宽幅精播种植模式对水稻根系发育、养分吸收及产量的影响

李文博，张猛，宁维光，李如林，冯尚宗，张士荣

(1. 青岛农业大学大数据与网络管理中心，山东青岛 266109；2. 平度市农业农村局，山东青岛 266700； 3. 青岛市农业农村局，山东青岛 266071；4. 青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛 266109； 5. 临沂市农业技术推广服务中心，山东临沂 276004)

水稻作为中国三大粮食作物之一，其产量和品质对保障国家粮食安全和提高人民生活水平至关重要[1]。山东稻区属于黄淮海稻区，鲁南及鲁西南是山东省重要的水稻种植区，该地区水稻质量较高，水稻种植对当地的农业经济发展具有重要作用。水稻是临沂地区优势特色作物，是当地农业经济的支柱产业，但是水稻种植一般以手工插秧为主，劳动强度大，费时费力。近年来，具有省工省力的水稻直播技术发展迅速，而水稻直播常采用人工撒播和机械条播方式，导致籽粒分布不均匀，种植密度较大，加剧水稻群体内个体间水、肥、光、气、热的竞争，使群体前期生长过于繁茂，个体发育失调，茎秆细弱，也会造成草害病虫害严重及后期易倒伏等难点问题，成为直播水稻增产的限制因素[2-4]。

宽幅精播是以扩播幅、增行距、促匀播为核心的种植模式，改密集一条线式条播为单粒分散式粒播[5]，能够使籽粒均匀分散，密度相对较小，有利于水稻根系的生长，不会出现争肥、争水、根少苗弱的现象，较好地弥补密集条播缺陷，提高播种质量及产量[6-7]。籽粒均匀分散使种植密度相对变小，从而改善水稻的生长状况。研究表明[8-9]，合适的种植密度有助于提高水稻产量，因为适当的株行距能优化冠层结构，利于水稻群体空气流通和光照。其他研究者[10]也发现扩大行距在一定程度上能够改善田间小气候，有助于病虫害的防治，在适当的株距中，扩大行距有助于增加茎秆生物量以及花后干物质的转运，也可以增加水稻的抗倒性和产量。宽幅精播机带有镇压轮，能够很好地压实土壤，防止透风失墒，确保出苗均匀，提高小麦出苗质量[11]。因此宽幅精播可以降低水稻的相对密度，改善田间光照条件、生长状况和根系发育，促进养分的吸收和利用，进而提高产量。

临沂稻区属于黄淮海稻区，位于山东南部，光热条件较北方好，较南方差，成为“北方中的南方，南方中的北方”，是稻麦两熟的典型区域[12]。该地区水稻直播面积较大，但是直播方式带来的群体构建差、冠层光照不均衡等问题没有得到有效解决，严重影响了当地水稻生产。而宽幅精播作为一种新的种植模式，对水稻生产具有重要意义。因此，本研究利用宽幅精播技术比较不同行距和条带宽度方式下水稻生长、干物质累积及养分吸收，探究合适的条幅和行距，以期改善直播水稻群体构建、养分吸收及生长状况，进而提高水稻产量，为水稻种植提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2019年6月在临沂市河东区合胜水稻种植示范基地进行。该地属温带季风半湿润海洋性气候，四季分明，年均降水量800 mm，历年平均气温13.1 ℃，无霜期平均202 d。该地土壤类型为砂姜黑土。0～20 cm土层土壤基本理化性质：速效磷23.8 mg·kg-1，pH=6.48，速效钾81.94 mg·kg-1，全氮1.52 g·kg-1，有机质24.2 g·kg-1。试验种植制度为小麦—水稻一年两熟，小麦秸秆全部还田，其中水稻品种为‘临稻20’，播种方式为宽幅精播。供试肥料：尿素(含N质量分数46%)，过磷酸钙(含P2O5质量分数12%)，氯化钾(含K2O质量分数60%)。

1.2 试验设计

试验采取随机区组设计。试验共7个处理，分别为：T1，传统模式，条播，行距26 cm；T2，宽幅精播，播种条带3 cm，行距23 cm；T3，宽幅精播，播种条带3 cm，行距26 cm；T4，宽幅精播，播种条带6 cm，行距26 cm；T5，宽幅精播，播种条带3 cm，行距29 cm；T6，宽幅精播，播种条带6 cm，行距29 cm；T7，宽幅精播，播种条带6 cm，行距32 cm。每个处理重复3次，小区面积30 m2。除T1处理外，各处理水稻生长季施肥量为：N 250 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 180 kg·hm-2。其中，40%氮肥和全部磷肥作为基肥施用，另60%氮肥分别作为分蘖肥(35%)、穗肥(25%)和粒肥(0%)追施,钾肥总量的60%作基肥、40%作追肥,分蘖肥在水稻4～5叶时施入，穗肥在水稻9～10叶时施入。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 水稻株高及节间长度的测定

水稻株高用直尺直接测量。分别取下基部第一、二、三节间，用刻度尺测量各节间长度。

1.3.2 叶面积指数的测定

在水稻孕穗期和成熟期采用量测法测定叶面积指数，直接测量长度(L)和宽度(W)。长度从叶尖测量到叶基，宽度记为该叶最大宽度，单位为cm。长度和宽度之积乘以校正系数K(K=0.83)，以cm2为单位，计算单位土地面积上绿色叶面积的倍数,即为叶面积指数(LAI)[13]。

1.3.3 地上部秸秆干物质量

在水稻孕穗期和收获期采集植株样品，将秸秆105 ℃杀青30 min，之后降温65 ℃烘干至恒重，测其质量，计算不同处理的水稻干物质量。

1.3.4 水稻根系形态

分别于水稻孕穗期和成熟期取水稻植株，用清水将根系洗净，使用根系扫描仪(日本 EPSON1680)扫描水稻根系，利用WinRHIZO根系分析系统(Regent Instruments Inc, Canada)分析扫描的根系图片，获得根系形态指标数据。水稻秧苗根系形态性状包括根长度、根表面积、根体积。

1.3.5 养分累积总量的测定

氮、磷、钾养分累积总量记为植株氮、磷、钾含量与植株总干质量之积[14]。

1.3.6 产量及产量构成

水稻成熟期每小区取3 m2进行实际产量测定，每小区取6穴代表性水稻，调查有效穗数、每穗实粒数、结实率、千粒重、一次枝梗数、二次枝梗数、理论产量、实收产量等指标。

1.4 数据分析

数据的汇总整理采用Microsoft Excel软件，统计分析采用SPSS 17.0软件，显著性检验设置为LSD法。

2 结果分析

2.1 宽幅精播种植模式对水稻株高及节间长度的影响

由表1可知，宽幅精播种植模式可以显著改善水稻的生长状况。T5处理水稻株高最高，为94.55 cm，比T1处理提高4.1%；其次是T3处理，比T1处理提高3%，但是两者差异不显著；T2和T4处理的水稻株高与T1处理差异不显著。从节间长度看：T5处理植株第一节间长度和第二节间长度最短，分别比T1处理缩短12.1%和5.1%；T3处理与T1处理差异不显著；T5处理第三节间长度最长，比T1处理提高3.6%；T2和T4处理的第一节间长度和第二节间长度均比T1处理长，第三节间长度比T1处理短。条带宽度不变情况下，随行距增加，水稻株高和第三节间长度呈增加趋势，而第一节间长度和第二节间长度呈缩短趋势；行距不变时，随条带宽度的增加，水稻株高和第三节间长度呈缩短趋势，而第一和第二节间长度呈增加趋势。

表1 宽幅精播种植模式对水稻株高及节间长度的影响Table 1 Effects of wide precision sowing on plant height and internode length of rice

2.2 宽幅精播种植模式对水稻叶面积指数的影响

由图1可知，宽幅精播种植模式显著提高水稻的叶面积指数。在孕穗期：T5处理水稻叶面积指数最高，达到3.5，T3和T7处理次之，比T1处理分别提高7%和3%；T6和T7处理与T1处理相比差异不显著；T2和T4处理与T1处理相比降低，且差异显著。在成熟期：T5处理水稻叶面积指数最高，为3.5，比T1处理提高24.7%；T3处理次之，且与T1处理差异显著；T2和T4处理与T1处理相比，水稻叶面积指数反而降低。不论是孕穗期还是成熟期，在条带宽度不变的情况下，随行距的增加，水稻叶面积指数呈增加趋势；行距不变时，随条带宽度增加，水稻叶面积指数呈降低趋势。

2.3 宽幅精播种植模式对水稻地上部秸秆干物质量的影响

由图2可知，宽幅精播种植模式可以显著提高水稻地上部秸秆干物质量。在孕穗期：T5处理水稻地上部秸秆干物质量最高，比T1处理提高7.9%；T3和T6处理次之，分别比T1处理提高6.3%和4.6%，差异显著；T2和T4处理水稻地上部秸秆干物质量比T1处理低，且差异显著。在成熟期，T5处理水稻地上部秸秆干物质量最高，为7 698.5 kg·hm-2，其次是T3和T7处理，T3、T5和T7处理分别比T1处理提高5.9%、3.5%和1.1%，差异显著，但T3和T7处理间差异不显著。在条带宽度不变的情况下，随行距增加，水稻地上部秸秆干物质量呈增加趋势；行距不变时，随条带宽度的增加，水稻地上部秸秆干物质量呈降低趋势。

2.4 宽幅精播种植模式对水稻根系形态的影响

由表2可知，在孕穗期：水稻的根长、根表面积和根体积在T5处理下最高，且与T1处理差异显著；其次是T3和T7处理；水稻的根长、根表面积在T3、T5和T7处理间差异不显著；与T1处理相比，T3、T7处理水稻的根长和根表面积均差异不显著，但是根体积差异显著；与T1处理相比，T2、T4处理水稻的根长、根表面积和根体积有所降低，且T4处理的根长和根体积均差异显著，但是根表面积差异不显著。在成熟期，水稻的根系形态与孕穗期的变化相似。在两个时期中，在条带宽度不变的情况下，随行距的增加，水稻的根长、根表面积和根体积呈增加趋势；行距不变时，随条带宽度的增加，水稻根长、根表面积和根体积呈降低趋势。

2.5 宽幅精播种植模式对水稻糙米养分累积量的影响

由图3可知，宽幅精播种植模式可以显著提高水稻糙米养分累积量，且在条带宽度不变的情况下，随行距增加，水稻糙米养分累积量呈增加趋势；行距不变时，随条带宽度增加，水稻糙米养分累积量呈降低趋势。T5处理水稻糙米全氮、全磷、全钾养分累积量最高，与T1处理相比差异显著，分别提高14.7%、13.5%和15.2%；其次是T3处理，但T3与T5处理间差异不显著，与T1处理相比，T3处理水稻糙米全氮和全磷累积量差异显著，全钾累积量差异不显著，分别提高11.2%、10.2%和11.4%。与T1处理相比，T6、T7处理糙米养分累积量差异不显著，T6处理全磷累积量略高于T7处理。与T1处理相比，T2、T4处理水稻糙米养分累积量有所降低，但不显著。

2.6 宽幅精播种植模式对水稻秸秆养分累积量的影响

由图4可知，宽幅精播种植模式可以显著提高水稻秸秆养分累积量。与T1处理相比，T5处理水稻秸秆全氮、全磷、全钾养分含量分别提高18.2%、18.0%和17.9%， T3处理分别提高12.3%、10.7%和13.1%。与T1处理相比，T2、T4处理秸秆中养分累积量有所下降，但不显著。在条带宽度不变的情况下，随着行距增加，水稻秸秆养分累积量呈增加趋势；行距不变时，随着条带宽度的增加，水稻秸秆养分累积量呈降低趋势。

2.7 宽幅精播种植模式对水稻根系养分累积量的影响

由图5可知，宽幅精播种植模式可以显著提高水稻根系养分累积量。T5处理养分累积量最高，与T1处理相比差异显著，全氮、全磷、全钾养分累积量分别提高23.6%、21.7%和33.8%，T3处理次之，分别提高18.8%、16.2%和21.5%，且差异显著。与T1处理相比，T6处理根系全氮和全磷累积量均差异不显著，但全钾累积量差异显著。与T1处理相比，T7处理根系全磷累积量差异不显著，但全氮和全钾累积量均差异显著。T2和T4处理水稻根系养分累积量比T1处理低，但不显著。

2.8 宽幅精播种植模式对水稻产量及产量构成的影响

由表3可知，宽幅精播种植模式可以显著提高水稻的产量，且在条带宽度不变的情况下，随着行距的增加，水稻的有效穗数、结实率、穗实粒数、千粒重、一次枝梗数和二次枝梗数呈增加趋势；行距不变时，随着条带宽度的增加，水稻的有效穗数、结实率、穗实粒数、千粒重、一次枝梗数和二次枝梗数呈降低趋势。水稻的有效穗数、穗实粒数、结实率、千粒重、一次枝梗数、二次枝梗数和产量在T5处理下最高，比T1处理分别提高6.8%、2.2%、1.9%、3.3%、13.8%、9.3%和6.4%，差异显著，产量达到8 369.6 kg·hm-2。T3处理次之，与T1处理相比，T3处理的有效穗数、穗实粒数、一次枝梗数、二次枝梗数和产量差异显著，分别提高4.3%、1.7%、12.5%、6.6%和4.6%，但结实率和千粒重差异均不显著。T6和T7处理产量构成和产量与T1处理差异不显著。T2和T4处理较T1处理产量降低。

表3 宽幅精播种植模式对水稻产量及产量构成的影响Table 3 Effects of wide width precision sowing on yield and yield components of rice

3 讨论

3.1 宽幅精播种植模式与水稻生长发育的关系

宽幅精播是一种以扩播幅、增行距、促匀播为核心的小麦种植模式[8]。赵丹丹等[15]研究发现，在生育后期，宽幅精播处理的干物质累积量均高于常规种植处理，而且宽幅精播还能提高小麦的叶面积指数。与本试验研究结果相似，宽幅精播种植模式显著增加了水稻的干物质量和叶面积指数，且随着行距的增加，水稻的叶面积指数和干物质量呈增加趋势；在行距不变的条件下，随着条带宽度的增加，水稻叶面积指数和干物质量呈降低趋势。这是因为宽幅精播种植模式减小了水稻种植的密度，而密度的减小能够优化冠层结构，水稻叶面积增大，有利于发挥光合潜力[16]，个体发育和群体发展动态较好，使得干物质得到积累。有研究发现，适当扩大行距,可以提高灌浆期茎秆的干物质输出量、增加茎秆干物质含量[17]。但是，条带宽度的增加又增大了水稻种植的相对密度。本研究还发现，宽幅精播种植模式有效改善了水稻根系形态，其中T5处理水稻的根系形态最好，这是因为宽幅精播能够使籽粒均匀分散，密度相对较小，有利于植株根系的发展[9]。但是T2和T4处理水稻根系形态较差，这可能是因为行距和条带宽度的增加，使水稻种植密度增大，有研究发现，随着密度的增加，水稻的根长、根体积和根表面积显著降低[18]。

3.2 宽幅精播种植模式与水稻养分累积量及产量的关系

宽幅精播使植株相对密度降低，植株不会出现争肥、争水等问题[10]，这有利于根系的发展，更有利于养分的吸收。本试验研究表明，条带为3 cm、行距为29 cm时，水稻养分累积量最高。养分吸收与产量关系密切。研究发现，稻麦生育中期养分吸收量多,有利于幼穗发育并形成大穗[19]。还有研究发现生育后期养分吸收量多，有利于花后的干物质累积，可以提高结实率和粒重[20-21]。赵丹丹等[22]研究发现，与常规种植模式相比，宽幅精播种植模式的冬小麦穗数和籽粒产量显著提高。党伟等[23]研究发现，宽幅精播栽培较传统精播栽培的小麦成穗数、穗粒数和千粒重都显著提高。这与本试验结果相似， T5处理水稻的穗数、穗粒数、千粒重和结实率都高于其他处理，且产量比T1处理提高了6.4%。T2和T4处理养分累积量和产量比T1处理有所降低，这可能是由于行距过窄，个体发展空间和营养面积减小，致使营养器官受到影响而直接引起颖花和枝梗分化的减少，造成成熟期穗粒数下降[24]。李熙英等[25]研究发现，水稻稀植的有效分蘖终止期比密植区有所延迟，且有效分蘖率升高，穗长变长，一次枝梗数、二次枝梗数、每穗粒数明显增多。

4 结论

适当的行距和条带宽度可以有效改善水稻的生长发育状况，提高养分的累积量。条带3 cm，行距29 cm(T5)处理与其他处理相比，显著减小了第一节间和第二节间长度，且水稻的叶面积指数和秸秆干物质量较高，水稻的根系形态也得到了显著改善。T5处理水稻糙米、秸秆和根系中养分的累积量高于其他处理，与传统耕种模式(T1)相比，水稻糙米氮、磷、钾累积量分别提高了14.7%、13.5%和15.2%，秸秆氮、磷、钾累积量分别提高18.2%、18.0%和17.9%，根系氮、磷、钾累积量分别提高18.8%、16.2%和21.5%。适当的行距和条带宽度也可以提高水稻的产量，T5处理的水稻产量最高，为8 369.6 kg·hm-2，比T1处理提高了6.4%。综上所述，宽幅精播种植模式可以改善水稻的生长发育状况，提高水稻的养分累积量和产量，其中条带为3 cm，行距为29 cm时效果最佳。