水分管理和播种量对旱直播水稻产量形成的影响

李 阳，林义月，2，杨晓龙，汪本福，张枝盛，张作林，余振渊，2，程建平

（1.湖北省农业科学院粮食作物研究所粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室，武汉 430064；2.长江大学，湖北 荆州 434023）

0 引 言

水稻（Oryza sativa L.）是我国主要的粮食作物，也为全球贡献28%的产量[1]。当前，我国水稻单产已接近最高产量潜力，增幅趋缓[2]，而农资、燃油和劳动力等生产成本却逐渐增高，种田效益进一步压缩，严重影响农民种粮积极性。在国家要产量、农民要效益的情况下，改变水稻种植方式，使其向轻简化、机械化转变、低消耗等方向转变，将是水稻生产的主要目标。水稻旱直播技术是一种将水稻种子直接播入准备好的旱地土壤中的种植方式[3]，因其可以节省33.%的育秧成本和劳动力成本[4]，被认为是一种较优的水稻种植方式[5]。

近年来，我国水稻旱直播技术研究发展迅速，2007年沈阳市水稻旱直播穴播技术产量达到8.6 t/hm2[6]，2012年湖北省机械旱直播精量穴播技术产量达到10.3 t/hm2[7]，2016年江西机械旱直播早稻产量达7.9 t/hm2[8]，2021年沈阳市机械旱条播早稻产量也达8.4 t/hm2[9]。同时旱直播也显著降低淡水消耗，相比传统移栽稻要消耗人类用水的50%[10]，旱直播技术采用的是机械旱整田，省去了灌水泡田过程，可直接节约30%灌溉用水量[11]，有报道黑龙江地区旱直播水稻可节水2 435 m3/hm2，节水率达19.8%[4]，这对于一些降雨量不足、分布不均匀、时空差异较大的地区尤为重要[12-14]。水稻旱直播技术相比移栽水稻，还省去了大量育秧期间工作，每亩节约育秧阶段成本25元左右[15]，且有报道旱直播水稻比传统移栽稻可增产6.6%～22%[16,17]，显著提高水稻种植效益。

旱直播水稻播种后的水分管理非常重要，管理不到位容易造成出苗率较低，苗期生长较慢，穗数不足[18]，杂草较难管理，严重与水稻秧苗挣营养[19,20]等现象，魏永霞等报道淹灌旱直播管理的水稻干物质积累量高于传统插秧淹水方式[21]，JIANG Q W 等报道旱直播后第15 天灌溉处理产量和第35～45 d灌溉处理的产量差异不显著，进一步延迟产量降低[22]。然而，前人研究更多关注旱直播后单一水分的管理措施。也有研究通过调控播种量弥补旱直播水稻的一些不足，赵杰等在旱直播模式下采用“独杆”栽培，即195 kg/hm2的大播种量，提高基本苗保证产量[23]，而如此大的播种量并不适合价格较高的杂交稻种子，SUN 等在旱直播模式下降低杂交稻用种量，湿润条件下出苗较好，产量没有降低[24]，说明土壤水分和出苗率有密切关系，然而在一些水分缺乏地区，怎样调控播种量来实现较高产量的研究还比较少。鉴于此，本研究在旱直播模式下，通过设置不同的水分管理方式和播种量，探索对水稻产量及群体生长影响的变化趋势，为旱直播水稻技术的稳产高效提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2018年和2019年在湖北省武汉市南湖试验站（北纬3 028，东经11 425）开展。该地海拔高度20 m，处于北亚热带向中亚热带过渡型气候带。年平均日照数为2 080 h，日平均气温≥10 ℃以上的总积温为5 190 ℃，年降雨量1 300 mm左右，无霜期230～300 d。土壤类型为黄棕壤，属于潴育水稻土亚类，黄泥田土属。试验田土壤pH 7.13，有机质26.3 g/kg，碱解氮110.0 mg/kg，速效磷7.2 mg/kg，速效钾112.3 mg/kg。供试材料是“C两优华占”，属籼型两系杂交品种。

1.2 试验设计

主处理为水分管理：旱管（DM），旱整地，旱播种，播种后土壤湿润管理，不建立水层，分蘖开始以后干湿交替灌溉，即土壤水势达到-15 kPa 时开始灌水，饱和停水；水管（WM），即旱整地，旱播种，播种后土壤湿润管理，不建立水层，分蘖开始后，约4～5叶期逐渐建立水层，后期水分管理按常规淹水灌溉方式；副处理为播种量：播量1（SO），播种量为22.5 kg/hm2；播量2（SS），播种量为37.5 kg/hm2。每个小区50 m2，3次重复。

人工模拟精量旱直播（穴播），播种株行距为14 cm×25 cm。纯氮N 14 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，肥料采用尿素、过磷酸钙和氯化钾。氮肥和钾肥以基肥：分蘖肥：幼穗分化肥=4∶3∶3比例施用，磷肥在施基肥时一次性施入。水分管理按精细按需管理。

1.3 测定项目与方法

产量及产量构成：每个小区选择有代表性的区域5 m2进行人工收割，人工脱粒，去除杂草及空瘪粒，风干，称重，用PM-8188 型谷物水分测定仪（凯特电器实验室有限公司，日本）测定含水量，并将产量换算为含水量为13.5%的标准产量。考种样品取样：按平均分蘖数，每个小区取6穴植株，人工脱粒，考察饱粒、空粒和千粒重。

水分利用效率：产量/（灌溉水量+降雨量）。降雨量采用CR 800（坎贝尔科学股份有限公司，美国）小型农业气象站进行气象数据收集。灌溉水量用水表记录。

灌浆动态：在稻穗抽穗时挂牌，持续每天挂牌至抽穗完毕，并记录挂牌时间，然后每隔3 d 取稻穗，再将稻穗分上、中、下三部分烘干称重记录。

叶片衰老：为齐穗期叶片SPAD值与齐穗后20 d 叶片SPAD值的差值与齐穗期数值的百分比。采用SPAD-502 型叶绿素仪于齐穗期和齐穗后20 d各测一次剑叶SPAD值，每个小区测定4片叶。

叶面积指数（LAI）：单位面积地上部叶片的面积与土地面积的比值。

1.4 数据分析

数据分析采用Statistix 9.0 软件分析，在0.05 差异性水平上进行最小差异分析。作图采用Excel软件。

2 结果

2.1 降雨量和灌溉用水量

表1显示2018 和2019年试验田用水量。由表1可知，2019年试验期间降雨量比2018年多68 mm，使得2019年度各处理的灌溉量均低于2018年同一处理。2018年，DM 处理的灌溉量低于WM 处理124 mm，2019年为115 mm，两年平均119.5 mm。随着播种量提高，相同水分管理方式下，SS 处理下的灌溉量高于SO处理，且WM处理下所需灌溉量更多。

表1 不同处理的降雨量、灌溉量和总用水量比较 mm Tab.1 Comparison of rain fall,irrigation and total water input under different treatments

2.2 不同处理对产量及产量构成因子的影响

由表2可知，水分管理方式和播种量对产量和除千粒重之外的其他产量构成因子均有显著影响。WM处理两年平均产量显著高于DM 处理，同在SO 处理下的WM 产量比DM 产量高24.0%，同在SS 处理下的WM 产量比DM 产量高12.4%，说明提高播种量，两种处理的产量差距缩小。同一水分管理方式下，提高播种量均有利于产量提高，同在DM 处理下，SS 比SO 产量平均提高13.0%，同在WM 处理下，SS 比SO 产量平均提高2.5%。分析产量构成因子，DMSS 有效穗数量比DMSO 平均提高23.7%，WMSS 有效穗数量比WMSO 平均提高10.1%，是其产量提高的主要贡献因子，而播量的提高对每穗粒数、结实率和千粒重均有一定的负面效应。

表2 不同处理产量及构成因子比较Tab.2 Comparison of yield and yield components under different treatments

2.3 不同处理对叶面积指数（LAI）的影响

图1显示不同处理对齐穗期LAI的影响。旱管(DM)处理的LAI显著低于水管(WM)处理，两年平均低12.0%，其中2018年DM 处理的LAI显著低于同年度WM 处理15.1%，而2019年则为8.9%，这和2019年较多的降雨可能有较大关系。随着播种量的提高，LAI均有显著提高，同在DM 处理下，SS 处理的LAI 显著高于SO 处理，两年平均高6.8%，同在WM 处理下，SS 处理的LAI比SO 处理两年平均提高3.4%，即DM 处理下提高播种量对LAI的影响程度大于水管处理。

图1 齐穗期叶面积指数比较Fig.1 Compare of LAI at heading stage

2.4 不同处理对齐穗后期叶片衰老的影响

图2显示不同处理对叶片衰老的影响。旱管(DM)处理下叶片的衰老程度显著高于水管(WM)处理，两年平均高19.9 个百分点。2019年DM和WM处理的叶片衰老程度均低于2018年的相同处理，2019年DM 处理相比2018年平均低5.24 个百分点，WM处理则低14.06个百分点。提高播种量后发现，DM处理和WM 处理下的叶片衰老程度进一步增高，DM 处理两年平均增高1.50个百分点，WM 处理增高1.05个百分点，均未达到显著水平，两年结果趋势一致。说明DM 处理下的水稻生育后期容易出现早衰现象，且随着播种量提高，早衰现象进一步加剧。

图2 齐穗期后叶片衰老比较Fig.2 Compare of leaf senescence after heading stage

2.5 不同处理对籽粒灌浆动态的影响

图3显示的是不同处理对穗不同部位籽粒灌浆动态的影响。可知，各处理对稻穗不同部位灌浆的影响不同，上部籽粒灌浆受影响较小，9月17日至9月19日期间，各处理下的上部籽粒均呈高速灌浆状态，灌浆速率高于中部籽粒和下部籽粒，9月19日以后，上部籽粒干重增加较少，逐渐趋于恒重[图3（a）]，即不再灌浆。中部籽粒前期灌浆速率低于上部籽粒，且各处理对该部位籽粒灌浆影响差异不显著，整体分析9月19日以后灌浆速率比前期降低，10月初中部籽粒干重逐渐趋于稳定[图3（b）]。下部籽粒的灌浆速率最低，自灌浆开始至9月22日之间，各处理对该部位籽粒灌浆的影响不显著，而9月22日以后水管播量2(WMSS)处理的灌浆速率低于其他处理，该部位籽粒干重均低于同时期的其他处理[图3（c）]。

图3 不同部位籽粒灌浆动态的比较Fig.3 Compare of grain filling dynamics on different part

2.6 不同处理对水分利用效率的影响

图4显示不同处理对水分利用效率的影响。播量1(SO)处理下，旱管(DM)处理两年水分利用效率均低于水管(WM)处理，2018年和2019年分别为3.61%和7.54%；随着播种量的提高，DM 和WM 处理的水分利用效率均提高，2018年DM 处理水分利用效率比WM 处理高7.38%，2019年高3.66%，两年平均提高5.47%。DM 处理下，2018年和2019年播量2(SS)比播量1(SO)的水分利用效率分别提高11.7% 和12.4%，平均为12.05%，而WM 处理下，水分利用效率略有提高，但不显著。说明提高播种量对DM 处理下的水分利用效率影响显著大于WM 处理。2019年水稻全生育期降雨量高于2018年(表1），使得2019年的平均水分利用效率低于2018年度。

图4 水分利用效率的比较Fig.4 Compare of water use efficiency

3 讨 论

旱直播水稻对提高种植水稻收益和水分利用率具有重要意义。本研究中水管处理产量高于旱管处理17.8%（表2），主要因为水管处理下有效穗数量显著多于旱管处理，和前人的研究结果一致[25]，本研究随着播种量的提高，旱管播量2的有效穗相比旱管播量1 显著提高，两年平均提高23.7%，其产量提高13.0%（表2）。播种量不足则会造成分蘖数不够，有效穗减少，产量降低[24]，赵杰等报道提高旱直播常规稻播种量至195 kg/hm2，以此确足够的穗数和较高产量[23]。本研究中水管处理下提高播种量处理也可以提高有效穗数量，提高幅度低于旱管处理，产量提高2.5%，说明提高播种量对水管处理的产量影响较小，有效穗数量可能不是该处理产量的主要限制因子。

水稻合理的群体结构是高产的基础。有研究认为旱管处理不利于群体构建和生物量的积累[21]，本研究中旱管处理的LAI确实显著低于水管处理，提高播种量后对提高水稻群体的LAI有显著促进作用（图1）。马艳宝等采用节水灌溉+减肥模式利于水稻生长，同时降低氮素流失[26]，也有研究施用有机肥方式改善齐穗期至成熟期群体结构，提高LAI和干物质量[27]。本研究种提高播种量是改善群体结构的有效措施，是后期物质积累和转运的基础，而叶片则是转化物质能量的场所，是“源”动力。本研究中旱管处理的叶片衰老速度高于水管17.0%，而提高播种量一定程度加速了叶片的衰老（图2），正如程建平等研究旱管衰老更显著，过量增加密度使得剑叶SPAD值和光合速率均减低[7]，也会造成蒸腾速率和气孔导度等降低现象[21]，使得籽粒后期灌浆不足。本研究中，不同部位籽粒灌浆速率也有差异，上部和中部籽粒的灌浆影响差异不大，但是下部弱势粒的灌浆速率较低，其中对水管播量2的影响最大（图3），同时该处理下的LAI也最大（图1），说明群体较大对营养的需求则会增大，如果供应不足的情况下，则会出现下部籽粒结实率严重下降。朱宽宇等认为通过节水灌溉模式可以控制群体，提高水稻弱势粒的充实度，进而提高产量[28]。旱直播水稻的重要特点是其较强的节水能力。本研究中，旱管处理下的水分利用效率高于水管处理，和Liu 等[25]的研究结果一致，且提高播种量后，旱管播量2处理的水分利用效率相比旱管播量1 提高12.05%。但是，直播水稻根系多分布于浅土层，增加播种量后群体变大，进而增加倒伏风险。有研究指出，旱直播模式下湿润灌溉可以防止过多无效分蘖，保持稳产、较高的水分生产率，同时有利于根部生长[29]，对于不同地区，如鄂中北旱地[30]和北方寒地[31]等采用节水灌溉也有很大区别，要因地制宜。然而，本研究中选用的研究材料是杂交稻品种，用种量不到常规稻用种量的一半，群体并不大，如果采用常规稻种植，且提高用种量的情况下会不会带来严重的病虫害危机和倒伏风险等结果，还需要进一步研究。

4 结 论

旱直播旱管方式对水稻有效穗数量、群体大小和叶片衰老均有负面影响，通过提高播种量，可以显著的改善群体质量，显著提高产量和水分利用效率。