株行距配置對水稻群體生態及抗倒伏性的影響

龔竹娟+黃云+魏朝富

摘要：以遼寧稻區3種穗型水稻為試材，研究不同株行距配置對水稻群體生態和抗倒伏性的影響及其與產量間的關系。結果表明，水稻各冠層葉面積指數為中間最高，向上、向下均呈下降趨勢，密植和稀植使群體葉面積指數升高；各冠層消光系數整體上隨密度的增加而增大，與產量均呈正相關關系。株行距配置對水稻倒伏性的影響與品種有關，在試驗中設置的株行距配置下，遼粳401無倒伏風險，但密植下單位面積穗數增長有限，使其產量下降，而遼粳294在密植和遼優5218在行距為23.3 cm時有倒伏風險。倒伏指數受穗部性狀影響較大，與穗頸角、穗長、單穗鮮質量和穗重心均呈極顯著正相關關系。其中穗頸角與抗折力呈顯著負相關關系，3種水稻抗倒伏性由強到弱分別為直穗型、半直立穗型和彎穗型。綜合3種水稻群體生態、抗倒伏性和品種間差異性與產量的關系可知，行株距配置為13.3 cm×30 cm 時，最適宜多種水稻品種的高產和種植推廣。

關鍵詞：株行距；水稻；群體生態；冠層結構；抗倒伏性；穗型

中圖分類號： S511.04文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）17-0061-05

塑造優質群體是獲取水稻高產的重要方向[1-3]。優質群體包括數量和質量2個方面[4-6]。數量上，根據水稻品種的不同，增加單位面積穗數是提高水稻產量的重要方式[7]；質量上，提高作物群體光能利用率可以充分發揮水稻高產潛質，其中冠層結構是影響光能利用率的重要因素[8]。株行距配置是影響水稻群體生態條件的關鍵因素之一，適宜的株行距配置可促進水稻高產穩產[9]。一方面，密植可以增加單位面積穗數，進而提高水稻產量，但也會增加倒伏發生的風險[10]。水稻倒伏會嚴重減產，在乳熟期倒伏會減產18%[11]。另一方面，株、行距過大，會造成光資源的浪費，降低群體光能利用率[12]。自20世紀60年代以來，遼寧省各地水稻移栽株行距多采用13.3 cm×30 cm的配置標準，變化幅度較小[13-15]。隨著超級稻理想株型理論的日漸成熟，東北地區常規粳稻及雜交稻新品種的廣泛應用，發現目前的株行距配置可能并不是最適合水稻獲得高產的種植方式，需對其進行進一步的探討。水稻冠層結構是對群體生態環境的直接反映[16]。水稻倒伏與株型有關，穗型的差異是影響水稻倒伏的重要因素。前人對群體結構和水稻抗倒伏性均有深入研究[17-21]，但關于群體結構變化的有關生態特點與抗倒伏性之間關系的研究較少。本研究以不同穗型水稻為試驗材料，以水稻群體冠層結構及抗倒伏性為突破點，研究株行距配置對水稻群體生態環境的影響及抗倒伏性與獲得高產之間的關系，為東北地區水稻高產穩產提供科學指導。

1材料與方法

1.1試驗設計

試驗于2014年和2015年在遼寧省沈陽市蘇家屯區進行，選取分別為直立穗型（成熟期穗頸角小于30°）、半直立穗型（成熟期穗頸角為30°～60°）、彎曲穗型（成熟期穗頸角大于60°）的品種遼粳401、遼粳294、遼優5218為試驗材料。

試驗采用三因素裂區設計，行距配置為主區，株距配置為副區，品種為副副區。行距為3個水平，即23.3、30.0、36.6 cm；穴距為2個水平，即13.3、20.0 cm，3次重復。小區寬4 m，長 7 m，采用營養土保溫旱育苗。4月21日播種，5月28日手插移栽，2～3苗/穴。土壤質地為沙壤，肥力中等。肥料用量：施純氮180～210 kg/hm2，五氧化二磷75～90 kg/hm2，氧化鉀75～90 kg/hm2（N ∶P2O5 ∶K2O ≈ 2 ∶1 ∶1）。50%～60%氮肥及全部磷、鉀肥作基肥施用；氮肥20%作返青肥施用，20%～30%作分蘗肥施用。田間管理同當地大田生產。

1.2測定項目及方法

1.2.1葉面積指數測定于齊穗期，每小區隨機選取1 m2區域，將田間自然形態下的植株劃分為5層：由地面向上每20 cm為1層；80 cm以上部分為第1層，由上向下進行分層大田切片，從上到下依次為1～5層。采用比葉質量法進行測定，計算各層和群體葉面積指數。

1.2.2群體冠層照度測定于齊穗期，選擇晴天用SunScan冠層分析儀（Delta公司，英國）測定冠層有效光合輻射 （PAR）傳輸特征。測定高度與大田切片高度一致，每小區選取5個行間，于行間垂直向上測量各高度入射光照度及自然光強，測定時間分別為10：00、12：00和14：00。為消除時間誤差，每次均采用往返觀測法進行測定，計算各層有效光合輻射的透過率。

1.2.3倒伏指數測定于齊穗后35 d（乳熟期），每小區隨機選取20個單莖，保留葉鞘、葉片和穗子，保持不失水。用莖稈強度測定儀（型號YYD-1，托普儀器有限公司，浙江杭州）測定抗折力[8]。從基部向上第1～5節間用N1～N5表示。測定N2～N4節間抗折力。同時測定植株物理性狀和穗部性狀，物理性狀包括：N2和N3節間基部至穗頂的長度、N2和N3節間基部至頂鮮質量。穗部性狀包括：穗頸角、穗長、穗重心、單穗鮮質量。

1.2.4成熟期產量及其構成因素測定成熟期實收計產，測定干谷水分含量，計算折合含水量為14.5%的稻谷產量。每小區按平均莖蘗數，取樣20穴，測定單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒質量。

1.3參數計算

1.3.1倒伏指數計算按霍中洋等的方法[1]計算各節間的基部節間彎矩（bending moment，簡稱BM）、抗折力（breaking resistance，簡稱BR）和倒伏指數（lodging index，簡稱LI）。其中基部節間彎矩表示加在節間的力的大小，折斷彎矩代表抗折力的大小，倒伏指數代表易發生倒伏的程度。

基部節間彎矩=SL×FW；（1）

折斷彎矩=F×L/4；（2）

倒伏指數=基部節間彎矩/折斷彎矩×100%。（3）

式中：SL為各節間基部至穗頂的距離，cm；FW為各伸長節間基部至穗頂的鮮質量，g；F為使節間折斷時所加的重量，g；L為2支點間的距離，cm。

1.3.2消光系數計算消光系數是指一定方向入射光下的作物群體中，葉片在水平區域里投影面積與此葉面積之比。因作物群體中光照強度自上而下呈指數衰減，基本符合 Beer-Lambert定律，故作物群體冠層消光系數可通過 I= I0e-KF 方程求得，式中：K為消光系數；I0為入射光強；I為作物群體內一定高度的光照度；F為從冠頂至該高度的葉面積指數。

1.4數據分析

用Excel 2003和SPSS 16.0處理系統分析數據。試驗中，2年均測定倒伏及冠層結構相關指標，方差分析顯示2年數據差異不顯著。為了便于分析，本研究以2年數據的平均值進行分析。如無特殊說明，3種水稻的順序為直立穗遼粳401、半直立穗遼粳294和彎曲穗型遼優5218。用A、B分別代表株距和行距，A1、A2對應株距分別13.3、20 cm；B1、B2和B3分別對應行距為23.3、30、36.6 cm。

試驗中，密植配置為A1B1；稀植配置為A2B2和A2B3。

2結果與分析

2.1株行距配置對水稻產量影響的分析

不同的株行距配置使同一水稻品種在產量構成因素中表現出差異（表1）。經過折算后的1 m2穗數、每穗粒數、結實率、千粒質量的2個最值之間均差異顯著。密植使單位面積穗數增加，單穗粒數降低。與此同時，密植和稀植均會使結實率和千粒質量下降。從整體來看，同一水稻品種產量在不同株行距配置下也表現出明顯差異；但3種水稻品種之間表現的產量差異并不一致。遼粳401在A1B2、A1B3、A2B1 3種配置中產量較高，其中在A1B2配置下產量最高，達到 10.24 t/hm2。遼粳294在A1B1配置下產量最高，為 9.48 t/hm2，其產量整體上隨著密度的減小而降低。遼優5218同樣適宜密植，在A1B1、A1B2和A2B1配置下產量高，其中在A1B2處理下最高，為10.14 t/hm2。綜上所述，遼粳401與其他2種水稻品種耐密植程度不同，其耐密植程度不如遼粳294和遼優5218，密植使其產量下降。

2.2株行距配置對水稻冠層生態影響的分析

2.2.1株行距配置對水稻冠層葉面積指數影響的分析根據各個冠層的葉面積指數整體來看，3種水稻在第1層和第5層數值較小。其中，第5層的葉面積指數均為各配置下的最小值，說明在距離地面20 cm的高度內，水稻葉片極少。3種水稻在各配置下大多在第3層有最大值，向上或向下呈下降趨勢。從群體葉面積指數來看，在密植和稀植時群體葉面積指數較大（表2）。說明在密植和稀植下，分別由于單位面積株數較多和單個葉片葉面積較大使群體葉面積處于較高水平。

2.2.2株行距配置對水稻冠層消光系數影響的分析水稻在最下部（第5層）通風透光性差，葉面積指數小。從冠層結構考慮，對水稻消光系數影響較小，因此不做討論。由表3可知，對于3種水稻而言，10：00、12：00和14：00等3個測量時間點各個冠層的太陽輻射光透光率不同，而此時各個冠層的葉面積指數是不變的，因此3個時間點的消光系數隨著太陽輻射光透過率的變化而變化。從整體上看，各冠層消光系數與其葉面積指數變化規律并不一致，且太陽輻射光透過率起了主導性作用，即各冠層消光系數整體上隨著冠層高度的升高而增大，這與各冠層太陽輻射光透過率的變化規律相一致。通過各株行距配置間對比可知，各冠層消光系數與種植密度有關，整體上密度越大其消光系數也越大。

由表4可知，各冠層消光系數均與產量呈正相關關系，越是向下的冠層，其消光系數與產量的相關系數越大；在第3層和第4層，二者相關系數達顯著甚至極顯著水平。在第1、第2層，單位面積穗數與消光系數呈正相關關系；在第3、第4層，則為負相關，說明第1、第2層消光系數大與單位面積穗數的增加有關，即1 m2穗數越多其消光系數也就越大，有利于產量的增加；在第3、第4層則相反。每穗粒數在各層與消光系數的相關性與單位面積穗數則恰恰相反，說明在第1、第2層，每穗粒數越多其消光系數越小，不利于產量增加。此外，在各分層的結實率、千粒質量均與消光系數呈正相關關系，說明二者的增加有利于增產。

2.3株行距配置對水稻莖稈倒伏指數及穗部性狀影響的分析

2.3.1株行距配置對水稻莖稈倒伏指數影響的分析在N2、N3和N4節間，節間抗折力與株行距配置密切相關（表5）。

2.3.2水稻莖稈倒伏指數與穗部性狀關系的分析穗部性狀（除單穗鮮質量外）與N2、N3、N4節間的抗折力呈負相關（表6），其中穗頸角與抗折力相關性達到顯著水平；穗部性狀與基部節間彎矩均呈正相關關系，且除穗頸角外，均呈顯著或極顯著性正相關關系；穗部性狀均與倒伏指數呈極顯著正相關，即穗頸角越大、穗長越長、穗重心越高、單穗鮮質量越大則倒伏指數越大。

3討論與結論

從整體上看，3種水稻品種不同株行距配置下產量表現為密植未必高產，稀植一定低產。遼粳401不適合密植，過度密植會使產量降低。綜上所述，遼粳401與其他2個水稻品種耐密植程度不同，其耐密植程度不如遼粳294和遼優5218，密植使其產量下降。

綜觀各個冠層葉面積指數可知，3種水稻在各配置下大多在第3層有最大值，向上或向下呈下降趨勢。群體葉面積指數在高密度和低密度下，分別由于單位面積株數較多和單張葉片葉面積較大而較大。無需作相關性分析即可得知，無法直接通過葉面積指數來判定水稻產量高低。從整體上看，各冠層消光系數與其葉面積指數變化規律并不一致，太陽輻射光透過率起了主導性作用。與此同時，消光系數可以很好地反映出水稻的產量，其值大小與產量呈正相關關系，且越是向下的冠層，其消光系數與產量的相關系數越大。說明在第3層和第4層擁有良好的通風透光性對水稻產量有著積極的作用。

綜合分析消光系數與產量構成因素的相關性性可知，在第1、第2層增加單位面積穗數有利于增加其冠層消光系數，且第1、第2層消光系數整體上大于第3、第4層，有利于增產。每穗粒數在各層與消光系數的相關性與單位面積穗數則恰恰相反，說明在第1、第2層，每穗粒數越多其消光系數越小，不利于產量增加。綜合分析表明，增加單位面積穗數、減小單穗粒數是密植水稻品種的共性，即密植有利于增產。此外，還需要綜合考慮結實率與千粒質量，二者與消光系數呈正相關，說明二者的增加有利于增產。但密植會降低結實率和千粒質量，在一定程度上減弱種植密度增加對產量的促進作用。

倒伏指數可作為植株是否有倒伏傾向的重要參考指標。本研究以倒伏指數的臨界值200%作為倒伏與否的參照值。分析可知，水稻品種對倒伏具有決定性作用，同時降低株行距或者減小行距會使一些水稻品種增加倒伏風險。

穗部性狀與倒伏關系密切，穗頸角、穗長、穗重心與抗折力呈負相關關系；與基部節間彎矩呈正相關關系；與倒伏指數呈極顯著正相關關系，說明大穗和彎穗會增加倒伏風險。彎穗型品種遼優5218在低行距（23.3 cm）時，N4的倒伏風險明顯增加。與另外2個品種相比，不但不適合密植，也不適合低行距種植。在同一品種內，低密度會促進形成大穗，增大基部節間彎矩，從而增加倒伏風險。

綜合分析冠層消光系數、倒伏指數與產量的關系可知，不同水稻品種的性狀針對株行距配置的不同表現不盡相同。葉面積指數大小不能作為衡量水稻高產潛能的指標。消光系數作為水稻冠層生態的重要指標，其值的大小可決定水稻是否具有發揮高產潛能的生態環境，但并不是決定水稻產量的唯一因素。除了生態環境外，水稻品種自身的耐密植特性對水稻產量有影響，分為水稻抗倒伏性和密植狀態下產量構成因素的變化2個方面。遼粳401在密植情況下，沒有倒伏風險。遼粳294和遼優5218雖然在密植情況下產量高，但其倒伏風險增加。因此，13.3 cm與30 cm的株行距配置是符合3種水稻產量與群體生態結構的最佳配置。

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