不同育秧方式下播种量和插秧机具对水稻产量及群体质量的影响

张 桥 向开宏 孙永健 武云霞 郭长春 唐 源 刘芳艳 马 均

(四川农业大学水稻研究所/作物生理生态及栽培四川省重点实验室，四川 温江 611130)

水稻是我国主要的粮食作物，在我国粮食生产和消费中占主导地位。随着经济的发展，农业、农村劳动力的流失，以及水稻全程机械化生产程度较低、水资源紧缺、经济效益较低等问题的限制，水稻种植面积大幅度减少[1]；且我国水稻直播技术不够成熟[2-3]，以机插稻为主的机械化种植模式，是保障我国水稻种植面积，稳固水稻产量，提高稻米品质，保障粮食安全最主要技术手段[4-5]。国外机插稻的技术应用广泛，并且机插稻生产接近100%[6-7]。我国机插稻技术由日本引进，经过我国科学家多年的研究逐渐形成了适应我国情况的技术体系[8-9]。多年生产已初步证明机插稻稳产增效明显，但农机农艺融合尚不紧密，秧苗素质管理、机插质量还有待进一步提高[10-12]。在江苏等机插推广程度高的地区通常为机插粳稻，而四川地区为机插杂交籼稻，技术环节差异较大。此外，四川主要为水旱轮作区，前茬作物的收获时间较晚(麦-稻、油-稻两熟制)，并存在季节性干旱等因素，使水稻不能及时栽插，导致秧苗素质变差[13-14]。在育秧环节已有研究表明，不同育秧方式下，较优的育秧基质能提高秧苗素质，移栽后返青快，后期物质积累能力强[15]；合理的播种量能节约种子、降低成本，并在保证秧盘单位面积苗数下，减少机插时缺窝数，间接提高机插质量，并改善机插稻田间布局，使得通风透光能力好，光合生产能力优势明显[16-17]；且过度增加播种量，会导致成本较高，秧苗素质变差[15]。关于育秧环节与插秧机具融合对水稻群体质量以及产量的研究尚鲜有报道，且四川机插稻的推广难度大，生产实践上对育秧环节技术以及插秧机具的选用还不够明确。因此，本试验以机插稻农机农艺融合的首要融合点“育秧-机插”关键环节为研究对象，从农机农艺深度融合、降低生产成本和劳动强度、改善群体质量和水稻丰产高效为出发点，设置不同育秧方式、播种量条件与插秧机具融合，进一步探究不同秧苗素质下配合不同插秧机具对机插稻群体质量及产量、稻作效益的影响，旨在为四川盆地机插稻高产栽培提供理论依据，为机插稻的生产推广提供实践基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验材料为研究区域广泛应用且具有代表性的品种超级稻F优498。试验于2018年在崇州市四川农业大学现代农业研发基地(30°33′N，103°38′E；海拔520.6 m)进行，耕层(0～20 cm)土壤质地为砂壤土，含全氮2.2 g·kg-1、有机质24.9 g·kg-1、速效磷57.9 mg·kg-1、 速效钾102.5 mg·kg-1。

1.2 试验设计

本试验在前期研究基础上[18]，采用三因素随机区组设计：A因素为育秧方式：营养土育秧、稀泥育秧； B因素为插秧机具：4行手扶式插秧机、6行乘坐式插秧机；C因素为播种量：65、85、105 g/盘。采用传统毯苗机插身秧育秧模式，稀泥育秧基质为试验田稀泥，含全氮2.1 g·kg-1、有机质27.2 g·kg-1、速效磷15.6 g·kg-1、 速效钾157.4 g·kg-1，营养土基质有机质含量大于40%，购自莘县益诺基质科技有限公司；插秧机具为：2ZS-4(SPW-48C)4行手扶式插秧机(苏州久保田农业机械有限公司)、NSPU-68C 6行乘坐式高速插秧机(苏州久保田农业机械有限公司)。机插行株距均为30 cm×20 cm，各处理种植12行，3次重复，小区面积35 m2。肥料N∶P2O5∶K2O为2∶1∶2，氮肥(150 kg N·hm-2) 按基肥∶蘖肥∶穗肥(晒田复水后一次性施入)为3∶3∶4施用，基肥在机插前1 d施入，蘖肥在机插后7 d施入，穗肥在机插后56 d施入；磷、钾肥均作基肥一次性施入，磷肥(过磷酸钙)施用量折合P2O575 kg·hm-2， 钾肥(氯化钾)施用量折合K2O 150 kg·hm-2。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 秧苗素质 于20 d秧龄时，各处理选取代表性植株30株，3次重复，分别调查叶龄、苗高、茎基宽、茎叶干重，并根据公式计算充实度、壮秧指数和整齐度[18]：

充实度=茎叶干重/苗高

(1)

壮秧指数=茎基宽×充实度

(2)

(3)

1.3.2 机插均匀度 机插5 d后根据《GB 6243-2017 水稻插秧机试验方法》[19]调查机插质量，各小区调查10行20穴；统计漏蔸率并根据公式计算机插均匀度系数[20]：

均匀度系数=(1-漏蔸率)×(1-单穴苗变异系数)

(4)。

1.3.3 茎蘖动态 各小区以5点取样法定点15穴调查水稻茎蘖数，拔节前每5 d调查1次，拔节后每7 d调查1次。

1.3.4 抽穗整齐度 于齐穗期各小区调查5穴具有代表性的稻株，用直尺量取穗颈至剑叶叶枕的距离，根据公式计算抽穗整齐度：

rd=(x-s)/x×100%

(5)

式中，rd为抽穗整齐度，x为穗颈至剑叶叶枕距离平均值的绝对值，s为标准差。

1.3.5 叶面积指数(LAI)与干物质积累 各小区分别于分蘖盛期、拔节期、齐穗期与成熟期，按平均茎蘖数取5穴具有代表性的稻株，分茎、叶、穗(齐穗期与成熟期)，用Li-3100C叶面积分析仪(美国LI-COR公司)测定绿叶面积，计算叶面积指数(leaf area index，LAI)。将样品烘干至恒重后测定干物质量，并根据公式计算叶面积衰减(LAI·d-1)和群体生长率(g·m2·d-1)。

叶面积衰减率=(LAI2-LAI1)/(t2-t1)

(1)

群体生长率=(W2-Wl)/(t2-t1)

目前，欧盟、美国已经各自开发了完整的评价软件，并得到了较广泛的应用；还有一些国家针对本国的核设施研究开发了相应的评价软件，也得到了一些应用(如表1所示)。下面对几种应用较为广泛的软件进行简要介绍。

(2)

式中，LAI1和 LAI2为前后2次测定的叶面积指数；W1和 W2为前后2次测定的干物质量；t1和t2分别为前后2次测定的时间。

1.3.6 产量及其构成因素 收获时各小区调查60穴具有代表性的稻株，计数有效穗数并计算均值；分别取10穴具有代表性的稻株，脱粒自然风干后，分离瘪粒与饱粒，计算结实率；然后用PM-8188 New谷物水分测量仪(上海嘉凯电子科技有限公司)测定水分含量，折算成标准含水量(13.5%)，计算千粒重。各小区收割200穴，并折算成稻谷标准含水量(13.5%)计产。采用试验田与生产大田相结合核算经济效益，农资、田间管理和育秧等成本来源于当地种粮大户每亩机插秧的田间成本，种子成本和产量以试验田实际用种量和实收产量为准。

1.4 数据分析

试验每个处理设置3次重复，计算各处理的平均值，以及标准差。利用SPSS 17.0软件采用最小显著差异(LSD)法进行多重比较(α=0.05)，使用Origin 9.2绘制图表。

2 结果与分析

2.1 育秧方式、播种量对秧苗素质与机插质量的影响

由表1、表2可知，育秧方式、播种量对秧苗素质各项指标均存在显著或极显著影响，且育秧方式、播种量以及插秧机具对机插稻单穴苗变异系数、均匀度系数的影响均达极显著水平。除充实度外，育秧方式对秧苗素质各指标的影响均高于播种量，秧苗整齐度受育秧方式的影响更大。从机插质量来看插秧机具对机插均匀度的影响更大。从互作效应来看，育秧方式×播种量对百苗干物质量、壮秧指数的影响存在极显著的互作效应；育秧方式×播种量×插秧机具对每穴苗数的影响存在极显著的互作效应。

由表1可知，营养土育秧方式下，秧苗发育好，叶龄、苗高、百苗干物质量、茎基宽、充实度、壮秧指数、整齐度均高于稀泥育秧；随着播种量的增大，秧苗个体间对营养成分的竞争增大，导致各项指标均不同程度地降低，整齐度也逐渐降低。由表2可知，稀泥育秧漏蔸率总体低于营养土育秧，均匀度系数却相对较低，主要是由单穴苗变异系数较大引起的。从插秧机具角度分析，6行乘坐式高速插秧机均匀度系数更高，在作业时更加均匀稳定。从播种量角度分析，随着播种量的增加漏蔸率逐渐降低，每穴苗数逐渐升高，单穴苗变异系数呈先降低后升高的趋势，均匀度系数呈先升高后降低的趋势。综上可知，营养土育秧处理下秧苗素质更好，在播种量为85 g/盘(C2)时采用6行乘坐式高速插秧机机插秧苗均匀度最高，机插质量最优。

表1 不同育秧方式与播种量对秧苗素质的影响Table 1 Effects of different seedling raising methods and seeding amount on seedling quality

2.2 不同育秧方式下播种量和插秧机具对群体质量的影响

2.2.1 群体茎蘖数、成穗率及抽穗整齐度 由图1、图2可知，不同插秧机具与播种量各处理间群体茎蘖数存在显著差异，且从不同育秧方式来看，营养土育秧的群体茎蘖总数、抽穗整齐度与成穗率总体高于稀泥育秧；从不同插秧机具来看，6行乘坐式高速插秧机田间作业稳定机插质量较优，群体茎蘖数、抽穗整齐度总体显著高于4行手扶式插秧机，而对成穗率的优势不明显。不同播种量条件下，随着播种量的增加，群体茎蘖数、抽穗整齐度呈现先上升后下降的趋势，以播量85 g/盘最适宜，而成穗率则表现为先下降后上升的趋势。综上分析，育秧环节采用营养土育秧、播种量为85 g/盘配合6行乘坐式高速插秧机能提高水稻田间分布均匀度，从而保证水稻群体茎蘖数及有效穗数，提高水稻的抽穗整齐度。

表2 不同育秧方式、播种量与插秧机具对机插均匀度的影响Table 2 Effects of different seeding raising methods, seeding amount and transplanting machines on transplanting uniformity

2.2.2 主要生育期群体干物质重及群体生长率 由表3、表4可知，各生育期不同处理的群体干物质重、不同生育阶段干物质积累量、群体生长率存在显著差异。营养土育秧机插秧苗的秧苗素质高，在移栽后物质生产与积累中优势明显，营养土育秧各生育期群体干物质重、不同生育阶段干物质积累量、群体生长率在一定程度上高于稀泥育秧；从不同插秧机具来看，因6行乘坐式高速插秧机较高的机插质量，其处理在各生育期群体干物质积重、群体生长率一定程度上高于4行手扶式插秧机；从不同播种量来看，随着播种量的增加各时期群体干物质重、各生育阶段干物质积累量、群体生长率呈先上升后下降的趋势，播种量85g/盘为最佳处理。

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。FTS：分蘖盛期；JS：拔节期；FHS：齐穗期；MS：成熟期。 A1：营养土育秧；A2：稀泥育秧；B1：4行手扶式插秧机；B2：6行乘坐式高速插秧机； C1、C2、C3分别表示播种量为：65、85、105 g/盘。下同。Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level among treatments. FTS: Full tillering stage. JS: Jointing stage. FHS: Full heading stage. MS: Mature stage. A1: Seedling raising by nutrient soil. A2: Slime seedling raising. B1: 4 line walking rice transplanting machines. B2: 6 row high speed rice transplanting machines. C1, C2 and C3 indicate different seeding rates: 65, 85 and 105 g/plate, respectively. The same as following.图1 不同育秧方式下播种量和插秧机具对群体茎蘖数的影响Fig.1 Effects of seeding amount and seedling transplanting machines on population tiller number under different seedling raising methods

图2 不同育秧方式下播种量和插秧机具对成穗率及抽穗整齐度的影响Fig.2 Effects of seeding amount and transplanting machines on earing rate and heading uniformity under different seedling raising methods

2.3 不同育秧方式、播种量和插秧机具下产量及主要群体质量指标方差分析

由表6可知，育秧方式、插秧机具、播种量对有效穗数、每穗粒数、总颖花数以及稻谷产量存在显著或极显著的影响，其中播种量与插秧机具对各指标的影响明显高于育秧方式。从三因素互作效应分析，育秧方式×插秧机具×播种量对稻谷产量的影响存在显著的互作效应；从两因素互作效应分析，插秧机具×播种量对有效穗数、每穗粒数、总颖花数以及稻谷产量的影响存在极显著的互作效应，育秧方式×插秧机具、育秧方式×播种量对每穗粒数和稻谷产量存在极显著的互作效应。表明，育秧方式、插秧机具、播种量主要通过影响有效穗数和每穗粒数进而影响产量。由表7可知，三因素对齐穗期LAI以及齐穗期高效LAI均存在极显著的影响，且播种量和插秧机具对结实期干物质积累量、结实期群体生长率和齐穗期LAI、齐穗期高效LAI的影响明显高于育秧方式。此外，育秧方式×插秧机具×播种量对结实期干物质积累量、结实期群体生长率以及齐穗期高效LAI的影响存在显著或极显著的互作效应。

表3 不同育秧方式下插秧机具与播种量对主要生育时期群体干物质重及生长率的影响(营养土育秧)Table 3 Effects of transplanting machines and seeding amount on dry matter weight and growing rate of population in main growth periods under different seedling raising methods (seedling raising by nutrient soil)

表4 不同育秧方式下插秧机具与播种量对主要生育时期群体干物质重及生长率的影响(稀泥育秧)Table 4 Effects of transplanting machines and seeding amount on dry matter weight and growing rate of population in main growth periods under different seedling raising methods (slime seedling raising)

表5 不同育秧方式下插秧机具与播种量对主要生育时期LAI的影响Table 5 Effects of transplanting machines and seeding amount on LAI in main growth periods under different seedling raising methods

表6 不同播种、育秧方式与插秧机具对稻谷产量及其构成因子影响的方差分析(F值)Table 6 Variance analysis of the effects of different seeding raising methods, seeding amount and transplanting machines on yield and its components (F value)

表7 不同播种、育秧方式与插秧机具对主要群体质量指标影响(F值)Table 7 Variance analysis of the effects of different seeding raising methods, seeding amount and transplanting machines on mainly population quality indexes (F value)

2.4 不同育秧方式下插秧机具与播种量对产量及其构成因素、经济效益的影响

由表8和表9可知，营养土育秧有效穗数、每穗粒数、稻谷产量与稀泥育秧相比总体较高。相同育秧方式下，6行乘坐式高速插秧机的稻谷产量、有效穗数及总颖花数均高于4行人工手扶式插秧机，且随着播种量的增加均呈先增加后显著降低的趋势，以播种量85 g/盘(C2)为最优。结果表明，营养土育秧方式下，播种量为85 g/盘，并采用6行乘坐式高速插秧机机插，可提高水稻产量。

由表10可知，不同处理农资及田间管理费用一致，其成本主要差别来源于育秧费用和机具费用。比较不同育秧方式，营养土育秧平均总收入和经济收益高于稀泥育秧。比较不同插秧机具，6行乘坐式高速插秧机的平均总收入和经济收益高于4行手扶式插秧机，总收入、经济收益分别平均提高了5.5%、7.5%，6行乘坐式高速插秧机平均成本利润率相比4行手扶式插秧机优势不明显。比较不同播种量，总收入、经济收益、成本利润率均随着播种量的增加呈先上升后降低的趋势，播种量为85g/盘(C2)时最佳。虽然稀泥育秧，播种量85 g/盘，配合6行乘坐式高速插秧机的成本利润率较高，但营养土育秧，播种量85 g/盘，配合6行乘坐式高速插秧机的总收入、经济收益更高。

表8 不同播种量与插秧机具对产量及其构成因素的影响(营养土育秧)Table 8 Effects of different transplanting machines and seeding amount on yield and its components (seedling raising by nutrient soil)

表9 播种量与插秧机具对产量及其构成因素的影响(稀泥育秧)Table 9 Effects of different transplanting machines and seeding amount on yield and its components (slime seedling raising)

3 讨论

3.1 育秧方式、播种量对秧苗素质以及机插质量的影响

秧苗是水稻大田生长的起点，培育壮秧是机插稻高产的前提。育秧方式对秧苗素质有显著的影响，育秧基质为秧苗提供生长发育所需的营养物质以及环境条件，环境适宜、较高育秧基质质量培育的秧苗综合素质较好[14-15]。本研究表明营养土育秧秧苗素质较稀泥育秧好，尤其秧苗的壮秧指数、整齐度等指标，但营养土育秧成本明显高于稀泥育秧。有研究表明，播种量增加会导致秧苗叶龄、壮秧指数、秧苗整齐度等降低[21]。本研究结果与之相似，即随着播种量的增加，叶龄、株高、百苗干物质量、茎基宽、充实度、壮秧指数均呈逐渐降低的趋势，此外秧苗整齐度也逐渐降低，其主要原因是随着播种量的增加，秧苗个体间竞争增大，单个秧苗所能利用的营养物质减少，生长发育迟缓，秧苗素质变差。

育秧方式、播种量对机插质量有重要影响。但前人研究尚不统一，汪建军等[20]和韩康顺等[22]研究表明，随着播种量的增加漏篼率明显降低，机插均匀度逐渐上升；而方书亮等[23]研究结果与之相反，随着播种量增增加，秧苗移栽大田的机插质量逐渐降低。本研究结果与前人研究有所差异，随着播种量的增加漏蔸率逐渐降低，而机插均匀度则呈先上升后下降的趋势，播种量85g/盘为最优，其主要原因为播种量85g/盘处理的单穴苗变异系数较低，单穴苗数均匀，从而提高了整体均匀度。此外，本研究中6行乘坐式高速插秧机机插质量较4行手扶式插秧机高，主要原因是6行乘坐式高速插秧机工作2次即能完成12行的种植任务，能降低多次工作带来的负面影响，且6行乘坐式高速插秧机田间工作较稳定，能提高机插的均匀度，改善机插稻田间分布。

表10 不同育秧方式下插秧机具与播种量对经济效益的影响Table 10 Effects of transplanting machines and seeding amount on economic benefits under different seeding raising methods

3.2 育秧方式、播种量与插秧机具对机插稻群体质量的影响

水稻的群体质量决定水稻物质积累及产量形成。关于育秧方式对水稻群体质量的影响，任万军等[24]和李立江等[25]研究表明，营养充足、环境适宜的育秧方式，秧苗素质优势明显，移栽后有利于促进分蘖早生快发，群体茎蘖数更高，后期群体物质积累量更高。此外，育秧方式更为合理的处理秧苗个体发育良好，后期生长发育优势明显，能提高群体LAI以及高效LAI比例[26-27]。本试验结果与前人研究一致，营养充足的营养土育秧秧苗素质较稀泥育秧更优，后期生长发育潜力大，群体茎蘖数、抽穗整齐度、群体LAI均较高，物质生产以及积累量大。另外，本研究中营养土育秧处理较稀泥育秧处理移栽均匀度更优，机插稻大田分布空间均匀，更有利于水稻发挥生长潜力。播种量在一定程度上决定着水稻群体质量，但前人研究结论尚不统一。汪建军等[20]研究表明，随着播种量的增加群体茎蘖数、成穗率、群体LAI、干物质积累量逐渐上升。龙瑞平等[28]研究表明，随着播种量的增加秧苗素质降低，移栽后茎蘖生长受到抑制，群体LAI、物质积累量逐渐降低。本研究结果与前人研究有所差异，结果表明，随着播种量增加，群体茎蘖数、群体LAI、抽穗整齐度、群体干物质生产与积累量呈先上升后下降的趋势，原因是播种量85 g/盘处理的机插均匀度最高，田间分布更加合理，透光透气能力更强，保障了高群体茎蘖数，提高了群体LAI、物质生产与积累。随着播种量的增加，成穗率呈先下降后上升的趋势，其原因可能是播种量85 g/盘处理的前期分蘖发生快，无效茎蘖数多，晒田处理后，茎蘖数下降幅度更大，最终成穗率降低。此外，本试验进一步补充完善了前人在育秧环节对机插稻群体质量方面的研究[29]。前人关于插秧机具对机插稻群体质量的研究鲜见报道。本研究结果表明，6行乘坐式高速插秧机较4行手扶式插秧机优势明显，其群体茎蘖数、群体干物质积累、群体LAI、抽穗整齐度整体均较高，其主要原因为，6行乘坐式高速插秧机田间工作更加稳定，机插均匀度系数更高，机插稻田间分布均匀，给予机插稻更好的生长起点，从而促进了机插稻分蘖的发生，进而提高了机插稻的物质积累量、群体LAI以及抽穗整齐度等。本研究中，育秧方式、播种量与插秧机具综合表现为：营养土育秧方式下播种量为85 g/盘结合6行乘坐式高速插秧机水稻群体质量最优。但本研究缺少生理指标的支撑，未来应深入研究生理特征进一步完善结论。

3.3 育秧方式、播种量与插秧机具对机插稻产量及经济效益的影响

四川省水稻机械化种植是水稻生产的发展趋势。但机插稻关于“育秧-机插”关键配套技术环节对产量及其最终经济效益的影响尚不明确。前人研究表明，育秧方式、播种量主要通过影响有效穗数、穗粒数从而影响机插稻产量，普遍认为随着播种量的增加，在一定范围内有效穗数先增加后减少[22,30]。本研究结果与之基本一致，表现为营养土育秧处理的有效穗数、穗粒数以及稻谷产量较高，主要原因是秧苗素质好，为后期物质积累、产量构成夯实了基础。另外，随着播种量的增加，有效穗数、穗粒数以及稻谷产量均呈先增加后降低的趋势，可能是播种量为85 g/盘时田间均匀度高，有利于后期产量形成。在“育秧-机插”研究中，6行乘坐式高速插秧机产量及其构成因素指标均高于4行手扶式插秧机，同时增产5.6%，主要是由于6行乘坐式高速插秧机较4行机插均匀度更高，水稻田间分布更为合理，有利于水稻生长发育。本试验从侧面证实了选用能提高田间均匀度的“育秧-机插”配套技术，更有利于机插稻增产创收。另外，本研究中，营养土育秧的高产量带来的总收入以及经济收益也较高；虽然6行乘坐式高速插秧机租金成本高，但其增产效果明显，所产生的经济收益弥补了溢出的成本，机具成本贡献率到达25%，选用播种量为85 g/盘时，成本适中，总收入、经济收益、成本利润率最高。因此，在生产实践中通过提高播种量提高机插质量的方法增产是不合理的，不仅产量得不到提高，还会造成成本的浪费，其经济收益、成本利润率也会明显降低，不利于机插稻持续发展，必须将“育秧-机插”关键配套环节——育秧方式、播种量及农机具等因素配套，以达到机插稻农机农艺的深度融合。

4 结论

育秧方式、播种量及插秧机具对机插稻机插均匀度、齐穗期LAI，以及稻谷产量均存在显著或极显著的调控效应。本研究表明，高质量的育秧技术尤为重要，但选择合理的插秧机具同样是稳产增产的关键；在营养土育秧方式下，85 g/盘的播种量，并配套6行乘坐式高速插秧机为最佳农机农艺融合处理，可有效提高机插均匀度，保证机插质量，优化机插稻群体结构，促进其光合产物的生产与积累，从而提高机插稻的产量，增加经济收益，保障成本利润率，实现丰产与增效的同步提高。