育秧播種密度與取秧面積耦合對雜交稻機插質量和產量的影響

李澤華，馬 旭，陳林濤，李宏偉，黃益強，黎俊榮，羅國武，姚俊豪

育秧播種密度與取秧面積耦合對雜交稻機插質量和產量的影響

李澤華1，馬 旭2※，陳林濤2，李宏偉2，黃益強3，黎俊榮3，羅國武4，姚俊豪4

（1. 華南農業大學數學與信息學院，廣州 510642；2. 華南農業大學工程學院，廣州 510642；3. 肇慶市農業科學研究所，肇慶，526070；4. 廣東省農業機械化技術推廣總站，廣州 510515）

為探索雜交稻機械化種植方法，根據雜交稻少本稀植的農藝要求，該文對不同育秧播種密度與插秧機取秧面積耦合栽插的質量和產量進行研究，于2017年和2018年在廣東省江門市、肇慶市和汕頭市進行不同育秧播種密度（30～90 g/盤）和取秧面積耦合栽插對比試驗，分析了耦合栽插對栽插質量、根系損傷率和發根力的影響；以缽體苗人工手插為對照，開展不同育秧播種密度與取秧面積耦合栽插的大田生產試驗，分析了雜交稻毯狀苗不同育秧播種密度耦合栽插方式的產量表現及其特征。結果表明：1）現有技術條件下，基于育秧播種密度與取秧面積耦合栽插方法可實現不同育秧播種密度下較高質量的栽插，1～3株/穴的比例介于80.67%~95.33%之間，1～4株/穴的比例超過90.67%；育秧床土對栽插質量有較大影響，采用基質育秧或“基質+旱地土”育秧，當育秧播種密度超過50 g/盤時，漏插率為3.50%～6.38%，平均為5.11%，基本滿足雜交稻機插農藝要求。2）不同育秧播種密度耦合栽插方式的根系損傷率為15.37%～31.16%；當育秧播種密度大于40 g/盤時，根系損傷率隨育秧播種密度的增加而增大；發根力與根系損傷率之間呈負相關關系，相關系數為-0.949 3；當育秧播種密度差異不超過10 g/盤時，發根力沒有顯著差異，當育秧播種密度差異超過20 g/盤，發根力的差異達到顯著水平。3）不同耦合栽插方式中，50 g/盤機插的單產最高；從產量角度看，不同耦合栽插方式及對照的產量規律為：50 g/盤機插>缽苗手插>60 g/盤機插>70 g/盤機插或90 g/盤機插；與各品種的區試產量表現比較發現，不同耦合栽插方式的實際產量都未達到區試產量，其原因是單位面積有效穗數和結實率都不及區試中的表現，但穗長達到或略超過區試中的表現。研究結果對攻克雜交稻機械化種植難題具有參考價值。

水稻；機械化；播種密度；取秧面積；根系損傷；產量；雜交稻

0 引 言

雜交稻種植機械化是中國水稻種植機械化發展中的難點之一[1]，雜交稻種植面積占中國水稻種植面積超過50%[2]，因此，探索雜交稻機械化種植方式對解決水稻機械化種植難題具有重要的理論意義和實際應用價值。

毯狀苗機械化育插秧技術（簡稱“毯狀苗機插”）是突破雜交稻種植機械化難題的重要途徑之一。該技術在日本、韓國和中國的黑龍江和江蘇等地區得到了很好的推廣，但該技術應用于雜交稻時，雜交稻的高產優勢得不到充分發揮，產量與人工插秧相比偏低[3-4]，其主要原因是：毯狀苗育秧時，為保障一定的盤根成毯性，育秧播種密度大，秧苗素質差，且機插植傷較重，栽植后至恢復正常生長通常要經歷7～10d的緩苗期，當機插育秧或栽插質量不理想時，嚴重影響雜交稻高產優勢的發揮[5]。生產實踐和研究表明，與常規稻相比，雜交稻栽培強調稀播、稀插、早插、早發，培育壯秧，合理密植，一般要求栽插1～3株/穴[6-9]。因此，從滿足雜交稻栽插農藝要求角度看，突破雜交稻毯狀苗機插技術的核心目標是提高秧苗素質、減少機插植傷、實現1～3株/穴精準栽插。

提高秧苗素質的重要途徑之一是降低育秧播種密度[10-12]。試驗表明[10]，在華南雙季稻區，雜交稻毯狀苗機插的適宜播種密度為45～80 g/盤。華南農業大學研制的2ZSB-500型智能水稻秧盤育秧精密播種生產線可實現不同播種密度（≤300 g/盤）的均勻條播和撒播，具備低播量精密播種育秧的裝備條件。但問題是在滿足低播量育秧成毯條件下，如何實現雜交稻1～3株/穴精準栽插并盡可能減少機插植傷。

從育插秧裝備的性能角度看，影響毯狀苗機插每穴苗數的主要因素是播種均勻性（受出苗率影響，最直接的因素是秧苗分布的均勻性）和插秧機取秧精準性；從栽插方法角度看，影響毯狀苗機插每穴苗數的主要因素是育秧播種密度與插秧機取秧面積的耦合關系[13]。在現有裝備條件下，創新和優化栽插方法是提高雜交稻毯狀苗育插秧技術水平的重要途徑之一。考慮到與撒播相比，條播的種子分布均勻，秧苗素質高，更有利于栽插質量的提高[10,14]；并且每穴栽插苗數主要取決于秧苗生長密度和插秧機取秧面積的耦合協調關系。為此，本文提出雜交稻低播量精密條播育秧播種密度與取秧面積耦合栽插方法，以實現符合雜交稻種植農藝要求的高質量栽插。

雜交稻育秧播種密度與取秧面積耦合機械化栽插思想，早期可見于羅漢亞等[13]的文章。近期，李澤華等[10-11]研究育秧播種密度對秧苗素質和成毯特性的影響，為進一步探索耦合栽插方法提供了基礎。此外，滕飛等[15]還探討了機插取秧量對雜交稻生長和產量的影響，胡劍鋒等[16]比較了不同播種方式（條播和撒播）和播種密度對雜交稻秧苗生長特性、栽插質量和產量的特點。實際上，雜交稻耦合栽插方法吸引人們深入研究的另一個動力是根系損傷問題。近年來，為探索雜交稻機械化種植方式的高產機理，人們從水稻地上部特征（產量及其構成、群體莖蘗、葉面積指數和干物質積累等）逐漸轉變到對水稻地下部特征的研究（主要是根系形態生理特性）[17-19]。毯狀苗機插與缽苗機移栽的重要區別之一在于缽苗機移栽基本上不存在根系損傷，而毯狀苗機插不可避免會存在一定程度的根系損傷。根系損傷究竟在多大程度上影響雜交稻的產量，以及如何盡可能地減少機插對根系的損傷是雜交稻耦合栽插方法研究的重要內容。直觀上看，采用條播方式播種，種子在秧盤內呈條型分布，基于耦合栽插思想，將插秧機橫向取秧次數與條播行數耦合固定，可減少秧爪橫向取秧誤差對秧苗及根系的損傷，有效減少機插植傷，通過調整插秧機縱向取秧量調節取秧面積，可實現雜交稻1～3株/穴精準栽插。因條播的秧苗分布更均勻，因而更有利于栽插質量的提高。

本文針對上述耦合栽插方法，通過田間試驗研究不同育秧播種密度與取秧面積耦合對雜交稻栽插質量和產量的影響，以期為進一步提升毯狀苗機械化育插秧裝備及其技術水平提供支撐，為探索雜交稻機械化種植方式提供實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗方案

試驗共5組，分別于2017年和2018年早晚兩季在廣東省江門市（國家水稻產業技術體系江門綜合試驗站恩平試驗基地）、肇慶市（國家水稻產業技術體系肇慶綜合試驗站）和汕頭市（錦灃農機合作社）的試驗基地進行。

采用華南農業大學研制的“2ZSB-500型智能水稻秧盤育秧精密播種生產線”進行育秧播種，振動種盤采用18行的V-T型振盤，秧盤為28 cm×58 cm標準毯狀硬秧盤，稻種為芽種，剛好破胸露白，播種后采用暗出苗技術進行催芽（即播種后將秧盤疊放，用黑色無紡布遮蓋保濕保溫催芽），出芽后移至田間進行田間育秧。江門試驗中，采用生升牌水稻育秧基質（廣州生升農業有限公司配制）作為育秧床土，主要成分為泥炭、蛭石、椰糠、黏土、生長調節劑、專用肥；pH值5.0～6.0，EC值（可溶性鹽含量）0.8～1.2 ms/cm，有機質含量>45%，總養分2%～4%，水分<30%。考慮到生升牌育秧基質吸水性偏弱，肇慶試驗中，采用“基質+旱地土”混合配成育秧床土，其中旱地土約占30%。汕頭試驗采用旱地土作為育秧床土，旱地土經消毒處理并拌有適量的基肥。肇慶和汕頭育秧所用的旱地土選取當地的優質旱地黃壤土，使用前過篩去石。為保持人工手插與當地的實際生產一致，所用缽體苗采用人工撒播方式進行播種，播種量與當地實際生產相同。

栽插時，插秧機橫向取秧次數為18次，縱向取秧量根據秧苗生長密度和1～3株/穴栽插目標進行調節，確定后固定調節桿并記錄檔位（取秧深度為8～18 mm，共11檔）。肇慶和江門試驗采用井關-PG6水稻高速插秧機、汕頭試驗采用久保田SPV-6CMD型高速插秧機進行機插秧，人工插秧當天完成，栽插基本苗與機插秧基本一致。栽插當天，考察秧苗素質并測試栽插質量。

收獲時，采用三點測產法測算理論產量，用聯合收割機收獲，測算實際產量，并進行考種。

為了與實際生產條件一致，采用同一塊田大面積隨機區組對比試驗。大區對比試驗處理為30 、40 、50、60 、70 和90 g/盤的毯狀苗機插，對照為常規缽體苗人工手插。為方便表達，栽插方式依次記為30 g/盤機插、40 g/盤機插、50 g/盤機插、60 g/盤機插、70 g/盤機插、90 g/盤機插和缽苗手插。每個處理3次重復，每個機插方式處理的種植面積為0.4 hm2，缽苗手插處理為0.2 hm2。所有處理均為常規管理，施肥量、病蟲害防治和水分管理等基本一致。受當地機插種植習慣和試驗條件限制，3個試驗點的種植模式有所差異，具體試驗設置見表1。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 秧苗素質

在移栽期對不同栽插方式的秧苗素質進行考察。主要測試指標包括葉齡、苗高、苗莖寬、百株鮮質量、百株根質量、百株干質量和質高比。具體測試方法參見文獻[10]。

1.2.2 栽插質量

栽插質量主要包括漏插率、1～3株/穴比例、1～4株/穴比例、平均每穴苗數實際值和理論值。栽插后，沿插秧機行走方向一個作業幅寬內連續選取200穴的測區，計漏插穴數，3次重復，計算漏插率，漏插率=（漏插總穴數/測定總穴數）×100%。在大田中隨機連續調查100穴，記錄每穴苗數，3次重復，統計1～3株/穴比例、1～4株/穴比例和平均每穴苗數實際值。平均每穴苗數理論值由播種密度、出苗率和取秧面積進行折算，其中出苗率按照文獻[10]中的方法調查獲得，取秧面積=橫向取秧量×縱向取秧量，橫向取秧量=280 mm/18= 15.56 mm，縱向取秧量由試驗調準的檔位確定。

表1 試驗方案與設置

注：30、40、50、60、70和90 g/盤表示育秧播種密度，下同。

Note: 30、40、50、60、70 and 90 g/tray represent nursing seedling density, the same as below.

1.2.3 根系損傷率

根系損傷率是根系損傷程度的度量指標，其值越大，表明損傷越嚴重。

由于根系損傷試驗具有破壞性，機插前的樣本與機插后的樣本不會是同一個樣本，直接測試根系的損傷量不可操作。為此采用抽樣調查的方法，分別獲取機插前和機插后百株根質量占百株鮮質量的比例數據，由這2個數值構建度量根系損傷程度的指標，具體方法如下：

設1，2分別表示機插前和機插后根質量比例，1，2分別表示機插前和機插后百株根質量，g；1，2分別表示機插前和機插后百株地上部質量，g，則有

理論上，機械栽插僅損傷根系，對水稻地上部分沒有影響。因此可以假設1=2（因機插前后的樣本不同，實際測試中不一定相等。此處，1,2,1,2是虛擬變量，不影響根系損傷率的計算，僅用于公式的理論推導）。將式（1）中的2個等式左右兩邊分別相除，易得

定義根系損傷率（%）為

具體測試方法如下：試驗時，從秧盤中選取有代表性的秧苗100株，清洗干凈，在無水滴掉下時測定機插前百株鮮質量，然后用剪刀將秧根剪下，測定機插前百株根質量，重復3次取平均值，計算1的值。按照栽插要求調整好取秧面積正常栽插以后，由插秧機切取適量的秧苗，清洗干凈，選取有代表性的秧苗100株，在無水滴掉下時測定機插后百株鮮質量，然后用剪刀將秧根剪下，測定機插后百株根質量，重復3次取平均值，計算2的值。最后由公式（3）計算根系損傷率。

1.2.4 發根力和產量

1）發根力：栽插后第5天，從大田中抽取20穴，記數每穴苗數和新生根數（即白根數），計算平均每株新生根數，即為秧苗發根力。

2）產量及其構成：產量測定方法與文獻[4]中的方法一致。產量構成中，結實率為3點測產中樣本點的結實率，測試方法為：將脫粒后的樣品去雜，充分混合后用同一規格的量器抽取稻谷樣本，每個樣品約200 g，重復3次，用水選法區分實粒和空秕粒，晾干水分后用SLY-C型電子自動數粒儀（托普數粒儀）計數實粒數，人工計數空秕粒數。結實率=實粒數/(實粒數+空秕粒數)×100%。多次試驗表明，穗長與每穗粒數存在很強的線性相關性，為減少工作量（實際考種中，測試每穗粒數工作量太大，因稻谷脫落，也存在較大誤差），選用穗長反映穗型大小。穗長的測定方法：在每種種植方式的每個重復中選取有代表性的5穴，割取稻穗，測量每穗的長度（從穗頸節到穗頂（不連芒）的長度）。

1.3 數據處理

應用Excel2010和SPSS20進行數據整理、計算、作圖和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同育秧播種密度和育秧床土對秧苗素質的影響

移栽期，不同育秧播種密度和床土類型培育的秧苗的葉齡、苗高、苗莖寬、百株鮮質量、百株根質量、百株干質量和質高比等秧苗素質指標及其比較見表2。

由表2可知，對毯狀苗而言，隨著育秧播種密度的增加，葉齡減少、苗高變矮、苗莖寬變細、百株鮮質量、百株根質量和百株干質量有減少趨勢，這與文獻[10]的結論一致。50和60 g/盤毯狀苗比較，除了在A2試驗中的苗高、百株鮮質量、百株根質量、百株干質量和在A5試驗中的百株鮮質量存在一些差異外，其他各項指標的差異不顯著。從質高比的比較看，50和60 g/盤毯狀苗的秧苗素質差異不顯著；A1、A2和A4試驗的缽體苗質高比顯著高于50和60 g/盤毯狀苗，A3和A5試驗的缽體苗質高比與50和60 g/盤毯狀苗相當，表明缽體苗略優于50和60 g/盤毯狀苗。比較不同的床土類型可見，A2和A4試驗中的秧齡分別為16 d（晚稻）和23 d（早稻）（見表1），與其他3組試驗的秧齡相比，在相同季節中并無顯著延長，但葉齡、苗高、苗莖寬、質高比等指標要明顯高于其他試驗，A3試驗中的葉齡、苗高、苗莖寬等高于A4試驗的原因主要是A3試驗的秧齡較長，這表明在華南雙季稻區，采用“基質+旱地土”育秧有利于秧苗的生長和壯秧的培育。

表2 不同育秧播種密度和床土類型的秧苗素質比較

注：同列不同小寫和大寫字母分別表示5%和1%水平差異顯著。
下同。Note: Different small letters and big letters in same column indicate significant differences at 5% and 1% level respectively. The same as below.

2.2 不同育秧播種密度與取秧面積耦合對栽插質量的影響

雜交稻毯狀苗機插中，不同育秧播種密度與取秧面積耦合對栽插質量的影響主要是每穴苗數和漏插率。為了考察栽插質量及其影響因素，表3給出了5次試驗的栽插質量統計結果。

表3 不同耦合栽插方式栽插質量的比較

注：橫向取秧量為15.56 mm。
Note: The transverse seedling fetching depth is 15.56 mm.

由表3可知：

1）不同育秧播種密度（30、40、50、60、70和90 g/盤）與插秧機取秧面積耦合精準栽插，1～3株/穴的比例介于80.67%到95.33%之間，1～4株/穴的比例超過90.67%；特別地，采用基質育秧或基質+旱地土育秧，1～3株/穴的比例超過85.50%，1～4株/穴的比例超過94.00%，表明毯狀苗耦合栽插方法能在不同育秧播種密度下實現較高質量栽插，具有較好的靈活性和適應性。

2）采用基質育秧或基質+旱地土育秧，當育秧播種密度超過50 g/盤時，漏插率為3.50%～6.38%，平均為5.11%，基本滿足雜交稻機插農藝要求。采用旱地土育秧或育秧播種密度低于40 g/盤時，漏插率相對較高。育秧播種密度偏低時，漏插率偏高的原因主要與取秧面積和出苗率有關，但取秧面積過大，則生產效率較低。當采用旱地土育秧時（試驗A3和A5），漏插率超過11.00%，1～3株/穴的比例低于90.00%，栽插質量不夠理想，其原因主要與秧塊含水率有關。在華南雙季稻區，采用旱地土育秧的秧塊含水率控制相對較難，早稻栽插時雨水豐富，通常在陣雨間歇中栽插或者冒著小雨栽插，因含水率高秧塊偏軟且黏性大，容易擠壓變形造成縱向取秧不準，或者臃堵秧爪造成連續漏插；晚稻栽插時氣溫較高，很難控制秧塊晾曬時間，若晾曬時間偏長，秧塊收縮變形大且秧苗因缺水而死苗，若晾曬時間不夠，則秧塊很軟且黏性大，不利于秧苗運送和機械栽插。因此，采用毯狀苗耦合栽插方法，還必須考慮育秧床土對實際栽插質量的影響。在華南雙季稻區，建議采用育秧基質或育秧基質+旱地土（不超過30%）進行育秧。

3）平均每穴苗數實際值高于理論值。其原因主要與秧塊擠壓變形有關。現有插秧機采用單向軸承驅動同步帶，同步帶與秧苗底部的摩擦力帶動秧苗向下移動實現縱向送秧，受重力作用或機器振動、搖晃等影響產生縱向滑動或擠壓，秧塊容易彎曲變形，造成插秧機縱向取秧不準，嚴重時秧塊下滑受阻形成連續漏插。因此，為確保毯狀苗耦合栽插的質量，需進一步改進插秧機縱向送秧方法。

為考察現有栽插方法因縱向送秧不準確對栽插質量的影響，統計分析了實際栽插中每盤秧苗的栽插穴數及其波動。其中，每盤秧苗栽插理論穴數=28 cm ×58 cm/取秧面積，每盤秧苗栽插實際穴數由田間調查獲得。調查方法如下：首先將插秧機秧箱清空，然后裝上6盤秧，隨機選取其中1盤秧苗作為考察對象，待栽插完畢統計栽插穴數（含空穴），重復5次，計算平均栽插穴數、標準差和百分比誤差。圖1為3次試驗（A1、A4和A5）的調查結果。

由圖1可見，每盤秧苗栽插穴數實際值都小于理論值，表明栽插時實際取秧面積大于理論取秧面積，產生這種現象的主要原因是秧塊存在縱向擠壓。從栽插穴數實際值的標準差誤差線可以看出，試驗A5（2018年汕頭晚稻）的3條誤差線都比其他的誤差線要長，表明試驗A5中的栽插穴數波動更明顯，其原因是試驗A5采用旱地土育秧，秧塊偏軟易變形，造成插秧機實際取秧面積不準確及臃堵秧爪所致。試驗統計數據顯示，試驗A4（2018年肇慶早稻）中采用基質+旱地土育秧，不同育秧播種密度（30～60 g/盤）耦合栽插方式下每盤秧苗栽插穴數的平均差異為31～43穴/盤，百分比誤差為4.98%～6.62%；試驗A1（2017年，江門，晚稻）中采用基質育秧，不同育秧播種密度（50～70 g/盤）耦合栽插方式下每盤秧栽插穴數的平均差異為40～80穴/盤，相對誤差為5.67%～8.37%；試驗A5（2018年，汕頭，晚稻）中采用旱地土育秧，不同育秧播種密度（50～90 g/盤）耦合栽插方式下每盤秧栽插穴數的平均差異為61～227穴/盤，相對誤差為8.22%～21.06%。

注：橫坐標為“試驗號-播種密度”，表示不同的耦合栽插方式。例如A4-30表示第4組試驗（2018年，肇慶，早稻試驗）中育秧播種密度為30 g/盤的毯狀苗機插。

由上述數據可知，現有毯狀苗耦合栽插方式的取秧精度存在不準確性，其波動性與秧塊變形和插秧機縱向送秧方式有關。當采用基質育秧或基質+旱地土育秧時，秧塊變形相對較小，育秧播種密度為50和60g/盤的每盤秧苗栽插穴數的相對誤差為5.37%～5.94%，若采用旱地土育秧，秧塊偏軟，每盤秧苗栽插穴數的相對誤差偏大。因此，從農機農藝融合的角度看，提高雜交稻毯狀苗機械栽插質量，需進一步提高插秧機的取秧精準性。該問題的解決，依賴于育秧方式和插秧機縱向送秧方式以及育秧床土和實際操作規范程度等。

2.3 不同育秧播種密度與取秧面積耦合栽插對根系損傷的影響

近年來，為探索雜交稻機械化種植方式的高產機理，人們從水稻地上部特征[17]（產量及其構成、群體莖蘗數、葉面積指數和干物質積累等）逐漸轉變到對水稻地下部特征的研究[18-19]（主要是根系形態生理特性等）。根系作為水稻生長發育過程中的重要器官，參與水稻體內各種生理生化過程，包括地下營養物質和水分的攝取、根系激素的合成等[20]。同時，根系的發育與水稻地上部的生長息息相關，地上部分能夠提供充足的碳水化合物以供根系的生長需要，而根系也能夠將攝取的營養物質、水分以及自身合成的各種激素向上運輸來維持地上部分的正常生長[21]。毯狀苗機插與缽苗機移栽的重要區別之一在于缽苗機移栽基本上不存在根系損傷，而毯狀苗機插不可避免會存在一定程度的根系損傷。迄今為止，毯狀苗機插根系損傷對雜交稻生育進程及產量的影響未見報道。本文提出了一種根系損傷程度測量方法（見前文1.2.3節），嘗試從根系損傷的角度探索毯狀苗耦合栽插方法對雜交稻生育特征和產量的影響。因不同試驗中，根系損傷的規律基本一致，本文以試驗A4的數據進行說明。

試驗A4中，分別統計了30、40、50和60 g/盤育秧播種密度下毯狀苗耦合栽插前與栽插后的根系特征數據，測試了百株鮮質量、百株根質量和根系損傷率等統計指標。圖2為根系對比照片。由圖2a可知，栽插之前，隨著育秧播種密度的降低，毯狀秧苗的根量有增加趨勢，根系發育趨好。由圖2b可見，栽插后較長的根基本上被插秧機全部切斷，表明不同耦合栽插方式下秧苗的根系都有一定程度的損傷，且損傷較大。為定量描述插秧機對根系的損傷程度，對不同育秧播種密度下耦合栽插的根系損傷率進行測試，結果如表4。

從表4可以看出，40 g/盤的根質量比例變化量最小，為3.79個百分點，表明育秧播種密度太低和太高都可能導致根系的損傷程度增大。當育秧播種密度較低時，秧苗生長稀疏，根系較發達，長根較多，盡管機插時取秧面積相對較大，但較長的根系都被切斷，總體根系損傷仍然較大。當育秧播種密度較高時，秧苗生長較密，根系細弱，根系纏繞緊密，由于取秧面積較小，根系損傷也會偏大。從圖2中也可以看出，對60 g/盤的秧苗，很多主根系都被插秧機切斷，留下的根系相對較少。

圖2 栽插前后根系比較

表4 不同耦合栽插方式根系損傷的比較

另外，由表4還可發現，隨著育秧播種密度的增加，機插前秧苗的百株鮮質量逐漸遞減，但根質量比例有增加趨勢。當育秧播種密度從30 g/盤增加到60 g/盤，百株鮮質量從46.67 g降低到29.83 g，但根質量比例從36.64%增加到38.21%。這可能是因為，隨著播種密度的增加，秧苗素質整體變弱，但地上部的莖葉和地下部的根系不會同比例變弱，為了爭奪營養，地下根系的競爭會更激烈。

試驗表明：不同耦合栽插方式下，秧苗根系損傷率為15.37%～31.16%，40 g/盤的毯狀苗機插方式損傷率最低；當育秧播種密度大于40 g/盤時，隨著育秧播種密度的增加，秧苗根系損傷率有增加趨勢。

2.4 不同育秧播種密度與取秧面積耦合栽插對發根力的影響

毯狀苗機插對根系的損傷直接影響返青的快慢以及后續的生育狀況，這些影響可以由發根力來反映。表5給出了5組試驗的發根力比較結果。

由表5可以看出：

1）育秧播種密度由40 g/盤增加到90 g/盤，發根力有遞減的趨勢。因此，適當降低育秧播種密度是提高毯狀苗育插秧技術的可行途徑之一。

2）毯狀苗耦合栽插中，當育秧播種密度的差異不超過10 g/盤，發根力沒有顯著差異。例如30與40g/盤、40與50 g/盤、50與60 g/盤之間的差異都不顯著。當育秧播種密度的差異超過20 g/盤，發根力的差異達到顯著性水平。這表明，在一定的育秧播種密度波動范圍內（譬如差異不超過20 g/盤），不同育秧播種密度的秧苗素質存在顯著性差異，但發根力的差異不顯著。因此，在漏插率差異不顯著的條件下，應優選育秧播種密度較低的方式進行耦合栽插。例如，50與60 g/盤之間，應優選50 g/盤的耦合栽插方式。

表5 不同耦合栽插方式的發根力

注：*和**分別表示在5%和1%水平上差異顯著。

Note: * and ** means significantly differences at 5% and 1% levels, respectively.

3）A2～A5的試驗表明，缽苗手插的發根力顯著或極顯著高于50～90 g/盤耦合栽插的發根力，但試驗A4中，40 g/盤與缽苗手插的發根力沒有顯著差異。2.3節分析結果表明，40 g/盤的根系損傷率最低，為15.37%。這可能是因為，當根系損傷率不超過一定的臨界值，毯狀苗機插的發根力將不受到顯著的影響。實際上，以試驗A4的數據為依據，計算30～60 g/盤4種耦合栽插方式下的根系損傷率與發根力之間的相關系數，結果為-0.949 3，接近相關系數檢驗的臨界值0.950，且表現為負相關關系。因此，關注毯狀苗機插的根系損傷率，將有望揭開不同播種密度耦合栽插的影響機理。該問題還需更深入系統的研究。

2.5 不同育秧播種密度與取秧面積耦合栽插對產量及其構成的影響

不同耦合栽插方式大田生產對比試驗的產量及其主要構成見表6。試驗結果表明，不同育秧播種密度的毯狀苗機插對水稻千粒質量的影響較少，穗粒數與穗長呈顯著正相關關系，因此，產量構成中主要考察單位面積有效穗數、穗長和結實率。品種區試的產量表現具有很好的代表性，是品種審定推廣的重要依據之一。為此，以品種區試的產量表現作為參考，比較不同種植方式下的產量表現，以挖掘雜交稻高產優勢發揮的影響因素，為探索雜交稻種植方式提供參考。

表6 不同耦合栽插方式雜交稻產量及其構成因素

注：穗數、結實率、穗長和產量的參考值數據來自品種審定信息（農作物品種查詢系統：http://202.127.42.178:4000），其中產量參考值的區間數據由2次區試中產量表現的最小值和最大值構成。

Note: The reference value of panicle, seed setting rate, panicle length and yield comes from the information of each variety certification(http://202.127.42.178:4000). The interval data of yield reference value consists of the minimum and maximum value of yield performance in two zone tests.

由表6可知：

1）從產量的絕對值看，不同耦合栽插方式及其對照的產量規律為：50 g/盤機插>缽苗手插>60 g/盤機插>70 g/盤機插或90 g/盤機插。

2）不同育秧播種密度耦合栽插方式中，50 g/盤機插的單產最高。30和40 g/盤的單產低于50 g/盤的原因主要是漏插率偏高，單位面積有效穗數不足，分別少了12.30×104和9.90×104穗/hm2。70和90 g/盤的單產低于50 g/盤的原因是單位面積有效穗數較少、結實率較低和穗長較短。60 g/盤的單位面積有效穗數比50 g/盤的稍多，平均多3.48×104穗/hm2，但結實率相對較低、穗長較短，結實率平均低1.75個百分點，穗長平均短0.63 cm。結合表3中的平均每穴苗數分析可知，60 g/盤的平均每穴苗數比50 g/盤的多0.21株/穴，而縱向取秧量僅相差一個檔位（試驗A1、A4、A5，差距為1 mm）或相等（試驗A2和A3），即兩者的取秧面積相等或近似相等。這就說明，與50 g/盤相比，60 g/盤的播種密度大，每穴基本苗數較多，雖然單位面積有效穗數較多，但結實率低、穗型小，最終產量較低。也就是說，增加播種量，不但沒有增加產量，反而因增加用種量而增加了成本。或者說，從育秧播種密度與取秧面積的耦合關系判斷，50 g/盤栽插的耦合性更好。因此，在現有技術條件下，雜交稻毯狀苗機插的適宜育秧播種密度為50 g/盤左右，太低會因為漏插率偏高造成有效穗數不足，太高會限制大穗和結實率的形成，從而影響雜交稻高產優勢的發揮。

3）由多重比較可知，50和60 g/盤耦合栽插方式與缽苗手插的單產沒有顯著差異，30、40、70和90 g/盤耦合栽插方式顯著或極顯著低于缽苗手插的單產。30和40 g/盤的單產低于缽苗手插的原因主要是有效穗數極顯著低于缽苗手插，70和90 g/盤的單產低于缽苗手插的原因主要表現為穗長顯著偏短，即穗型較小。

4）與參考值進行比較可知：5組試驗的實際產量都未達到產量參考值的下限，表明實際生產的產量都不及品種區試的產量，其特點為穗數和結實率都小于參考值，穗長達到或略超過參考值。這表明，單位面積有效穗數和結實率是制約雜交稻高產種植的兩個關鍵因素。

3 討 論

與品種區試的產量進行比較，本試驗不同種植方式下的產量都低于區試的產量，主要表現為有效穗數不足和結實率大幅度降低。

由于品種區試都是采用人工插秧種植，與毯狀苗機插秧種植方式存在很大差別。一般地，單位面積有效穗數主要與生育前期的基本苗數和分蘗能力有關。由于缺乏品種區試栽培相關信息，無法比較有效穗數不足的原因。但本研究的5組試驗中，有3組試驗中50 g/盤機插與缽苗手插的有效穗數差異不顯著（A2、A3和A5）；在差異顯著的A1和A4兩組試驗中，由表3的平均每穴苗數實測值可見，有效穗數與栽插時每穴苗數呈正相關關系，A4試驗中有效穗數與每穴苗數的相關系數達0.931 9，呈顯著正相關關系。這就說明，保障有效穗數的前提是栽插足夠的基本苗數。本研究中的有效穗數不足應該主要與機插漏插率偏高有關，也可能與秧苗素質和單位面積栽插基本苗數等因素有關。由此可見，通過育秧播種密度與取秧面積耦合，在進一步提高育秧質量和機械栽插質量的基礎上，毯狀苗機插能實現與人工手插基本相當的有效穗數，確保合理的群體結構。當然，保障有效穗數不能只通過提高取秧量來增加栽插基本苗數。騰飛等[15]的研究表明，毯狀苗機插中，取秧量對雜交稻有效穗數和結實率影響較大，增大取秧量可顯著提高有效穗數，但結實率有所下降，產量大致呈先上升后下降的趨勢。

本研究中，結實率降低是產量不及區試產量的第二個特點。影響雜交稻結實率的因素很多也很復雜，除了受品種的遺傳特性影響外，還受種植方式、環境條件和病蟲害等因素影響。環境條件主要是孕穗期至抽穗揚花期的氣象條件[22]，即主要受生育后期天氣變化的影響較大，溫度過高或過低都會降低結實率。研究表明[23-24]，對雜交稻品種，早稻孕穗期最低適宜氣溫為23.3 ℃，適宜平均氣溫為26.5 ℃，晚稻最低溫度為22.6 ℃，適宜平均氣溫為25.8 ℃；孕穗期至抽穗揚花期日最高溫度大于30 ℃的天數對水稻空殼率的影響達極顯著。根據試驗記錄，孕穗期至抽穗揚花期，早稻主要集中在5月和6月，晚稻主要集中在9月和10月。表7給出了5組試驗中孕穗期至抽穗揚花期的氣象特性。

表7 孕穗期至抽穗揚花期的氣候特征

注：數據來源于廣東歷史天氣預報查詢網站：www.tianqihoubao.com/lishi/ guangdong.htm

Note：Data source is Guangdong historical weather forecast query website: www. tianqihoubao.com/lishi/guangdong.htm

由表7可知，對江門和肇慶地區的3組試驗（A1，A2，A4），無論是早稻還是晚稻，月最低溫都低于最低適宜溫度，月最高溫度都高于30 ℃，并且日最高溫度大于30 ℃的天數較多，最少的都有14d。另外，這2個地區在孕穗期至抽穗揚花期，下雨天數較多，晴天數比較少。這就說明，本研究中的結實率降低，應該與氣象條件有很大的關系。對汕頭地區的2組試驗（A2和A5），雖然氣候條件相對適宜，但白葉枯病和稻縱卷葉螟害在2次試驗中都遇到，特別是2017年晚稻中白葉枯病的影響較大，導致水稻的結實率降低。

另外，由表6可見，除了A4試驗外，不同育秧播種密度下毯狀苗機插的結實率差異不顯著；有4組試驗中50和60g/盤毯狀苗機插與缽苗手插的結實率差異不顯著。這就說明，相對于氣象條件和病蟲害因素，不同育秧播種密度毯狀苗機插方式對結實率的影響要相對弱一些。

總之，從產量構成角度看，探索雜交稻毯狀苗機械化耦合栽插技術，關鍵是協調單位面積有效穗數和結實率，其中與栽插質量聯系最緊密的是單位面積有效穗數。

4 結 論

針對雜交稻機械化種植難題，基于毯狀苗機插技術，提出雜交稻低播量精密條播育秧播種密度與取秧面積耦合栽插方法。以缽苗手插為對照，對比分析了不同育秧播種密度（30～90 g/盤）下耦合栽插方式對栽插質量、根系損傷、發根力和產量的影響，主要結論如下：

1）耦合栽插方法是實現符合雜交稻農藝要求的高質量栽插的有效途徑之一。研究表明，現有技術條件下，不同育秧播種密度耦合栽插1～3株/穴的比例介于80.67%~ 95.33%之間，1～4株/穴的比例超過90.67%，采用基質育秧或基質+旱地土育秧，當育秧播種密度超過50g/盤時，漏插率為3.50%～6.38%，平均為5.11%，基本滿足雜交稻機插農藝要求。

2）根系損傷對毯狀苗機插的產量有重要影響。研究表明，不同育秧播種密度耦合栽插方式的根系損傷率為15.37%～31.16%；當育秧播種密度大于40 g/盤時，根系損傷率隨播種密度的增加而增大；發根力與根系損傷率之間呈負相關關系，相關系數為-0.949 3；當育秧播種密度的差異不超過10 g/盤時，發根力沒有顯著差異，當育秧播種密度的差異超過20 g/盤，發根力的差異達到顯著性水平。

3）現有技術條件下，適度育秧播種密度的耦合栽插方式可實現與缽苗手插產量無顯著差異的高產種植。研究表明，不同耦合栽插方式中，以50 g/盤機插的單產最高；從產量角度看，不同耦合栽插方式及其對照的產量規律為：50 g/盤機插>缽苗手插>60 g/盤機插>70 g/盤機插或90 g/盤機插；經檢驗，50和60 g/盤耦合栽插方式與缽苗手插的單產沒有顯著差異。

4）單位面積有效穗數和結實率是不同種植方式的2個最主要的產量構成因素。與各品種的區試產量表現比較發現，不同耦合栽插方式的實際產量都未達到品種區試的產量，其特點是單位面積有效穗數和結實率都不及品種區試中的表現，但穗長則達到或略超過品種區試中的表現。因此，從品種、栽插方式和環境等因素對雜交稻單位面積有效穗數和結實率的作用及其互作機理中探索雜交稻高產栽培技術，是未來徹底解決雜交稻種植機械化難題的研究重點。

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Effects of coupling of nursing seedling densities and seedling fetching area on transplanting quality and yield of hybrid rice

Li Zehua1, Ma Xu2※, Chen Lintao2, Li Hongwei2, Huang Yiqiang3, Li Junrong3, Luo Guowu4, Yao Junhao4

(1.,,510642,; 2,,510642,; 3,526070,; 4,,510515,)

Mechanical transplanting of hybrid rice is a difficult problem in rice production mechanization. In order to solve this problem, a new mechanized transplanting method of coupling nursing seedling density and seedling fetching area for hybrid rice is proposed according to the agronomic requirements for mechanical transplanting technology of hybrid rice. The comparison tests of different coupling transplanting methods with different nursing seedling densities are arranged in Jiangmen City, Zhaoqing City and Shantou City of Guangdong Province from 2017 to 2018. The influence of coupling transplanting methods for transplanting quality, root damage rate and rooting ability are analyzed. Based on field production comparison tests, the yield and its characteristics of hybrid rice coupling transplanting with different nursing seedling densities are investigated. The results show that: 1) Under the existing technical conditions, the transplanting quality of coupling transplanting methods under different nursing seedling densities is good. The proportion of 1-3 plants per hole is between 80.67% and 95.33%, and the proportion of 1-4 plants per hole is more than 90.67%. The seed bed soil type is an important factor in seedlings and transplanting quality. When the nursing seedling density exceeds 50 g/tray, the missing plant rate is 3.50%-6.38%, with an average of 5.11%, which basically meets the agronomic requirements of hybrid rice mechanical transplanting. 2) The root damage rate of coupling transplanting with different nursing seedling densities is 15.37%-31.16%. When the nursing seedling density is higher than 40 g/tray, the root damage rate is increased with the increase of the nursing seedling density. There is a negative correlation between rooting ability and root damage rate, and the correlation coefficient is -0.949 3. When the difference of nursing seedling density is no more than 10 g/tray, there is no significant difference of rooting ability. When the difference of nursing seedling density is more than 20 g/tray, the difference of rooting ability reaches a significant level. 3) For the different coupling transplanting methods, the yield of 50 g/tray mechanized transplanting is the highest, the rules of yield of different coupling transplanting methods are as follows: 50 g/tray mechanized transplanting >transplanting by hand of pot seedling >60 g/tray mechanized transplanting >70 g/tray mechanized transplanting or 90 g/tray mechanized transplanting. It is found that the actual yield of different coupling transplanting methods did not reach the yield of variety zone test. The yield performance is that the panicle number per unite area and filled-grain percentage of mechanical coupling transplanting methods are less than that of variety zone test, but the panicle length is reached or slightly exceeded that of variety zone test. The research conclusions have important reference value to overcome the problem of hybrid rice mechanized transplanting.

rice; mechanization; nursing seedling density; seedling fetching area; root damage; yield; hybrid rice

李澤華，馬 旭，陳林濤，李宏偉，黃益強，黎俊榮，羅國武，姚俊豪. 育秧播種密度與取秧面積耦合對雜交稻機插質量和產量的影響[J]. 農業工程學報，2019，35(24)：20－30. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.003 http://www.tcsae.org

Li Zehua, Ma Xu, Chen Lintao, Li Hongwei, Huang Yiqiang, Li Junrong, Luo Guowu, Yao Junhao. Effects of coupling of nursing seedling densities and seedling fetching area on transplanting quality and yield of hybrid rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 20－30. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.003 http://www.tcsae.org

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.003

S233.71

A

1002-6819(2019)-24-0020-11

2019-09-10

2019-10-09

國家重點研發計劃（2018YFD0700703）；國家自然科學基金項目（51675188）；現代農業產業技術體系建設專項資金項目（CARS-01-43）

李澤華，副教授，博士，研究方向為水稻生產機械化及技術經濟分析研究。Email：lzhljl@scau.edu.cn

馬 旭，教授，博士生導師，博士，主要從事現代農業技術裝備方面的研究。Email：maxu1959@scau.edu.cn

中國農業工程學會會員：馬 旭（E041200004S）