優化栽培模式提高雙季稻產量

錢銀飛,曾勇軍,陳 金,謝 江,吳玉成,楊小華,彭春瑞*

(1.江西省農業科學院 土壤肥料與資源環境研究所/農業農村部 長江中下游作物生理生態與耕作重點實驗室/國家紅壤改良工程技術研究中心,江西 南昌 330200;2.江西農業大學,江西 南昌 330045;3.江西省進賢縣溫圳農技推廣綜合站,江西 進賢 331721)

水稻是我國的第一大糧食作物,種植面積大,產量高,總產占糧食作物的比重大。全國大約有2/3的人口以稻米為主食。因此,從某種意義上說,我國的糧食安全問題主要是稻米安全生產的問題[1]。近年來,隨著人口政策的放開,我國人口數量不斷增加,加之房地產開發、城市建設、基礎設施建設占用耕地以及環境污染等造成可耕地面積不斷減少,稻米生產的安全性越發凸顯。而解決稻米生產安全的可靠途徑就是依靠科技進步,不斷提高水稻單產水平[2]。

水稻的產量高低受水稻品種的遺傳特性和栽培環境的共同影響[3]。適宜的栽培環境有利于品種高產潛力的發揮,任何品種只有在最適宜的栽培環境才能最大限度地發揮高產潛力。有關水稻高產栽培技術,國內外研究者做了大量的研究,集成創造了大量針對性的高產栽培技術,例如“水稻逆V字型減氮栽培[4]”、“三高一穩栽培[5]”、“稀少平栽培[6]”、“精確定量栽培[7]”、“旺壯重”栽培[8]、“三超”栽培[9]、SRI栽培[10]、“早蘗壯稈強源栽培[11]”、“三高一保栽培”[12]、“三控栽培”[13]、“三定栽培”[14]、“精苗穩前、控蘗優中、大穗強后”超高產定量化栽培模式[15]等,以及“壟畦栽培法[16]”和“覆膜栽培法[17]”等特殊生態條件下的栽培技術。這些栽培技術的應用對提高水稻產量、促進水稻生產的發展、豐富栽培科學理論作出了巨大的貢獻。筆者在參考前人研究結果的基礎上,再針對江西雙季稻的生長發育特征及肥、水利用等的特點,組合了強化稀播培育壯秧、寬行窄株、前氮后移、間歇灌溉加曬田等栽培措施,并進行集成優化,形成了一套栽培模式，以期為雙季稻建立適宜栽培模式,提高水稻產量、氮肥利用效率和減輕農業生產面源污染提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地點及品種

試驗于2018～2019年在江西省進賢縣溫圳鎮楊溪村(116°5′29.74″E,28°20′7.16″N)進行。試驗地具有亞熱帶濕潤氣候的特點,氣候溫和,雨量充沛,冬暖夏熱,四季分明,年平均氣溫17.5 ℃,極端最高氣溫41 ℃,極端最低氣溫-8.5 ℃,活動積溫5760 ℃·d,年平均降雨量1600～1800 mm,年平均日照時數1800～1900 h,無霜期290 d。供試土壤為第四紀紅色黏土發育的水稻土。試驗早稻品種為中早32和中早35;晚稻品種為深優957和贛晚秈37。

1.2 試驗設計與方法

本試驗設計2個栽培模式:(1)農民習慣施肥模式FP,育秧時播種量早、晚稻均為225 kg/hm2,栽插規格:16.65 cm×20.00 cm(早稻)和20.00 cm×20.00 cm(晚稻)。施氮量:早稻180 kg/hm2、晚稻225 kg/hm2。氮肥運籌:基肥∶蘗肥=1∶1,N∶P∶K=2∶1∶2;磷肥和鉀肥均一次性基施。灌溉方式:移栽期2～3 cm淺水;返青期3～5 cm深水;施除草劑時灌3 cm水層,以后淺水勤灌,抽穗期保持水層,灌漿期干濕交替,收獲前12 d斷水。(2)優化模式OPT,育秧時播種量早、晚稻均為150 kg/hm2,栽插規格:13.32 cm×24.98 cm(早稻)和13.32 cm×30.00 cm(晚稻)。施氮量:早、晚稻均比FP減少10%，即早稻162 kg/hm2、晚稻202.5 kg/hm2。氮肥運籌:基肥∶蘗肥∶穗肥=5∶2∶3, N∶P∶K=2∶1∶2;磷肥一次性基施,鉀肥按1∶1作為基肥和穗肥分兩次施。灌溉方式：移栽期2～3 cm淺水;返青期3～5 cm深水;施除草劑時灌3 cm水層,落干后再灌淺水;當苗數達到預計穗數的80%時開始排水曬田,田不開裂不灌水,當田邊開裂、田中不陷腳時灌薄水濕潤;在倒2葉露尖時灌水養胎,保持淺水與露田相結合；抽穗期保持水層,灌漿期干濕交替,收獲前7 d斷水。所有處理的基肥結合翻耕施下,分蘗肥在移栽后5～7 d施下,穗肥在倒二葉露尖時施下。早、晚稻均2苗栽插。氮、磷、鉀肥料分別為尿素、鈣鎂磷肥(含磷12%)、氯化鉀(含鉀60%)。采用大區試驗,大區面積為150 m2,田埂寬35 cm,高30 cm,并裹膜防滲水。溝寬40 cm,單灌單排。早稻試驗于3月15日播種,4月15日移栽。晚稻試驗于6月20日播種,7月20日移栽。

1.3 觀測項目與方法

1.3.1 莖蘗動態 每個大區定點15 穴,在拔節前每5天觀察1次,在拔節后每7天觀察1次。

1.3.2 干物質 分別于移栽期、拔節期、抽穗期、成熟期,按每田塊莖蘗數的平均數取5穴,測定葉面積和干物質重。葉面積測定采用比重法。105 ℃殺青30 min,80 ℃烘至恒重,測定干物質重。

1.3.3 植株氮素吸收 將成熟期的植株干物質樣品粉碎后用于測定莖鞘、葉、穗氮素含量。氮素測定采用凱氏定氮法。

1.3.4 產量與產量構成 在收獲前1 d調查有效穗數,每小區調查100蔸,根據平均有效穗數取樣5蔸考種;大區實割50 m2,脫粒后曬干稱重。

1.4 數據分析

使用Microsoft Excel 2013處理數據和繪制圖表,用DPS 7.05軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 產量及其構成因素

由表1可見,采用優化模式(OPT)的早稻中早32、中早35,以及晚稻深優957、贛晚秈37的產量分別為9176.5、6548.5、9065.0和6687.5 kg/hm2,分別較農民習慣模式(FP)增加了10.37%、11.44%、14.08%和25.68%。該優化模式在節省氮磷鉀10%的條件下,依然能較農民習慣模式增產10%以上，特別是在晚稻贛晚秈37上增產效果更為明顯。另外，受天氣影響,贛晚秈37在成熟期出現傾斜倒伏的現象,但優化模式的傾斜程度明顯小于農民習慣模式。這表明優化模式比農民習慣模式具有更好的抗倒伏能力,具有較強的增產優勢。從產量構成因素來看,在優化模式下4個品種的穗數、穗粒數、總穎花量和結實率均較農民習慣施肥模式下的有不同程度的提高,而千粒重受影響不大。相關分析結果表明：單位面積的總穎花量與產量呈極顯著正相關(r=0.986**);穗數與產量的正相關性次之,結實率再次之；千粒重與產量負相關顯著?？梢?雙季稻優化模式的增產途徑主要是通過增加穗數和穗粒數獲得較大的庫容(群體穎花量),并保持較高的結實率。

表1 不同栽培模式下雙季稻的產量構成特征

2.2 葉蘗結構及成穗率

在相同的群體起點條件下,要想獲得較高的穗數,則必須要有好的分蘗群體和高的成穗率。表2表明,無論是早稻還是晚稻,優化模式在夠苗期的高效分蘗(>3葉蘗)比重大,無效分蘗(<3葉蘗)比重小。在優化栽培模式下早稻中早32、中早35,晚稻深優957、贛晚秈37的成穗率分別較農民習慣模式增加了15.13、14.54、9.39和12.54個百分點。

表2 在不同栽培模式下水稻的葉蘗構成及成穗率

2.3 穗粒結構

由表3可見,無論是早稻還是晚稻,在優化模式下水稻的穗長、著粒密度、一次枝梗數、二次枝梗數及其一次枝梗和二次枝梗的結實率均較農民習慣模式有所增加。優化模式較農民習慣模式實現了穗部性狀的整體優化，一方面增加了穗長,擴大了庫容,提高了著粒密度；另一方面還優化了養分供給,使得一次枝梗和二次枝梗上的穎花均得到有效養分的供給,從而減少了敗育,提高了結實性能。

表3 在不同栽培模式下水稻的穗粒結構

2.4 干物質積累量

對干物質積累量的研究結果(圖1)表明:無論是早稻還是晚稻,優化栽培模式(OPT)處理在3個關鍵生育期(拔節、抽穗、成熟期)的干物重均高于農民習慣模式(FP)處理的。分析干物質積累量和產量之間的關系表明:稻谷產量與成熟期的生物產量呈極顯著正相關(R2=0.9592**)；稻谷產量與抽穗到成熟期干物質積累量間的相關性次之(R2=0.9333**)；而稻谷產量與拔節期干物質積累量間的相關性不大。表明水稻抽穗期和成熟期的生物產量是經濟產量的基礎,通過合理的栽培運籌塑造抽穗期的適宜群體,并保持光合物質積累量到成熟期是高產形成的關鍵。

圖1 在不同栽培模式下雙季稻干物質積累量

2.5 氮素吸收利用

對稻株氮素吸收利用特征的研究結果(表4)表明:無論是早稻還是晚稻,優化栽培模式(OPT)處理在成熟期的總吸氮量和氮肥偏生產力均高于農民習慣模式(FP)處理的；而優化栽培模式(OPT)的水稻籽粒吸氮量要小于農民習慣模式(FP)的。這表明采用優化模式的稻株更易從周圍環境中吸收氮素,同時便于氮素向籽粒運轉,提高了氮肥利用效率。

表4 在不同栽培模式下不同品種雙季稻的氮素吸收利用特征

3 討論與結論

關于水稻產量的形成,大多數的研究認為是“源庫”起主導作用[18-20]。高產栽培通過強源擴庫,提高群體穎花量,以實現水稻增產[20]。本研究也證明了這一點,本研究中優化模式的增產途徑主要是通過增加穗數和穗粒數獲得較大的庫容(群體穎花量),并保持較高的結實率。在農民習慣種植模式中育秧方式、栽培密度、肥料運籌、水分管理等方面不合理帶來水稻分蘗質量低、有效穗數少、群體質量差,最終導致產量不理想,經濟效益不佳。采用筆者集成的優化栽培模式,在當地農民習慣施肥水平基礎上減少10%的氮磷施用量，仍能夠通過改善雙季稻的生長發育,改善群體質量,提高肥料利用效率,稻谷產量能較農民習慣模式增加10%以上，而且該技術操作方便,成本降低,農民易于接受。

該優化模式的主要特點是通過強化稀播培育壯秧、寬行窄株、前氮后移、間歇灌溉等栽培措施,改善水稻個體生長發育和養分吸收，從而增加穗數和穗粒數來獲得較大的庫容(群體穎花量),并保持較高的結實率,最終增產增收。具體來說：首先采用稀播培育多蘗壯秧,為好的群體起點和群體質量打好基礎[21]。二是采用了寬行窄株技術,能改善水稻群體中下部的受光條件,達到充分利用光能的目的；能提高行間CO2濃度,降低株間濕度[7]；寬行窄株為增大穗肥施用比例創造了必要的條件,能增強稻株的氮素同化能力,平衡碳氮代謝；能既促進分蘗成穗和大穗形成,又抑制莖葉生長，減輕病害，增強抗倒能力；還能促進中后期根系生長,延緩葉片衰老,提高抽穗結實期群體的光合積累量，提高結實率和粒重的綜合作用。三是氮肥后移,將部分氮肥從分蘗期施用移至幼穗分化期施用。這樣更符合高產水稻的吸肥規律(苗期吸收肥料少,返青到分蘗期吸收肥料最多,幼穗分化期次之,抽穗后需肥很少),可以促進稻株對氮素的吸收和利用[22]。農民施肥時習慣于將氮肥集中在水稻生育前期施用,通常在分蘗前期施入所有氮肥；這種施肥方法顯然與水稻對肥料的生理需求不一致。雖然水稻前期生長較好,但后期生長不足,較易形成大量的無效分蘗,影響后期的分蘗成穗，導致氮素等資源的浪費。而采用氮肥后移,在水稻幼穗分化期施用氮肥保證了水稻中后期養分的供給[23],延緩了葉片衰老,延長了葉片的有效功能期,為抽穗到成熟期增加了光合物質積累,同時也為水稻籽粒灌漿充實期的物質合成與供應提供了保證,最終實現了穗部性狀的優化。四是采用間歇灌溉在水稻生育前期能促使根系發達,蹲苗穩長,增強抗倒伏和抗病蟲害能力；在生育后期采用干干濕濕的水分管理方式,以氣養根,可以保證水稻活稈成熟，創造大氣向土壤直接供氧的條件,起到提高根系活力、增強養分吸收和減緩衰老的作用[24-25]；在80%夠苗時曬田,可以有效地減少無效分蘗的發生,使高峰苗數控制在理想穗數的1.4～1.5倍,保證群體協調生長發育,達到既有群體規模又有群體質量的目的,從而提高成穗率,促進更多的光合物質向籽粒轉化[21]。