吳少華，楊生龍，康建宏，王星強(qiáng)，黃玉峰，田維玉，朱志明，李昱

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)作物研究所，寧夏 銀川 750021；3.寧夏回族自治區(qū)原種場(chǎng)，寧夏 賀蘭 750200；4.寧夏農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，寧夏 銀川 750021；5.寧夏中衛(wèi)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，寧夏 中衛(wèi) 755000）

水稻是我國(guó)重要的糧食作物之一，是我國(guó)近一半人口的主糧［1］，21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)水稻的種植面積達(dá)3 000萬(wàn)hm2，年產(chǎn)稻谷約2億t，基本維持在相對(duì)穩(wěn)定的水平［2］。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，農(nóng)村大量勞動(dòng)力向城市轉(zhuǎn)移，勞動(dòng)力資源短缺等問(wèn)題日益突顯，費(fèi)時(shí)費(fèi)力的傳統(tǒng)水稻移栽方式已不能適應(yīng)當(dāng)前形勢(shì)的變化，水稻直播技術(shù)逐漸成為當(dāng)前主要的水稻栽培技術(shù)［3-5］。水稻是寧夏主要的糧食作物之一，種植面積常年在8萬(wàn)hm2左右，占全區(qū)糧食播種面積的8.3%［6］。水稻直播栽培是指稻谷種子不預(yù)先經(jīng)過(guò)育秧，而通過(guò)人工或機(jī)械直接將稻谷播種于田間的種植方式［7］，傳統(tǒng)插秧雖然產(chǎn)量高，但是勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)成本也高，而直播省去了育秧、插秧環(huán)節(jié)，可以有效的降低勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本，寧夏水稻直播方式主要有三種，種植面積最大的是旱播后上水技術(shù)，其次是保墑旱直播技術(shù)，還有一種催芽撒播技術(shù)，目前寧夏水稻直播面積已達(dá)到了95%左右，因此水稻直播技術(shù)對(duì)寧夏水稻生產(chǎn)及綠色發(fā)展有著非常重要的作用。近年來(lái)，不同學(xué)者分別從直播稻的群體結(jié)構(gòu)、抗逆性等方面進(jìn)行研究，并取得了一定成果，黃健等［8］研究發(fā)現(xiàn)旱直播水稻的秧苗素質(zhì)、抗逆性均高于移栽稻，并且分蘗發(fā)生早、快，分蘗成穗率高。顧掌根等［9］研究認(rèn)為，旱直播水稻的秧苗素質(zhì)高于移栽稻，并且旱直播稻的群體結(jié)構(gòu)好，光合能力強(qiáng)，干物質(zhì)積累快。董光書(shū)［10］等研究認(rèn)為旱直播地塊的土壤通氣效果好，根系活力強(qiáng)。不同學(xué)者主要圍繞溫度、大氣CO2濃度、不同脅迫等因素對(duì)水稻光合特性進(jìn)行研究，對(duì)旱直播條件下水稻光合特性、熒光參數(shù)等變化的研究較少。本研究通過(guò)對(duì)比保墑旱直播、旱播后上水以及傳統(tǒng)插秧三種種植模式下水稻光合參數(shù)、熒光參數(shù)、產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的相關(guān)性，以期為寧夏水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)發(fā)展提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概述

試驗(yàn)地位于寧夏銀川市寧夏回族自治區(qū)原種場(chǎng)。試驗(yàn)地海拔1 100 m，年平均降水量177.8 mm。無(wú)霜期為157～170 d，年平均氣溫9℃。屬中溫帶干旱氣候區(qū)，土壤類型為灌淤土。土壤有機(jī)質(zhì)含量為21.8 g/kg，全氮0.73 g/kg，速效鉀165 mg/kg，速效磷21.6 mg/kg，堿解氮52.8 mg/kg，pH 8.42。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為寧粳28號(hào)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)保墑旱直播、旱播后上水、插秧3種種植模式，本試驗(yàn)選取土壤肥力均勻，排灌設(shè)施良好的稻田作為試驗(yàn)用地，試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，隨機(jī)排列，小區(qū)面積45 m2。保墑旱直播于4月2日播種，播量為262.5 kg/hm2，行距為24.6 cm；旱播后上水栽培于4月28日播種，播量為262.5 kg/hm2，行距為24.6 cm；育插秧栽培于4月15日育秧，5月17日開(kāi)始移栽，播量為97.5 kg/hm2，插秧行距24.6 cm，穴距10 cm，每穴3～5株。整地時(shí)施用有機(jī)肥1 200 kg/hm2，64%磷酸二胺300 kg/hm2、45%三元復(fù)合肥150 kg/hm2、24%硫酸鉀鎂150 kg/hm2作為基肥，分3次施46%尿素337.5 kg/hm2作為追肥，其他田間管理措施均相同。

1.4 種子處理與田間管理

保墑旱直播種植模式為在播種前將浸種后晾干的稻種附包衣，之后播入上一年進(jìn)行冬灌保墑的地塊中，播深3～5 cm，利用土壤底墑使稻種發(fā)芽出苗，苗期旱長(zhǎng)，待秧苗3～4葉時(shí)開(kāi)始間歇灌水，待秧苗5～6葉時(shí)開(kāi)始建立水層，開(kāi)始水稻田間常規(guī)管理；旱播后上水是將稻種用種衣劑包衣后附膠泥晾干，將稻種直播于地表，前期不保水層，只保持土壤潮濕即可，待秧苗2葉后施莖葉藥劑除草并建立水層，開(kāi)始水稻田間常規(guī)管理。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.5.1 葉片SPAD值測(cè)定選取水稻的功能葉片，使用SPAD-plus手持葉綠素計(jì)測(cè)定葉片上、中、下3個(gè)部位的葉綠素含量，每個(gè)處理測(cè)定5片葉，測(cè)定時(shí)避開(kāi)葉脈及病斑部位，取其平均值作為該葉片的SPAD值。自水稻拔節(jié)期開(kāi)始測(cè)定，每隔15 d測(cè)定一次，直至收獲。

1.5.2 葉片光合參數(shù)與熒光參數(shù)在晴天9∶00～11∶00點(diǎn)，選擇水稻功能葉片，用TPS-2型便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定水稻功能葉片的各光合指標(biāo)，每個(gè)處理測(cè)定5片葉，每片葉記錄2次穩(wěn)定數(shù)據(jù)，取其平均值，每隔15 d測(cè)定1次，直至收獲。用熒光夾子夾住水稻功能葉片暗處理15 min，暗處理結(jié)束后用FMS-2型便攜式熒光儀測(cè)定水稻功能葉片的各熒光指標(biāo)，每個(gè)處理重復(fù)測(cè)5片葉，取其平均值記錄。水稻拔節(jié)時(shí)每隔15 d測(cè)定1次，直至水稻收獲。

1.5.3 產(chǎn)量待水稻成熟后，實(shí)測(cè)各小區(qū)產(chǎn)量，并在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取1 m行長(zhǎng)的水稻帶回實(shí)驗(yàn)室考種，用于測(cè)定其產(chǎn)量構(gòu)成因素和理論產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

使用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并繪制圖表，使用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行Duncan多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對(duì)水稻葉片SPAD的影響

由圖1可知，不同種植模式對(duì)水稻功能葉片葉綠素含量有影響，在水稻全生育期內(nèi)各種植模式水稻葉片的葉綠素含量呈下降趨勢(shì)。在抽穗期水稻葉片葉綠素含量表現(xiàn)為插秧稻最大，旱播后上水水稻葉片葉綠素含量最低，保墑旱直播與旱播后上水較插秧稻低4.53%、6.12%，旱直播水稻葉片的葉綠素含量顯著低于插秧稻。不同播栽方式下水稻葉片葉綠素含量表現(xiàn)為插秧稻>旱播后上水>保墑旱直播。

圖1 不同種植模式對(duì)水稻葉片SPAD的影響Figure 1 Effects of different planting patterns on SPAD in rice leaves

2.2 不同種植模式對(duì)水稻光合特性的影響

由圖2可知，不同種植模式下水稻功能葉片的凈光合速率（Pn）呈單峰曲線變化，3種處理下其凈光合速率均在抽穗期達(dá)到峰值。在水稻的各個(gè)生育時(shí)期插秧稻葉片的凈光合速率與保墑旱直播和旱播后上水間存在顯著差異。與保墑旱直播和旱播后上水相比，插秧稻葉片的凈光合速率提高了15.07%、8.84%。水稻功能葉片的蒸騰速率（Tr）呈單峰曲線變化，在拔節(jié)期達(dá)到最大值。抽穗期水稻功能葉片的蒸騰速率表現(xiàn)為旱播后上水最大，其次是保墑旱直播，插秧稻葉片的蒸騰速率最小。旱播后上水的蒸騰速率較保墑旱直播和插秧稻提高了2.88%、15.11%。在水稻抽穗后，水稻功能葉片的蒸騰速率表現(xiàn)為插秧稻最大，其次是旱播后上水稻，保墑旱直播稻最小，各處理間差異顯著。

圖2 不同種植模式對(duì)水稻光合特性的影響Figure 2 Effects of different rice planting patterns on photosynthetic characteristics of rice

不同種植模式下水稻功能葉片的氣孔導(dǎo)度（Gs）呈單峰曲線變化，3種處理的氣孔導(dǎo)度均在抽穗期達(dá)到最大，插秧稻的氣孔導(dǎo)度較旱播后上水和保墑旱直播水稻提高了3.42%、5.40%，不同處理下水稻功能葉片的氣孔導(dǎo)度差異顯著。水稻功能葉片胞間CO2濃度（Ci）在150.2～385.4 μmol/mol之間浮動(dòng)，在抽穗期達(dá)到最大值。在抽穗期插秧稻葉片胞間CO2濃度較保墑旱直播和旱播后上水低27.27%、16.5%。在水稻的全生育期內(nèi)，不同處理下水稻功能葉片的胞間CO2濃度差異顯著。

2.3 不同種植模式對(duì)水稻熒光特性的影響

由圖3可知，隨著水稻生育期的推進(jìn)，PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）呈先上升后下降的趨勢(shì)，3種處理的PSⅡ最大光化學(xué)效率均在抽穗期達(dá)到最大值，從拔節(jié)期到灌漿期3種處理下的PSⅡ最大光化學(xué)效率沒(méi)有差異，在苗期和蠟熟期，旱播后上水的最大光化學(xué)效率較保墑旱直播和插秧稻增加了4.69%、15.63%和9.09%、7.58%。在抽穗期保墑旱直播和旱播后上水的最大光化學(xué)效率相同，較插秧稻增加了2.44%。水稻功能葉片的PSⅡ潛在活性（Fv/Fo）呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，插秧稻的下降趨勢(shì)較快，在水稻的全生育期內(nèi)3種處理下水稻功能葉片的PSⅡ潛在活性存在顯著差異，抽穗期插秧稻的PSⅡ潛在活性較保墑旱直播和旱播后上水增加了4.96%、2.07%。

圖3 不同種植模式對(duì)水稻熒光特性的影響Figure 3 Effects of different rice planting patterns on fluorescence characteristics of rice

在水稻全生育期內(nèi)，葉片熱耗散量子比率（Fo/Fm）值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，除苗期外的各生育時(shí)期3種處理熱耗散量子比率沒(méi)有顯著差異。插秧稻的熱耗散量子比率高于保墑旱直播和旱播后上水。水稻全生育期內(nèi)PI呈先上升后下降的趨勢(shì)，3種處理的PI均在抽穗期達(dá)到最大，表現(xiàn)為保墑旱直播>旱播后上水>插秧。

2.4 不同種植模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表1可見(jiàn)，插秧稻的產(chǎn)量最高，較保墑旱直播、旱播后上水增加了17.73%、22.79%。3種種植方式下的水稻產(chǎn)量差異顯著，旱播后上水稻的產(chǎn)量顯著低于其他處理。

表1 不同種植模式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of different planting patterns on Rice yield

從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看，插秧稻的有效穗數(shù)最大，較保墑旱直播與旱播后上水分別提高了3.69%和20.17%，保墑旱直播有效穗數(shù)與插秧稻基本一致，旱播后上水的有效穗數(shù)顯著低于其他處理；旱播后上水的每穗粒數(shù)與插秧稻基本一致，較保墑旱直播分別提高了16.89%和16.57%，保墑旱直播的每穗粒數(shù)顯著低于其他處理；千粒質(zhì)量最大的是保墑旱直播，其次是旱播后上水，插秧稻最低，旱播后上水和插秧稻的千粒重較為接近，保墑旱直播和旱播后上水的千粒重較插秧稻分別提高了8.5%和2.28%，旱直播與插秧稻的千粒質(zhì)量差異顯著；結(jié)實(shí)率最大的是旱播后上水，插秧稻最小，2種旱直播模式結(jié)實(shí)率較插秧稻提高了2.92%和6.00%，旱播后上水與插秧稻的結(jié)實(shí)率差異顯著。不同種植模式水稻的產(chǎn)量構(gòu)成因素中，旱播后上水雖然有最高的穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率以及較高的千粒質(zhì)量，但是其有效穗數(shù)顯著低于其他處理，因此產(chǎn)量較低；而插秧稻雖然千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率低于其他處理，但其有效穗數(shù)最高，因此其產(chǎn)量最高。

2.5 產(chǎn)量與光合熒光參數(shù)的相關(guān)性分析

由表2可知水稻的產(chǎn)量與凈光合速率、PSⅡ潛在活性呈極顯著正相關(guān)性，與蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與PI呈顯著負(fù)相關(guān)凈光合速率和蒸騰速率與PSⅡ潛在活性呈極顯著正相關(guān)，與PI呈極顯著負(fù)相關(guān)。凈光合速率與蒸騰速率呈極顯著正相關(guān)。蒸騰速率與PSⅡ潛在活性呈極顯著正相關(guān)，與PI呈極顯著負(fù)相關(guān)，與熱耗散量子比率呈顯著正相關(guān)。氣孔導(dǎo)度與胞間CO2濃度呈極顯著正相關(guān)。PSⅡ潛在活性與PI呈極顯著正相關(guān)，與熱耗散量子比率呈顯著正相關(guān)，熱耗散量子比率與PI呈顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明提高Pn和PSⅡ潛在活性（Fv/Fo）可以增加水稻的產(chǎn)量，從前面的分析可知，插秧處理的Pn高于保墑旱直播和播后上水，對(duì)產(chǎn)量的提升作用更大。

表2 產(chǎn)量與光合熒光指標(biāo)相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis between yield and photosynthetic fluorescence index

2.6 不同種植模式下的水稻經(jīng)濟(jì)效益分析

由表3可知，插秧稻的總收入最高，為21 167.4元/hm2，同時(shí)其總支出最高，為9 150元/hm2，保墑旱直播種植模式的收益最高為12 912.5元/hm2，較旱播后上水模式和插秧模式高8.27%和6.93%。保墑旱直播栽培模式可以節(jié)本增收約900元/hm2，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表3 不同種植模式下的水稻經(jīng)濟(jì)效益分析Table 3 Economic benefit analysis of rice under different planting modes

3 討論

水稻葉片SPAD值可以反應(yīng)葉片內(nèi)葉綠素的相對(duì)含量［11］，其值與葉綠素含量成正比，而葉片的葉綠素含量又與作物的氮素營(yíng)養(yǎng)水平具有一定的相關(guān)性［12］，所以SPAD值可以用來(lái)衡量葉片氮含量的高低［13，14］，而水稻葉片的含氮量與水稻品種、氮肥的施用［15］、光照［16，17］等因素有關(guān)。本研究表明旱直播稻的SPAD值低于插秧稻，可能是由于直播稻的田間透光性較差，從而影響了水稻葉片的氮素含量。

光合作用是植物物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化的主要途徑［18］，通常用植株葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）等參數(shù)來(lái)反映作物對(duì)光能的利用率和轉(zhuǎn)化效率［19-20］。MARTíN等［21］研究表明水稻抽穗后功能葉片光合能力的強(qiáng)弱嚴(yán)重影響著水稻的產(chǎn)量，水稻產(chǎn)量主要取決于抽穗期到成熟期的光合能力。葉片的光合速率還受栽培措施的影響［22］。張剛等［23］研究結(jié)果表明，增施氮肥可以顯著提高水稻生育后期的光合速率，從而提高產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，插秧稻全生育期的光合速率顯著高于旱直播稻，而保墑旱直播水稻和旱播后上水稻的光合速率相似，差異較小，與劉紅江等［24］研究結(jié)果相同，直播稻光合速率較低其主要原因是因?yàn)橹辈サ究梢园l(fā)生許多在插秧稻中不易發(fā)生的小分蘗，從而造成無(wú)效分蘗較多，嚴(yán)重的影響了水稻的群體協(xié)調(diào)性，光合能力下降。在水稻的生育過(guò)程中，光合作用與蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）也是互相影響的。本研究結(jié)果表明，旱直播與插秧兩種種植方式下水稻葉片的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度的變化與光合速率的變化基本保持一致。

近年來(lái)，葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)被認(rèn)為是一種快速、靈敏并且探測(cè)時(shí)不會(huì)損傷活體，分析植物光合作用的探針［25］。目前，葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)通常被用來(lái)評(píng)價(jià)光合機(jī)構(gòu)的功能和環(huán)境脅迫對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響［26］。本研究結(jié)果表明，在水稻的全生育期內(nèi)，旱直播可以提高水稻的PSⅡ最大光化學(xué)效率、PSⅡ潛在活性和PI，而PSⅡ最大光化學(xué)效率、PSⅡ潛在活性、PI都反映著水稻葉片的光合作用強(qiáng)弱，熱耗散量子比率（Fo/Fm）反映了植株的衰老程度，結(jié)果表明旱直播稻的熱耗散量子比率較插秧稻明顯降低，旱直播可以減緩水稻的衰老。

水稻的產(chǎn)量由穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等決定。劉紅江等［24］研究表明，移栽稻的單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)顯著高于旱直播水稻，但是其結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量二者無(wú)顯著差異。宋玉秋等［27］的研究結(jié)果有所不同，他們認(rèn)為移栽稻的每穗粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量以及產(chǎn)量均顯著高于旱直播水稻。李杰等［28］認(rèn)為，旱直播水稻的群體結(jié)構(gòu)不合理，群體的分蘗數(shù)多但是分蘗素質(zhì)弱，分蘗成穗率低，在抽穗后，干物質(zhì)積累量少，產(chǎn)量遠(yuǎn)低于移栽稻。張喜娟等［29］研究認(rèn)為，旱直播稻的產(chǎn)量及結(jié)實(shí)率與移栽稻相差不大，但其單位面積穗數(shù)和千粒質(zhì)量卻顯著高于移栽稻。辛明金等［30］認(rèn)為雖然旱直播稻的生育期較短，其每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率低于移栽稻，但由于旱直播稻的基本苗數(shù)大以及較多的有效穗數(shù)使旱直播稻維持較高的產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，旱直播稻的產(chǎn)量顯著低于移栽稻，但是其千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率顯著高于移栽稻，旱直播稻的單位面積有效穗數(shù)和穗粒數(shù)略低于移栽稻。綜上所述，不同學(xué)者在不同直播條件下對(duì)水稻產(chǎn)量的研究存在明顯的分歧，其原因在于水稻產(chǎn)量的形成受到很多因素的影響，如不同地區(qū)的土壤肥沃程度、施肥量，不同時(shí)期的氣候環(huán)境，不同耕作地區(qū)的耕作管理制度以及不同品種之間的遺傳特性等都對(duì)水稻產(chǎn)量有較大的影響。

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，在水稻的生育期內(nèi)，傳統(tǒng)插秧可以提高水稻的SPAD值、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度，旱直播提高了水稻的PSⅡ最大光化學(xué)效率、PSⅡ潛在活性和PI。不同種植模式下水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為：插秧稻>保墑旱直播稻>旱播后上水稻?？傮w來(lái)說(shuō)，保墑旱直播水稻產(chǎn)量較高，穩(wěn)定性較好，并可以減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)，并且可以提高經(jīng)濟(jì)效益，因此適合在該地區(qū)推廣應(yīng)用。