中国再生稻的产量差及影响因素

曹玉贤，朱建强，侯俊

（1 长江大学生命科学学院，湖北荆州 434025；2 长江大学农学院，湖北荆州 434025）

0 引言

【研究意义】水稻（Oryza sativaL.）是我国主要粮食作物之一，稳定提高水稻产量是确保我国粮食安全的关键。目前增加水稻播种面积不现实，水稻的单产增加越来越困难，年增幅不到3%[1]。提高复种指数就成为确保水稻高产稳产的关键举措[2]。传统的双季稻近年来净收益低，播种面积不断下降，1984 年至2014 年降幅高达42%[3]。再生稻是头季稻收割后利用稻桩上存活的休眠芽萌发成穗而再收获一季的稻作制度，实现了一种两收，提高了复种指数[4]。因其充分利用温光资源，生长期较短，病虫害少，再生稻具有稻米品质好、口感佳，劳动用工减少，经济效益高等优点，是农业增效、农民增收、绿色环保的举措之一，也是保障粮食有效供给和国家粮食安全的有效途径。【前人研究进展】产量潜力和产量差的研究可以指导农业生产，提高作物产量和经济效益[5-6]。研究表明，再生季的平均产量只有2—4 t·hm-2，只占头季产量的1/2—3/5[4,7-8]，因此再生季的产量有待进一步提高。头季施肥能够影响再生季植株的生长，促进再生腋芽早发快长[9]，但不一定能够增加再生季的产量[10]；而再生季促芽肥的施用又影响头季生长后期对氮肥的回收，回收率约22%—37%[11]。因此应该将头季和再生季作为一个整体来研究才能提高再生稻产量并缩小产量差。现有的研究多集中在生理特征和具体的单项或若干项栽培管理措施对再生稻产量影响方面。例如，俆富贤等[8]认为再生稻头季中上部的再生穗抽穗期比下部抽穗早，成穗率和结实率高，更利于高产；另外，划分水稻品种再生力，通过施用促芽肥来提高再生力进而提高再生季产量。习敏等[12]以9 个杂交稻品种为对象发现，头季的产量差主要来自有效穗数，再生季的产量差则主要来自于有效穗数和穗粒数；温玉梅等[13]综合用种量和用肥量对再生稻产量的影响，推荐低用种量模式下再生稻的头季、再生季和两季总施肥量分别为242、164 和406 kg Nkg·hm-2；余贵龙等[14]对豫南再生稻的研究表明，要充分利用倒2 节和倒3 节上的优势芽，提高再生稻产量。【本研究切入点】前人对生理指标和若干单项的栽培措施在提高再生稻产量方面有很大贡献，但这些结论无法系统阐述与产量差的关系，而且相应的再生稻产量潜力的研究比较缺乏。为实现粮食安全和农民增收，我们迫切需要对上述措施进行数据整合，研究其对产量的影响并提出系统的栽培措施来指导生产实践。【拟解决的关键问题】本文将再生稻作为整体，以品种、施肥、种植密度、留桩高度、种植方式和收割方式等重要的栽培管理措施为研究对象，用文献数据整合的方法探讨它们对产量差的影响及其消减产量差的贡献，以期为再生稻的科学栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

再生稻产量及影响产量的关键因素（品种、施肥量、种植密度、留桩高度、种植方式和收割方式等）数据源于已发表的文章，以“再生稻产量，施肥，品种，种植密度，留桩高度，种植方式和收割方式”和“ratoon rice，variety，fertilizer and China”等为关键词，利用文献数据库（中国知网和Web of Science）对1987 至2018 年7 月以前发表的国内外期刊及硕、博士论文进行检索而获得。为确保数据具有代表性，本研究所建立的数据库具有如下的筛选条件：（1）试验必须为大田试验；（2）试验的数据必须包含施肥量和产量；（3）标明试验的时间和地点。

符合上述筛选标准的文章共119 篇（见附录），本文中氮磷钾肥施用量不经特殊说明，均指N、P2O5、K2O 的施入量。

1.2 数据分析

1.2.1 产量潜力与产量差 探索产量潜力的方法有多种[15]，本研究产量潜力用高产纪录来定量。产量差（t·hm-2）=潜力产量（t·hm-2）-平均产量（t·hm-2）。式中，潜力产量（t·hm-2）等于高产纪录（t·hm-2），文中高产纪录指文献数据中产量前5%的平均值。平均产量等于搜集文献中产量的算术平均值。

1.2.2 品种 基于已发表文献中报道的品种数据，将其分成粳稻和籼稻，常规稻和杂交稻（两组数据存在交叉重合），并记录2 种分类样本量n，分别拟合头季、再生季和两季总产量与品种的关系，分析品种对再生稻产量的影响。

1.2.3 施肥量 基于已发表文献中报道的再生稻产量与施肥量的数据，分别拟合头季、再生季及两季总产量与氮磷钾肥施用量的关系，确定头季和再生季最高产量的适宜氮磷钾肥施用量。

1.2.4 种植密度 基于已发表文献中报道的再生稻产量与种植密度的数据，分别拟合种植密度与再生稻头季、再生季产量的关系，从而确定再生稻高产的种植密度范围。

1.2.5 留桩高度 根据文献中头季稻收获以后留桩高度的变异范围，将留桩高度划分为5 个梯度，分别为0—10、10—20、20—30、30—40 和40—50 cm。分析不同梯度的留桩高度下再生季产量，确定合适的留桩高度。

1.2.6 种植方式与收割方式 文献中再生稻的种植方式有手栽、机栽、抛秧和直播等4 种，拟合种植方式与头季、再生季及两季总产量的关系，分析种植方式对再生稻产量的影响。另外头季的收割方式包括机械收割和人工收割，不同收割方式对稻桩的损伤程度不同，影响腋芽分化能力也不同，因此，通过拟合收割方式与再生季产量的关系，分析头季收割方式对再 生季产量的影响。

1.2.7 数据分析 利用SPSS22.0 进行数据相关分析和显著性检验（方差分析或独立样本双尾T 检验），利用Excel2010 和SigmaPlot10.0 进行图形的制作。

2 结果

2.1 再生稻的产量差

由图1 可知，再生稻头季、再生季和两季总的高产纪录分别为11.65、6.90 和17.10 t·hm-2，总样本平均产量分别实现了潜力产量的71%、53%和68%，相应的产量差为3.38、3.27 和5.41 t·hm-2。研究表明作物产量达到产量潜力的80%时，作物生产的经济效益最高[16]，因此，头季和再生季的产量及其经济效益的提升还有一定的空间。

图1 再生稻的产量潜力Fig. 1 Yield potential of ratoon rice

2.2 品种对再生稻产量的影响

品种是影响再生稻高产栽培的主要因素之一，品种划分方法很多，根据文献分别以粳稻vs 籼稻和常规稻vs 杂交稻来分析再生稻的产量。统计发现，再生稻生产上主要选用籼稻品种，粳稻品种很少，本文中粳稻品种样本量（头季、再生季和总产量样本数n=18、20 和12）远少于籼稻品种的样本量（n=779，1106，777）。籼稻的头季产量比粳稻显著增加24%（P＜0.01），再生季产量比粳稻显著增加19%（P＜0.05），两季总产量比粳稻显著增加20%（P＜0.01）（图2-a）。另外，再生稻品种选用杂交稻数量也远大于常规稻，选用杂交稻品种的样本数（头季、再生季和总产量n=769、1075 和776）明显多于常规稻品种的样本数（n=119、157 和120），这与杂交稻遗传基础丰富，具有杂种优势，一般产量较高有关。杂交稻品种的头季稻产量比常规稻品种显著增加18%（P＜0.01），再生季产量比常规稻品种显著增加8%（P＜0.05），两季总产量比常规稻品种显著增加16%（P＜0.01）（图2-b）。

图2 再生稻产量与品种的关系Fig. 2 The relationship between ratoon rice yield and variety

2.3 施肥对再生稻产量的影响

当施氮量很低时，头季产量随施氮量增加而迅速增加，当施氮量＞168 kg·hm-2时，头季产量不再增加（图3-a）。当施磷量＞123 kg·hm-2和施钾量＞124 kg·hm-2时，头季产量不再增加，相应的最高产量分别为9.23 t·hm-2（图3-b）和9.33 t·hm-2（图3-c）。施磷量与头季产量呈显著相关（P＜0.05），施氮钾量与头季产量呈极显著相关（P＜0.01）。头季的最优施氮量为168 kg·hm-2，施磷量为123 kg·hm-2，施钾量为124 kg·hm-2。相比总样本平均产量8.26 t·hm-2，合理施肥（8.97 t·hm-2）可以使头季增产9%。

再生季的产量随施氮量的变化呈“线性+平台”的趋势，当施氮量＞145 kg·hm-2时，再生季产量不再增加，为4.44 t·hm-2（图4-a）。再生季产量与施磷量呈二次曲线的关系，当施磷量＜50 kg·hm-2时，产量随施磷量的增加而增加；当施磷量＞50 kg·hm-2时，产量随施磷量的增加反而下降，因而最优施磷量为50 kg·hm-2，相应的再生稻产量为4.51 t·hm-2（图4-b）。施钾量与施磷量对再生季产量的影响呈相同的趋势，但再生季水稻对钾肥的需求量远大于磷肥，且施钾量与再生季产量呈显著相关（P＜0.05），当施钾量达到200 kg·hm-2时，增产效果仍十分明显（图4-c）。相比总样本平均产量3.64 t·hm-2，优化施肥（4.44 t·hm-2）可以使再生季增产22%。

头季和再生季总产量与氮磷钾肥总的施用量均呈二次曲线的关系（图5），且都呈极显著相关（P＜0.01），这表明通过施肥可以促进总产量的增加。其中，施氮量在100—500 kg·hm-2，总产量逐渐增加，但不能确定最佳施氮量（图5-a）；当施磷量在0—210 kg·hm-2，通过拟合最佳施磷量为218 kg·hm-2时，总产量可达13.38 t·hm-2（图5-b）；当施钾量在0—360 kg·hm-2，最佳施钾量为350 kg·hm-2时，总产量可达14.09 t·hm-2（图5-c）。上述产量与潜力产量17.10 t·hm-2相比还有很大的提升空间，这说明除了肥料管理以外，还需要对其他措施进行综合管理才能进一步提高产量。

图3 头季产量与施肥量的关系Fig. 3 The relationship between main crop yield and fertilizer application rate

2.4 种植密度对再生稻产量的影响

头季和再生季的产量与种植密度的关系均呈二次曲线的关系，即产量随着种植密度的增加呈先增加后降低的趋势，且再生季产量与种植密度呈极显著相关（P＜0.01）。其中，头季产量最高为8.94 t·hm-2，此时最优的种植密度为22.4 万穴/hm2（图6-a）；当种植密度为29.1 万穴/hm2时，再生季产量最高为4.24 t·hm-2（图6-b），相比头季和再生季的总样本平均产量8.26 和3.64 t·hm-2，优化种植密度可以使头季增产8%，再生季增产17%。

2.5 留桩高度对再生稻再生季产量的影响

留桩高度作为再生稻栽培的关键技术之一，对再生季的产量具有直接影响。何花榕等[17]研究认为水稻的倒二节一般位于30—50 cm，头季留桩高度保住倒二节有利于提高再生季的有效穗数和产量。本文统计结果显示（图7），当留桩高度在40—50 cm 时，再生季的产量最高，平均为4.02 t·hm-2，其次为留桩高度0—10 cm；而当留桩高度20—30 cm 时，再生季的产量最低，平均为3.25 t·hm-2；留桩高度40—50 cm的再生季产量比留桩高度20—30 cm 增产24%。综上，适宜的留桩高度为40—50 cm。

2.6 种植方式对再生稻产量的影响

由图8 可知，不同的种植方式对再生稻头季产量的影响变化幅度在8.02—8.50 t·hm-2，但差异不显著。再生季的产量受种植方式的影响差异显著，变化幅度为3.09—5.20 t·hm-2，其中手栽＞机栽≈直播＞抛秧。此外，手栽的总产量显著高于其他种植方式，其他3种种植方式的总产量间差异不显著。由此可知，种植方式主要影响再生季产量，手栽种植方式由于最利于再生季产量的提高因而也能获得最大的总产量。

图4 再生季产量与施肥量的关系Fig. 4 The relationship between ratoon crop yield and fertilizer application rate

2.7 收割方式对再生季产量的影响

头季稻的收割方式对再生季产量是否产生影响主要在于是否对稻桩进行了碾压，机械碾压导致机械收割部分的再生稻不能成苗或发育较迟，不能正常抽穗而影响再生季水稻的产量。人工收割头季稻虽然规避了碾压稻桩的风险，但是需要大量的劳动力，作业效率低。由图9 可知，人工收割方式下的再生季产量比机械收割高12%，但统计显示二者之间差异不显著（P＞0.05）。虽然机械收割对再生季产量有一定影响，但其具有节省劳力和提高劳动效率的特点，因此更符合现代农业轻简化发展要求。

3 讨论

3.1 再生稻的产量潜力

再生稻是利用头季水稻收割后稻桩上的休眠芽 萌发生长成穗而再收获一季短生育期水稻的稻作制度[4]。由于强再生力水稻品种的育成和再生稻栽培技术的发展，再生稻经济效益显著高于单季稻和双季稻[18]。本文结果表明，再生稻头季、再生季及两季总的平均产量为8.26、3.64 和11.69 t·hm-2。中国南方稻区适宜种植再生稻的地区主要分布在四川、重庆和福建，其中面积最大的四川再生稻平均产量分别为8.4、2.1 和10.5 t·hm-2，重庆的再生稻平均单产又比四川略低[8]，二者都要比本研究统计的产量低；从光热资源上看，川渝地区是种植再生稻比较理想的地区，这说明川渝地区仍需要通过综合管理来提高产量。另外，从文献本身的数据进行比较，头季、再生季及两季总产量的产量潜力分别为11.65、6.90 和17.10 t·hm-2，平均产量分别达到产量潜力的71%、53%和68%，这说明中国再生稻生产有较大的缩小产量差的潜力。本研究是

根据文献大数据分析获得，如果根据气候和土壤等因素，利用作物生长模型并经过田间校正分区探讨再生稻的产量潜力或许更具有现实指导意义，拟在下一步研究中进行。

图5 总产量与总施肥量的关系Fig. 5 The relationship between total yield and fertilizer application rate

图6 头季和再生季产量与种植密度的关系Fig. 6 The relationship between planting density and grain yield of main and ratoon crops

图7 再生稻产量与留桩高度的关系Fig. 7 The relationship between ratoon crop yield and stubble height

图8 再生稻产量与种植方式的关系Fig. 8 The relationship between ratoon rice yield and planting methods

图9 再生季产量与收割方式的关系Fig. 9 The relationship between ratoon crop yield and harvesting methods

3.2 品种对再生稻产量的影响

本文统计结果显示籼稻比粳稻在头季、再生季和两季总产量上都有优势（图2-a），主要原因是粳稻生育期较籼稻长，较长的生育期有可能影响再生季的安全抽穗和成熟，这与前人研究结论一致[8,19]。例如，陈小花[19]在湖北地区选用粳稻作再生稻，由于头季稻生育期长达150 d，不利于再生季水稻的抽穗进而降低再生季的产量。俆富贤等[8]通过产量构成因素分析表明，适宜的生育期保证再生季齐穗，并且使用再生能力强的品种有利于提高再生季产量，因此在热量相对丰裕的南方稻区，籼稻特别是杂交籼稻常被作为再生稻的品种。

本文统计结果显示，杂交稻品种被更多科研人员选用，而且较常规稻有产量优势（图2-b）。唐文帮等[20]、徐富贤等[21]，朱永川等[4]研究认为杂交水稻品种蓄留再生稻，其再生率明显高于一般水稻品种，这已经得到前人的共识。俆富贤等[8]认为再生能力强的品种更利于提高再生稻的产量，这说明杂交水稻主要依靠强再生力来提高再生季的产量。

3.3 施肥对再生稻产量的影响

研究表明施肥对再生稻产量影响很大，水稻高产需要协调各肥料因子的用量[13]。本文通过96 个田间试验数据进行拟合，研究表明再生稻头季产量随着氮磷钾施用量呈“线性+平台”的趋势，即施肥量并不是越多越好，当施肥量达到一定程度（氮磷钾分别约为168、123 和124 kg·hm-2）时头季产量不再增加（图3-a）。而再生季的肥料管理与头季存在很大的差异，促芽肥和促苗肥的施用是再生季水稻养分管理的重要措施，二者的配合通过提高再生力增加再生季产量[13]。再生季的产量随施氮量的变化呈“线性+平台”的趋势（图4-a），这与BOND 等[22]的研究结论相似，当施氮量≤145 kg·hm-2时，再生稻产量随施氮量的增加而增加，当施氮量在145—410 kg·hm-2时，再生季产量保持4.44 t·hm-2不再增加。针对再生季的施氮量变化范围很大，有研究认为大田撒施300 kg·hm-2尿素（约138 kg N·hm-2）作促芽肥可以获得再生季最佳产量[23]，但也有研究认为施氮量为60—70 kg·hm-2即可获得再生季高产[24-25]。造成这些差异的主要原因是土壤基础肥力的差异，具体操作可以通过头季的苗情来判断。因此关于再生季促芽肥和促苗肥的施用，应根据头季水稻抽穗后的植株生长状况决定；长势较好的区域，应减少氮肥投入，反之增加氮肥投入[26]，本研究通过大数据分析为再生稻高产提供一个氮素的参考范围，实际栽培中宜根据当地土壤状况和目标产量等酌情进行增减用量。磷钾的最佳施用量也是如此。

3.4 栽培管理措施对头季和再生季产量的影响

通过文献检索发现，栽培管理措施，如种植密度、留桩高度、种植方式和收割方式等方面的研究受到越来越多的关注。

本文统计结果显示，不同的种植密度对头季、再生季产量均有明显影响。头季和再生季的产量与种植密度均呈二次曲线的关系，且再生季产量与种植密度呈极显著相关（P＜0.01）；当种植密度在22.4—29.1 万穴/hm2时，再生稻两季产量达到最高，该结论与前人研究相似[8,27-28]。唐仁忠等[29]认为种植密度过低，水稻腋芽萌发的幼苗数量和有效穗少，造成头季和再生季减产；而种植密度过高，则水稻通透性差，病虫害严重，也会影响两季水稻产量。因此合理的密度才能保证稻株健壮生长和头季有效穗多，进而促进总产量的增加。

头季收割后的留桩高度是再生稻栽培的关键技术之一，在一定范围内与再生季产量呈正相关[30]，其机制是通过促进腋芽分化来提高有效穗数[17]和穗重[31]来增产。何花榕等[17]研究表明倒二节一般位于30—50 cm，留桩高度在这个范围能够保住倒二节的腋芽（保护段2—3 cm），通过促进腋芽分化提高再生季有效穗数来增加再生季稻产量。本研究通过大样本统计显示（图7），适宜的留桩高度范围是40—50 cm，这与他人的研究结果相类似[14,32-33]，即适当高留桩有助于提高再生稻的产量。当留桩高度为0—10 cm时，再生稻的平均产量为3.80 t·hm-2，仅次于留桩高度40—50 cm，表明部分水稻品种在温光资源足够的地区可以选择低留桩，通过促进低节位腋芽分化提高穗重，但以降低有效穗数为代价确保产量[31]。然而这存在诸多风险，例如，光温资源丰富地区也可能发生阴雨天气，这些天气如果发生在孕穗和灌浆期就会造成光合产物积累不够就不能增加穗重，甚至造成减产。

本研究表明不同种植方式之间，手栽种植更利于再生稻的产量提高，其对秧苗损伤较小缓苗快，这与李杰等[34]、张现伟等[35]结论一致。而机插秧和抛秧种植时都存在根系生长空间小、秧苗弱、发苗慢的情况，因而成熟期偏晚，再生季的生长发育与产量都受到影响[35]。直播栽培时由于受气温影响而推迟播期，进而导致头季生育期延长及再生季成熟期推迟，会造成光温资源不匹配而减产[34]。因此比较不同种植方式下再生稻的产量，手栽种植对头季和再生季产量的影响最小，在产量上具有明显优势，但由于其具有劳动强度大、成本高、费工费时等特点，不符合现代农业发展的趋势，因此从轻简化角度宜选用机插秧和直播技术，并在发展中加以完善。

在收割方式上，机械收割时再生季产量比人工收割少10%（图9），徐富贤等[8]田间试验总结机械收割会减产5%—12%，这和本研究结果一致。钱太平等[36]、夏桂龙等[37]、徐小兵等[38]研究均认为头季稻机收碾压造成减产是限制再生稻机械化生产的重要因素，因为机械碾压导致被碾压稻桩在再生季不能成苗或发育较迟，不能正常抽穗而影响再生季的产量。由于机械碾压造成的再生稻减产对保证国家粮食安全不利，应采取相应的措施，例如在机械收割工具上采用小型化、加强排水管控以减轻对再生季稻秧的损害、及时追肥等[8]。

定量产量潜力和产量差的方法有很多，但每种方法都有不完善的地方。现阶段，国内发表了很多试验数据，从中筛选出高产的试验结果，通过高产纪录来表示产量潜力更可行。消减产量差需要多种措施同时进行，栽培管理上，选用适宜的品种，优化种植密度和施肥量，选择合适的留桩高度、种植方式和收割方式等措施；育种上，培育具有更高产量潜力、强再生力和高抗逆性的品种；政策上，加强再生稻高产高效技术的推广。再生稻研究还应该继续关注不同气候、土壤和生态区的产量差和养分利用效率等问题，为各区域再生稻产量和养分利用效率的协同提高提供科学依据。

4 结论

我国再生稻头季、再生季及两季总产量尚有很大的提高空间，增产潜力分别为3.38、3.27 和5.41 t·hm-2。合适的品种、肥料管理、种植密度、留桩高度、种植和收割方式可以缩小产量差，其中再生稻生产中品种选择以籼稻和杂交稻为主；与总样本平均产量相比，优化施肥量可以使头季增产9%，再生季增产22%；优化种植密度可以使头季增产8%，再生季增产17%；适宜的留桩高度范围为40—50 cm；机种机收相比于人工操作会损失若干产量，但采取措施后会缩小产量差，因此更符合轻简化现代农业发展需求。