不同耕作和種植方式對稻田雜草及水稻產量的影響*

Rajender Singh Chhokar等著　禹盛苗譯

（1Resource Management Unit,Directorate of Wheat Research,Karnal,India；2中國水稻研究所，杭州310006）

不同耕作和種植方式對稻田雜草及水稻產量的影響*

Rajender Singh Chhokar1等著禹盛苗2譯

（1Resource Management Unit,Directorate of Wheat Research,Karnal,India；2中國水稻研究所，杭州310006）

采用田間試驗，研究了7種不同水稻耕作和種植方式［水田翻耕移栽（puddling transplanting,PT）、免耕移栽（no tillage transplanting,NTT）、水田翻耕滾筒濕播（puddling drum wet seeding,PDWS）、免耕滾筒濕播（no tillage drum wet seeding,NTDWS）、傳統耕作旱穴播（conventional tillage dry drilling,CTDD）、溝壟灌溉旱穴播（furrow irrigated raised beds system dry drilling,FIRBSDD）和免耕旱穴播（no-tillage dry-drilling,NTDD）對稻田雜草和水稻產量的影響。結果表明，PT處理下水稻產量最高，雜草干物質量最低；與移栽相比，直播（direct seeded rice,DSR），包括旱直播和濕直播，雜草生長能力最強，且不管有無雜草均降低了水稻產量；直播處理因雜草使水稻減產91.4%～99.0%,而PT和NTT處理分別減產16.0%和42.0%；香附子、龍爪茅、長穗莧、珠子草和假海馬齒等雜草種類在DSR處理中大量出現，但在PT處理中未出現。大田示范試驗結果表明，普通水稻品種（HKR-47和IR-64）在DSR處理較PT處理減產達15.8%，但優質水稻品種（Sharbati和PB-1）在兩處理間無明顯差異。當前勞動力緊缺，人工插秧需要大量勞力，因此亟需開發好氧栽培（如免耕直播和機插）模式下的適宜水稻品種及其相關配套農業機械及技術。

水稻；栽培方式；直播；移栽；翻耕；免耕；產量；雜草

水稻是印度的主要糧食作物，播種面積達4 250萬hm2，為印度人口提供29%的能量需求。世界范圍內，水稻養活了50%的世界人口，提供了19%的能量（IRRI,2014）。因此，維持和提高水稻產量對全球糧食安全至關重要。印度水稻生產主要采用水田翻耕移栽的方式。水田翻耕能有效降低水分滲透，維持稻田表面水層，控制雜草，促進水稻早期生長（Sharma和De Datta,1986），且稻田水層影響田間雜草的種類及密度（Kent和Johnson,2001；Kumar和Ladha,2011）。此外，稻田耕作方式也能通過影響土壤的物理性狀（如容重、穿透阻力、團聚體平均重量直徑和表面粗糙度）（Carman,1996）及種子在土壤中的垂直分布（Chauhan和Johnson,2009）等影響雜草生長。水田翻耕還有諸如中和土壤pH值、提高養分有效性（如磷、鉀、鈣、鎂、錳、鋅），促進有機質累積（Ponnamperuma,1972；Sahrawat, 2005）等優點。水田翻耕能提高土壤養分的有效性，其原因可能是減少了離子滲漏（如NH4+）（Aggarwal等，1995）。Singh和Bisoyi指出，水田翻耕配合施用藍綠藻和紅萍還能增加土壤的潛在生物固氮量，進而減少20～30 kg/hm2的施氮量（Singh和Bisoyi,1989）。

然而，水田翻耕也會產生諸如土壤退化、形成黏土層、甲烷釋放增多、黏土層亞硫酸鹽增加（Ponnamperuma,1972）、容重增大以及土壤板結等問題（Kirchhof等，2000）。水田翻耕和移栽需要消耗大量的水資源和人力（Kumar和Ladha,2011），翻耕期間消耗的水量占水稻整個生育期的25%。水田翻耕造成的土壤結構破壞和黏土層對輪作體系中后茬作物的產量具有負面影響，而后茬作物在整田過程中同樣消耗大量能量（Kumar和Ladha,2011；Fujisaka等，1994）。Fujisaka等（1994）對東亞地區稻-麥輪作體系的調查發現，稻-麥輪作體系中小麥產量較低。Singh等（2001）則指出，水田翻耕既有利于提高水稻產量，也能提高稻-麥輪作中小麥的產量，且節水作用顯著。Koenigs（1961）指出，通過干濕交替和適宜水分控制可以逐漸恢復水田翻耕導致的土壤結構退化。

當前，水稻手工插秧密度為18～22株/m2，而最優的栽培密度為33～35株/m2，密度過低是影響水稻高產的另一個重要因素。考慮到人工插秧費時、費力、水資源和勞動力緊缺等問題，亟需開發替代人工插秧的水稻新型栽培技術。水稻直播或者稻田免耕移栽是一項可替代水田翻耕移栽，解決當前人工插秧勞動力緊缺及工作繁重等問題的潛在栽培技術（Kumar和Ladha, 2011）。通常，在水田翻耕情況下，若移栽后發生短期的劇烈干旱，土壤會發生收縮、破裂，可能抑制水稻根系生長，但免耕稻田不會出現這種狀況（Mohanty等，2004）。水稻旱直播或免耕移栽還能通過減少整地投入而減少水稻生產成本，并有利于環境可持續性（Farooq等，2011）。Kumar和Ladha（2011）指出，與傳統耕作相比，免耕能通過提高滲漏和減少蒸發，進而起到保護水土流失的作用。為此，本文旨在評價當前不同耕作和種植方式對水稻生長的影響，并明確不同耕作種植模式下的雜草生長差異及其對水稻產量的影響。

1　材料與方法

耕作和種植方式試驗區域位于印度哈里亞納邦卡爾納爾小麥研究中心（29°43'N,76°58'E，海拔245 m），試驗于2004年和2006年季風季節進行，大田示范試驗區域位于哈里亞納邦卡爾納爾地區。土壤質地為細砂壤土，pH 8.2，有機碳0.41%，容重1.57 mg/m3。該地區養分水平為低氮（165 kg/hm2），中磷（15.7 kg/hm2），高鉀（15.7 kg/hm2）。具體操作步驟如下。

1.1水稻耕作和種植方式

本試驗采用7種耕作和種植方式，包括水田翻耕移栽（PT）、免耕移栽（NTT）、水田翻耕滾筒濕直播（PDWS）、免耕滾筒濕直播（NTDWS）、傳統耕作旱穴播（CTDD）、溝壟灌溉穴播（FIRBSDD）和免耕旱穴播（NTDD）。以耕作和種植方式為主處理，雜草處理方式（有雜草和無雜草）為副處理，采用裂區試驗設計，于2004年和2006年的季風季節實施。有雜草處理中雜草一直生長至水稻收獲；無雜草處理：直播處理的雜草通過人工拔掉，移栽處理中在移栽1～2 d后噴施1 250 g/hm2的丁草胺進行控制，殘留雜草每周人工拔除。每個處理3次重復，除FIRBSDD小區面積28 m2外，其余處理均為20 m2。CTDD和FIRBSDD處理，在稻田最適水分條件下采用耙1遍，平整1遍，旋耕2遍，再平整1遍的順序進行整地。PT和PDWS處理，在小區達到最適水分狀態時，先耙和旋耕1遍，灌10 cm水層，再用旋耕機和耕田機各翻耕2次。上述試驗采用早熟高產的普通水稻品種HKR47。直播試驗中，采用免耕播種施肥機按40～45 kg/hm2播種量進行播種（如NTDD和CTDD），FIRBSDD處理播種深度為2.0～2.5 cm。于6月第2～3周播種，播后立即灌水。FIRBSDD處理中，每列苗床播3列（溝間距70 cm，距苗床大約40 cm）。免耕播種（NTDD和CTDD）處理中播種行距20 cm。滾筒濕直播處理中，催芽種子以20 cm的行距用滾筒播種機播種。NTT處理移栽前2～3 d灌水2次以疏松土壤。移栽處理（NTT、PT）于秧齡30 d時進行移栽，行株距20 cm×15 cm。免耕處理中，在播種或移栽前3～4 d用 0.5%草甘膦進行預處理（350 L/hm2噴施），以控制雜草種子的萌發。

根據當地常規管理方式，按每hm2N 150 kg、P2O560 kg、K2O 40 kg和ZnSO425 kg進行施肥，灌6～7 cm水層。雜草干物質量根據播種或移栽后80～85 d后隨機取50 cm×50 cm面積的雜草生物量計算，水稻收獲后脫粒記錄產量。所有數據均用SAS 9.2軟件進行方差分析，不同處理間數據采用LSD法進行顯著性分析。

1.2旱直播和水田翻耕移栽大田試驗示范

試驗同時，分別在哈里亞納邦卡爾納爾地區8個不同的試驗點進行田間試驗示范，用于比較直播和水田翻耕移栽處理間水稻產量的差異。每個試驗點面積4 000 m2，其中的1 000～2 000 m2用于直播，其余的用于水田翻耕移栽。水稻供試品種為普通品種HKR47或IR64（n=8）和優質品種Sharbati或PB-1（n=3）。普通水稻品種較優質水稻品種具有較高的產量，但其稻米品質較差（如粒型和蒸煮品質等），優質品種水稻粒長、蒸煮品質和香味佳。直播處理分別于2005年和2006年6月初用施肥播種機按40～45 kg/hm2的播種量進行播種，行距20 cm，播種深度2.0～2.5 cm。播種結束后，立即灌水以保證種子的萌發，之后根據天氣狀況每隔3～5 d灌1次水保持土壤濕潤。水田翻耕移栽處理采用旋耕機進行翻耕，30 d秧齡時按30叢/m2進行移栽，移栽過程中，施1 250 g/hm2的丁草胺以控制雜草生長；直播處理于播后15 d施100 g/hm2的丁草胺，隨后在播后20～25 d追施2 kg/hm2甲酸乙酯和2 g/hm2（有效成分）甲磺隆以控制雜草，殘留雜草在播后30 d和45 d進行手工除草。各試驗點的數據進行平均，并采用t檢驗進行顯著性分析。

2　結果與分析

2.1不同耕作和種植方式對雜草和水稻產量的影響

不同水稻耕作和種植方式顯著影響各種雜草的生長（表1和表2）。與移栽處理（PT和NTT）相比，直播處理（PDWS、NTDWS、FIRBSDD、NTDD、CTDD）稻田雜草干物質量較高。各直播處理中，雜草干物質量在免耕干直播處理中顯著大于水田翻耕濕直播處理。與PT處理相比，NTT處理雜草干物質量較高。傳統PT處理中雜草干物質量達394 g/m2和194 g/m2，而2004年和2006年好氧直播處理（CTDD、NTDD和NTDWS）和FIRBSDD處理中雜草干物質量為589～951 g/m2和703～800g/m2。直播和免耕移栽處理中，由于缺少水層的阻滯，稻田滲透率較高，導致雜草迅速生長。直播處理中稻田早期需要進行頻繁的干濕交替，也會促進雜草的萌發和生長。相反，水田翻耕移栽和免耕移栽處理雜草生長顯著減少，這可能與早期植物的遮蔭以及移栽后飽和水分的物理阻滯有關。且稻田表層水顯著降低土壤氧含量，進而顯著影響雜草的萌發和生長。研究發現，灌水時間、灌水持續時間和水層深度顯著影響雜草密度和類型（Kent and Johnson,2001）。除水生雜草外，大部分雜草種子不能在淹水條件下萌發。因此，采用合適的栽培管理措施或施用除草劑以及維持稻田水層，可顯著提高除草劑的效率和雜草控制效果（Janiya和Johnson, 2005；Kent和Johnson,2001）。

表1　2004年不同耕作和種植方式對雜草生長的影響

表2　2006年不同耕作和種植方式對雜草生長的影響

與移栽處理相比，旱直播處理中雜草多樣性明顯增加。水田翻耕移栽處理中雜草如龍爪茅、珠子草和長穗莧等不能生長，表明其對水分抑制高度敏感。直播和水田翻耕移栽處理中稗草是其優勢雜草種類，千金子在免耕處理中最多，Chauhan和Johnson認為，這可能與免耕處理中土壤表面植被光合的刺激效應有關（Chauhan和Johnson,2008）。PT處理下千金子生物量最低，表明淹水不利于其生長。Azmi等（2005）發現，在馬來西亞地區當水稻種植方式從移栽變為直播后，千金子干物質量顯著增加。稻田淹水處理28 d后，千金子干物質量可減少72%～100%（Chauhan和Johnson, 2008）。Ali和Sankaran（1984）認為，不同種類雜草的生長和密度受水稻耕作種植方法影響較大。他們發現水田翻耕處理中，稗草、異型莎草、墨旱蓮、水莧菜等占很大比例，而光頭稗、碎米莎草是免耕處理的優勢物種。Hach等（2000）研究發現，灌水翻耕較干耕能一定程度降低雜草密度，但免耕條件下稻田稗草和雙穗雀稗侵染能力顯著增加。此外，耕作方式的改變也會導致雜草種群及數量的動態變化（Buhler,1995；Bhagat等1999）。與水田深耕處理相比，淺耕處理中大量雜草種子裸露在土壤表層，雜草種子大量萌發容易造成嚴重草害。

水稻田既容易滋生C3類型雜草，也容易滋生C4類型雜草。水田條件下，C3雜草較C4雜草占優勢；旱地土壤則反之（Elmore和Paul,1983）。C4類型植物較C3類型植物具有更強的競爭能力，因此，DSR處理由于雜草間的競爭較強，水稻承受的草害也更嚴重。稻田中C4雜草包括光頭稗、稗草、千金子、龍爪茅、香附子等（Elmore和aul,1983）。不同類型雜草生長對栽培方法、耕作制度和水分管理的響應結果表明，當前我們急需更多了解雜草的生物學和生態學特性，以便更好地對其進行防控。

如表3表4所示，2年研究結果表明，水稻耕作和種植方式、雜草控制及其交互效應顯著影響水稻產量。僅考慮單因素效應，水稻產量隨耕作種植方式和雜草防控方式變化較大，尤其在不進行雜草防控時，水稻產量在不同處理間差異顯著。不考慮雜草的競爭效應，以PT處理產量最高（6.64 t/hm2和6.58 t/hm2），FIRBSDD直播處理產量最低（3.10 t/hm2和4.21 t/hm2）。Kumar和Ladha（2011）研究發現，與水田翻耕移栽處理相比，溝壟灌溉穴播的產量降低30%左右。與DSR處理相比，PT處理水層覆蓋可能是增加水稻產量的主要原因。因為表面水層除了減少水稻和雜草間的競爭，還增加了植物養分的有效性（Sahrawat,2005；Aggarwal等1995）。

表3　不同耕作和種植方式和雜草競爭對水稻產量的影響（t/hm2）

表4　直播和水田翻耕移栽條件下不同水稻品種的產量差異

與PT處理相比，NTT處理水稻產量較低，這可能與該處理高滲透性導致土壤蓄水能力較差有關。Peng等（2006）長期試驗發現，與連續水田翻耕處理相比，有氧栽培處理下水稻產量隨年份增加而逐漸降低。Kreye等（2009）同樣發現，水稻有氧栽培方式下稻田生產能力逐漸降低，進一步研究發現，熱帶旱作水稻產量的降低可能是由南方根尖線蟲病和微量元素的失衡所致，而稻田水層能夠有效抑制南方根尖線蟲病，并提高微肥的有效性。

2年試驗結果表明，不同栽培方式中雜草防控處理水稻產量均顯著高于雜草未防控處理。與PT處理相比，其他耕作處理中水稻產量都有一定程度降低。DSR處理中由于雜草競爭導致水稻減產幅度高達91.4%～99.0%；移栽處理次之，達16.0%～41.9%。DSR處理減產幅度最大，可能由于水稻與不同雜草間的激烈競爭所致，且雜草隨著水稻的生長而出現，因此早期競爭更加劇烈；而移栽處理中雜草較少且有一定滯后性，因此水稻的競爭能力更強。Kim和Pyon（1998）研究發現，由于雜草競爭，水稻旱直播處理減產達96%，濕直播減產61%，移栽處理減產40%。Ali和Sankaran（1984）也發現，未進行雜草防控的稻田，水稻產量在水田翻耕和不灌水翻耕處理下較雜草防控處理分別降低53%和91%。當前，大量學者對好氧栽培和移栽條件下雜草與水稻生長的競爭關系進行了大量研究（Rao等,2007；Kumar和Ladha,2011）。Hill和Hawkins（1996）研究發現，PT處理由于稗草生長導致水稻產量降低20%，在DSR處理中則降低70%。這可能由于干濕交替的好氧栽培營造了有利于雜草生長的環境，且雜草隨水稻同步生長，二者激烈競爭，因此水稻產量顯著降低。在馬來西亞一些地區，水稻直播已經取代移栽，但直播造成的雜草稻競爭嚴重威脅水稻產量，迫使農民不得不重新選擇移栽方式以抑制雜草生長（Kumar和Ladha, 2011）。

2.2直播和水田翻耕移栽優劣及存在的問題分析

與PT處理相比，水稻普通品種（HKR47和IR64）旱直播處理水稻產量顯著降低，而優質品種（Sharbati和PB-1）的產量在兩種栽培方式下無顯著差異。直播處理中，不同水稻品種對栽培方式的響應以及雜草的發生有明顯的差異，為此我們要對品種進行篩選，并進一步培育適應有氧栽培（直播）的水稻新品種來提高水稻產量，改進與雜草競爭的有效性。

水稻直播具有操作簡單、及時、節省勞力、節水抗旱及減少甲烷排放等諸多優勢（Kumar和Ladha,2011；Farooq等，2011）。因此，在適宜水稻直播地區開展直播栽培是解決未來勞動力日益緊缺的有效途徑。但與PT處理相比，直播處理的主要問題是雜草難以控制及普通水稻品種的產量較低。由于要嚴重依賴除草劑控制雜草生長，雜草抗藥性不斷提高也是當前普遍存在和亟需解決的突出問題（Valverde和Itoh,2001）。目前，印度廣泛采用水田移栽并輔助除草劑和人工除草的水稻栽培方式，所以還沒注意到這個問題的嚴重性和緊迫性。同時，直播條件下，由于田間生育期較長，農民也不得不放棄短季作物，如夏季豆科作物（綠豆、豇豆）或飼料作物（玉米、高粱）的種植。相反，移栽條件下，大棚30～35 d的集中育秧，將有助于統籌協調短季作物的種植。由于種植短季作物能抑制雜草種子生長，從而降低了后季水稻所面臨的雜草競爭。因此，當前短季作物的優點和栽培方式的矛盾依然有待解決。

長期多雨天氣也限制了大型農機的田間操作，不利于旱直播技術的推廣。因此，面對當前日益嚴重的勞動力緊缺問題，亟需開發水稻栽培相關的配套技術。如免耕配套的播種機械，較水田插秧漏苗率低，具有很好的應用前景。此外，水稻播前灌溉與草甘膦或百草枯噴施相結合，也能有效控制雜草生長。總之，開發不同栽培方式下的田間管理和農機配套技術，既能節省勞動力，控制雜草，還能有效提高水稻生產力和效益。

3　結論

試驗結果表明，水田翻耕移栽能有效控制稻田雜草的發生和提高水稻的生產能力，但存在費時、費力、成本投入過高等問題。水稻直播（或有氧）栽培條件下雜草生長能力較強，與前者相比減產幅度較大，因此，要采用適當的雜草控制措施，才能提高水稻產量。水分管理可能是控制雜草生長的一種有效途徑和方法，且優質水稻品種較普通水稻品種更適應于采用直播栽培。因此，當前水稻栽培需統籌考慮水稻品種、栽培方式和農業機械等因素，開發適應不同耕作栽培方式的相關配套技術，同時還應兼具適應性廣和可持續性好等優點，以解決當前日益嚴重的勞動力緊缺問題，降低農民的減產風險，實現效益最大化。

*本文原發表于Crop Protection,2014,64：7-12。

Effects of Crop Establishment Techniques on Weeds and Rice Yield

Rajender Singh Chhokar（writer）1,YU Shengmiao（translater）2
（1Resource Management Unit,Directorate of Wheat Research,Karnal,India；2China National Rice Research Institute,Hangzhou 310006,China）

Field and pot studies were conducted to evaluate the effects of seven rice establishment techniques［puddling transplanting（PT）,no tillage transplanting（NTT）,puddling drum wet seeding（PDWS）,no tillage drum wet seeding（NTDWS）,conventional tillage dry drilling（CTDD）,furrow irrigated raised beds system dry drilling（FIRBSDD）,and no-tillage dry-drilling（NTDD）］and water submergence stress on weeds and rice yield.The highest yield and least weed abundance were in the PT treatment.The direct seeded rice（DSR）,both dry and wet exhibited severe weed infestation,and compared to transplanting showed reduced yield both in the presence and absence of weeds.The yield losses due to weeds in the DSR treatments ranged from 91.4 to 99.0%,compared to 16.0 and 42.0%in the transplanting treatments（PT and NTT）.Weeds,including Cyperus rotundus L.,Dactyloctenium aegyptium（L.）Willd.,Digera arvensis Forsk.,Phyllanthus niruri L.,and Trianthema portulacastrum L,which were found in the un-puddled DSR treatments were absent in the puddled plots,particularly the PT treatments.In farmer's field studies,when compared to the PT treatments,the DSR treatments exhibited lower yields（15.8%）with coarse varieties（HKR-47&IR-64）,but fine cultivars（Sharbati &PB-1）exhibited similar yields under both systems.In view of the shortage of labour for manual transplanting,there is a need to develop suitable cultivars for aerobic system conditions（unpuddled DSR and NT machine-transplanting）.

rice；cultivation method；direct seeding；transplanting；plowing；no-tillage；yield；weeds

S511.048

B

1006-8082（2016）05-0048-05

2016－07－06