稗草出苗时间和密度对机直播水稻产量的影响

宋英 张自常 顾俊荣 董明辉

摘要：为了进一步明确稗草对水稻生长发育的影响，采用大田试验，设置稗草不同出苗时间和不同密度对机直播稻产量的影响。结果表明，随着稗草出苗时间的延迟，稗草对机直播水稻产量的影响逐渐减弱。当稗草密度是1株/m2（B1）时，稗草对机械直播水稻的产量无显著影响，但当稗草密度为3株/m2（B3），出苗时间为水稻播种后0、7、14 d时，水稻产量均显著降低，稗草出苗时间继续延迟对机直播水稻产量无显著影响;当稗草密度为5株/m2（B5）或7株/m2（B7），出苗时间为水稻播种后0、7、14、21 d时，水稻产量均显著降低，其他出苗时间对水稻产量无显著影响。不同稗草密度对机直播水稻产量的影响表现为稗草在水稻播种后0、7、14、21 d出苗时，水稻产量均随着稗草密度的增加而降低，其他出苗时间对稗草密度对机直播产量无明显影响。机直播水稻与稗草共生过程中稗草较高的分蘖数、株高和干物质积累量造成机直播水稻灌浆期的光合速率、根系氧化力和干物质积累量显著降低，这是机直播水稻产量减产的重要原因。

关键词：稗草;机直播水稻;光合速率;根系氧化力;产量

中图分类号：S451  文献标志码：A  文章编号：1003-935X（2021）03-0067-07

Abstract：To better understand the impact of barnyardgrass on rice growth，a field experiment was conducted to evaluate the effect of different emergence times and density of barnyardgrass on the grain yield of mechanically dry-seeded rice. Rice grain yield gradually decreased along with a barnyardgrass delay in emergence. There was no significant difference in grain yield of rice when the barnyardgrass density was 1 plant/m2（B1），but the grain yield significantly decreased when the barnyardgrass emergence time was 0，7，or 14 days after rice sowing under 3 plant/m2（B3） density treatment，and further delay the emergence time of barnyardgrass under this density had no effect on grain yield. Grain yield markedly decreased when barnyardgrass emergence time was 0，7，14，and 21 days after rice sowing under 5 plant/m2（B5） or 7 plant/m2（B7） density treatment，and the other emergence time of barnyardgrass had no difference on grain yield. Furthermore，rice yield decreased with increased barnyardgrass density when it emergenced at 0，7，14 and 21 days after mechanical sowing，but when the weed emergence later it did not affect grain yield. Above all，the higher tiller number，plant height and dry matter accumulation of barnyardgrass that caused reduction in rice photosynthetic rate，root oxidation and dry matter accumulation at grain filling stage are important reasons for grain yield reduction.

Key words：barnyardgrass;mechanical dry-seeded rice;photosynthetic rate;root oxidation activity;yield

水稻是我国主要的粮食作物之一，其种植面积约占粮食作物的27%，产量约占粮食作物产量的40%以上，全国约有2/3的人口以稻米为主食[1]。傳统的水稻种植以手工插秧为主，但是随着社会经济的发展和农村劳动力的转移，直接务农的青壮年劳动力越来越少，亟须用轻简的栽培技术替代传统种植方式。水稻直播技术具有省工、节本、高效的特点，已成为水稻种植的重要选择。目前，我国直播稻面积占水稻种植面积的30%左右，但以人工撒播为主[2]。人工撒播成苗不稳定，密度大，群体通风透光性差，易感染病虫害，根系下扎浅，后期易倒伏，造成产量不高不稳[3]。水稻机械精量穴直播技术是适应水稻机械化生产开发的一种轻简高效栽培技术，采用机械穴直播，可实现稻种田间有序精确分布，有利于构建高质量群体起点和争取高产高效[4]。目前该技术已经在我国多个省市大面积推广，但是该技术前期管理需要采用干湿交替灌溉的管理方式，造成杂草发生数量远高于移栽田，且出草周期长，田间草害严重，难以防治，严重影响水稻生产成本和产量[5]。目前，机直播稻田杂草主要通过除草剂土壤封闭和茎叶处理防控稻田杂草，这些技术有利于避开水稻与杂草在水稻关键期的竞争。但是由于杂草出苗周期长或者化学除草过程中的漏防，可能导致部分杂草避开了化学除草剂的防控，残留在田中与水稻共生，尤其是稻田主要恶性杂草稗草的存在可能会影响水稻产量的形成。但目前关于稗草出苗时间和密度对机直播水稻产量影响的相关报道较少。为了明确稻田稗草在不同出苗时间和不同密度对机直播水稻的危害机制，本试验观察了水稻机械直播后稗草不同出苗时间和密度对水稻生长发育的影响，以期为机械直播水稻的高产优质栽培和杂草防控提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点

本试验于2019年在江苏省常熟市古里镇乌坵基地进行，试验田内发生的杂草主要有稗草、丁香蓼和耳叶水苋。供试水稻材料为南粳9108，稗草种子于2018年采集于乌坵基地。试验前茬作物为小麦，土壤质地为白浆土，耕作层有机质含量为1.98%，有效氮含量为152.8 mg/kg，速效磷含量为 75.4 mg/kg，速效钾含量为101.6 mg/kg。

1.2 试验处理与设计

处理因素为稗草出苗时间（time，T）和稗草密度（barnyardgrass，B），T0、T7、T14、T21、T28、T35表示稗草分别在水稻播种后0、7、 14、 21、28、35 d出苗;B0、B1、B3、B5、B7表示稗草的密度分别为0、1、3、5、7株/m2，T0B0为无稗草水稻处理（对照），每个处理重复3次，共75个小区。每个小区的面积为20 m2，小区间筑埂并用地膜包埂隔离，主区和同一裂区内的处理均随机区组排列。水稻于2019年6月3日播种，播前浸种2 d，晾干表面水分后播种，播种量为52.5 kg/hm2。水稻种植方式为湿润机直播，播种机为上海世达尔现代农机有限公司的水稻精量机械穴直播机;行距为25 cm，株距为12 cm。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 光合速率和根系氧化力的测定 水稻南粳9108于8月20日抽穗，当天天气晴朗，最高气温达31 ℃，最低气温为24 ℃，东北风3级。水稻抽穗后每隔10 d 于上午09：00—11：40用美国 LI-COR 公司生产的Li-6400便携式光合测定仪测定剑叶光合速率，每个处理测定6张叶片，光合速率的测定参照朱宽宇等的方法[6]。在测定光合速率的同时，各小区选择代表性水稻3穴进行挖根，将挖出的土块装入70目筛网袋中，先用流水冲洗，然后用农用压缩喷雾器将稻根冲洗干净，取1 g左右的完整根，按照章骏德等的方法[7]测定根系氧化力，每个处理重复3次。

1.3.2 水稻成熟期地上部干物质积累量和水稻产量测定 水稻于10月13日成熟，当天天气状况为多云，最高温度为25 ℃，最低气温为17 ℃。各小区取1 m2水稻测定地上部干物质积累量。另外，各小区另取5 m2实收测产。

1.3.3 稗草最终分蘖数、株高和干物质积累量 稗草籽粒于9月18日开始成熟，当天天气状况为晴天，最高气温为29 ℃，最低气温为20 ℃。在每个稗草处理小区选择具有代表性的5株稗草，参照 Chauhan的方法[8]測定稗草分蘖数、株高和干物质积累量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 稗草出苗时间和密度对机直播水稻产量的影响

由表1可知，随着稗草出苗时间的延迟，稗草对水稻产量的影响逐渐减弱。当稗草密度是B1时，稗草对水稻产量无显著影响;但当稗草密度是B3时，稗草对水稻产量的影响随着稗草出苗时间的延迟而逐渐减弱，出苗时间是T0、T7、T14时，水稻产量较对照分别减产26.1%、24.5、17.0%，差异达显著水平，稗草在T21、T28、T35出苗时对水稻产量无显著影响;当稗草密度是B5，出苗时间为T0、T7、T14、T21时，水稻产量较对照分别减产60.0%、549%、35.4%、17.6%，显著降低，但当稗草在T28和T35出苗时对水稻产量无显著影响;稗草密度为B7且在T0、T7、T14、T21出苗时，水稻产量较对照分别减产86.5%、75.6%、52.3%、26.9%，差异达显著水平，在T28和T35出苗时对水稻产量无显著影响。当稗草出苗时间相同时，随着稗草密度的增加，水稻产量呈逐渐降低趋势。当稗草分别在T0、T7、T14出苗时，随着稗草密度的增加产量均显著降低（B1除外），当稗草在T21出苗时，B1和B3对水稻产量无显著影响，但B5和B7均显著降低了水稻产量。当稗草在T28和T35出苗时，当前试验设置的稗草密度对水稻产量无显著影响。

2.2 稗草出苗时间和密度对水稻籽粒灌浆期叶片光合速率、根系氧化力和干物质积累量的影响

与T0（对照）相比，在相同稗草密度条件下，随稗草出苗时间的延迟水稻剑叶光合速率呈增加的趋势，不同稗草密度处理间存在较大差异（表2）。在B1密度下，稗草出苗时间对水稻剑叶光合速率无显著影响;但是当稗草密度为B3时，T7与T0处理的水稻剑叶光合速率无显著差异，但随着稗草出苗时间的继续延迟，水稻剑叶光合速率显著增加，T21、T28和T35处理间光合速率差异不显著。当稗草密度为B5和B7时，水稻剑叶光合速率与B3时表现相似的变化趋势（表2）。

稗草不同出苗时间和密度对机械直播水稻籽粒灌浆期根系氧化力的影响与水稻剑叶光合速率表现相似的变化趋势。当稗草密度为B1时对机械直播水稻灌浆期的根系氧化力无显著影响，但是当稗草密度为B3、B5和B7时，水稻灌浆期根系氧化力随着稗草出苗时间的延长而显著增加（表3）。

随着稗草出苗时间的延迟，机械直播水稻的干物质积累量呈增加的趋势（表4）。当稗草密度为B1时，稗草出苗时间对水稻成熟期干物质积累量无显著影响;但当稗草密度为B3，出苗时间为T7、T14、T21、T28、T35时，水稻成熟期的干物质积累量分别比T0增加2.5%、13.6%、29.5%、34.6%、373%，除T7机械直播水稻成熟期的干物质积累量与T0处理无显著差异外，其他稗草出苗时间的机直播水稻的干物质积累量在成熟期均显著增加;当稗草密度为B5和B7时，机直播水稻在成熟期的干物质积累量与B3处理的变化趋势相似。

2.3 稗草出苗时间和密度对稗草生长发育的影响

随着稗草出苗时间的延迟，稗草分蘖数逐渐降低。当稗草在T0和T7出苗时，不论稗草何种密度，2个时间段的稗草分蘖数差异均不显著，但随着出苗时间的继续延迟，稗草分蘖数急剧降低，差异达到显著水平。稗草在T7出苗时，B7的分蘖数显著低于其他稗草密度的分蘖数。稗草在T14、T21、T28、T35出苗时，不同稗草密度对稗草的分蘖数无显著影响（表5）。

由表6可知，稗草在T0、T7和T14出苗对稗草的株高无显著影响，但出苗时间继续延迟，稗草的株高显著低于T0处理的稗草株高。稗草在相同时间出苗，不同稗草密度对稗草的株高无显著影响。

由表7可知，随着稗草出苗时间的延迟，稗草的干物質积累量显著降低，在相同出苗时间，随着单位面积稗草密度的增加，稗草的干物质积累量也显著增加。

3 结论与讨论

稗草（Echinochloa ssp.）属于禾本科稗属一年生植物，是全球分布最广、对水稻产量影响最大的恶性杂草。近年来，国内外学者在稗草对水稻生长发育的影响方面已有较多研究[8-11]。Smith的研究表明，在水稻生育早期，稗草与水稻共生对水稻产量无显著影响，但共生时间超过40 d时，水稻产量显著降低，降低幅度因水稻品种而异[9]。张自常等的研究表明，稗草对水稻产量的影响因水稻类型和稗草种而异，籼稻受干扰程度低于粳稻，相同密度下不同种稗草危害程度表现为西来稗>无芒稗>稗>光头稗[10-11]。Wang等的研究表明，当稗草密度为8株/m2时水稻产量减产达58%[12]。上述研究主要集中在稗草不同密度或者相同密度不同稗草种对水稻产量的影响。对于稗草在不同出苗时间和密度条件下对水稻尤其在机械直播水稻产量的影响目前鲜有报道。本研究发现，随着稗草出苗时间的延迟，稗草对机械直播水稻产量的影响逐渐减弱。当稗草密度是B1时，稗草对机械直播水稻的产量无显著影响，但当稗草密度为B3且在水稻播种后0、7、14 d出苗时，水稻产量显著降低，稗草出苗时间继续延迟则对机直播水稻产量无显著影响;当稗草密度为B5或B7且在水稻播种后0、7、14、21 d出苗时水稻产量显著降低，在其他时间出苗的稗草对水稻产量无显著影响。在水稻播种后21 d内，同一时间出苗的稗草随着密度的增加，水稻产量降低，为了避免稗草对水稻产量的影响，建议宜早防控。

稗草不同出苗时间与密度对机直播水稻生长发育尤其是产量的干扰机制目前尚不清楚。水稻与稗草共存造成水稻减产的主要原因是稗草对光照、空间、养分和水分等方面的竞争。一些指标可反映水稻或者稗草对资源竞争能力的强弱，其中分蘖能力与其竞争能力有密切的关系[13-16]。本研究发现，随着稗草在机直播稻田出苗时间的延迟，稗草分蘖数逐渐降低。稗草出苗早，分蘖能力强，产生的分蘖数则多，较多的分蘖数使稗草叶片数和叶面积增加。一方面，这将有利于稗草截获更多的光照进行光合作用，促进自身的生长发育;另一方面，促使稗草抢占邻近植物的空间，干扰邻近植物的生长发育。因此，机直播水稻与稗草共生过程中，稗草较多的分蘖数是水稻产量降低的重要原因之一。

株高在水稻和稗草竞争中发挥着重要作用。植物种间或种内共存时相对较高的植物更易捕获光照。稗草与水稻竞争，较高的株高有助于稗草或水稻选择性地吸收红光，反射远红光，导致周围较矮的其他植物吸收远红光量增加，造成红光、远红光吸收比率降低，进而引起植物叶片中光敏色素A、光敏色素B的转变和叶片气孔的发育及闭合[17]。另外还有研究表明，较低的红光/远红光比率能促进植物乙烯合成和生长素增加，产生避荫性[18]。本研究观察到，稗草不同出苗时间对稗草的株高有较大影响，随着稗草出苗时间的延迟株高逐渐降低，相同出苗时间不同稗草密度对稗草株高的影响较小。本研究中选用的水稻品种为南粳9108，水稻与稗草共生后水稻株高的变化范围为104～110 cm，稗草株高明显高于水稻株高。这可能对邻近植物产生遮阴现象，造成邻近植物光合速率降低、干物质积累下降，本研究也进一步证实了这一点。水稻与稗草共生后，稗草出苗时间越早，自身的分蘖数、株高和干物质积累量越大，对邻近水稻光合速率的影响也越大，尤其稗草密度增加时，降低愈明显，表明出苗早的稗草通过增加分蘖数、株高和干物质积累抢占生态位，阻碍水稻捕获光照，使水稻接受的远红光增加，导致红光和远红光比率降低，影响了水稻剑叶气孔的闭合，造成水稻剑叶光合速率下降，从而造成水稻成熟期地上部分干物质积累量降低。前人研究表明，水稻成熟期的干物质积累量与产量呈极显著正相关[19]，表明水稻与稗草共生后成熟期水稻干物质积累量越低，减产愈明显。另外，水稻叶片光合速率降低也将无法为地下部根系生长提供充足的光合产物，导致根系功能衰退[20]。水稻根系氧化力是水稻根系生理特性的重要方面，其强弱影响地上部分生长发育和产量形成[21]。本研究观察到，机械直播水稻与稗草共生后水稻根系氧化力降低，稗草出苗时间越早，水稻根系氧化力降低幅度越大，稗草密度越大水稻根系氧化力降低的幅度也越大。根系氧化力的降低会减弱根系吸收水分和养分的能力，从而无法为地上部提供充足的养分，进而抑制地上部的生长发育[22-23]，这种地下根系氧化力和地上部分光合速率的失调导致水稻与稗草共生后水稻产量降低。

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