熊家歡 陳惠哲 向鏡 張義凱 王亞梁 王志剛 胡國(guó)輝 張玉屏

（中國(guó)水稻研究所/水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州311400；第一作者：13767052642＠163.com；*通訊作者：cnrrizyp＠163.com）

近年來，我國(guó)水稻生產(chǎn)一直保持穩(wěn)定的增產(chǎn)趨勢(shì)，總產(chǎn)達(dá)2億t以上。而隨著人們生活水平的逐步提高，對(duì)作物品質(zhì)有了更多樣化的需求，水稻生產(chǎn)向著綠色化優(yōu)質(zhì)化方向轉(zhuǎn)變。在栽培措施方面有很多相關(guān)的技術(shù)，如雙季稻“雙季雙直播”、稻田種養(yǎng)模式、水稻側(cè)深施肥技術(shù)、覆膜栽培等都能夠減少農(nóng)藥化肥的施用，實(shí)現(xiàn)綠色健康栽培[1-3]。在我國(guó)20世紀(jì)70年代開始就有相關(guān)水稻覆膜技術(shù)的研究[4]。最初覆膜技術(shù)在水稻上使用是由于其具有良好的節(jié)水保墑作用，能夠使關(guān)鍵限制因子如季節(jié)性干旱和生長(zhǎng)前期低溫地區(qū)提高水稻產(chǎn)量[5-6]。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)水稻覆膜栽培技術(shù)不僅能夠改良土壤、促進(jìn)養(yǎng)分轉(zhuǎn)換率，還能覆蓋滅草，提高肥料利用率[7-8]，是一項(xiàng)優(yōu)良的綠色栽培技術(shù)。但由于覆膜栽培所用的PE薄膜回收較為困難，且在土壤中難以降解，會(huì)造成環(huán)境污染，使得這項(xiàng)技術(shù)受到制約。

隨著有機(jī)稻、生物可降解膜和水稻綠色高效生產(chǎn)等概念出現(xiàn)，水稻覆膜栽培再次被廣泛關(guān)注。由于覆膜栽培具有節(jié)水抗旱、增溫保墑、抑制雜草和防治病蟲害等諸多優(yōu)點(diǎn)，生物可降解膜為水稻綠色生態(tài)和高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供了新的可能。因此，該技術(shù)在有機(jī)稻和水稻生態(tài)種植模式上運(yùn)用，而且相關(guān)方面的研究和應(yīng)用也在不斷增多。生物可降解膜是一類可以在土壤中完全降解的膜[9]。近幾年來隨著覆膜機(jī)的研制，不同研究者對(duì)生物可降解膜覆蓋水稻機(jī)插進(jìn)行了探索，明確生物可降解膜覆蓋機(jī)插種植能提高土壤溫度，增加有效積溫，促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，提高水稻產(chǎn)量，尤其適合北方的有機(jī)稻生產(chǎn)。由于“1公里綠色生態(tài)圈”的打造，南方水稻對(duì)綠色生態(tài)的要求越來越緊迫，覆膜機(jī)插得到廣泛需求，其應(yīng)用效果需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。本試驗(yàn)采用覆膜機(jī)插一體化技術(shù)，探究不同施氮量對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，以期為綠色健康栽培理論與技術(shù)提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和生物可降解膜概況

于2019年和2020年在中國(guó)水稻研究所富陽(yáng)試驗(yàn)基地（30°5′N，119°55′E）進(jìn)行大田單季稻種植試驗(yàn)。富陽(yáng)基地位于長(zhǎng)江三角洲南翼，屬中緯度亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，試驗(yàn)地土質(zhì)為黏性水稻土，前季為冬閑。試驗(yàn)點(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。所用的生物可降解膜是由上海巴斯夫提供的Ecovio生物可降解農(nóng)用地膜，其寬度為1.85 m、厚度為0.01 mm，降解膜在覆膜后45 d左右開始降解，最終生成二氧化碳和水。

表1 試驗(yàn)點(diǎn)土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

兩年試驗(yàn)均設(shè)置4個(gè)處理，分別為：CK，機(jī)插種植，不施氮；T1，機(jī)插種植，施用13 kg/667 m2（純N）的包膜控釋氮肥；T2，采用生物可降解膜覆蓋機(jī)插種植，施用13 kg/667 m2（純N）的包膜控釋氮肥；T3，采用生物可降解膜覆蓋機(jī)插種植，施用11 kg/667 m2（純N）的包膜控釋氮肥。3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積70.2 m2（長(zhǎng)×寬=18 m×3.9 m）。

1.2.2 田間種植與管理

供試品種為秈粳雜交稻甬優(yōu)538，全生育期153 d。每年的5月18日播種，6月8日移栽，用掛覆膜機(jī)的洋馬插秧機(jī)機(jī)插，行株距30 cm×16 cm，栽插密度1.39萬叢/667 m2，每叢栽1～2株苗；小區(qū)間筑寬為30 cm田埂并用塑料薄膜包裹，單區(qū)單灌，以防竄水竄肥。無覆膜處理采用淺濕干交替灌溉；覆膜處理返青后采用覆膜濕潤(rùn)栽培水分管理，保持田面沒有水層，灌溉溝中有水，保證田間土壤含水量基本為飽和狀態(tài)。各處理氮肥用量按試驗(yàn)設(shè)計(jì)，磷鉀肥用量相同。磷肥為過磷酸鈣（含P2O512.5%），施用量30 kg/667 m2。鉀肥為氯化鉀（含K2O 57%），施用量15 kg/667 m2。所有肥料全部作基肥一次性施用。其他田間管理同大面積生產(chǎn)田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài)

每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)10叢，記載基本苗數(shù)、移栽后每7 d的分蘗數(shù)。

1.3.2 干物質(zhì)積累

在穗分化期、齊穗期和成熟期以平均莖蘗數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，每小區(qū)取代表性植株3叢，植株連根拔出，清洗，去根。把葉片、莖鞘、穗（齊穗期和成熟期）分開裝袋烘干至恒質(zhì)量（方法：在鼓風(fēng)烘箱中，105℃下殺青30 min，80℃下烘干48～72 h），后稱重記錄，3次重復(fù)。

1.3.3 考種與測(cè)產(chǎn)

于成熟期每個(gè)小區(qū)調(diào)查30叢有效穗數(shù)，并計(jì)算每叢平均有效穗數(shù)，以平均有效穗數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，在小區(qū)不同區(qū)域取株高、穗型有代表性的植株4叢，測(cè)定每穗總粒數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)，3次重復(fù)。每個(gè)小區(qū)選定6.67 m2左右實(shí)割，單打單收和曬干后，測(cè)定稻谷質(zhì)量和含水率，然后折算成標(biāo)準(zhǔn)含水量14.5%記為實(shí)收產(chǎn)量，并從測(cè)產(chǎn)的樣本中取樣，測(cè)定千粒重，3次重復(fù)。

1.3.4 氮肥偏生產(chǎn)力

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/氮肥施用量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SAS 9.4軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)覆膜機(jī)插水稻莖蘗動(dòng)態(tài)的影響

由圖1所示，各處理在移栽后40 d左右達(dá)到分蘗高峰期。2019年T2處理高峰苗數(shù)高于T3處理，且明顯高于T1處理和CK；2020年，T1、T2和T3處理高峰苗數(shù)基本上一致，但都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CK，這可能與不同年份的氣溫不同，影響了分蘗發(fā)生有關(guān)；兩年試驗(yàn)中，單叢有效穗數(shù)T3處理比T2處理都少1個(gè)，但沒有顯著差異，分蘗成穗率T2、T3處理略低于CK。同樣氮肥用量條件下，兩年試驗(yàn)中，T2處理成穗率分別為T1處理的98.8%和93.3%，所以在覆膜機(jī)插種植條件下要考慮如何提高分蘗成穗率。

圖1 不同氮肥處理下機(jī)插和覆膜機(jī)插水稻莖蘗數(shù)變化

2.2 對(duì)覆膜機(jī)插水稻干物質(zhì)積累的影響

由表2可知，與CK相比，2019年T1、T2、T3處理穗分化期干物質(zhì)量分別增加42.6%、59.6%和68.1%，齊穗期分別增加41.4%、53.2%和51.4%，成熟期分別增加28.9%、51.3%和48.1%，T2和T3處理增長(zhǎng)幅度大于T1處理，表明覆膜機(jī)插種植能提高水稻干物質(zhì)積累量；但在2020年試驗(yàn)中，T2和T1處理干物質(zhì)積累量基本一致，但T3處理增長(zhǎng)的幅度減小。

表2 不同氮肥水平下機(jī)插和覆膜機(jī)插水稻干物質(zhì)積累量

2.3 對(duì)覆膜機(jī)插水稻產(chǎn)量的影響

由表3可知，普通機(jī)插和覆膜機(jī)插模式下，水稻產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加。產(chǎn)量增加的主要貢獻(xiàn)因子為有效穗數(shù)及穗粒數(shù)，2年結(jié)果一致。在同等施氮量情況下，覆膜機(jī)插水稻產(chǎn)量顯著提高，2019年T2處理較T1處理增產(chǎn)6.1%，主要是通過增加有效穗數(shù)增產(chǎn)；2020年T1、T2、T3產(chǎn)量雖無顯著差異，但T2處理較T1處理增產(chǎn)2.6%，T3處理在減氮15%的條件下與T1處理產(chǎn)量基本一致。

表3 不同氮肥水平下覆膜種植對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.4 對(duì)覆膜機(jī)插水稻氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由圖2可知，2019年T1、T2和T3處理氮肥偏生產(chǎn)力分別為58.5、62.1和72.1 kg/kg，2020年分別為58.4、60.0和68.9 kg/kg，兩年變化趨勢(shì)一致。在同樣施氮量條件下，覆膜機(jī)插水稻氮肥偏生產(chǎn)力與不覆膜機(jī)插相比無顯著性差異，但T2處理遠(yuǎn)小于T3處理的氮肥偏生產(chǎn)力。說明覆膜機(jī)插在保障一定產(chǎn)量條件下有減少氮肥施用的潛力。

圖2 不同處理氮肥偏生產(chǎn)力比較

3 討論與結(jié)論

覆膜栽培較傳統(tǒng)水稻栽培對(duì)稻田環(huán)境影響較大，其顯著改變了水稻的生長(zhǎng)環(huán)境。覆膜能夠提高土壤溫度、改良土壤、加速有機(jī)質(zhì)分解、促進(jìn)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等[7，10]，這都會(huì)影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育。本試驗(yàn)結(jié)果表明，相同施氮條件下，在南方水稻種植區(qū)傳統(tǒng)機(jī)插的分蘗速率和株高生長(zhǎng)速率要高于覆膜機(jī)插，這與胡國(guó)輝等[10]研究結(jié)果一致。徐俊增等[11]研究也表明，覆膜水稻在分蘗前期莖蘗增長(zhǎng)緩于淺濕灌溉處理，分蘗高峰期時(shí)間推遲。但另有研究表明，水稻覆膜栽培能增溫保墑，在移栽后具有生長(zhǎng)恢復(fù)快、返青早、無效分蘗少的特點(diǎn)，水稻生長(zhǎng)快于傳統(tǒng)栽培[12-13]。這可能是由于試驗(yàn)地區(qū)環(huán)境條件不同產(chǎn)生所致?？偟膩碚f，覆膜對(duì)水稻生長(zhǎng)最終都是一個(gè)促進(jìn)的過程。

眾多研究表明，覆膜栽培能夠?qū)崿F(xiàn)水稻減氮增產(chǎn)，提高氮肥利用效率[5，14-15]。不同地區(qū)試驗(yàn)對(duì)水稻增產(chǎn)的途徑不盡相同。郭琳等[6]研究表明，在覆膜條件下水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重會(huì)隨著施氮量的增加而顯著提高。郭慧等[16]研究也表明，覆膜能夠使水稻的有效穗數(shù)增多，干物質(zhì)積累量增加。這與本試驗(yàn)所得結(jié)論一致。在覆膜情況下，雖然T3處理施氮總量降低了15%左右，但較T1、T2處理水稻產(chǎn)量無明顯差異，說明覆膜能夠減少氮肥施用，并維持產(chǎn)量水平基本不變。

覆膜栽培技術(shù)對(duì)解決低溫、缺水地區(qū)水稻生產(chǎn)的發(fā)展有重要意義，而隨著研究的深入，覆膜技術(shù)不僅僅應(yīng)用于解決上述問題，在光熱條件良好的地區(qū)也有著防除雜草[17]、減少溫室氣體排放[18]、減氮增產(chǎn)的作用。覆膜機(jī)插為水稻綠色健康栽培理論與技術(shù)提供了新的依據(jù)。