不同棚式育秧对寒地水稻产量及其构成要素的影响

杜国明 姜莹莹 刘 钊

(东北农业大学 公共管理与法学院，哈尔滨 150030)

水稻作为中国主要的粮食作物，每年种植面积达3 000万hm2，解决了中国60%以上人口的主食需求，有效地缓解了中国的粮食压力[1-2]。当前中国农业正处于转型发展、提档升级的关键时期，耕地质量下降、面积减少和土壤污染等问题凸显。同时，随着“谷物基本自给、口粮绝对安全”的粮食安全战略以及质量兴农战略的实施，水稻高产增产愈来愈呈现出举足轻重的作用[3-4]。三江平原处于中国中温带的最北部，作为粳稻主产区，2015年水稻种植面积达265.02万hm2，约占黑龙江省种植总面积的84.19%，为全国粳稻种植总面积的27.61%，该地区的水稻生产直接影响全国水稻产量及稻米粮食安全[5]。但高纬度导致的生长期短和积温低是长期以来制约水田面积扩张和水稻产量提升的主要因素[6]。近年来，棚室育秧技术的不断进步，有效地提高水稻的秧苗素质，促进水田扩张和水稻产量提升。探究不同棚室育秧方式对水稻产量及其构成要素的影响，对于推广先进棚室育秧技术、提升水稻产量和保障口粮绝对安全具有重要意义。

近年来，针对水稻产量及其产量构成要素的影响机制已有很多的研究，主要包括通过对比试验，探究不同灌溉方式、温度处理、种养模式、耕作栽培技术、肥料施用量和插秧密度等因素对于水稻产量及其构成要素的影响[7-12]。如聂晓等[7]通过进行浅水-间歇灌溉、湿润-间歇灌溉和淹灌3个对比试验，探究不同灌溉方式下水稻产量及构成要素的差异；张祎玮等[8]通过进行夜间增温及常温对照两个试验，深入探究了夜间增温对于水稻生产的影响；禹盛苗等[9]通过6个试验处理，探究不同复合种养模式下水稻产量及产量构成因素的差异；钱永德等[10]通过对比分析保护性耕作和常规耕作水稻产量及产量构成要素的差异，探究保护性耕作对水稻产量及构成要素的影响，同时也进一步阐明了保护性耕作栽培技术的增产机理；张兆健等[11]通过对不同氮肥施用量的水稻产量及构成要素的差异分析，探究免耕抛秧栽培条件下的水稻最佳施氮量；赵海红[12]通过对比试验分析不同插秧密度处理组合下的水稻产量及构成要素的差异，确定水稻高产的最佳插秧密度。

目前，探究不同棚式育秧对水稻产量及其构成要素的影响的研究鲜有报道。三江平原农垦地区(以下简称“垦区”)水稻育秧主要采用超级大棚和标准大棚2种棚式，但在普通农村地区(以下简称“农区”)育秧棚式主要为传统小棚和少部分的标准大棚。因此，本研究开展超级大棚、标准大棚和传统小棚3个对比试验，监测并对比3种棚式内温度、水稻秧苗素质、生育期及产量构成因素，对水稻产量进行测算，旨在探究寒地水稻最佳的育秧模式，以期为寒地水田区水稻种植提供技术借鉴，促进农业现代化发展及土地整治项目实施。

1 试验材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

本试验2017年于黑龙江农垦建三江分局农业科技园区内开展。该科技园区地处中温带大陆性季风气候区，年平均气温在2.5 ℃左右，最高气温在37.5 ℃左右，最低气温可达到-41 ℃，全年无霜期135 d左右，有效积温达2 500 ℃以上，年均降雨量在573 mm左右，年径流量达140 mm。超级大棚和标准大棚内采用营养土育秧，传统小棚内土壤为本地草甸白浆土。

试验材料为‘龙粳31’，该粳稻品种主茎11片叶，千粒重约为26.3 g，株高约为92 cm，穗长约为15.7 cm，每穗粒数约为86粒，出苗至成熟的整个生育期约为130 d，需要≥10 ℃活动积温在2 350 ℃左右，较适宜在黑龙江省第三积温带上限地区种植，作为试验品种在三江平原的中部和北部地区具有较高的代表性。

1.2 试验设计

本试验共设3个处理，1)超级大棚，即工厂化超级大棚育秧方式，标准为：长100 m、宽12.5 m、高3.4 m；2)标准大棚，即宽床开闭式大棚旱育秧方式，标准为：长60 m、宽6 m、高2.8 m；3)传统小棚，即塑料膜小棚旱育秧方式，标准为：长15 m、宽2.5 m、高0.6 m。

标准大棚育秧与超级大棚育秧的培育方式相同，均采用：在播种前，利用旋耕机和平地机来进行地块平整，进行机械化作业形成标准的旱秧池后，在育秧硬盘内平铺已培育好的厚度为2 cm的营养土并均匀摆放，在均匀喷洒肥料后进行平整，进行均匀播种，在表面覆盖厚度为0.3～0.5 cm未经过培肥的细土，沟水浸润后进行地膜覆盖，在后续培育过程中进行适度的水分管理。

传统小棚旱育秧培育方式：选取在园区内距水源较近一块长为15 m、宽为2.5 m的旱地地块，经过地块平整、播种、施肥、浇水和覆膜等过程，与2种大棚棚式保持相同的管理方法。

3种试验处理主要采用常规传统的旱育秧方式，且秧田管理方法保持一致。

1.3 测定项目及方法

1.3.1播种至移栽前棚内温度趋势

4月15日—28日每天9：00和15：00对3种棚内的温度进行观测并记录，并计算上下午温度的差异(即下午棚内温度减去上午棚内温度)。

1.3.2秧苗素质测定

于5月10日和9月25日分别进行了3种棚式秧苗素质对比记录工作，分别从育秧棚或水田中切取10 cm×10 cm秧块，从秧盘上抽取25株长势较好的秧苗进行分析，对秧苗叶龄进行观察并记录，利用卡尺工具准确测量株高、茎基宽、根数和根长等数据；使用水平秤对鲜物质重、干物质重和根重等指标数据进行准确称重。

1.3.3生育期观测

对3种育秧棚内秧苗的出苗时间进行记录，同时对水稻秧苗的叶龄情况进行记录。

1.3.4水稻产量测产

分别随机选取3种处理下处于齐穗期的20株水稻，对有效穗数及平均数进行观测记录。理论产量测定于9月25日进行，将平均有效穗数作为选取标准，分别从3种处理中选取10株处于成熟期的水稻进行单位面积有效穗数、每穗粒数、千粒重和结实率等产量构成要素测定[13]，区分标记收获期的3种处理下所育水稻，在晾晒后进行水稻质量和含水量的测算工作，按照公式及标准含水量的13.5%进行计算，得出水稻的实际产量[14]。

理论产量=单位面积有效穗数×穗粒数× 结实率×千粒重÷106×15[14]

1.3.5数据分析

本研究利用Excel 2007软件进行数据录入、统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同棚式棚内温度的比较

图1可知，水稻出苗至移栽期，4月15日—19日每天9：00传统小棚的棚内温度高于超级大棚和标准大棚，而对比4月19日—27日 9:00 的育秧棚棚内温度来看，传统小棚棚内温度明显低于超级大棚和标准大棚2种大棚棚式，这说明2种大棚受光面积大，增温快且控温效果较好，一段时间内也会保持在较高的温度。在4月25日之后，2种大棚的棚内温度趋于平稳而传统小棚温度还处于不稳定波动状态，其温度波动差异达到5 ℃左右。

图1 出苗至移栽期3种棚式9:00棚内温度变化
Fig.1 Variation of temperature in three types of shed at 9:00 from seedling emergence to transplanting period

对比3种棚式棚内每天15：00的温度变化(图2)，可以发现2种大棚棚内温度变化规律趋于一致且较小棚温度稳定。4月15日—19日传统小棚的温度高于其他2种大棚，且呈波动性变化，2种大棚棚内温度的波动要小于传统小棚内的温度变化，温度较为稳定。4月20日—28日，传统小棚的温度要明显低于其他2种大棚棚式，且温度呈波动性变化，而2种大棚棚内温度均保持在适宜生长的25 ℃左右[15]。通过分析可知，当下午光照减弱时，2种大棚通过调节自动卷帘门及室内温度控制器对棚内温度进行控制，为水稻生长创造适宜的生长环境。而传统小棚多为塑料薄膜材质，棚内温度升高后，当下午温度降低时，棚顶会汽化产生水珠，产生一定的降温作用[16]，导致传统小棚棚内温度很低，几乎降至水稻生长发育的下限温度10 ℃左右[17]，不适宜水稻秧苗的生长发育。

图2 出苗至移栽期3种棚式15:00棚内温度变化
Fig.2 Variation of temperature in three types of shed at 15:00 from seedling emergence to transplanting period

对比出苗期至移栽期3种棚式棚内上下午温差变化(图3)，2种大棚的温差变化趋于一致，只有4月20日由于超级大棚通风时间较长导致其温差较大，其他时间内的上下午温差变化相对稳定，而传统小棚的温差变化幅度较大。传统小棚受光面积较小，上午升温相对较慢、棚内温度偏低，中午时棚内温度达到最高，下午温度降低时，棚顶会产生一定的降温作用，且传统小棚控温效果不强，导致棚内温度差异变化较大。

图3 出苗至移栽期3种棚式棚内上下午温差变化
Fig.3 Variation of temperature difference between afternoon and afternoon in three types of shed from seedling emergence to transplanting period

2.2 不同棚式育秧对水稻秧苗素质的影响

秧苗素质高低对水稻的插秧成活率、生长情况及最终产量具有直接的影响[17-18]，因此进行3种棚式秧苗素质的对比分析。表1可知，通过对比5月10日3种育秧棚水稻秧苗素质，超级大棚和标准大棚培育的水稻秧苗平均龄期为四叶一心，具备分蘖能力，可以进行机械化插秧。但传统小棚的水稻秧苗龄期为三叶一心，直到5月17日才能达到插秧标准，育秧时间延长7 d。在株高方面，传统小棚秧苗株高为9.10 cm，超级大棚和标准大棚秧苗株高分别比传统小棚高出1.84和2.40 cm；从根长这一指标来看，传统小棚所育秧苗根长为2.86 cm，超级大棚和标准大棚分别比传统小棚高出0.60和0.14 cm；在根数方面，传统小棚秧苗的根数为5.0个，超级大棚和标准大棚秧苗分别比其高出2.4和1.5个；根重方面，传统小棚秧苗根重为0.5 g，超级大棚和标准大棚秧苗分别比其高出0.3和0.2 g；在茎基宽方面，传统小棚秧苗茎基宽为0.29 cm，标准大棚秧苗茎基宽为0.28 cm，超级大棚分别较传统小棚和标准大棚秧苗高出0.01和0.02 cm；在弱苗率方面，超级大棚每25株秧苗弱苗数为2株，其弱苗率最低为8%，标准大棚的弱苗率为18%，传统小棚弱苗率最高达24%。分析3种棚式所育秧苗素质的各项指标，超级大棚的秧苗素质优于标准大棚，传统小棚所育秧苗的素质最低。

表1 不同棚式秧苗素质统计Table 1 Seedling quality of different shed types

分别选取3块本田中具有代表性的水稻各10株，对比3种棚式育秧水稻在8月25日生长后期的秧苗素质，主要选取秧苗的根长、株高和穗长等性状进行对比分析，见表2。在株高方面，传统小棚秧苗株高为87 cm，超级大棚和标准大棚秧苗分别较其高出8 和5 cm；在根长方面，传统小棚秧苗根长为19 cm，超级大棚和标准大棚秧苗分别较小棚高出5 和2 cm；在穗长方面，传统小棚秧苗穗长为14.5 cm，超级大棚和标准大棚秧苗分别较小棚高出3.5和2.0 cm。3种育秧棚棚式所育水稻在3个月的生长后，各项生长指标存在着显著差异，超级大棚所育秧苗素质明显优于其他2种育秧棚式，传统小棚所育秧苗目标性状最差。

表2 不同棚式育秧后期秧苗素质统计表Table 2 Seedling quality of different shed type seedling rearing in later stage cm

2.3 不同棚式育秧对生育期的影响

表3可知，在出苗时间方面，传统小棚在4月19日出苗，而超级大棚和标准大棚均在4月14日出苗，与大棚育秧相比，出苗时间推迟5 d。在5月10日观测时发现，传统小棚秧苗较大棚秧苗叶龄少1片叶，还需再长1周的时间才具备插秧条件。依据秧龄对2种棚式内秧苗进行插秧移栽，其中5月10日对超级大棚秧苗进行插秧移栽，其秧龄为32 d；于5月11日标准大棚秧苗进行移栽插秧，秧龄为33 d；5月17日传统小棚秧苗进行插秧，秧龄为39 d。对比3种棚式秧苗的生育期，2种大棚所育秧苗的生育进程基本相同。传统小棚和其他2种大棚棚式相比，由于出苗晚且叶龄不符合插秧条件，其插秧期较超级大棚推迟7 d，导致其后期生育进程推迟1周时间。

表3 不同棚式水稻生育日期统计表Table 3 Rice growth stages in different shed types

2.4 不同棚式育秧对水稻产量构成要素及产量的影响

表4可知，在有效穗数方面，与传统小棚所育水稻有效穗数417 穗/m2相比，相比超级大棚和标准大棚较传统小棚分别提高15.83%和4.80%；在全粒数方面，与传统小棚全粒数83.97粒/穗相比，超级大棚和标准大棚分别较传统小棚高出3.52和1.47粒/穗；在每穗实粒数方面，传统小棚每穗实粒数最低为79.75粒/穗，超级大棚、标准大棚分别较其高出2.10和2.16粒/穗；在结实率方面，标准大棚结实率较传统小棚提高0.18%。3种育秧方式下的水稻千粒重没有明显差异。

表4 不同棚式水稻产量极其构成要素统计表Table 4 Rice yield and its components in different shed types

表4所示，超级大棚所育水稻的理论产量、实际产量分别为10 327.35和9 301.50 kg/hm2；标准大棚所水稻的理论产量、实际产量分别为9 535.95和9 012.00 kg/hm2；传统小棚所育水稻的理论产量、实际产量分别为9 031.05和8 632.50 kg/hm2[14]。由于后期生长过程中各种因素的影响，3种育秧大棚的实际产量均低于理论产量，但超级大棚所育水稻的实际产量仍高于标准大棚和传统小棚，超级大棚的产量较标准大棚高出3.21%，较传统小棚产量高出7.75%。通过对水稻的产量及产量构成因素进行测算，对比3种育秧棚所育水稻的产量，可以分析得出，相较于标准大棚和传统小棚，超级大棚是较好的育秧方式且有利于水稻产量的提高，超级大棚的推广应用对于寒地水稻产量的提高具有重要的意义。

3 讨 论

1)地处北半球的高寒地区，温度条件是制约水稻面积扩张及水稻产量高低的重要因素。本研究发现，在同等条件下，不同育秧棚棚式对于水稻的育秧期、秧苗素质、水稻产量及其构成要素具有直接影响，因此提升水稻产量应针对不同类型育秧棚式特点完善温度控制技术。

2)黑龙江省广大农村地区其育秧方式仍以传统小棚为主，建议在实际生产中，对集中连片的水田种植区推广大棚甚至超级大棚育秧技术，以便进一步提高区域内水稻产量。同时，对于农村地区较为分散的水稻种植区可以进行棚式改建，将传统小棚进一步改建为大棚棚式，进行集中统一育秧管理，优化育秧棚用地布局，提高土地集约利用率。

3)本研究中超级大棚和标准大棚内采用营养土育秧，传统小棚内土壤为草甸白浆土育秧，土壤的差异性会对秧苗生长及秧苗素质产生一定的影响。另外，外界温度条件和水稻品种等因素的影响需进一步的试验验证。

4 结 论

1)在水稻育秧时节的上午温度升高和下午温度降低时，2种大棚棚内温度较为稳定，而传统小棚的棚内温度则呈波动性变化。2种大棚的上下午温差变化较小，最大温差不超过8 ℃，而传统小棚内的温差变化较为剧烈，最大温差达11 ℃左右。2种大棚增温及控温效果明显优于传统小棚。

2)不同育秧棚式棚内温度和光照差异对秧苗素质高低有直接的影响，综合对比3种棚式所育秧苗株高、根长、根数、根重和茎基宽等数据，超级大棚所育秧苗素质最优，标准大棚次之，传统小棚所育秧苗素质最低。在弱苗率测算中，超级大棚弱苗率最低为8%，传统小棚最高为24%。

3)对比3种育秧棚所育秧苗的生育期，2种大棚所育秧苗的生育进程基本相同，但传统小棚由于插秧期较2种大棚推迟7 d，导致后期生育进程推迟1周。与传统小棚育秧相比，大棚所育秧苗的生育期缩短1周左右的时间，这一优势可以有效弥补寒地水田区生育期短的不足。

4)分析对比有效穗数、每穗全粒数、实粒数和结实率等产量构成要素，超级大棚所培育水稻的有效穗数较传统小棚高出15.83%；超级大棚秧苗全粒数分别较标准大棚和传统小棚高出1.71%和4.19%；超级大棚育秧水稻的实粒数分别较标准大棚和传统小棚高出0.06和2.16粒/穗；与传统小棚相比，标准大棚育秧下水稻结实率提高0.18%。

5)后期生长过程中受各种因素影响，3种棚式育秧的水稻实际产量均低于理论产量，但超级大棚的实际产量仍明显高于标准大棚和传统小棚，分别高出3.21%和7.75%。

致谢

感谢东北农业大学农学院顾万荣副研究员对本研究及论文写作的指导，感谢黑龙江省七星农场农业技术人员对本研究所提供的技术支持与帮助。