施用冬闲杂草对免耕水稻产量及生长特性的影响

康玉灵 赵春容 陈鸽,2 陈佳娜 曹放波 曹威 黄敏*

（1 作物生理与分子生物学教育部重点实验室/湖南农业大学农学院，长沙 410128；2 岳阳市农业科学研究院，湖南 岳阳 414022；3 浏阳市永安镇农业农村综合服务中心，湖南 浏阳 410323；*通信作者）

湖南是个多熟制地区，水稻-油菜、水稻-水稻、水稻-绿肥等多种种植模式长期并存。近年来，湖南省可开发利用的冬闲田面积约106 万hm2，其中仅有不到一半的稻田在冬种[1]，如何合理开发利用冬闲田成为难题。近年来，各级政府大力推广在冬闲田种植绿肥，但由于农村青壮年劳动力向城市转移，人工成本增加，绿肥缺少管理，产量较低，农民种植绿肥的积极性不高，目前湖南绿肥种植面积仅30 万hm2左右[2-3]。

冬闲杂草是指生长在冬闲田中非栽培的野生植物，湖南省的冬闲杂草种类主要以看麦娘为主。有研究表明，冬闲杂草（以看麦娘为主）的生物量十分丰富，并且通过免耕栽培可显著增加冬闲杂草的密度和生物量。在免耕条件下冬闲期杂草地上部生物量达到3 370~5 200 kg/hm2，比翻耕栽培条件下平均高80%左右[4]。随着免耕年限的延长，杂草发生量随之增加[5]。与绿肥相比，冬闲杂草有适应力强、繁殖力强、生物量丰富、人力物力投入少等优势[6]。前人对冬闲杂草施用的研究较少。因此，本研究在不同氮肥水平探究以看麦娘为主的冬闲杂草腐解对免耕水稻产量、产量构成、分蘖成穗、干物质生产与分配、叶片光合特性、辐射利用率、叶茎鞘氮转运能力等的影响，以为冬闲杂草在水稻高产高效生产中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

于2022 年在湖南省浏阳市永安镇坪头村（28°09′N，113°37′E）进行试验。以Y 两优1 号为供试水稻品种，以稻田冬闲期间自然生长的主要冬闲杂草看麦娘为供试杂草（从附近稻田冬闲期杂草生长均匀的田块收割获得）。试验前土壤基础理化性状：pH 值5.67，有机质31.33 g/kg，全氮1.55 g/kg，全磷0.68 g/kg，全钾9.45 g/kg，碱解氮135.60 mg/kg，有效磷19.41 mg/kg，速效钾146.67 mg/kg。

1.2 试验设计

采用随机区组设计，设施草量和施氮量2 个因子。杂草施用量（折合干物质量）设2 个水平：0（W0）和5 000 kg/hm2(W1）。施氮量设3 个水平：0 kg/hm2（N0，不施氮）、150 kg/hm2（N150，低氮）和225 kg/hm2（N225，高氮）。3 次重复，共计18 个小区，每个小区面积40 m2。冬闲期间稻田水分自然排干，并用黑色薄膜双层覆盖以防杂草生长，之后不再进行翻耕整地，所有田间农事均在免耕下进行。于移栽开始前14 d 灌水泡田，每个小区之间筑20~30 cm 宽土埂并用塑料农膜包埂，保证各小区单灌单排。于移栽前7 d 将供试杂草均匀撒施于小区表面，使其自然腐解。采用湿润育秧，5 月6 日播种，5 月31 日人工移栽，移栽株行距20 cm × 20 cm，每丛2 株苗。氮肥按基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶2∶3 的比例施用。所有小区磷肥和钾肥用量一致。磷肥（P2O5）75 kg/hm2，全部作基肥；钾肥（K2O）150 kg/hm2，按基肥∶穗肥=5∶5 的比例施用。水稻生育期间田间始终有水，收获前5 d 断水。其他大田管理按当地高产栽培要求进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 分蘖动态

于移栽后第2 d 在各小区标记长势一致的水稻10株，从第10 d 起，每隔5 d 调查1 次分蘖数，直至抽穗期。

1.3.2 干物质量和叶面积指数

于幼穗分化期、抽穗期和成熟期在每小区取代表性植株10 丛。将水稻绿色叶片全部摘下，用LI-3000C便携式叶面积仪（美国）测定叶面积；然后将植株地上部各部分放入烘箱，于105 ℃杀青30 min，再于70 ℃烘干至恒质量后测定干物质量。

1.3.3 辐射利用率

在幼穗分化期、抽穗期、成熟期，选择晴天、少云、无风的中午（11∶00—13∶00），采用Sunscan 冠层分析仪（英国Delta 公司）测定各个小区离地10 cm 以上的冠层透光率，行和株方向各测定2 次。辐射截获率=100×（入射辐射量-冠层下方辐射量）/入射辐射量，将4 次辐射截获率的平均值作为该小区的辐射截获率。各个时期截获的辐射量=1/2×（前1 个时期的辐射截获率+后1 个时期的辐射截获率）×该时期的入射辐射量；辐射利用率=总的干物质量/各个时期截获辐射量的总和。

1.3.4 光合指标

SPAD 值：在各小区挂牌标记长势一致的5 株水稻，于抽穗期、抽穗后15 d 和抽穗后30 d，用MultispeQ多功能植物测量仪（美国）测量SPAD 值，测量部位为水稻主茎剑叶的中间部位。

净光合速率：于抽穗期、抽穗后15 d 和抽穗后30 d的晴天上午（9∶00—11∶00）用Li-6400 光合仪（美国）进行测定，光照强度设为1 200 lx。各小区分别选取3 株主茎剑叶测定。

1.3.5 产量及产量构成因子

于成熟期收获每小区中心5 m2水稻用于产量测定，折算为13.5%含水量后记为实际产量。同时每小区按对角线法取样10 丛调查单位面积有效穗数后进行人工脱粒，用水选法区分实粒和空秕粒并全部计数，实粒、空秕粒在70 ℃下烘至恒质量后称重，计算每穗总粒数、结实率和千粒重。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2007 处理数据，用Statistix 软件进行数据分析，用LSD 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 对水稻产量及产量构成因子的影响

由表1 可知，在N0 和N150 水平下，与W0 处理相比，W1 处理分别提高水稻产量28.8%和4.2%，其中N0水平下两者差异显著；N225 水平下，W1 处理降低水稻产量5.9%，但差异不显著。从产量构成上看，N0 和N150 水平下，W1 处理的千粒重较W0 处理分别显著提高4.8%和3.4%，有效穗数、每穗粒数以及总颖花量分别提高14.3%、6.2%、21.7%和1.4%、4.4%、5.2%，而结实率则分别下降0.9%和0.2%；N225 水平下，W1 处理千粒重较W0 处理显著提高3.4%，有效穗数提高7.2%，每穗粒数、总颖花量和结实率则分别下降9.9%、3.5%和1.6%。

表1 冬闲杂草施用对免耕水稻产量及产量构成的影响

2.2 对水稻分蘖动态以及分蘖成穗的影响

由图1 可知，在不同氮肥水平下，水稻茎蘖数随移栽时间的延长呈先增加后减少的趋势。移栽25 d 内，W1 处理的水稻茎蘖数一直低于W0 处理；移栽25~30 d以后，W1 处理的水稻茎蘖数赶上并超过W0 处理，后逐渐拉开差距，后期二者的分蘖数都在减少，最终表现为W1 处理高于W0 处理。

图1 施用冬闲杂草对免耕水稻分蘖动态的影响

由表2 可知，施用冬闲杂草均提高了不同氮肥水平下水稻最高茎蘖数，且差异都达到显著水平，但也均降低了水稻的成穗率，其中N150 水平下差异显著。

表2 施用冬闲杂草对免耕水稻分蘖成穗的影响

2.3 对水稻干物质积累和收获指数的影响

由表3 可知，在不同氮肥水平下，施用冬闲杂草均降低了水稻移栽至幼穗分化期的干物质积累量（其中N150 水平下差异显著），但提高了幼穗分化至抽穗期和抽穗至成熟期干物质积累量。从各生育阶段干物质分配比例上看，不同氮肥水平的水稻干物质分配比例均在移栽期至幼穗分化期最低，幼穗分化至抽穗期最高。N0 水平下，W1 处理在移栽至幼穗分化期干物质分配比例低于W0 处理，其他时期则高于W0 处理；N150水平下，W1 处理在幼穗分化至抽穗期的干物质分配比例高于W0 处理，其他时期则低于W0 处理；N225 水平下，W1 处理在抽穗至成熟期的干物质分配比例高于W0 处理，其他时期则低于W0 处理。N0 和N150 水平下，W1 处理提高了水稻收获指数，而在N225 水平则降低了水稻收获指数，且与W0 处理差异显著。

表3 施用冬闲杂草对免耕水稻干物质积累量和收获指数的影响

2.4 对水稻叶面积指数的影响

由图2 可知，随着生育进程的推进，水稻叶面积指数在逐渐增加。N0 水平下，W1 处理的叶面积指数在幼穗分化期和抽穗期均高于W0 处理；N150 和N225 水平下，W1 处理的叶面积指数在幼穗分化期低于W0 处理，在抽穗期高于W0 处理。

图2 施用冬闲杂草对免耕水稻不同生育时期叶面积指数的影响

2.5 对水稻辐射利用率的影响

由表4 可知，W1 处理提高了不同氮肥水平下水稻的总辐射利用率，在N0、N150 和N225 水平下分别比W0 处理提高0.7%、7.0%和9.3%，但差异不显著。进一步分析各生育阶段可知，不同氮肥水平下，W1 处理的辐射利用率在移栽期至幼穗分化期均低于W0 处理（N0 水平下达到显著差异），在幼穗分化至抽穗期和抽穗至成熟期均高于W0 处理。

表4 施用冬闲杂草对免耕水稻辐射利用率的影响

2.6 对水稻抽穗后净光合速率和SPAD 值的影响

由图3、图4 可知，水稻抽穗后的净光合速率和SPAD 值随生育进程的推进而逐渐下降，且越到生育后期降得越快。相比W0 处理，W1 处理提高了不同氮肥水平下水稻抽穗后的净光合速率和SPAD 值（抽穗后30 d W1N0 的SPAD 值除外）。

图3 施用冬闲杂草对免耕水稻抽穗后净光合速率的影响

图4 施用冬闲杂草对免耕水稻抽穗后SPAD 值的影响

2.7 对水稻叶茎鞘转运能力的影响

由表5 可知，在N0 和N150 水平下，相比W0 处理，W1 处理大幅提高了水稻的叶茎鞘氮素转运量、叶茎鞘氮素表观转运率、叶茎鞘氮素贡献率，其中N0 水平的叶茎鞘氮素表观转运率达到显著水平；在N225 水平下，W1 处理则降低了水稻叶茎鞘氮素转运量、叶茎鞘氮素表观转运率和叶茎鞘氮素贡献率，但差异不显著。

表5 施用冬闲杂草对免耕水稻叶茎鞘转运能力的影响

3 结论与讨论

众多研究表明，绿肥还田有利于提高水稻产量[7-9]，但鲜有研究施用冬闲杂草对水稻产量影响的报道。本研究表明，在低氮水平下施用冬闲杂草有利于提高水稻产量，在高氮水平下施用冬闲杂草则导致水稻产量下降。原因可能是冬闲杂草（以看麦娘为主）的含氮量为16.26 g/kg，本试验条件下冬闲杂草的施用量相当于施入81.3 kg/hm2的氮肥，低氮水平下，冬闲杂草的含氮量与施入的氮肥用量相加仍低于水稻最高可吸收的氮肥用量，故可提高水稻产量；高氮水平下，冬闲杂草与氮肥的总含氮量为306.3 kg/hm2，已超出水稻最高可吸收的氮肥用量，造成水稻贪青晚熟，反而降低水稻产量。在产量构成因子方面，本研究表明，不同氮肥水平下施用冬闲杂草均显著提高水稻千粒重，增加了单位面积有效穗数，但降低了结实率。在低氮水平下施用冬闲杂草提高了水稻每穗粒数和总颖花数，在高氮水平下则相反。其原因是低氮水平下，施用冬闲杂草促进了水稻生长发育，形成足够多的颖花数，增加了库容量[10]，在高氮水平下，由于施氮量过多，促使水稻前期无效分蘖增多，营养物质无法及时供给生殖生长，降低了总颖花量和成穗率，减少了库容量。

与不施用冬闲杂草处理相比，施用冬闲杂草显著降低水稻幼穗分化期的干物质积累量，大幅度提高幼穗分化期以后的干物质积累量。这可能是因为前期杂草腐解为微生物提供充足的氮源、碳源以及养分，促进微生物活动和繁殖[11]，微生物活动和水稻生长形成竞争关系，抑制水稻分蘖的形成，从而降低了叶面积指数，造成较大的漏光损失，降低了水稻辐射利用率，因而干物质生产量少；杂草腐解后期，微生物活动减弱，杂草养分被大量释放，促进水稻生长发育，提高了茎蘖数，有利于叶面积指数的提高，漏光少，辐射利用率较高，干物质生产量多。光合作用是反映作物生长发育和产量形成的关键性指标，反映光合作用优劣的一个重要参数是净光合速率，净光合速率在一定范围内与叶绿素含量呈正相关关系[12-13]。保持水稻抽穗后高光合能力是高产的重要策略[14]。本研究表明，与不施用冬闲杂草相比，施用冬闲杂草能提高水稻抽穗后的相对叶绿素含量和净光合速率，极大程度上延缓了抽穗后水稻的相对叶绿素含量和净光合速率下降速率，保证了源的充足，增加了植株干物质积累量，进而提高水稻产量。

绿肥还田会影响作物的收获指数[15-16]。赵娜等[15]认为，绿肥还田有利于收获指数的提高。宁晓光等[16]发现，多数绿肥品种还田能提高作物的收获指数，少量绿肥品种（黑麦、毛苕等）则会降低作物的收获指数。本研究发现，在低氮水平内，施用冬闲杂草有利于提高水稻的收获指数，若在高氮水平下，会降低收获指数。这与王寅等[17]的研究结果相似。主要原因是低氮水平下，施用冬闲杂草提高了水稻叶茎鞘氮素转运量、叶茎鞘氮素表观转运率和叶茎鞘氮素贡献率，促进水稻对氮素的吸收，而在高氮水平下，施用冬闲杂草会导致水稻营养生长过盛，不利于营养物质从营养器官向生殖器官转运，降低水稻叶茎鞘氮素转运量、叶茎鞘氮素表观转运率和叶茎鞘氮素贡献率，造成水稻贪青晚熟，进而引起水稻减产。