邢志鵬，吳 培，朱 明，錢海軍，曹偉偉，胡雅杰，郭保衛(wèi)，魏海燕，許 軻，戴其根，霍中洋，張洪程

（揚州大學(xué)農(nóng)業(yè)部長江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心/揚州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點，揚州 225009）

機(jī)械化種植方式對不同品種水稻株型及抗倒伏能力的影響

邢志鵬，吳 培，朱 明，錢海軍，曹偉偉，胡雅杰，郭保衛(wèi)，魏海燕，許 軻，戴其根，霍中洋，張洪程※

（揚州大學(xué)農(nóng)業(yè)部長江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心/揚州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點，揚州 225009）

為探明機(jī)械化種植方式對不同品種水稻株型及抗倒伏能力的影響，試驗選用秈粳交水稻（甬優(yōu)2640和甬優(yōu)1640）、常規(guī)粳稻（南粳9108和武運粳27）和雜交秈稻（新兩優(yōu)6380和II優(yōu)084）共6個水稻品種為材料，系統(tǒng)研究高產(chǎn)栽培模式下缽苗機(jī)插、毯苗機(jī)插和機(jī)械直播方式對水稻葉形、葉姿、穗型、稈型及植株抗倒性能的影響，初步研明不同機(jī)械化種植方式下水稻株型特征與抗倒伏能力及差異。結(jié)果表明，缽苗機(jī)插水稻產(chǎn)量最高，毯苗機(jī)插水稻產(chǎn)量其次，機(jī)械直播水稻產(chǎn)量最低，差異顯著（P<0.05）。與毯苗機(jī)插和機(jī)械直播相比，缽苗機(jī)插使水稻上三葉葉長增長，比葉重增大，葉基角和披垂度減小，使水稻群體高效葉葉面積增加，劍葉葉綠素含量和凈光合速率協(xié)同增加，穗型變大，粒葉比提高，并且使水稻株高增高，稈長增長，穗下節(jié)間增長（P<0.05）。水稻基部1～3節(jié)間于缽苗機(jī)插方式下，較毯苗機(jī)插和機(jī)械直播，長度縮短、莖稈變粗、莖壁增厚、節(jié)間干質(zhì)量增加、充實度變好、抗折力和彎曲力矩增大、倒伏指數(shù)降低（P<0.05）。因此，長江下游稻麥兩熟地區(qū)，缽苗機(jī)插能改善水稻株型，優(yōu)化水稻群體結(jié)構(gòu)，提升水稻抗倒性能，是實現(xiàn)水稻豐產(chǎn)、高產(chǎn)且低倒伏風(fēng)險的較優(yōu)機(jī)械化種植方式。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；種植；農(nóng)藝；水稻；機(jī)械化種植方式；株型；抗倒伏；莖稈物理性狀

0 引 言

良好的株型及抗倒伏能力是水稻豐產(chǎn)、高產(chǎn)及應(yīng)對極端天氣的關(guān)鍵[1-3]。抽穗期水稻株型對生育后期籽粒灌漿充實及產(chǎn)量形成具有關(guān)鍵作用。抽穗期葉面積適宜，有效葉面積量高，能減輕無效莖蘗惡化群體的不良作用，進(jìn)而充分發(fā)揮葉片光合功能；上三葉長、寬、厚、挺、直，利大穗，能增加高效葉面積量，促進(jìn)冠層基部受光，截獲更多光能，并能改善田間小氣候，提升葉片光合能力，提高根系活力及根部抗倒能力；適宜大穗型，能增大群體庫容，并刺激葉片光合作用；節(jié)間長度配置合理及莖稈物理性狀指標(biāo)優(yōu)化，可增株高，利于高生物學(xué)產(chǎn)量，協(xié)調(diào)葉層空間分布，能使基部節(jié)間縮短、增粗，提升植株倒伏性能[1,4-15]。倒伏嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)，同時增加收獲成本。相關(guān)研究表明，齊穗后21～30 d是水稻倒伏的敏感時期，植株基部2～3節(jié)間是宜倒伏節(jié)位。植株抗倒伏性能與株高、稈長、葉片分布、節(jié)間配置、穗位和重心等形態(tài)指標(biāo)，與基部節(jié)間粗度、壁厚、充實度、鞘厚、鞘重、抗折力和彎曲力矩等物理性狀指標(biāo)，與莖稈橫截面積、維管束面積等解剖結(jié)構(gòu)，及與淀粉和可溶性糖等有機(jī)化學(xué)成分含量，氮、硅和鉀等無機(jī)化學(xué)成分含量等關(guān)系密切[16-26]。水稻株型與抗倒性能除與自身遺傳特性及外界氣候條件有關(guān)外，同時受種植方式、播期、秧齡、密度、水分及肥料等耕作栽培措施的影響[9-10,12-14,19,22,27-30]。前人關(guān)于水稻株型和抗倒性能種植方式調(diào)控的研究多實施于人工條件下，而隨著水稻生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)程的加快，針對機(jī)械化種植方式對水稻株型及抗倒性能的研究相對較少。特別是近年來在長江下游地區(qū)，缽苗機(jī)插作為一種新型的高產(chǎn)、高效種植方式，其配套裝備不斷優(yōu)化，栽培技術(shù)逐步完善，推廣面積呈擴(kuò)大趨勢[31-33]。而關(guān)于長江下游稻麥兩熟地區(qū)高產(chǎn)栽培模式下缽苗機(jī)插、毯苗機(jī)插和機(jī)械直播3種主流機(jī)械化種植方式下不同類型水稻品種冠層葉系配置、穗部特征、莖稈物理特性和抗倒性能及差異尚缺乏系統(tǒng)比較研究。因此，本試驗選用秈粳交水稻（甬優(yōu)2640和甬優(yōu)1640）、常規(guī)粳稻（南粳9108和武運粳27）和雜交秈稻（新兩優(yōu)6380和II優(yōu)084）為材料，采用缽苗機(jī)插、毯苗機(jī)插、機(jī)械直播3種機(jī)械化種植方式，配套各自適宜的高產(chǎn)栽培管理措施，探究機(jī)械化種植方式對不同類型水稻株型特征及抗倒伏能力的影響，為水稻適宜機(jī)械化種植方式選用，降低水稻種植風(fēng)險，實現(xiàn)水稻高產(chǎn)、高效生產(chǎn)提供理論參考和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2014—2015年在揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院校外試驗基地江蘇省興化市釣魚鎮(zhèn)進(jìn)行。該地位于江淮之間，江蘇里下河腹部，屬北亞熱帶濕潤氣候區(qū)，年平均溫度15℃左右，年日照時數(shù)2 305.6 h左右，年降水量為1 024.8 mm左右，無霜期227 d左右。2014和2015年水稻生長季節(jié)月均溫度、日照時數(shù)和降雨量見圖1。土壤地力中等，為勤泥土，質(zhì)地黏性。2a 0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)26.8和27.6 g/kg、全氮1.9和1.7 g/kg、速效磷14.2和13.6 mg/kg、速效鉀148.9和156.6 mg/kg。試驗地前茬為小麥，2a均產(chǎn)6.8 t/hm2。

圖1 2014和2015年水稻生長季月均溫度、日照時數(shù)和降雨量情況Fig.1 Average monthly temperature,sunshine hours and rainfall during rice growth period in 2014 and 2015

試驗材料包括常規(guī)粳稻（南粳9108和武運粳27）、秈粳交水稻（甬優(yōu)2640和甬優(yōu)1640）和雜交秈稻（新兩優(yōu)6380和II優(yōu)084）。

1.2 試驗設(shè)計

在長江下游稻麥兩熟制條件下，根據(jù)生產(chǎn)地小麥常年收獲時間，各機(jī)械種植方式生產(chǎn)特點，以及水稻及時搶播搶栽的要求，分別設(shè)計缽苗機(jī)插、毯苗機(jī)插和機(jī)械直播方式下具有當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)代表性的水稻播栽期，并根據(jù)高產(chǎn)栽培要求，充分發(fā)揮各種植方式下水稻產(chǎn)量潛力，配套適宜的高產(chǎn)管理技術(shù)措施。

缽苗機(jī)插方式采用448缽孔狀硬盤育秧。2a均于5月18日播種，常規(guī)粳稻每孔播種4粒，秈粳交水稻和雜交秈稻每孔播種3粒，旱育壯秧。一葉一心期進(jìn)行間苗，保證常規(guī)粳稻每孔3苗，秈粳交水稻和雜交秈稻每孔2苗。于6月15日機(jī)械移栽，栽插行株距33.0 cm×12.0 cm。

毯苗機(jī)插方式采用盤式塑料軟盤育秧。2a均于5月28日播種，常規(guī)粳稻每盤播種120 g，秈粳交水稻和雜交秈稻每盤播種90 g，旱育壯秧。6月15日機(jī)械移栽，栽插行株距30.0 cm×13.3 cm，移栽后定苗至常規(guī)粳稻每穴3苗，秈粳交水稻和雜交秈稻每穴2苗。

機(jī)械直播方式兩年均于6月13日機(jī)械條播，行距30 cm。一葉一心期人工定苗至常規(guī)粳稻90×104棵/hm2，秈粳交水稻和雜交秈稻60×104棵/hm2。

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，機(jī)械種植方式為主區(qū)，水稻品種為裂區(qū)，小區(qū)間用塑料薄膜包埂隔離，保證可以單獨肥水管理。每小區(qū)面積30 m2，3次重復(fù)。

常規(guī)粳稻和秈粳交水稻每公頃施純N270 kg，雜交秈稻為225 kg。氮肥運籌為基肥:分蘗肥:穗肥=3:3:4，分蘗肥于分蘗初期施用，穗肥于倒四葉期和倒二葉期分2次等量施用。磷肥一次性基施，總施P2O5135 kg/hm2。鉀肥分別作基肥和促花肥等量施入，總施K2O 270 kg/hm2。各處理水分管理及病蟲草害防治按照高產(chǎn)栽培要求統(tǒng)一實施。

1.3 測定內(nèi)容與分析方法

1.3.1 葉面積指數(shù)

于孕穗期和抽穗期按每小區(qū)莖蘗的平均數(shù)取具有代表性植株5穴，采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的葉面積儀（LI-3100）測定葉面積。在抽穗期，將葉面積分為總?cè)~面積（所有莖蘗的葉面積）、有效葉面積（有效莖蘗的葉面積）和高效葉面積（有效莖蘗頂三葉的葉面積）進(jìn)行測定。在抽穗期采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的Li-6400型光合測定儀和日本柯尼卡美能達(dá)公司生產(chǎn)的SPAD-502儀器測定劍葉光合速率和SPAD（soil and plant analyzer development）值。

1.3.2 株型

于齊穗期，選取各小區(qū)群體生長一致的10穴，選定主莖，測定劍葉、倒二葉、倒三葉的長、寬、葉基角（葉片基部與莖稈的夾角）、葉開角（葉尖與葉枕連成的直線與莖稈之間的夾角）、披垂度（葉開角與葉基角的差值）、葉干質(zhì)量。

1.3.3 莖稈物理性狀及抗倒伏

齊穗后25 d，每小區(qū)分別隨機(jī)選取20個有代表性的單莖，保持不失水，用直尺、電子天平、游標(biāo)卡尺等器具測定株高、穗長、各節(jié)間的長度和粗度、重心高、基部第1、2、3節(jié)間（N1、N2、N3）抗折力及各節(jié)間基部到穗頂?shù)拈L度和鮮質(zhì)量。

重心高度：將新鮮莖稈地上部（包括穗子、葉片和葉鞘），水平橫置于刀口上，并左右移動，直至其平衡臥于刀口上，這時與刀口的接觸點即為重心，測量重心至莖稈基部的距離即為重心高度（cm）。重心高度與穗頂高的比值即相對重心高度（%）。

參照瀬古秀生等[34]的方法計算不同機(jī)械種植方式下水稻基部各節(jié)間的彎曲力矩（bending moment）、抗折力（break resistance）和倒伏指數(shù)（lodging index）。彎曲力矩（cm·g）=節(jié)間基部至穗頂?shù)拈L度（cm）×該節(jié)間基部至穗頂?shù)孽r質(zhì)量（g）；倒伏指數(shù)（cm·g/g）=彎曲力矩（cm·g）/抗折力（g）。

將待測定的節(jié)間莖稈（含葉鞘）置于自制的測定器上，該節(jié)間中點與測定器中點對應(yīng)（支點間距為5 cm），在節(jié)間中點掛一盤子，逐漸加入砝碼至莖稈將要折斷還沒折斷時，逐漸向盤中加入沙子直至莖稈折斷。該節(jié)間的抗折力（g）=砝碼質(zhì)量+沙子質(zhì)量+盤子質(zhì)量。

完成上述測定項目后，將各節(jié)間莖稈和鞘分別裝袋，置恒溫箱，105 ℃下殺青30 min，然后80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測定各節(jié)間莖稈及鞘干質(zhì)量，計算莖稈單位節(jié)間莖稈干質(zhì)量。

1.3.4 產(chǎn)量

成熟期測定單位面積穗數(shù)。缽苗機(jī)插和毯苗機(jī)插方式選取代表性8穴、機(jī)械直播方式選取1.5 m長度考察穗部性狀。各小區(qū)收割8 m2水稻，測定水分，核算實產(chǎn)。

1.3.5 數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計分析

相關(guān)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖，運用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計分析。由于兩年試驗的重復(fù)性較好，水稻各指標(biāo)變化趨勢一致，因此本文以2015年的數(shù)據(jù)為主進(jìn)行闡述。

2 結(jié)果與分析

2.1 株型特征

2.1.1 葉形與葉姿

由表1可知，種植方式對不同類型水稻的葉形與葉姿均有明顯影響。水稻頂三葉（劍葉、倒二葉和倒三葉）的葉長均以缽苗機(jī)插最長，機(jī)械直播最短，毯苗機(jī)插居于二者之間，缽苗機(jī)插和機(jī)械直播間差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。與機(jī)械直播稻相比，缽苗機(jī)插稻的劍葉、倒二葉和倒三葉分別增長14.6%～29.7%、12.1%～16.6%和6.6%～19.2%，毯苗機(jī)插稻分別增長4.8%～18.8%、5.1%～9.7%和2.1%～8.6%。并且，劍葉葉長于種植方式間的變異系數(shù)為6.8%～12.9%，倒二葉為5.9%～7.7%，倒三葉為3.2%～8.8%，說明，種植方式對劍葉的影響明顯大于對倒二葉和倒三葉的影響。頂三葉的葉寬于種植方式間差異不顯著（未在表中列出）。在種植方式的影響下，各葉片的比葉重呈現(xiàn)出與葉長相似的變化規(guī)律，缽苗機(jī)插稻劍葉、倒二葉和倒三葉的比葉重較機(jī)械直播稻增加2.3%～6.1%、3.3%～6.1%和2.6%～6.6%，毯苗機(jī)插稻較機(jī)械直播稻分別增加0.9%～3.4%、1.5%～3.4%和0.4%～4.1%。種植方式對水稻頂三葉的葉基角和披垂度影響明顯，總體上呈現(xiàn)機(jī)械直稻頂三葉的葉基角和披垂度最大，其次是毯苗機(jī)插稻，缽苗機(jī)插稻最小，差異顯著（P<0.05）。綜上說明，與毯苗機(jī)插和機(jī)械直播相比，缽苗機(jī)插能增加葉長和比葉重，利于增加頂三葉的葉面積，并能減小葉基角和披垂度，改善頂三葉的葉姿，利于增強(qiáng)水稻捕獲太陽光的能力和增加輻射利用率。

表1 不同機(jī)械種植方式對不同品種水稻葉形與葉姿的影響Table 1 Effect of different mechanized planting modes on leaf shape and posture of different rice cultivars

2.1.2 葉面積指數(shù)與粒葉比

由表2分析，抽穗期葉面積指數(shù)受種植方式的影響明顯，缽苗機(jī)插稻的葉面積指數(shù)大于毯苗機(jī)插稻和機(jī)械直播稻，機(jī)械直播稻的葉面積指數(shù)最小，葉面積指數(shù)于缽苗機(jī)插和機(jī)械直播間差異顯著（P<0.05）。并且，缽苗機(jī)插稻的有效葉面積率和高效葉面積率均高于毯苗機(jī)插稻和機(jī)械直播稻，缽苗機(jī)插和機(jī)械直播間差異顯著（P<0.05）。說明，與機(jī)械直播和毯苗機(jī)插相比，缽苗機(jī)插更有利于改善抽穗期水稻群體結(jié)構(gòu)，增大葉片光合面積，并減少無效莖蘗的營養(yǎng)物質(zhì)損失，有利于提高灌漿結(jié)實期水稻群體光合物質(zhì)生產(chǎn)與積累能力。

由表2可知，抽穗期劍葉的SPAD值和凈光合速率均以缽苗機(jī)插稻最大，機(jī)械直播稻最小，毯苗機(jī)插稻居于二者之間，缽苗機(jī)插和機(jī)械直播間差異顯著（P<0.05）。劍葉SPAD值與凈光合速率對種植方式的響應(yīng)因水稻品種不同而異，供試常規(guī)粳稻劍葉SPAD值和凈光合速率受種植方式的影響，變異系數(shù)為2.4%～2.9%和7.0%～7.2%，秈粳交水稻為2.2%～2.3%和6.5%～7.3%，明顯小于雜交秈稻4.2%～5.6%和14.4%～14.6%。說明，缽苗機(jī)插較毯苗機(jī)插和機(jī)械直播相比，增強(qiáng)了水稻劍葉的光合功能，其中對雜交秈稻劍葉光合能力的提升更為明顯。相同種植方式下，不同類型水稻劍葉SPAD值和凈光合速率有差異。在缽苗機(jī)插方式下，雜交秈稻劍葉的SPAD值與凈光合速率大于秈粳交水稻和常規(guī)粳稻，而在機(jī)械直播方式下，雜交秈稻劍葉的SPAD值與凈光合速率小于秈粳交水稻和常規(guī)粳稻。

表2 不同機(jī)械種植方式對不同品種水稻抽穗期葉面積指數(shù)及粒葉比的影響Table 2 Leaf area index and grain-leaf radio of different rice cultivars under different mechanized planting modes

由表2可以發(fā)現(xiàn)，與機(jī)械直播稻相比，缽苗機(jī)插稻的穎花數(shù)/葉面積與實粒數(shù)/葉面積提高了6.7%～12.0%和7.1%～19.8%，毯苗機(jī)插稻提高了4.8%～8.0%和6.3%～10.5%（P<0.05）。說明，種植方式能協(xié)調(diào)水稻群體源庫關(guān)系，缽苗機(jī)插更能增大水稻粒葉比。相同種植方式下，穎花數(shù)/葉面積以秈粳交水稻最大，雜交秈稻次之，常規(guī)粳稻最?。粚嵙?shù)/葉面積以秈粳交水稻最大，常規(guī)粳稻次之，雜交秈稻最小。

2.1.3 穗部特征與產(chǎn)量

由表3可以看出，水稻穗長、著粒密度和單穗粒質(zhì)量均以缽苗機(jī)插最大，機(jī)械直播最小，差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。與機(jī)械直播稻相比，缽苗機(jī)插稻的穗長、著粒密度和單穗粒質(zhì)量增加了6.7%～11.5%、7.1%～15.3%和21.0%～28.5%，毯苗機(jī)插稻的增加了4.3%～9.0%、1.9%～9.1%和13.5%～18.1%。并且，種植方式對秈粳交水稻和雜交秈稻的穗長和單穗粒質(zhì)量影響更明顯。說明，缽苗機(jī)插利于增大穗型。2a產(chǎn)量變化趨勢一致，均以缽苗機(jī)插水稻產(chǎn)量最高，毯苗次之，機(jī)械直播最低。與機(jī)械直播稻相比，缽苗機(jī)插稻增產(chǎn)14.2%～25.6%，毯苗機(jī)插稻增產(chǎn)10.5%～16.3%。

表3 不同機(jī)械種植方式對不同品種水稻穗部特征及產(chǎn)量的影響Table 3 Traits of panicle and grain yield of different rice cultivars under different mechanized planting modes

2.2 莖稈物理特性與倒伏

2.2.1 節(jié)間長與株高

由表4分析，種植方式對水稻的穗頂高、重心高和相對重心高影響明顯，差異顯著（P<0.05）。與機(jī)械直播相比，缽苗機(jī)插增加水稻穗頂高增加5.6%～8.3%，毯苗機(jī)插增加2.3%～5.6%。缽苗機(jī)插稻的重心高度較毯苗機(jī)插稻和機(jī)械直播稻呈上移趨勢，相對重心高則呈降低趨勢。缽苗機(jī)插稻的相對重心高較機(jī)械直播稻降低了2.4%～3.8%，毯苗機(jī)插稻的重心高度較機(jī)械直播稻降低了1.4%～3.0%。

水稻的稈長于種植方式間也有較大的變化。缽苗機(jī)插較機(jī)械直播增長水稻稈長4.6%～8.1%，毯苗機(jī)插較機(jī)械直播增長水稻稈長1.0%～5.3%，缽苗機(jī)插稻的稈長長于毯苗機(jī)插稻和機(jī)械直播稻，缽苗機(jī)插和機(jī)械直播間差異顯著（P<0.05）。進(jìn)一步分析水稻稈各節(jié)間長度變化發(fā)現(xiàn)，種植方式對水稻N1、N6、N2的影響明顯于對N5、N3、N4的影響，各節(jié)間長度的變異系數(shù)平均值為17.4%（N1）、7.1%（N2）、3.5%（N3）、1.8%（N4）、5.0%（N5）和8.7%（N6）。與機(jī)械直播稻相比，缽苗機(jī)插稻和毯苗機(jī)插稻縮短了N1、N2和N3的長度，增長了N5和N6的長度，N4節(jié)間長度因水稻品種不同而于種植方式間變化無明顯規(guī)律。穗下節(jié)長/稈長受種植方式的影響明顯，與機(jī)械直播稻相比，缽苗機(jī)插稻的穗下節(jié)長/稈長增加9.4%～16.1%，毯苗機(jī)插稻的穗下節(jié)長/稈長增加5.0%～9.7%（P<0.05）。

2.2.2 基部節(jié)間特征

由表5分析，水稻基部莖稈粗度、莖壁厚度和莖稈干質(zhì)量在種植方式的影響下呈規(guī)律性變化，均表現(xiàn)為缽苗機(jī)插大于毯苗機(jī)插，毯苗機(jī)插又大于機(jī)械直播。與機(jī)械直播相比，缽苗機(jī)插稻N1節(jié)間的莖稈粗度、莖壁厚度和干質(zhì)量平均分別增加6.9%、14.1%和3.8%，N2節(jié)間分別平均增加7.9%、15.1%和8.5%，N3節(jié)間分別平均增加9.6%、17.5%和9.1%。毯苗機(jī)插稻N1、N2和N3節(jié)間的莖稈粗度、莖壁厚度和干質(zhì)量較機(jī)械直播稻分別平均增加3.6%、7.4%、1.5%，4.5%、8.3%、5.7%，5.8%、9.3%、5.6%。種植方式對水稻基部莖稈單位節(jié)間干質(zhì)量影響明顯，差異顯著（P<0.05）。與機(jī)械直播稻相比，缽苗機(jī)插稻N1、N2和N3節(jié)間的單位節(jié)間干質(zhì)量分別平均增加51.9%、32.9%和23.1%，毯苗機(jī)插稻分別平均增加20.0%、9.2%和8.3%。說明，水稻采用毯苗機(jī)插和缽苗機(jī)插方式能增加基部莖稈充實度，這有利于提升莖稈的抗倒伏能力。

表4 不同機(jī)械種植方式對不同品種水稻節(jié)間長度和穗頂高的影響Table 4 Internodes length and plant height of different rice cultivars under different mechanized planting modes

表5 不同機(jī)械種植方式對不同品種水稻基部節(jié)間莖稈粗度、莖壁厚度、莖稈干質(zhì)量和單位節(jié)間干質(zhì)量的影響Table 5 Culm diameter,culm wall thickness,dry weight of culm and unit internode of different rice cultivars under different mechanized planting modes

2.2.3 抗折力、彎曲力矩和倒伏指數(shù)

由表6分析，缽苗機(jī)插稻基部節(jié)間的抗折力顯著高于毯苗機(jī)插稻（P<0.05），毯苗機(jī)插稻基部節(jié)間的抗折力又顯著高于機(jī)械直播稻（P<0.05）。與機(jī)械直播相比，缽苗機(jī)插使水稻N1、N2和N3節(jié)間的抗折力分別增加21.6%～38.0%、34.1%～51.7%和40.6%～70.5%，毯苗機(jī)插分別增加12.7%～26.6%、16.4%～30.6%和22.3%～40.1%。水稻基部節(jié)間彎曲力矩與抗折力表現(xiàn)趨勢一致，N1、N2和N3節(jié)間的彎曲力矩缽苗機(jī)插較機(jī)械直播平均增加18.7%、29.5%和31.9%，毯苗機(jī)插較機(jī)械直播平均增加11.1%、16.3%和17.3%，差異顯著（P<0.05）。水稻基部節(jié)間的倒伏指數(shù)呈現(xiàn)出缽苗機(jī)插最小，毯苗機(jī)插次之，機(jī)械直播最大，缽苗機(jī)插和機(jī)械直播間差異顯著（P<0.05）。與機(jī)械直播稻相比，缽苗機(jī)插稻N1、N2和N3節(jié)間的倒伏指數(shù)分別減小2.2%～13.9%、2.1%～15.0%和4.2%～20.0%，毯苗機(jī)插分別減小0.7%～12.5%、1.3%～11.0%和2.6%～12.8%。相同種植方式下，供試常規(guī)粳稻基部節(jié)間的抗折力、彎曲力矩和倒伏指數(shù)均小于秈粳交水稻和雜交秈稻，雜交秈稻的基部節(jié)間的倒伏指數(shù)大于秈粳交水稻和常規(guī)粳稻。

3 討 論

3.1 關(guān)于水稻株型特征

早在1932年，學(xué)者就著手探索葉片姿態(tài)與作物物質(zhì)生產(chǎn)的關(guān)系，經(jīng)歷了近百年的研究，取得了豐碩的成果，為作物育種和栽培技術(shù)研發(fā)提供參考依據(jù)，這對作物生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。良好的株型可優(yōu)化水稻群體結(jié)構(gòu)，改善田間通風(fēng)透光的小氣候條件；能增大冠層受光面積，截獲更多光能，提高光能利用；可適當(dāng)提高葉面積指數(shù)，促進(jìn)光合能力；能壯實單莖，增加植株群體生物學(xué)產(chǎn)量；是實現(xiàn)水稻豐產(chǎn)高產(chǎn)的重要因素[4-15]。水稻株型特征受品種遺傳特性、稻作區(qū)耕作制度、栽培措施（種植方式、播期調(diào)控、密度配置、氮肥配方和水分調(diào)控等）及環(huán)境條件的綜合影響[12-14,19,22,27-30]。關(guān)于種植方式對水稻株型的影響，雷小龍等[9]研究報道，機(jī)直播稻和機(jī)插稻的上三葉葉長、葉寬、葉間距、葉基角和披垂度較大，手栽稻葉片大小適宜，葉片厚而挺直，且比葉重顯著增大。胡雅杰等[10]研究發(fā)現(xiàn)，與毯苗機(jī)插水稻相比，缽苗機(jī)插水稻上三葉的葉長顯著增長，葉寬、比葉重略有增大，葉基角和披垂度呈減小趨勢?？梢?，種植方式對水稻株型的塑造具有有效的調(diào)控作用。本試驗探討高產(chǎn)栽培條件下缽苗機(jī)插、毯苗機(jī)插和機(jī)械直播方式水稻株型特征差異，發(fā)現(xiàn)水稻上三葉的葉長、比葉重以缽苗機(jī)插最大，毯苗機(jī)插其次，機(jī)械直播最小，葉基角和披垂度以缽苗機(jī)插最小，機(jī)械直播最大，毯苗機(jī)插居于二者之間，缽苗機(jī)插與機(jī)械直播間差異顯著（P<0.05）。這可能與缽苗機(jī)插水稻較優(yōu)的大田群體起點（秧苗素質(zhì)高）有關(guān)，利于水稻群體營養(yǎng)物質(zhì)積累，促進(jìn)葉片生長與伸展，增加了上三葉葉質(zhì)量和比葉重，葉片更挺立。缽苗機(jī)插水稻抽穗期葉面積指數(shù)、有效葉面積率、高效葉面積率均顯著大于毯苗機(jī)插水稻和機(jī)械直播水稻（P<0.05）。說明，缽苗機(jī)插能增加水稻適宜葉面積指數(shù)，增大高效葉葉面積，并能優(yōu)化葉系組成與配置和群體冠層三維空間結(jié)構(gòu)，這為灌漿結(jié)實期水稻強(qiáng)勁的光合物質(zhì)生產(chǎn)與積累奠定優(yōu)勢的冠層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。此外，缽苗機(jī)插水稻劍葉的葉綠素含量及凈光合速率顯著的高于毯苗機(jī)插水稻和機(jī)械直播水稻，說明缽苗機(jī)插稻的劍葉的葉片質(zhì)量更高，葉功能更強(qiáng)，這有利于生育后期籽粒充實灌漿。相同種植方式下，與供試秈粳交水稻和常規(guī)粳稻相比，雜交秈稻的上三葉的葉長較長，比葉重較小，披垂度較大，說明雜交秈稻上三葉不如秈粳交水稻和常規(guī)粳稻挺立，此外較長的葉長，可能導(dǎo)致葉片的相互遮蔽，進(jìn)而影響到下層葉片的受光與光合作用，這也可能是雜交秈稻產(chǎn)量較低的原因之一。

擴(kuò)庫是水稻高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。韋還和等[11]研究發(fā)現(xiàn)，甬優(yōu)12超高產(chǎn)群體的穗長、著粒密度、穗長和每穗穎花數(shù)均高于高產(chǎn)和更高產(chǎn)群體。胡雅杰等[10]研究認(rèn)為，相比毯苗機(jī)插處理，缽苗機(jī)插能增加水稻穗長、每穗穎花數(shù)、著粒密度和單穗質(zhì)量，且大穗型水稻的上述指標(biāo)于種植方式間的差異要明顯于中穗型和小穗型水稻。葉靖等[12]研究認(rèn)為，在水直播和旱直播方式下直穗型水稻沈稻528的穗長、二次枝梗數(shù)、每穗穎花數(shù)、每穗成粒數(shù)均低于育苗移栽。雷小龍等[9]報道，機(jī)直播水稻的莖蘗夾角、穗粒數(shù)和單穗質(zhì)量顯著低于機(jī)插和手栽方式，且單穗質(zhì)量與上三葉長度、寬度、著生高度和株高均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。凌啟鴻等[1]認(rèn)為，水稻IR24品種在保持各葉片挺立的情況下，每穗穎花數(shù)與上三葉葉片長度有關(guān)，而與基部兩片葉的長度無顯著關(guān)系，上三葉中，以倒二葉長度與每穗穎花數(shù)的關(guān)系最密切。可見，培育大穗是水稻生產(chǎn)的重點，較優(yōu)的葉形與葉姿與大穗培育密切相關(guān)，選擇適宜的種植方式能實現(xiàn)擴(kuò)庫的目標(biāo)。本試驗條件下，與毯苗機(jī)插和機(jī)械直播方式相比，缽苗機(jī)插明顯增大了供試秈粳交水稻、常規(guī)粳稻和雜交秈稻的穗型，表現(xiàn)在穗長增長，著粒變密，穗質(zhì)量增大，并且秈粳交水稻和雜交秈稻的穗型變化于三種機(jī)械種植方式間的差異明顯于常規(guī)粳稻，這可能與水稻采用缽苗機(jī)插方式具有更長的上三葉有關(guān)。此外，從水稻的葉形、葉姿、穗型、葉面積、穎花數(shù)/葉面積和實粒數(shù)/葉面積等綜合分析發(fā)現(xiàn)，缽苗機(jī)插較毯苗機(jī)插和機(jī)械直播更能有效調(diào)控水稻群體結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定適宜葉面積指數(shù)的基礎(chǔ)上提高總穎花量，促進(jìn)源庫的協(xié)同增加。

3.2 關(guān)于水稻莖稈特征與抗倒伏能力

稈型指標(biāo)與水稻高產(chǎn)密切相關(guān)。研究較為一致認(rèn)為，短粗的基部節(jié)間和較長的穗下節(jié)間配置與高度適中的莖稈，是高產(chǎn)群體重要的形態(tài)特征。蘇祖芳等[8]認(rèn)為，對于高產(chǎn)水稻群體，穗下節(jié)間占稈長的比例存在一個適宜的范圍，即32%～35%。張慶等[14]研究發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)氮高效水稻品種株型理想易獲得高產(chǎn)，其株高適宜，穗下節(jié)占稈長的比例維持在30%～35%，上部節(jié)間較長，基部節(jié)間短而粗。李杰等[19]研究發(fā)現(xiàn)，種植方式對水稻株高及各節(jié)間長度配置影響明顯，與手栽相比，機(jī)插和直播方式水稻的伸長節(jié)間數(shù)減少，基部1～4節(jié)間較長，穗下節(jié)間和穗長較短，穗下節(jié)長占稈長的比例較小，株高顯著降低。本試驗條件下，各處理水稻的穗下節(jié)占稈長的比例范圍為32%～39%，產(chǎn)量高的缽苗機(jī)插水稻的穗下節(jié)占稈長的比例也高。與毯苗機(jī)插和機(jī)械直播相比，缽苗機(jī)插明顯縮短了基部1～3節(jié)間的長度，卻增長了第5和第6節(jié)間的長度，并顯著增加株高。適當(dāng)增加株高，可協(xié)調(diào)葉層的空間分布，有利于CO2擴(kuò)散和中下部葉片的受光[7]?？s短基部節(jié)間能有效提升水稻的抗倒伏能力[10-11,14,19,24]。

倒伏嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量與品質(zhì)。學(xué)者通過選育新品種、調(diào)控栽培措施及防治病蟲害等方式，增強(qiáng)水稻植株抗倒伏能力，以降低水稻倒伏風(fēng)險。楊惠杰等[20]研究認(rèn)為，控制株高、培育稈壁厚實的品種、增加莖稈的干物質(zhì)積累量、促進(jìn)莖稈機(jī)械組織的發(fā)育與充實是增強(qiáng)水稻抗倒伏能力的關(guān)鍵。董明輝等[23]報道，水稻品種不斷改良，其重心高度、莖粗及抗折力等重要農(nóng)藝性狀得到較好的協(xié)調(diào)改良，這不但增加了植株莖稈干物質(zhì)積累量，同時降低了莖稈抗倒伏指數(shù)，說明作物的高產(chǎn)可以通過提高生物學(xué)產(chǎn)量卻不引起植株倒伏而獲得。姜元華等[24]研究認(rèn)為，機(jī)插條件下，甬優(yōu)系列秈粳交水稻的莖稈抗倒伏性能稍遜于雜交粳稻和常規(guī)粳稻，但顯著強(qiáng)于雜交秈稻。并且水稻倒伏特性與株高、重心、節(jié)間配置等植株形態(tài)指標(biāo)及莖稈橫截面、莖壁、維管束等解剖結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。李敏等[25]研究認(rèn)為，對于高生產(chǎn)力品種，合理控制莖粗，同時注重提高壁厚和充實度并保證莖稈抗折力和疏導(dǎo)能力，可保證植株莖稈較好的抗倒伏能力。李杰等[19]研究發(fā)現(xiàn)，水稻植株抗倒伏能力對種植方式響應(yīng)極顯著，機(jī)插稻和直播稻較手栽稻更易發(fā)生倒伏，直播稻發(fā)生倒伏的風(fēng)險更大。手栽稻節(jié)間莖稈的抗折力大、倒伏指數(shù)小、植株抗倒能力強(qiáng)，與其基部節(jié)間短而粗、莖壁厚度大，節(jié)間莖稈充實度好關(guān)系密切。雷小龍等[26]報道，與手栽稻相比，機(jī)插（播）稻群體大，個體生長受到抑制，倒伏指數(shù)大。因此，水稻機(jī)械化播栽生產(chǎn)上，每穴3～4苗，可使水稻增產(chǎn)卻不顯著降低抗倒性能。前人從植株形態(tài)、莖稈物理性狀及倒伏指數(shù)等方面綜合評價水稻品種抗倒伏能力，并探索水稻既高產(chǎn)又低倒伏風(fēng)險的配套耕作栽培措施與途徑。

長江下游地區(qū)是中國重要的水稻生產(chǎn)的基地，水稻生育后期經(jīng)常遇到臺風(fēng)等不利的氣象條件，因此，提高植株抗倒伏能力，降低倒伏風(fēng)險是保證水稻豐產(chǎn)高產(chǎn)的重點。適宜播種期、密度、種植方式和肥料運籌等均能有效改善水稻群體，增強(qiáng)植株抗倒伏能力，降低倒伏風(fēng)險[12-14,19,22,27-30]。本試驗探索了高產(chǎn)栽培條件下缽苗機(jī)插、毯苗機(jī)插和機(jī)械直播3種機(jī)械化種植方式對水稻生育后期莖稈物理性狀及抗倒伏的影響，發(fā)現(xiàn)水稻植株基部節(jié)間抗折力和倒伏指數(shù)于種植方式間差異顯著。與毯苗機(jī)插和機(jī)械直播相比，缽苗機(jī)插顯著增大了基部1～3節(jié)間的抗折力和彎曲力矩，同時降低了倒伏指數(shù)，這與缽苗機(jī)插能縮短基部1～3節(jié)間的長度，增加其莖稈粗度、莖壁厚度、節(jié)間干質(zhì)量和單位節(jié)間干質(zhì)量有關(guān)。此外，缽苗機(jī)插能增加水稻株高，但降低植株相對重心高度，這不僅有助于提高生物學(xué)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，而且有助于提升植株抗倒能力。說明長江下游稻麥兩熟地區(qū)，缽苗機(jī)插是水稻較優(yōu)的機(jī)械化種植方式，可實現(xiàn)水稻產(chǎn)量和抗倒能力的協(xié)同提升。相同種植方式下，常規(guī)粳稻植株基部1～3節(jié)間的抗折力、彎曲力矩和倒伏指數(shù)均明顯小于秈粳交水稻和雜交秈稻，這與常規(guī)粳稻的莖稈特性有關(guān)，此外，其莖稈承擔(dān)的穗重要小于雜交秈稻和秈粳交水稻。深入研究機(jī)械化種植方式對水稻莖稈質(zhì)構(gòu)特性、解剖結(jié)構(gòu)特征及有機(jī)、無機(jī)化學(xué)成分含量的影響，可揭示缽苗機(jī)插提升植株莖稈倒伏性能的機(jī)理，有待進(jìn)一步探索。

4 結(jié) 論

研明長江下游稻麥兩熟地區(qū)3種主流的機(jī)械化種植方式對水稻株型及抗倒性能的影響，能夠為水稻適宜機(jī)械化種植方式選用和降低水稻倒伏風(fēng)險提供參考依據(jù)。本研究的初步結(jié)論為，機(jī)械化種植方式對水稻葉形、葉姿、穗型、稈型及植株抗倒伏能力影響明顯。1）與毯苗機(jī)插和機(jī)械直播相比，缽苗機(jī)插能增加上三葉葉長、比葉重，提升高效葉面積率；減小上三葉葉基角和披垂度，改善群體通風(fēng)透光條件；協(xié)同增大葉面積指數(shù)和穗型，提高粒葉比，實現(xiàn)增產(chǎn)。2）缽苗機(jī)插較毯苗機(jī)插和機(jī)械直播提升了植株抗倒伏性能，降低倒伏風(fēng)險，其增加了水稻株高，降低了相對重心高度，縮短了基部1～3節(jié)間長度，增加了基部1～3節(jié)間莖稈粗度、莖壁厚度、節(jié)間干質(zhì)量和單位節(jié)間干質(zhì)量，提高了基部1～3節(jié)間抗折力和彎曲力矩，降低了倒伏指數(shù)。綜上分析，長江下游稻麥兩熟地區(qū)，缽苗機(jī)插是水稻高產(chǎn)、低倒伏風(fēng)險較優(yōu)的機(jī)械化種植方式。

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Effect of mechanized planting methods on plant type and lodging resistance of different rice varieties

Xing Zhipeng,Wu Pei,Zhu Ming,Qian Haijun,Cao Weiwei,Hu Yajie,Guo Baowei,Wei Haiyan,Xu Ke,Dai Qigen,Huo Zhongyang,Zhang Hongcheng※
(Innovation Center of Rice Cultivation Technology in the Yangtze Valley,Ministry of Agriculture/Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province,Yangzhou University,Yangzhou 225009,China)

Improved plant type and lodging resistance are crucial for rice to cope with extreme weather and realize stable-high grain yield. Mechanization,which could be beneficial to promote high yield and high efficiency of grain production,is the developing orientation of rice cultivation. Mechanized planting is the key project for the rice production through mechanization and has obvious effects on rice growth and yield. Thus understanding the differences in plant type and lodging resistance of rice plants among different mechanized planting methods under high-yield cultivation mode is of great importance to reduce the risk of rice lodging,as well as realize high grain yield under mechanical conditions in a rice-wheat rotation system in the lower reaches of the Yangtze River in China. The experiment systematically studied the effect of pothole seedling mechanical transplanting(PT),carpet seedling mechanical transplanting(CT),and mechanical direct seeding(DS) on leaf shape,leaf posture,panicle traits,stalk feature,and lodging resistance of 6 rice cultivars,which were japonica-indica hybrid rice(Yongyou 2640 and Yongyou 1640),japonica conventional rice(Nanjing 9108 and Wuyunjing 27),and indica hybrid rice(Xinliangyou 6380 and IIyou 084),aiming to investigate the response of plant type and lodging resistance of different types of rice to mechanized planting methods in 2014–2015. Results showed that the grain yield was the largest under the PT and the smallest under the DS(P<0.05). Compared to DS,the PT mode increased the grain yield by 14.2%-25.6%,and the CT mode raised the grain yield by 10.5%-16.3%. Differences in leaf shape and leaf posture of rice were observed among planting methods,and the top three leaves of rice plants under the PT had longer leaf length,bigger specific leaf weight,and smaller leaf basic angle and drooping angle than those under the CT and the DS(P<0.05). Compared to CT and DS,the LAI(leaf area index),ratio of leaf area from flag leaf to 3rd leaf,panicle size,and grain-leaf radio of rice plants under the PT were bigger,and meanwhile the chlorophyll content and net photosynthetic rate in flag leaf increased(P<0.05),which would be conducive to the photosynthetic production during grain filling phase. The rice plants were higher under the PT than the CT and DS,and had longer stalk height,panicle length,and neck internode length,but shorter length of basal internodes(P<0.05). The 1st,2ndand 3rdbasal internodes of rice plants under the PT significantly increased the breaking resistance and bending moment,but significantly reduced the lodging index,which benefited from their bigger culm diameter,thicker culm wall,larger biomass accumulation and larger dry weight of unit internode,as compared with those under the CT and DS(P<0.05). Then the conclusion is drawn that the PT method can improve rice plant type,optimize the rice population,and increase the rice lodging resistance during grain filling phase,indicating that the PT method will be an alternative approach to increase the grain yield and reduce lodging in a rice-wheat rotation system in the lower reaches of the Yangtze River in China.

agricultural machinery;cultivation;agriculture;rice;mechanized planting method;plant type;lodging resistance;culm physical characteristics

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.007

S233.71

A

1002-6819(2017)-01-0052-11

邢志鵬，吳 培，朱 明，錢海軍，曹偉偉，胡雅杰，郭保衛(wèi)，魏海燕，許 軻，戴其根，霍中洋，張洪程. 機(jī)械化種植方式對不同品種水稻株型及抗倒伏能力的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(1)：52－62.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.007 http://www.tcsae.org

Xing Zhipeng,Wu Pei,Zhu Ming,Qian Haijun,Cao Weiwei,Hu Yajie,Guo Baowei,Wei Haiyan,Xu Ke,Dai Qigen,Huo Zhongyang,Zhang Hongcheng. Effect of mechanized planting methods on plant type and lodging resistance of different rice varieties[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2017,33(1):52－62.(in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.007 http://www.tcsae.org

2016-05-16

2016-10-19

國家“十二五”科技支撐計劃項目（2011BAD16B03）；江蘇省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新自主項目（CX[15]1002）；江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程（SXGC[2015]325）、江蘇省科技支撐項目（BE2015340）；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃項目（KYLX15_1369）；和江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目

邢志鵬，男，河南省安陽人，博士生，主要從事水稻機(jī)械化高產(chǎn)栽培技術(shù)研究。揚州 揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，225009。Email：xing_pengpeng@126.com。

※通信作者：張洪程，男，江蘇省南通人，中國工程院院士，教授、博士生導(dǎo)師，主要從事作物安全優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培耕作理論與技術(shù)研究。揚州 揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，225009。Email：hczhang@yzu.edu.cn。