旱直播对水稻穗部性状、产量和经济效益的影响

徐令旗，郭晓红，吕艳东，兰宇辰，王 骞,张佳柠，王海泽，郑桂萍

(黑龙江八一农垦大学农学院, 黑龙江省教育厅寒地作物种质改良与栽培重点实验室，黑龙江 大庆 163319)

国家水利部在《中国水资源公报》中指出，2018年和2019年全国用水总量分别达6 015.5亿m3和6 021.2亿m3，其中2019年农业用水量达3 682.3亿m3，占用水总量的61.2%，而公顷平均实际灌溉用水量为5 520 m3，但农田灌溉水有效利用系数只有0.559[1]。水稻作为需水“大户”，在水资源紧缺和农田用水利用率低的情况下，如何保证高产、稳产，是当前亟待解决的问题。旱直播作为一项轻简型栽培技术，能节省人力资源和农田用水，便于机械化种植，提高作业效率，对发展轻简型农业意义重大[2-3]。前人关于水稻旱直播栽培研究做了大量工作：邢志鹏[4]通过钵苗机插、毯苗机插和机械直播3种种植方式对水稻产量的影响试验发现，水稻产量表现为钵苗机插>钵苗机插>钵苗机插；张婧[5]在7个县进行旱直播田间对比试验中发现，旱直播水稻产量高于旱移栽、水直播和水移栽；李瑞峰[6]研究表明，相同肥力水平下与移栽相比，旱直播方式的穗粒数、有效穗数和产量降低，但随着肥力水平的提高，两种栽培模式的产量也随之提高，且以高肥力水平产量最高。孙琪等[7]从播期方面研究了旱直播方式下水稻产量构成的变化规律，结果表明，旱直播水稻有效穗数和结实随着播期推迟而提高，但穗粒数呈降低趋势。

黑龙江省是我国重要粮食主产区之一，其种植面积在2018年已达到378.41万·hm-2[8]，然而，黑龙江省水稻种植面积受寒地降雨量少、温度低的限制，致使水稻主产区域多分布在河流两岸、湖泊和低洼沼泽地区[9]。由于旱直播栽培技术节水抗灾能力强，对于达不到水稻移栽插秧栽培需水要求，且又有一定水源灌溉条件的旱田地可以采取旱直播栽培技术措施种植水稻，这样不仅可以扩大水稻种植面积，也对实现水稻增产具有重大的意义[10]。旱直播方式下各地区水稻产量差异与品种[11]、播期[12]、播种量[13]、水分管理[14]等因素有关。刘立超等[15]通过黑龙江省第二、第三积温带的14个主栽品种为材料进行大田直播对比试验，结果表明，除龙粳21外，龙粳31灌浆速率最快，而且龙粳31产量高于所有品种，是第三积温带直播的首选品种之一。因此，本试验以龙粳31为试验材料，通过水稻常规插秧和旱直播两种种植方式进行比较，明确旱直播种植方式对水稻的穗部性状、产量以及经济效益的影响，以期揭示旱直播条件下寒地水稻穗部性状和产量的变化规律，为寒地旱直播水稻高产优质栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与供试材料

试验于2018—2020年在黑龙江省友谊农场农业技术推广中心试验基地(131°49′ E， 46°45′ N，海拔110.8 m)大田条件下进行。土壤为草甸黑土，土壤肥力中等。2018—2020年水稻生育期间平均活动积温、降雨量和日照时数如表1所示。供试品种为龙粳31，主茎11片叶。

表1 2018—2020年的平均气象条件Table 1 Average weather conditions from 2018 to 2020

1.2 试验设计与田间管理

采用大区对比法，大区对比试验处理为旱直播，对照为常规插秧，每个小区面积为667 m2，每个处理3次重复。旱直播处理于旋地之前施入‘基施旺’生物有机肥300 kg·hm-2，旋深15 cm。水稻种子使用‘亮盾’种衣剂包衣，采用2BTD-12智能精量多用途电控的条播机播种(播种时间分别为2018年4月30日、2019年4月14日和2020年4月19日)，播深2～3 cm，用覆土链覆土，播后镇压1次，行距20 cm，播量为210 kg·hm-2。同时侧深施肥(侧向距离30～50 mm，深度40～50 mm)，尿素(N46%)125.0 kg·hm-2、磷酸二铵(N18%，P2O546%)174.0 kg·hm-2、硫酸钾(K2O51%)125.0 kg·hm-2；于分蘖初期追施尿素(N 46%)150 kg·hm-2，穗期追施尿素(N 46%)100.5 kg·hm-2、硫酸钾(K2O51%)100.5 kg·hm-2。常规插秧分别在2018年5月20日、2019年5月18日和2020年5月9日插秧，行距30 cm，穴距13.3 cm。基肥施用尿素(N 46%)50 kg·hm-2、磷酸二铵(N18%，P2O546%)150 kg·hm-2、硫酸钾(K2O51%)50 kg·hm-2；分蘖肥、穗肥和粒肥共施用尿素(N46%)150 kg·hm-2、硫酸钾(K2O51%)75 kg·hm-2、硫铵(N 21%)150 kg·hm-2；其余的田间管理均采用常规措施。

1.3 测定项目与方法

(1)穗部性状及产量构成因素：水稻成熟时旱直播处理5点取样，每点选取长势均匀有代表性的连续30穗，常规插秧处理5点取样，每点选取有代表性的植株2穴。带回室内考察农艺性状和产量性状，测定项目主要有穗数、穗长、单穗重、草重、一次枝梗数、二次枝梗数、实粒数、空秕粒数，并称取粒重，计算结实率、千粒重和理论产量。

(2)实收产量：处理和对照均为选取有代表性的地块，5点取样，每点收获2 m2。小型脱谷机脱谷，去除杂质，称重测产，测定实际含水量，然后折算成标准含水量(14.5%)产量(t·hm-2)，具体计算方法如下：

1.4 数据分析

相关数据利用EXCEL录入，DPS统计软件进行统计分析，差异显著性检验水平P<0.05为显著。

2 结果与分析

2.1 旱直播对水稻穗部性状的影响

两种种植方式对水稻穗部性状的影响如表2所示，两种种植方式下水稻穗长和一次枝梗数变化规律一致，表现为旱直播>常规插秧；与常规插秧相比，旱直播条件下水稻平均穗长和一次枝梗数分别增加2.07%和13.20%；而单穗重和二次枝梗数变化规律一致，表现为常规插秧>旱直播；与常规插秧相比，旱直播条件下水稻平均单穗重和二次枝梗数分别降低17.37%和28.16%。两种种植方式下水稻穗长、单穗重、一次枝梗数和二次枝梗数的变异系数表现为旱直播>常规插秧，说明常规插秧的水稻群体穗部性状更稳定，且在本试验中，2019年和2020年常规插秧的穗粒数比旱直播分别增加22.8%和5.16%，千粒重和结实率也均大于旱直播(表4)，故其单穗重亦大于旱直播处理。穗长和单穗重的变异系数较小，分别为15.22%～18.58%和7.69%～10.62%；一次枝梗数变异系数相对较大，为21.38%～27.60%，二次枝梗数的变异系数最大，为40.49%～60.19%。可见，常规插秧方式对水稻二次枝梗数影响更大，这也是两种种植方式和穗部性状之间产生差异的主要原因。

表2 两种种植方式下水稻穗部性状的特征(2018―2020)Table 2 Rice panicle characteristics under two planting modes (2018-2020)

由表3可知，常规插秧方式下水稻单穗重与穗长、一次枝梗数和二次枝梗数呈正相关关系，相关系数分别为0.570、0.900和0.940；水稻穗长与一次枝梗数和二次枝梗数呈正相关关系，相关系数分别为0.880和0.810；一次枝梗数与二次枝梗数呈极显著正相关关系，相关系数为0.990；可见，在穗部性状中二次枝梗数是影响单穗重的最主要因素。而旱直播方式下水稻穗部性状各指标间相关性与常规插秧方式下不尽相同。旱直播方式下水稻穗长与单穗重和二次枝梗数呈负相关关系，相关系数分别为-0.040和-0.010；水稻一次枝梗数与穗长和二次枝梗数呈正相关关系，相关系数分别为0.750和0.660；水稻单穗重与一次枝梗数呈正相关关系，相关系数为0.640；水稻单穗重与二次枝梗数呈极显著正相关关系，相关系数为1.000；结果说明旱直播方式下二次枝梗数是影响单穗重的最主要因素。

表3 两种种植方式下水稻穗部性状之间的相关分析(2018—2020)Table 3 Correlation analysis among rice panicle traits under two planting modes (2018-2020)

2.2 旱直播对水稻产量的影响

2.2.1 旱直播对水稻产量构成因素的影响 由表4可见，3 a间旱直播的穗数·m-2相对比较稳定，2018年与常规插秧相比，旱直播的穗数·m-2降低了63.7个(8.86%)，且旱直播与常规插秧间的差异达显著水平。2019年和2020年与常规插秧相比，旱直播的穗数·m-2分别增加了134.7个和81.4个，即分别增加了27.86%和13.98%，且旱直播与常规插秧间的差异达显著水平。旱直播条件下水稻穗数年际间变化比较稳定是因为旱直播群体的穗数构成以主茎为主，分蘖穗所占的比例较小。2018年与常规插秧相比，旱直播穗粒数增加了6.5个，但旱直播与对照间的差异未达显著水平。2019年和2020年与常规插秧对照相比，旱直播穗粒数分别减少了21.5个和4.3个，即分别减少了22.8%和5.16%，旱直播与对照间的差异达显著水平。3 a间，水稻的结实率和千粒重均为旱直播较低，其中结实率3 a间两种种植方式的差异均达显著水平，而千粒重2018年和2020年两种种植方式间差异显著，2019年两种种植方式的差异不显著，可见旱直播不利于水稻结实率和千粒重的增加。3 a间，水稻理论产量和实测产量均表现为常规插秧>旱直播。旱直播3 a的平均理论产量为9.60 t·hm-2，较常规插秧降低9.35%，但两者差异不显著；而旱直播3 a的平均实测产量为7.78 t·hm-2，较常规插秧降低5.91%，两者差异不显著。3 a间，两种种植方式下水稻生物产量和经济系数均表现为常规插秧>旱直播。旱直播的生物产量分别为17.21、16.22 t·hm-2和18.36 t·hm-2，较常规插秧分别降低11.64%、7.21%和2.96%，但两者的差异均未达显著水平；经济系数分别为0.583、0.528和0.569，较常规插秧分别降低1.35%、6.55%和0.57%，但两者的差异均未达显著水平。

表4 旱直播对水稻产量构成因素、产量和经济系数的影响Table 4 Effects of dry direct seeding on rice yield components, yield, and economic coefficient

2.2.2 不同种植方式下水稻产量及产量构成的相关性分析 由表5可知，常规插秧种植方式下水稻实测产量与穗数·m-2、生物产量和经济系数均呈正相关关系，相关系数分别为0.870、0.660和0.900；而穗粒数与理论产量呈负相关关系，相关系数为-0.850，且与穗数·m-2呈极显著负相关关系，相关系数为-1.000；结实率、千粒重与实测产量呈正相关关系，相关系数分别为0.270和0.360。本试验结果表明，常规插秧种植方式下水稻穗数·m-2、生物产量和经济系数是增加产量的主要因素，进一步分析可知，经济系数与穗数·m-2呈极显著正相关关系，相关系数为1.000，因此，穗数·m-2和生物产量(表4)是决定实测产量的重要基础。进一步分析表明，穗粒数与穗数·m-2和生物产量呈极显著或显著负相关关系，相关系数分别为-1.000和-0.960，说明常规插秧种植方式下水稻穗粒数与穗数·m-2和生物产量存在一定的互补效应，因此，水稻穗粒数过高或过低均不利于穗数·m-2和生物产量的提高。旱直播种植方式与常规插秧有所不同，旱直播种植方式下水稻实测产量与穗数·m-2和千粒重均呈显著正相关关系，相关系数分别为0.900和0.950；穗粒数和经济系数与实测产量均呈正相关关系，相关系数分别为0.800和0.490；千粒重与实测产量呈极显著负相关关系，相关系数为-1.000；说明千粒重是导致旱直播稻产量降低的主要原因。生物产量与穗粒数和结实率成显著或极显著正相关关系，相关系数分别为0.980和1.000；说明穗数·m-2和生物产量是提高旱直播水稻实测产量的重要因素。

表5 两种种植方式下水稻产量及产量构成的相关性分析(2018—2020)Table 5 Correlation analysis of rice yield and yield compositions under two planting modes (2018-2020)

从产量构成因素角度分析(表4)，2018年旱直播与常规插秧相比，穗数·m-2显著降低；穗粒数有所增加，但不显著；千粒重和结实率极显著和显著降低，以至于旱直播方式下龙粳31穗粒数的增加不能弥补穗数·m-2、千粒重和结实率的降低所带来的产量损失，故旱直播方式下龙粳31的理论产量降低。2019年和2020年旱直播与常规插秧相比，穗数·m-2显著增加；穗粒数和结实率均显著降低；千粒重降低，2019年降低不显著；以至于旱直播方式下水稻穗数·m-2的增加不能弥补穗粒数、千粒重和结实率的降低所带来的产量损失，故旱直播方式下水稻的理论产量降低。

从物质生产角度分析，与常规插秧相比，3 a间旱直播方式下水稻生物产量和经济系数均降低，且常规插秧与旱直播的两者差异虽不显著，但旱直播水稻的生物产量和经济系数总体低于插秧栽培，导致了其实测产量降低。

2.3 旱直播与常规插秧的成本效益分析

从表6可以看出，水稻采用旱直播方式在总成本上比水稻常规插秧节约成本2 802.0元·hm-2，降低了14.00%，主要原因在于机械旱直播技术的使用大大减少了传统水田育秧和移栽的劳动力投入。旱直播技术节约了秧田、机械作业、肥料、农药、晒场、其他和劳动力成本。旱直播的地租费用节约了27.5%，无秧田费用，机械作业费节约了42.4%，肥料费用节约了18.2%，农药费用节约了17.5%，晒场费用节约了50.0%，其他成本节约了40.7%，劳动力成本节约了75.3%，尤其是目前农村劳动力严重缺乏的情况下，水稻常规插秧种植的劳动力成本费用将逐年增加。与常规插秧相比，旱直播的种子和灌溉设施成本增加。

表6 不同种植方式下水稻的生产成本比较/(元·hm-2)(2018年)Table 6 Comparison of rice production cost under different planting modes in 2018/(Yuan·hm-2)

从表7可以看出，水稻旱直播比常规插秧减产6.08%，产值减少1 274.0元·hm-2、成本降低2 802.0元·hm-2、纯效益增加了1 528.0元·hm-2，纯效益增加162.38%。从投入产出情况看，水稻旱直播较常规插秧的投入产出比增加了8.57%，而成本仅是常规插秧的86.0%。水稻旱直播较常规插秧的用水量减少了49.0%，水稻旱直播的水产比较常规插秧提高了84.3%。

表7 不同种植方式下水稻经济效益的比较(2018年)Table 7 Comparison of rice economic benefits under different planting modes in 2018

3 讨 论

稻穗是水稻重要的营养生殖器官，对籽粒的数目多少起决定作用，因此穗部性状与产量直接相关[16]，而稻穗的形成主要取决于其品种特性，又受其生长环境的影响[17]。邢志鹏[4]研究表明，不同种植方式下，旱直播水稻的一次枝梗数和二次枝梗数最小，并进一步分析发现二次枝梗数比一次枝梗数对种植方式响应更敏感。叶靖等[18]研究表明，旱直播条件下，水稻穗长、二次枝梗数均小于移栽。李杰等[19]研究发现，手插种植方式下水稻穗长、单穗重、一次枝梗数和二次枝梗数极显著高于旱直播种植方式。在本试验中，由于两种种植方式的播期不同，水稻各生育时期的环境有很大差异。与常规插秧相比，旱直播方式下水稻播种早，没有返青缓苗过程，营养生长期缩短，光能利用率降低，植株前期养分积累少，不利于旱直播稻大穗形成。从穗部结构发现，旱直播方式下水稻单穗重和二次枝梗数均小于常规插秧，进一步分析发现，旱直播方式下水稻单穗重与二次枝梗数呈极显著正相关关系，说明二次枝梗数是影响单穗重最主要的因素。从变异系数角度分析，旱直播方式下水稻穗部结构的变异系数均大于常规插秧，且两种种植方式下二次枝梗数变异系数最大，可见，旱直播方式下水稻群体穗部结构不稳定，穗型变异大，不利于高产，而且二次枝梗数对种植方式更敏感，结合旱直播方式下水稻穗粒数低于常规插秧，推测可能与二次枝梗数的增减有关。

水稻产量除受其自身的基因型影响外，还与种植方式有一定关系。丁涛等[20]研究表明，不同栽培模式下水稻产量表现为手插>机插>直播。池忠志等[21]通过机械直播、机械移栽、传统人工栽培的对比试验发现，不同种植方式下水稻产量变化规律为机械直播>机械移栽>传统人工栽培。本试验研究结果表明，水稻理论产量和实测产量均表现为常规移栽>旱直播，通过相关分析表明，常规插秧种植方式下水稻产量与穗数·m-2、生物产量和经济系数呈显著或极显著正相关关系，与穗粒数呈显著负相关关系，而与结实率和千粒重相关性不显著；通过进一步分析发现，穗数·m-2和生物产量是影响常规插秧稻的最主要因素。而旱直播种植方式下水稻产量与穗数·m-2和穗粒数呈显著或极显著正相关关系，与结实率和千粒重相关性不显著，说明穗数·m-2和穗粒数是影响旱直播稻产量的主要因素。陈雪飞等[22]、王建飞[12]研究发现，与移栽相比，旱直播方式下水稻在产量性状上是单位面积上的穗数多，而每穗粒数少，结实率和千粒重低等。本试验研究结果也表明，旱直播方式下水稻穗数极显著或显著高于常规插秧，穗粒数极显著低于常规插秧(除2018年)，旱直播方式下水稻结实率和千粒重均低于常规插秧。与移栽方式相比，直播种植方式没有育秧和移栽环节，避免了移栽时对根系的损伤，不需返青直接进入苗期，群体分蘖势强，水稻分蘖多，但无效分蘖也多，高峰苗数的大幅度增长可能是导致直播稻群体穗数高的主要原因[19]。辛明金等[23]研究表明，与插秧相比，旱直播方式下水稻穴距小，秧苗密度大，基本苗数多，有效分蘖率虽低，但旱直播稻仍能有充足的穗数维持较高的产量。旱直播方式下水稻分蘖数虽多，但由于养分营养供给分散，有效分蘖茎养分供应不足，导致分蘖小穗增加，而分蘖茎穗粒数少于主穗，从而导致群体平均穗粒数偏低，同时旱直播稻分蘖多，群体密度大，个体间相互遮阴严重，导致个体与群体之间发展不协调，“流”不畅通，物质输出与转化不合理，光合产物无法顺利转运至籽粒而滞留在茎秆中，籽粒充实度差，因而每穗粒数、结实率、千粒重和经济系数下降，最终影响产量[24]。本试验研究结果表明，旱直播种植方式下水稻穗数多，但穗型相对较小，且结实率低，籽粒充实度不高，产量低，而常规插秧稻穗数虽少，但穗粒数、结实率和千粒重高，弥补了因穗数的减少而带来的损失，因此最终产量较高。

种植方式不同水稻的成本和效益也会受到影响。丁涛等[20]研究表明，不同种植方式下水稻成本表现为手插>机插>直播，纯效益表现为机插>直播>手栽。程建平等[25]研究认为，与移栽相比，直播省去育秧和移栽环节，采取直接播种，显著降低了育秧成本和移栽成本。本试验研究结果与以上基本一致，旱直播种植方式从总物化成本和总劳动力成本上比常规插秧节约14.00%，而从经济效益上看，旱直播虽然产量有所降低，但纯效益比常规插秧增加162.38%。可见，旱直播种植方式产量水平虽比不上常规插秧，但成本低，劳动力投入少，种植效益好。

4 结 论

本试验通过旱直播与常规插秧的对比试验，分析两种种植方式下水稻穗部性状、产量构成和经济效益的变化差异，得到以下结论：(1)两种种植方式下水稻二次枝梗数变异系数最大，与常规插秧相比，旱直播稻群体穗部性状变异系数大，导致穗型变异大，群体不稳定，不易获得高产。(2)旱直播稻产量低于常规插秧稻，相关分析表明，穗数·m-2和生物产量是影响常规插秧稻产量的最主要因素，而穗数·m-2和穗粒数是影响旱直播稻产量的最主要因素。在生产上可通过“控群体、壮茎秆、促大穗”的途径促进直播水稻高产。(3)旱直播产量虽略低于常规插秧，但能节省物化成本和人工成本且收获后纯收益大于常规插秧，种植效益好，说明旱直播栽培应用价值大，发展前景广。