算平均单穴有效穗数，然后按平均单穴有效穗数每小区取样5蔸，带回室内考察每穗粒数、结实率和千粒重。同时，每小区收割100穴，考察实际产量。

稻米品质：稻谷储存3个月后碾米，考察糙米率、精米率、整精米率、长宽比、垩白粒率、垩白度、碱消值、胶稠度、直链淀粉含量、粗蛋白含量等米质指标。

水分利用效率：在晚稻移栽前和收获后分别测定稻田土壤含水量，计算晚稻生育期内稻田土壤贮水量的变化；记录全生育期内的灌溉时间和次数，推算灌溉水量；根据衡阳县气象局的降雨量数据，计算晚稻全生育期内的降水总量。根据以上的数据计算总耗水量 ETm＝P＋I－△W，式中：ETm为总耗水量，P为降雨量，I为灌溉量，△W为稻田土壤贮水量的变化。水分利用效率（WUE，kg／m3）＝稻谷籽粒产量／耗水量。

1.3 数据处理

数据处理与作图采用Excel 2007软件和DPS 7.05软件进行。

2 结果与分析

2.1 土壤耕作方式对晚稻产量及其构成因素的影响

2.1.1 晚稻实际产量

由表1可见，免耕处理实际产量显著低于翻耕处理，平作与垄作条件下免耕处理分别减产10.2%和16.4%；4个组合处理中，免耕垄作处理的实际产量最低，显著低于其他3个处理。在翻耕条件下，垄作和平作处理间实际产量差异极小；而免耕条件下，垄作处理实际产量较平作处理下降显著，降幅达6.9%。翻耕处理晚稻经济系数较免耕处理有所提高，相同耕作条件下，垄作栽培和平作栽培的经济系数差异不大。

表1 不同土壤耕作方式的晚稻实际产量与经济系数Table 1 Effect of soil tillage modes on actual yield of late rice

2.1.2 晚稻产量构成因素

由表2可见，有效穗数以翻耕平作处理最多，免耕垄作处理最少；相同耕作条件下，平作处理比垄作处理有效穗数增加显著；而在相同栽培方式下，免耕处理有效穗数与翻耕处理差异不显著。晚稻千粒重在27.21～27.57 g之间，处理间无显著差异；每穗实粒数，翻耕处理显著高于免耕处理，而垄作处理和平作处理间差异不大；结实率在72.45%～77.31%之间，翻耕处理较免耕处理显著提高，垄作处理略高于平作处理。可见，晚稻免耕相对于翻耕处理显著减产主要是每穗实粒数与结实率显著下降所致，而垄作条件下水稻减产主要是有效穗数减少所致。

表2 不同土壤耕作方式的晚稻产量构成因素比较Table 2 Effect of soil tillage modes on yield components of late rice

2.2 土壤耕作方式对晚稻产量形成特性的影响

2.2.1 茎蘖动态

土壤耕作方式对晚稻茎蘖动态的影响见图1。各处理茎蘖动态基本一致，即呈先快速增长，后逐渐减少趋于平稳的趋势，但各处理在茎蘖数与变化速度等方面有明显差异。前期茎蘖数增长速度以免耕平作处理最大，其他依次为免耕垄作、翻耕垄作和翻耕平作处理；最高茎蘖数呈现免耕平作＞免耕垄作＞翻耕垄作＞翻耕平作处理的趋势。各处理茎蘖数下降速度也有明显差异，其中翻耕平作与翻耕垄作处理下降较缓慢，而免耕平作与免耕垄作处理下降较快。各处理最终茎蘖数（有效穗数）呈现翻耕平作＞免耕平作＞翻耕垄作＞免耕垄作处理的趋势。可见，土壤耕作方式对晚稻茎蘖动态有明显影响，其中翻耕平作处理茎蘖变化相对平稳，成穗率较高，为高产量奠定了重要基础。

2.2.2 晚稻干物质积累动态

图1 不同土壤耕作方式下的晚稻茎蘖动态Fig.1 Effect of soil tillage modes on tillering dynamics of late rice

图2 不同土壤耕作方式下的晚稻地上部干物质积累动态Fig.2 Effect of soil tillage modes on shoot dry weight of late rice

由图2可见，各处理干物质重量均随生育进程推进而逐渐增大。齐穗期之前，平作处理地上部干物重增长较垄作处理快，但齐穗期后，平作处理干物质重量增长放缓，而垄作处理，尤其是翻耕垄作处理干物质重量增长速率加快。垄作处理齐穗前干物重显著低于平作处理，但齐穗期后差异逐渐减小，到成熟期，翻耕垄作处理的干物重与平作处理无明显差异；免耕垄作处理干物质积累量显著低于其他处理。

2.3 土壤耕作方式对晚稻稻米品质的影响

由表3可见，加工品质指标中，处理间糙米率、精米率差异不大，免耕条件下垄作与平作处理整精米率差异不大，而翻耕条件下垄作处理整精米率显著高于平作处理。外观品质指标中，处理间稻米长宽比差异不大，垩白率、垩白度均表现免耕处理显著高于翻耕处理的趋势，而其在垄作与平作处理间差异不显著。蒸煮品质指标中，处理间的碱消值与直链淀粉含量差异不显著，处理间胶稠度差异显著，免耕处理较翻耕处理显著降低，而垄作处理显著高于平作处理。各处理间稻米粗蛋白含量无显著差异。

表3 不同土壤耕作方式的晚稻稻米品质比较Table 3 Effect of soil tillage modes on rice quality traits

2.4 土壤耕作方式对晚稻水分利用效率的影响

由表4可见，处理间的灌溉水利用效率差异极显著，垄作处理灌溉水利用效率极显著高于平作处理，免耕与翻耕条件下分别提高53.4%和51.5%，同时可见，翻耕处理灌溉水利用效率较免耕处理显著提高。垄作处理显著减少了总耗水量，显著提高了总耗水利用效率，其在免耕与翻耕条件下分别提高7.5%和8.8%；免耕处理则由于产量显著下降，其总耗水利用效率显著下降。

表4 不同土壤耕作方式的晚稻水分利用效率Table 4 Effect of soil tillage modes on water use efficiency

3 小结与讨论

3.1 免耕对水稻产量的影响

温玉辉等［4］在抛秧条件下比较研究了免耕与翻耕处理的水稻产量构成差异，发现免耕水稻有效穗减少，但每穗总粒数、每穗实粒数、粒重增加，而翻耕水稻有效穗数多，但结实率不高，因而免耕处理产量较翻耕处理提高了1.3%～4.3%；Ogunremi LT等［5］在抛秧条件下开展的研究发现，免耕处理水稻分蘖数、有效穗数、每穗实粒数均显著低于翻耕处理，且免耕水稻易早衰，最终减产幅度高达32.6%；何佳芳等［6］也认为免耕处理水稻产量显著下降。可见，关于免耕对水稻产量的影响，前人研究结果不尽一致。

本试验中，免耕处理的产量显著低于翻耕处理，降幅达10.2%～16.4%。苏祖芳等［7］研究表明，免耕水稻分蘖早，早期分蘖多。本研究发现免耕处理水稻前期分蘖快，且最高茎蘖数显著高于翻耕处理，与苏祖芳等［7］结果一致，但到了生育后期其分蘖大量消亡，最终导致免耕水稻有效穗数低于翻耕处理。可见，免耕处理显著减产的原因之一是无效分蘖较多，成穗率较低，最终导致有效穗数减少。同时，本研究还发现，免耕水稻显著减产的重要原因是其结实率与每穗实粒数均显著下降。前人研究认为免耕水稻易早衰［5］，而本试验中肥料全部基施，不施追肥，这可能也是导致其显著减产的一个原因。总的来看，关于免耕水稻产量的问题还有待进一步研究。

3.2 垄作对水稻产量与品质的影响

钱永德等［8］研究表明，垄作水稻单位面积穗数、穗粒数较平作略有增加，结实率与千粒重差异不大，实际产量提高13.3%。王同朝等［9］指出，垄作水稻有效分蘖数、穗粒数、千粒重均有不同程度提高，增产24.9%～45.8%。张皆禄等［10］认为，水稻垄作栽培技术有明显的增产效果，其增产的原因是协调了土壤水、气关系，促进水稻光合作用。而本研究发现，翻耕条件下垄作和平作处理产量差异较小，而免耕条件下垄作较平作处理减产显著，且主要是有效穗数显著减少所致。其原因可能与三个方面有关：其一是本试验过程中降雨较多，垄作的增温与改善通气的效应没有体现；其二是垄面水层相对较浅，导致杂草增多；其三是本试验条件下垄作栽培株行距较小（小区穴数与平作相同），群体通风透光条件相对较差。有关湘南水稻的垄作高产栽培技术还有待进一步研究和完善。

本试验中，垄作与平作晚稻糙米率和精米率上差异不大，而垄作晚稻的整精米率、直链淀粉与蛋白质含量有所提高，而垩白率和垩白度明显下降，与章秀福［11］、张自常等［12］的研究结果一致。可见，垄作栽培在提高稻米品质上具有一定作用。

3.3 免耕与垄作对水稻水分利用效率的影响

李文淑等［13］认为，垄作能增加降雨入渗量，减少水土流失，增加贮水载体，提高抗旱能力，提高水分利用效率。本试验也发现，垄作处理的灌溉水量、总耗水量显著减少，水分利用效率显著高于平作处理。由于本研究只开展了一年试验，且试验期间降雨量较多，因而有关垄作栽培对湘南水稻水分利用效率的影响还有待多年试验验证。

参考文献：

［1］ 郭荣发，何春林，陈爱珠.南方水稻浅沟渗灌节水技术研究［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版），2004，32（3）：81－83.

［2］ 肖 新.南方丘陵季节性干旱区节水稻作综合效应研究及效益评价［D］.南京：南京农业大学博士学位论文，2007.

［3］ 王怡红.南方水稻垄作栽培高产形成的初步研究［D］.扬州：扬州大学硕士学位论文，2008.

［4］ 温玉辉，陈景勇，杨悦林，等.晚稻免耕抛秧高产机理研究［J］.佛山科学技术学院学报（自然科学版），2002，20（2）：73－76.

［5］ Ogunremi LT.Effects of tillage and seeding methods on soil physical properties and yield of upland rice for an ultisol in southern Nigeri［J］.Soil and Tillage Research，1986（6）：305－324.

［6］ 何佳芳，芶久兰，肖厚军.不同耕作栽培方式对中产稻田水稻根系特性及产量的影响［J］.耕作与栽培，2013（1）：8－9.

［7］ 苏祖芳，吴九林，李国生，等.水稻秧苗素质对分蘖成穗率及产量构成因素的影响［J］.耕作与栽培，1995（3）：10－14.

［8］ 钱永德，李金峰，郑桂萍，等.垄作栽培对寒地水稻根系生长的影响［J］.中国水稻科学，2005，19（3）：238－242.

［9］ 王同朝，王 燕，卫 丽，等.作物垄作栽培法研究进展［J］.河南农业大学学报，2005，39（4）：377－382.

［10］张皆禄，李少泉.水稻垄作栽培增产效应成因研究［J］.广西农学报，1994，1（9）：4－7.

［11］章秀福，王丹英，邵国胜.垄畦栽培水稻的产量、品质效应及其生理生态基础［J］.中国水稻科学，2003，17（4）：343－348.

［12］张自常.水稻高产优质节水灌溉技术及其生理基础［D］.扬州：扬州大学硕士学位论文，2012.

［13］李文淑，曾玉清，吕泽林，等.水稻垄作栽培增产效果及原因分析［J］.农业科技通讯，2014（12）：118－122.