旱直播提高南方旱稻产量及抗倒伏性状

王文霞 易艳红 周燕芝 谭雪明 曾勇军 石庆华 潘晓华 曾研华

(江西农业大学双季稻现代化生产协同创新中心/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室,江西南昌 330045)

随着农村劳动力成本的提高及规模化经营的发展,直播种植方式受到稻农的欢迎和采纳,推广应用面积日益增大[1-2]。旱稻是指在干旱条件下完成其生长发育过程的栽培品种[3],具有节水抗旱及高效利用自然雨水的能力,在适度干旱条件下可保持其正常生理功能,实现旱播旱管、增产高效[4]。旱直播因节水、省工、节能、减排明显、增产增效等优势而被称为极具推广价值的种植方式之一[5-6]。随着直播稻的大面积推广使用,南方双季稻区晚稻也出现了较大面积的直播[7]。然而倒伏是制约直播稻高产稳产的重要因素[8],研究旱直播方式对旱稻茎秆抗倒伏能力及产量的影响,对于促进南方稻区旱稻直播生产具有重要意义。直播稻倒伏受品种类型、栽培方式、水分管理等因素的影响。淹水直播稻田中,倒伏较为严重,使得产量和稻米品质降低。张耗等[9]研究表明,与常规灌溉相比,在旱直播条件下旱稻品种能获得较高的产量和水分利用效率,具有较好的根系性能,地上部植株的生理活性也较强。前人研究表明,水稻株高、节间长度、茎粗、茎壁厚均与抗倒伏性密切相关[10-12],其中倒伏指数与倒伏能力呈负相关,倒伏指数越大,抗倒伏能力越弱。此外,倒伏还与外界环境、品种选择等因素密切相关[13-14]。关于旱稻直播的研究主要集中在栽培措施、生理特性及根系分布等方面[15-16],而对不同直播方式下系统探讨旱稻产量变化与抗倒伏能力的研究较少,且前人的研究对象主要以一季中稻为主,而对晚稻直播的研究较少。本研究以旱稻品种沪优2 号和旱优73 为试验材料,采用人工模拟机械穴直播的种植方式,在大田开展旱直播、湿直播与淹水直播的比较试验,系统研究不同直播方式下旱稻出苗率、抗倒伏性状及产量形成的变化特征,以期为旱稻品种在南方稻区同步实现高产和抗倒提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

于2017-2018 年在江西农业大学科技园(115°49′53″E、28°46′8″N)进行大田试验,供试品种为旱稻旱优73 和沪优2 号,均由上海市农业生物基因中心提供,旱优73 与沪优2 号品种全生育期分别为123 和115 d。试验田前茬为双季早稻,土壤肥力中等。试验前耕层土壤(0 ～20 cm)基本理化性质为有机质30.35 g·kg-1、全氮2.40 g·kg-1、速效磷25.17 mg·kg-1、速效钾84.02 mg·kg-1,pH 值6.1。

1.2 试验设计与田间管理

试验采用裂区设计,直播方式为主区,品种为副区,设置3 个处理:旱直播(dry direct seeded,DDS),采用旱耕旱整旱播的方式,种子于田间干旱条件下直播,播后用细土覆盖,两叶一心期前间歇灌溉,保持土壤湿润,后期稻田水分管理采用间歇灌溉方式;湿直播(wet direct seeded,WDS),采用水耕水整湿播的方式,种子于田面湿润无积水的状态下直播,两叶一心期前田间保持湿润状态,后期稻田水分管理采用间歇灌溉方式;淹水直播(flooded direct seeded,FDS),采用水耕水整水播的方式,种子于田面淹水达2～3 cm 深度的水层进行直播,两叶一心期前保持2～3 cm 水层,后期稻田水分管理采用间歇灌溉方式,直至成熟。试验设3 次重复,每个小区20 m2,每小区之间筑埂并用塑料薄膜包埂,各处理均设有单独的排水口和进水口,单排单灌。

试验于2017 年7 月3 日(2018 年试验为7 月5日)播种,11 月5 日(2018 年试验为11 月6 日)收割,采用人工模拟机械穴直播的种植方式,行株距为16.5 cm×16.5 cm。选取刚破胸露白的种子进行播种,播种量为每穴6～8 粒。氮肥(N)施用量为195 kg·hm-2,其中基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶2∶4;钾肥(K2O)施用量为170 kg·hm-2,其中分蘖肥∶穗肥=7∶3,磷肥(P2O5)施用量为90 kg·hm-2,全部作为基肥。氮、磷、钾肥分别为尿素、钙镁磷肥和氯化钾。播种后喷施除草剂,四叶期喷施除草剂精克草星(美丰农化有限公司)。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 考种测产 在成熟期每处理调查3 个重复,每重复调查120 蔸水稻的有效穗数。按平均有效穗数选取考种样,每小区分别取样3 蔸,调查每穗粒数、结实率及千粒重。每小区选取5 m2水稻进行实际测产。

1.3.2 出苗率 于直播后15 d,以一叶一心为出苗标准,调查出苗数。按照公式计算出苗率:

1.3.3 倒伏测定 齐穗后20 d,按照五点取样法,选取代表性的水稻10 蔸,每蔸取1 个主茎,共10 个主茎,作为1 个样本,3 次重复[17],测定株高、穗长及基部各节间的长度,用YYD-1 茎秆强度测定仪(浙江托普云农科技股份有限公司)测量倒数第二节间茎秆的抗折力F,用游标卡尺测定各节茎秆的粗度、茎壁厚度。按照公式计算各参数[18-19]:

1.4 数据分析

采用Microsoft Office Excel 2010 和DPS 7.5 等软件进行分析,采用LSD 法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 旱直播方式对旱稻产量及产量构成的影响

由表1 可知,除品种对产量的影响不显著外,品种对产量构成因素以及直播方式对产量及其构成因素的影响均达显著或极显著水平;年份、年份与品种的互作效应对千粒重的影响均达到显著水平。不同直播方式下,DDS 旱稻产量最高,其次为WDS,而FDS 产量最低,且与DDS 差异显著,年度间趋势一致。DDS 较WDS 和FDS 增产7.89%～22.21%,各直播方式下,沪优2 号的产量高于旱优73,平均增幅为3.87%。从产量构成因素来看,两年数据结果表明DDS 两品种有效穗数均要高于WDS 和FDS,且与FDS 差异显著,但结实率与千粒重低于WDS 和FDS,且结实率较FDS 差异显著,而每穗粒数各处理间差异不明显,说明DDS产量的提高得益于有效穗数的增加。

2.2 旱直播方式对旱稻出苗率的影响

由表2 可知,直播旱稻品种的两年(2017-2018)出苗率均呈DDS＞WDS＞FDS 的趋势,且差异均达显著水平;与WDS 和FDS 相比,DDS 旱优73 两年出苗率增幅分别为6.57%～7.20%、20.91%～23.29%,沪优2号增幅为9.64% ～10.49%、19.05% ～21.90%,可见DDS 有利于提高旱稻品种的出苗率。

表1 旱直播方式对旱稻产量及其构成因素的影响Table 1 Effects of dry direct seeded pattern on the yield and yield components of upland rice

表2 旱直播方式对旱稻出苗率的影响Table 2 Effects of dry direct seeded pattern on emergence rate of upland rice /%

2.3 旱直播对茎秆抗倒伏能力的影响

2.3.1 茎秆形态 由表3 可知,年份、品种和直播方式对旱稻株高、穗长、各节间长度的影响均达到极显著水平,年份和品种互作效应对各节间长度的影响达极显著水平,年份和直播方式互作效应对第三节间的影响达到极显著水平。不同直播方式下,供试品种两年株高和穗长均表现为DDS＜WDS＜FDS,且沪优2 号品种株高各处理间差异显著,穗长指标DDS 与FDS 差异显著;DDS 各节间长度均不同程度的低于DDS 与FDS,且第二、三节间长度分别与FDS 差异显著,而第一节间各处理差异不明显(2018 年沪优2 号品种除外)。

2.3.2 茎秆力学特性 由表4 可知,品种与直播方式对茎粗、壁厚和秆型指数的影响均达极显著水平,年份对秆型指数的影响达极显著水平,年份和品种互作效应对茎粗、秆型指数的影响达显著水平。不同直播方式下,供试品种两年茎粗、壁厚和秆型指数均表现为DDS＞WDS＞FDS,且DDS 与FDS 茎粗指标差异达显著水平;壁厚于2017 年各处理差异不明显,而2018 年DDS 与FDS 差异达显著水平;秆型指数各处理间差异显著,表明DDS 有利于改善基部节间茎秆特征。

表3 旱直播方式对主茎形态的影响Table 3 Effects of dry direct seeded patterns on main strem morphology

表4 旱直播方式对基部节间茎秆特征的影响Table 4 Effects of dry direct seeded pattern on basal internode stem characteristics

表4(续)

由表5 可知,年份、品种和直播方式对弯曲力矩、抗折力、倒伏指数影响均达极显著水平,年份与品种、年份与直播方式互作效应对抗折力和倒伏指数的影响分别达极显著和显著水平,品种与直播方式互作效应对弯曲力矩和倒伏指数的影响达极显著水平。不同直播方式下,DDS 的弯曲力矩与倒伏指数均要低于WDS和FDS,且与FDS 差异显著;而抗折力指标DDS 均高于WDS 和FDS,且与FDS 差异总体达显著水平(2017年旱优73 品种除外),说明DDS 方式有利于改善基部茎秆力学特性,提高茎秆抗倒的能力。

表5 旱直播方式对茎秆力学特性的影响Table 5 Effect of dry direct seeded patterns on mechaiccs characteristic of stem

2.3.3 茎秆性状与抗倒伏特性的相关分析 由表6可知,茎秆性状指标与抗倒伏特性存在显著的相关性(除穗长与倒伏指数之间的相关性)。茎粗、壁厚和秆型指数与抗折力呈显著或极显著正相关,与倒伏指数呈极显著负相关。株高和弯曲力矩与抗折力呈极显著负相关,与倒伏指数呈极显著正相关。穗长与抗折力呈极显著负相关,但与倒伏指数的相关性不显著。表明不同直播方式下旱稻品种茎秆的抗折力和倒伏指数受茎秆性状多个指标因素的影响。株高、茎粗、壁厚、弯曲力矩和秆型指数等均影响植株的抗折力和倒伏指数,这可能是DDS 提高旱稻植株抗倒伏的主要因素。

表6 茎秆性状与抗折力和倒伏指数的相关系数(n=12)Table 6 Correlation coefficients between stem properties and breaking resistance and lodging index(n=2)

3 讨论

3.1 旱直播对旱稻生长发育及产量的影响

旱直播(DDS)是我国应用面积较广的节水栽培技术之一,具有显著的节水效果,但对水稻产量的影响,因土壤环境、温度、湿度和降雨量等因素不同而异[20-21]。本研究基于旱稻品种,探讨了不同直播方式对旱稻产量的影响,结果表明,DDS 较WDS 和FDS 有利于提高出苗率,增加旱稻秧苗全苗壮苗。DDS 由于在早稻收割后进行旱整地,土壤水分保持旱地模式,播种前采用深翻耕方式扰动土层,同时DDS 田间土壤保持碎小,土层为疏松状态,增加土壤透气,有利于种子的发芽出苗[22];而水直播由于长期建立水层,土壤通透性较差,且当旱稻品种作晚稻种植时,种子出苗易受到高温气候的影响,降低种子的出苗成苗率[23-24]。前人研究发现,直播稻出苗不易控制,严重影响产量[25]。实现全苗壮苗,是直播稻高产稳产的重要基础。研究表明,直播稻前期适度干旱可控制无效分蘖发生,提高有效穗数,增加水稻产量[26-27]。本试验研究结果与其相似,DDS 可提高旱稻产量,增幅达5.42%～22.63%。与WDS 和FDS 相比,DDS 供试品种产量的增加,与其较高的有效穗数有关,而有效穗数的增加得益于DDS较好的分蘖成穗。这与孙永健等[28]的研究结果较为一致。说明旱稻品种在DDS 种植方式下有利于群体质量的优化,增产优势明显。

3.2 旱直播对旱稻抗倒伏的影响

直播种植过程中经常会发生不同程度的倒伏,导致稻谷产量和品质降低,收获困难,甚至造成绝收[29-31]。前人研究发现,长期淹水状态会导致土壤中有毒还原性产物积累[32],对根系的生长发育造成负面影响。适度干旱处理可有效改善土壤的氧化还原性,去除土壤中有毒还原性产物,有利于水稻根系的生长,提高植株抗倒伏性状[33]。旱稻品种具有节水抗旱等优点,但关于旱稻在DDS 种植方式下的抗倒伏特性研究较少[34]。本研究发现,DDS 提高基部节间茎粗与茎壁厚,且品种间存在显著性差异,这可能与品种特性和外界环境条件有关。株高对水稻倒伏的影响存在争议,有研究认为株高增加,水稻更容易倒伏,也有极少数学者认为株高对水稻抗倒性影响较小,但株高过高将加大水稻倒伏的危险性[35]。此外,水稻倒伏与茎秆节间性状密切相关,茎秆低位节间越长越易倒伏。本研究中,DDS 不同程度地降低株高和各节间长度,增加了秆型指数,且各品种趋势一致,这可能是DDS 有利于植株生长前期的根系深扎,增加低位节间的茎秆充实度。说明DDS 更加稳固地提高地上部植株的抗倒性,增强植株的抗倒能力。倒伏指数是评价水稻品种的抗倒伏能力[19]的重要指标。本研究结果表明,与WDS 和FDS 相比,DDS 可提高基部节间抗折力,降低倒伏指数,说明DDS 有利于优化地上部茎秆各茎节的生长,提高植株抗倒性能。相关分析还表明,株高、茎粗、壁厚、弯曲力矩和秆型指数等影响了植株的抗折力和倒伏指数,这可能是DDS 提高旱稻植株抗倒伏的主要因素。同时,水稻倒伏不仅与种植方式及其自身遗传特性有关,还与外界环境因素有关。本试验条件下,沪优2 号在FDS 和WDS 均发生了倒伏,DDS 未见明显倒伏。因此,DDS 可提高旱稻倒伏能力并获得高产稳产。

3.3 旱稻直播的高产途径

随着全球气候变暖、水资源短缺以及稻作方式的转型,旱稻种植面积不断上升,发展旱稻直播生产具有广阔的应用前景[36]。开展旱稻直播技术研究对于旱稻直播的高产稳产具有重要意义。在旱稻直播生产中,需注意选择合理的直播方式,本研究发现在南方双季稻区,DDS 有利于增加旱稻出苗率,提高旱稻产量,同时,DDS 可提高植株的抗倒伏能力,在一定程度上增加了旱稻直播的稳产性。此外,旱稻作晚稻种植时,需注意种子发芽出苗问题,由于晚稻种植前期温度相对较高,且光照强度较大[37],FDS 易导致烂种烂秧,影响种子出苗全苗,不利于秧苗的早生快发。而DDS 土壤需保持适宜的含水量,避免过于干旱。同时,旱稻在采用DDS 时,注意在杂草的防除过程中特别要做好旱生性杂草的防除工作,因为长期采用半旱作的种植方式,稻田会增加旱生性杂草的发生,导致旱稻田间杂草的防除难度增加。

4 结论

本研究结果表明,DDS 有利于提高旱稻供试品种的出苗率,增幅为6.57%～23.29%;增加供试品种旱稻产量,两品种增产幅度达5.42%～22.63%,其主要得益于单位面积有效穗数的提高;DDS 有利于提高供试品种茎秆抗折力和秆型指数,降低弯曲力矩与倒伏指数。相关分析表明,茎粗、壁厚和秆型指数与抗折力呈显著或极显著正相关关系,与倒伏指数呈极显著负相关关系。株高和弯曲力矩与抗折力呈极显著负相关,与倒伏指数呈极显著正相关。本试验中,株高、茎粗、壁厚、弯曲力矩和秆型指数等均影响植株的抗折力和倒伏指数。综上所述,DDS 不仅有利于增加旱稻产量,而且有利于提高旱稻的抗倒伏能力。