淮北地区麦茬钵苗机插水稻的增产优势及其形成特征

周兴根， 张洪程， 常 勇， 孙克新， 黄忠勤， 丁震乾， 王 波

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所，江苏 徐州 221131;2.扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心/江苏省作物遗传生理重点实验室，江苏 扬州 225009)

随着农村经济的发展和产业结构的调整，水稻种植方式已由单一的传统手栽为主发展为手栽、抛秧、机插、直播等多种方式并存的新局面。特别是近几年来，大量农村青壮年劳动人口进入城市，农村劳动力大幅度减少，且严重老龄化、妇女化，使得能够减少劳动力用量与减轻劳动强度的简化水稻种植成为现代稻作普遍关注的焦点和社会发展的迫切需求。国内外学者就水稻不同种植方式进行了大量的研究［1-12］，主要集中在手栽、抛秧、毯苗机插和直播。然而，手栽稻虽然产量高、稳定性好、抗逆防灾优势明显，但这种种植方式费时费工，劳动生产率低［13-14］;毯苗机插稻虽然可以克服手栽稻的不足，具有省工、高效等优点［15-16］，但是其对秧龄控制严格，易形成超龄弱秧，且植伤重，全生育期短［17］;无序抛秧也存在群体质量差，进而无法充分利用温光［18-19］;直播的风险性更大，生育期过度推迟、穗期低温影响结实，稳产性差等［20-21］，尤其是江苏淮北地区麦稻两熟制全年热量十分紧张，麦茬直播稻产量不高不稳定性较为突出，同时由于直播稻过度推迟成熟，严重阻碍了后作小麦的适期播种，增加了小麦优质高产的难度［22］。因此，寻找更加适应中国发展的新型机械化栽培方式与技术，成为中国稻麦等大宗作物生产上必须解决的重大问题。水稻钵苗机插，通过采用水稻钵苗插秧机将钵育壮秧按照一定的行距和株距均匀地、无植伤地移植于大田，是实现钵育壮秧机械化精确定量栽植的重要途径之一。经日本及中国黑龙江垦区的实践，已在局部地区初步证实了它的生产优势。仙北谷康立足于日本北海道地区，研究得出钵苗机插秧苗素质好、产量高［23］;邴延忠等研究结果表明，钵苗机插可比普通机插稻增产5%［24］;孙德超等通过试验得出钵苗机插植伤轻，可增产10%［25］。由于受设备条件及应用地域的限制，中国对水稻钵苗机插技术的研究应用还局限于黑龙江垦区等少数地区，而在全国大多数水稻主产区，还处于空白。本研究针对上述江苏淮北地区存在的突出问题，探索麦茬水稻钵苗机插技术在该地区的生产力，并阐明其形成特点，为钵苗机插在该地区的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.1.1 试验地点 试验于2012年在连云港市东海县平明镇进行。前茬为小麦，土质为砂姜黑土，试验移栽大田0～20 cm土层内土壤有机质17.86 g/kg，全氮0.92 g/kg，速效磷 31.6 mg/kg，速效钾 43.8 mg/kg。

1.1.2 试验品种 杂交粳稻:2640、1640;常规粳稻:连粳7号、徐稻3号。

1.1.3 试验播栽期 钵苗机插稻于2012年5月23日播种;毯苗机插稻于2012年6月2日播种;直播稻于2012年6月17日播种。钵苗机插、毯苗机插秧同日栽插。

1.1.4 育秧标准与栽插规格 钵苗机插移栽叶龄为5.3，栽插行株距33 cm×12 cm，常规粳稻每穴3苗，杂交粳稻每穴2苗，基本苗分别为1 hm27.65×105株和5.10×105株;毯苗机插移栽叶龄为3.1，栽插行株距30.0 cm×13.3 cm，常规粳稻每穴3苗，杂交粳稻每穴2苗，基本苗分别为1 hm27.65×105株和5.10×105株;直播采用穴播，行株距30.0 cm×11.1 cm，出苗后通过匀苗定苗，常规粳稻每穴3苗，杂交粳稻每穴2本苗，基本苗分别为1 hm29.00×105株和6.00×105株。水稻栽培规格与密度均按最佳优化指标实施。

1.1.5 小区设置与田间管理 试验采取裂区设计，种植方式为主区，品种为裂区。不同种植方式间用塑料薄膜包埂隔离，保证可以进行单独肥水管理。小区面积25 m2，重复3次。

总施纯氮量300 kg/hm2，对于基肥∶分蘖肥∶穗肥之比，钵苗机插为3∶2∶5，分蘖肥于移栽后7 d一次性施用，穗肥于倒四叶期和倒二叶期分2次施用;毯苗机插为2∶4∶4，分蘖肥于栽后7 d和15 d分2次施用，穗肥于倒四叶期和倒三叶期分2次施用;直播为2∶4∶4，分蘖肥于3叶1心期施用，穗肥在叶龄余数3.5～3.0和1.5～1.0时分2次施用。氮∶磷∶钾比例为1.0∶0.5∶0.5，磷肥一次性基施，钾肥分别于耕翻前、拔节期等量施入。

水分管理及病虫草害防治等相关的栽培措施均按照各自的高产栽培要求实施。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 秧苗素质 在移栽前一天，即2012年6月16日，钵苗机插秧、毯苗机插秧各取秧苗30株，测定苗高、绿叶数、叶长、叶宽、百株干质量以及发根力。

1.2.2 关键生育时期 记录关键生育时期的日期。

1.2.3 产量及其构成因子 每小区普查40穴计算有效穗数，取5穴测量每穗粒数、结实率、千粒质量。成熟期各小区实收，脱粒、晒干、扬净、计实际产量。

1.2.4 干物质和叶面积 分别于拔节期、孕穗期、抽穗期、成熟期，按每小区茎蘖数的平均数取代表性植株5穴，分叶、茎、鞘、穗4部分(拔节期仅分为叶和茎鞘)，105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒质量，测定各部分干质量，并采用比重法测定叶面积。

1.2.5 气象资料获取 生育期间逐日气温和日照时数等当年气象资料取自试验点所在地市(县)气象站。

1.3 数据分析方法

使用Microsoft Excel 2003录入和作图，用DPS进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同栽培方式对水稻产量及其构成因素的影响

由表1可知，无论是杂交粳稻还是常规粳稻产量上均表现出钵苗机插＞毯苗机插＞直播，且处理间均达到极显著差异。杂交粳稻钵苗机插实际产量比毯苗机插、直播分别高出10.2%和23.4%，常规粳稻钵苗机插产量比毯苗机插、直播分别高出5.6%和19.3%。在钵苗机插、毯苗机插和直播3种不同的栽培方式下，杂交粳稻的产量比常规粳稻分别高8.6%、4.1% 和3.7%。由此可以得出，无论是杂交粳稻还是常规粳稻钵苗机插比毯苗机插和直播的产量优势均较为明显。而在不同的栽培方式下，杂交粳稻在钵苗机插条件下的增产优势更为明显。

对产量构成因素分析可知(表1)，1 hm2穗数无论是杂交粳稻还是常规粳稻都表现出钵苗机插＜毯苗机插＜直播，且处理间均达到极显著差异;在同一种栽培方式下，杂交粳稻1 hm2穗数均极显著低于常规粳稻。每穗粒数表现出与单位面积穗数相反的趋势。结实率和千粒质量在不同栽培方式之间表现出与每穗粒数同样的趋势，而在同一种栽培方式下杂交粳稻与常规粳稻表现出与每穗粒数相反的趋势。

表1 不同栽培方式对水稻产量及其构成因素的影响Table 1 Effect of different cultivation modes on yield and yield components of rice

2.2 不同栽培方式对水稻秧苗素质的影响

毯苗机插秧苗是在标准化秧盘的密生生态条件下培育的小苗，秧龄短，不能培育带蘖壮秧，控制了秧苗的正常生长，而钵苗机插秧秧龄长，可培育带蘖壮秧。秧苗素质包括移栽叶龄、秧苗苗高和苗粗、秧苗单株绿叶数、发根力和百株秧苗干质量。

毯苗机插与钵苗机插的秧苗素质间差异很大(表2)。由表2可知，毯苗机插秧苗15 d秧龄，叶龄3.0～3.2，钵苗机插秧苗25 d秧龄，叶龄5.1～5.3，毯苗机插秧叶龄要极显著小于钵苗机插秧叶龄，而同一育秧方式下常规粳稻和杂交粳稻间差异不显著。钵苗机插秧苗的苗高极显著高于毯苗机插秧苗高，且同一育秧方式下杂交粳稻的苗高也极显著高于常规粳稻。毯苗机插秧苗的苗粗杂交粳稻和常规粳稻之间没有表现出差异性，而钵苗机插秧苗的苗粗与苗高表现出相似的规律。单株带蘖数和单株绿叶数表现出与叶龄同样的规律。钵苗机插秧单株发根力极显著多于毯苗机插秧，在同一育秧方式下杂交粳稻发根力显著多于常规粳稻。100株干质量表现出与苗高同样的规律。

表2 不同栽培方式对水稻秧苗素质的影响Table 2 Effect of different cultivation modes on rice seedling quality

2.3 不同栽培方式对水稻群体叶面积指数的影响

水稻籽粒灌浆物质来源于叶片的光合物质和抽穗前茎鞘贮存物质，其中叶片的光合物质是主要来源。可见，合理的叶面积动态是水稻高产获得的重要保证。由表3可知，在各生育期叶面积指数均表现出钵苗机插＞毯苗机插＞直播的趋势，而在水稻拔节期，不同栽培方式水稻的叶面积指数没有明显差异;拔节以后，叶面积指数钵苗机插稻显著高于毯苗机插稻，毯苗机插稻又显著高于直播稻，不同种植方式都在孕穗期达到最大值，之后开始下降，同一品种不同栽培方式间钵苗机插稻叶面积指数下降最慢，毯苗机插稻次之，直播稻下降最快，到成熟期叶面积指数钵苗机插稻＞机插稻＞直播稻，说明钵苗机插稻后期具有较高的叶面积指数，有利于提高结实率和千粒质量。同一栽培方式条件下，成熟期叶面积指数杂交粳稻＞常规粳稻，说明杂交粳稻比常规粳稻更容易高产。

2.4 不同栽培方式对水稻主要生育期单茎干质量和群体干质量的影响

由表4可知，不同种栽培方式水稻主要生育期单茎干质量和群体干质量存在明显差异。从单茎干质量的变化看，拔节期、孕穗期、抽穗期和成熟期所有水稻品种都是钵苗机插稻＞毯苗机插稻＞直播稻，且不同栽培方式间的差异均达到极显著水平。从群体干质量的变化看，拔节期不同栽培方式间差异均没达到显著水平;孕穗期以后，所有品种都是钵苗机插稻＞毯苗机插稻＞直播稻，不同栽培方式间的差异均达到极显著水平。同一栽培方式条件下，成熟期单茎干质量和群体干质量杂交粳稻＞常规粳稻，说明杂交粳稻的高产优势更加明显。

表3 不同栽培方式对水稻叶面积指数的影响Table 3 Effect of different cultivation modes on rice leaf area index

表4 不同栽培方式对水稻主要生育期单茎干质量和群体干质量的影响Table 4 Effect of different cultivation modes on rice dry matter weight of individual stem and population at each growth stage

2.5 不同栽培方式对水稻主要生育阶段群体干物质积累量及其比例的影响

不同栽培方式水稻群体干物质阶段积累量存在明显差异(表5)。播种期至拔节期，不同种植方式间群体干物质积累量基本相当，杂交粳稻和常规粳稻平均分别为 4.19 t/hm2、4.12 t/hm2、4.16 t/hm2和 3.86 t/hm2、3.81 t/hm2、3.82 t/hm2，但此阶段的干物质积累量占成熟期总干物质积累量的比例均表现为钵苗机插稻＜机插稻＜直播稻;拔节期至抽穗期，不同栽培方式间群体干物质积累量存在极显著差异，都表现为钵苗机插稻＞毯苗机插稻＞直播稻，杂交粳稻钵苗机插较毯苗机插和直播平均高5.44%和11.68%，常规粳稻钵苗机插较毯苗机插和直播平均高6.43%和14.29%，此阶段的干物质积累量占总干物质积累量的比例不同种植方式间差异不大;抽穗期至成熟期，不同种植方式间干物质积累量亦存在极显著差异，都表现为钵苗机插稻＞毯苗机插稻＞直播稻，且此阶段是不同栽培方式间物质积累量差异最大的时期，杂交粳稻钵苗机插较毯苗机插和直播平均高9.60%和26.69%，常规粳稻钵苗机插较毯苗机插和直播平均高11.59%和30.56%;此阶段的干物质积累量占总干物质积累量的比例均表现为手栽稻＞机插稻＞直播稻。

表5 不同栽培方式对水稻主要生育阶段群体干物质积累量及其比例的影响Table 5 Effect of different cultivation modes on rice dry matter accumulation and its percentage at each growth stage

2.6 不同栽培方式对水稻生育期的影响

根据前茬小麦的收获时间与生产上的常规秧龄确定播期，以保证同时期移栽。钵苗机插秧于2012年5月23日播种，毯苗机插秧于2012年6月2日播种，不同栽培方式2012年6月17日同日移栽。由表6可知，毯苗机插秧苗期比钵苗机插秧缩短10 d，直播不存在苗期。与钵苗机插相比，毯苗机插和直播各关键生育期均有所推迟，但成熟期仅分别推迟1～2 d和3～5 d，全生育期分别缩短8～10 d和20～22 d，不同品种间无论是常规粳稻还是杂交粳稻均表现出同样的规律。

进一步分析表7可知，毯苗机插与直播相比于钵苗机插全生育期的缩短，主要表现在营养生长期(播种期-拔节期)，杂交粳稻毯苗机插比钵苗机插少5.0 d，直播比钵苗机插少12.0 d，分别占总缩短天数的62.5%和58.5%，常规粳稻毯苗机插比钵苗机插少6.0 d，直播比钵苗机插少16 d，分别占总缩短天数的63.2%和74.4%;拔节期-抽穗期，杂交粳稻毯苗机插比钵苗机插少2.0 d，直播比钵苗机插少4.0 d，分别占总缩短天数的25.0%和19.5%，常规粳稻毯苗机插比钵苗机插少1.5 d，直播比钵苗机插少2.5 d，分别占总缩短天数的15.8%和11.6%;抽穗至成熟，杂交粳稻毯苗机插比钵苗机插少1.0 d，直播比钵苗机插少4.5 d，分别占总缩短天数的12.5%和22.0%，常规粳稻毯苗机插比钵苗机插少2.0 d，直播比钵苗机插少3.0 d，分别占总缩短天数的21.1%和14.0%。所以，毯苗机插和直播全生育期的缩短主要是因为播种至拔节这个阶段天数大大减少。

表6 不同栽培方式对水稻生育期的影响Table 6 Effect of different cultivation modes on rice growth periods

表7 不同栽培方式对水稻主要生育阶段天数的影响Table 7 Effect of different cultivation modes on the duration of growth stages of rice

2.7 不同栽培方式对水稻生育期间积温和光照时数的影响

由表8分析可知，钵苗机插、毯苗机插与直播由于生育进程不同，对温光资源的利用表现出较大的差异。无论是杂交粳稻还是常规粳稻全生育期积温和光照时数均表现出直播＜毯苗机插＜钵苗机插，且不同栽培方式之间的差异都达到极显著水平。相比较于钵苗机插，杂交粳稻毯苗机插全生育期积温和光照时数平均分别低5.1%和8.3%，常规粳稻分别低5.5%和9.9%;杂交粳稻直播较钵苗机插平均分别低14.3%和20.9%，常规粳稻平均分别低14.4%和21.4%。全生育期积温和光照时数的差异主要源于水稻拔节之前营养生长期和抽穗到成熟生殖生长期对温光资源利用效率的高低明显不同，不同栽培方式间差异都达到极显著水平，而拔节至抽穗期不同栽培方式水稻对温光资源的利用基本相当，并无明显的差异。

以钵苗机插对各生育阶段积温和光照时数的利用率为100%计算，对不同栽培方式水稻生育期间积温和光照时数的利用率进行了分析。由表9可知，与钵苗机插相比，毯苗机插和直播都未能充分利用当地水稻生长季的有效温光资源，毯苗机插对全生育期积温和光照时数的利用率分别为94.4%～94.9%和90.1%～91.8%，直播只有85.4%～85.9%和78.0% ～79.3%。

表8 不同栽培方式对水稻生育期间积温和光照时数的影响Table 8 Effect of different cultivation modes on accumulated temperature and illumination hours of rice during growth

表9 不同栽培方式对水稻生育期间积温和光照时数的利用率Table 9 Utilization efficiency of accumulated temperature and illumination hours of rice affected by cultivation modes during growth

3 讨论

3.1 钵苗机插水稻增产机理

钵苗机插秧龄25 d，5叶1心移栽，毯苗机插秧龄15 d，3叶1心移栽。与毯苗机插相比，钵苗机插播种量少［26］，所以在密生生态条件下培育的毯苗机插秧苗与在钵盘条件下培育的中苗壮秧的秧苗素质差异很大。钵苗机插秧苗的苗粗、绿叶数、发根力、100株干质量均显著优于毯苗机插秧苗。毯苗机插秧龄较小，容易形成超龄弱秧，且机械移栽时植伤较重，全生育期缩短，导致水稻不能够充分利用温光资源，直接影响了水稻的群体生产潜力。而钵苗机插秧龄弹性大，可比毯苗机插秧龄长10 d左右，能够很好的克服由于超秧龄造成的秧苗素质下降的问题，同时充分利用了温光资源为将来高产奠定了良好的基础。钵苗机插秧苗为中苗壮秧，移栽时具有伤秧和伤根少、漏插率低、插植均匀等特点，且具有返青快、低节位有效分蘖多、成熟时穗型整齐、成熟度好(生长期相对延长)等生物学优势，增产效果明显［27］。

研究结果表明，在正常抽穗成熟的条件下，水稻品种产量水平一般随生育期的延长呈增加的趋势［28］。生育期作为水稻品种的遗传属性，主要由自身的感温性、感光性、基本营养生长性决定［29］，也受播栽期［30-31］、种植方式［6，8］及生态环境条件［32-35］等因素的影响。不同种植方式水稻，播栽期不同，所处的温光等环境条件各异，且各种植方式水稻又有自身的生长发育特征，因此其生育期长短及生育进程呈规律性变化。本研究结果表明，与钵苗机插相比，毯苗机插和直播各生育进程均有延迟，全生育期缩短。所以，从产量随生育期延长增加来看，不同种植方式水稻由于生育期长短不同，其产量水平是存在差异的。杂交粳稻钵苗机插产量比毯苗机插、直播分别高出10.2%和23.4%，常规粳稻钵苗机插产量比毯苗机插、直播分别高出5.6%和19.3%。在钵苗机插、毯苗机插和直播3种不同的栽培方式下，杂交粳稻的产量比常规粳稻分别高8.6%、4.1% 和3.7%。

毯苗机插水稻和直播稻由于根系分布浅，生产中存在着如果灌浆结实期遭遇台风暴雨等不利气象状况，植株倒伏风险大，稳产性差的问题;特别是直播稻，还存在着秧苗全苗匀苗技术难度大、杂草杂稻为害严重等诸多弊端，而且在苏北还可能因品种生育期长或播种太迟，抽穗期偏迟，导致开花授精及灌浆结实温度偏低，不能正常成熟或虽能成熟但结实率和千粒质量明显下降，产量较钵苗机插水稻大大降低，严重制约水稻品种产量潜力的发挥，并对下茬作物产生不利影响。而钵苗机插水稻就可以较好的规避上述风险。

3.2 钵苗机插水稻栽培的适应性及高产技术途径

水稻钵苗机插是采用塑盘育成钵苗、机械钵栽的新型栽培方式，是水稻生产实现机械化的重要途径，更是水稻轻简栽培的重要选择。水稻钵苗机插具有以下优势:①秧龄长，有利于培育壮苗。钵苗秧龄长达30 d左右，有利于培育带蘖壮秧。解决了毯式育秧秧龄短 (15～20)d、弹性小 (2～3)d、苗龄难掌控的矛盾。②干质量大，充实度高。在寒地表现出抗逆能力强。③减轻让茬压力。钵盘育苗适宜秧龄达30 d以上，可减轻小麦迟熟让茬的压力。④钵苗机插无植伤，有利于活棵早发，有利于成熟度的提高。⑤大幅度降低用种量，培育了壮苗，为水稻高产优质群体的建立打好了基础。⑥大大减少了田间机插漏苗率，摆脱了繁重的补苗劳动和高额的补苗费用，不会因为补苗而延误农时，造成减产。

钵苗机插高产栽培技术的关键在于培育标准化壮秧，壮秧是育秧的核心，是早发、足穗、壮秆大穗的基础，高产栽培的第一个环节。钵育秧苗与毯状秧苗相比，虽然有上述优点，但是钵育秧苗在操作技术上要求比较严格。由于秧盘隔断秧苗大部分根系，根系不能扎入苗床土中，由此增加了育苗过程中的水分管理难度。特别是育苗后期，若遇到高温干燥天气，很容易造成秧苗缺水干旱，甚至晒死秧苗。另外，相比之下，播种操作难度较大。在移栽阶段也要注意秧钵入土深度，把好移栽关。水稻插秧过深会影响水稻分蘖;插秧过浅，特别是秧苗根扎不进土中也会增加浮根影响水稻正常生育，甚至导致倒伏。因此，大田的平整度就决定了移栽质量的好坏，所以钵苗机插对整地的要求也较高。

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