不同機插育秧方式對麥秸還田水稻花后光合特性的影響

趙軼鵬， 吳玉玲， 潘玉良， 丁成偉， 王友霜， 趙新勇， 馮國華

(江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所，江蘇徐州 221000)

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，也是江蘇省第一大糧食作物。近年來，麥稈還田成為解決秸稈焚燒問題的最直接手段，由于秸稈還田可改變稻田土壤及水分環境，作物光合特性也會隨之發生變化[1]，但這也與肥水管理方式密切相關[2]。我國水稻機械化種植面積逐年擴大，缽苗機插作為新型水稻栽培方式可實現機械化無植傷精確栽植，生育前期具備一定的生長優勢[3]，但由于花后葉片光作用對籽粒物質積累貢獻最大[4]，因此，研究麥秸還田條件下毯苗機插與缽苗機插水稻穗后葉片的光合特性，對深入解析不同機插育秧方式下水稻產量形成過程具有較為重要的意義。光合作用是水稻產量形成的物質基礎，當前研究較多關注于缽苗機插水稻產量形成特征[5-7]，但鮮見關于麥秸全量還田條件下缽苗機插水稻穗后的光合特性的報道。本研究以淮北地區4個主栽水稻品種為供試材料，從光合生產角度解析不同育秧方式對水稻生長的影響，以期為新型水稻機械化種植方式在本地區的推廣及應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區基本情況

本試驗于2015—2016年在江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所現代農業科技試驗示范基地進行(34°28′N、117°30′E)，屬暖溫帶季風氣候區，年均降水量約832 mm，年均溫度14.8 ℃，年日照時間2 221 h，年均無霜期約210 d。土壤類型為潮土，土壤養分含量為全氮0.8 g/kg、全磷0.7 g/kg、全鉀17.7 g/kg、堿解氮115.3 mg/kg、速效磷16.2 mg/kg、速效鉀88.2 mg/kg、有機質23.4 g/kg。

1.2 材料培育

1.2.1 試驗品種 試驗品種為徐稻8號、徐稻9號、鎮稻99和連粳7號4個中熟中粳品種。

1.2.2 播期 缽苗育秧播種時間為2016年5月20日，毯苗育秧播種時間為2016年5月26日；2016年6月16日同時栽插，試驗地位于基地25區，面積為105 m×24 m，株行距為12 cm×30 cm，毯苗育秧處理2～3苗/穴。

1.2.3 試驗設計 試驗采用隨機區組設計，共8個處理，3次重復，小區面積12.4 m×7.2 m。

1.2.4 田間管理 整地要求田面平整，高度差小于5 cm；對麥秸全量還田條件下的肥料運籌及水分管理作了相應的調整，以此改善稻田水稻根系的生長環境。肥料運籌方面，總施肥量為復合肥(N/P/K= 15 ∶15 ∶15)600～675 kg/hm2、尿素450 kg/hm2。其中，基肥復合肥施用量450 kg/hm2、尿素 150 kg/hm2，分蘗肥追施尿素150 kg/hm2，穗前35 d補施尿素 150 kg/hm2，穗前40～45 d追施復合肥150～225 kg/hm2，筆者前期試驗證明，促花肥的施用可實現培育合理株型，穩定二次枝梗的數量。水分管理方面，瓜皮水栽插，秧苗栽插后 5～7 d 開好縱橫溝，栽后3 d內保持瓜皮水，之后排水保持 2～3 d，再上淺水1 d，排出后晾干2～3 d再上淺水，確保栽后10 d左右土壤表層3～5 cm變硬；其后以倒2葉和倒3葉的葉尖差為指標，反復保水2～3 d，再排干2～3 d直至栽后 20 d，抽穗至穗后30 d保水2 d，再排干3～4 d，穗后30 d至收割前7 d灌跑馬水1次。適時進行病蟲草害防治。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 葉面積指數 使用美國基因公司LI-3000C葉面積儀測定抽穗期和成熟期各處理葉面積。

1.3.2 葉色值 水稻移栽后，每次間隔約14 d使用日本柯尼卡美能達產SPAD-502PLUS型葉綠素測定儀測定水稻功能葉葉片葉色值。

1.3.3 葉片光合作用相關參數 使用美國基因公司LI-6400XT型光合儀對抽穗后水稻功能葉片光合作用參數進行測定，觀測時間受天氣因素影響，測定時段選擇為晴天 09：00—11：30及14：30—16：30。光源光強設置為 1 200 μmol/(m2·s)，參比室CO2濃度值為400 μmol/mol，未對溫度進行設置。

1.3.4 數據分析 使用Microsoft Excel 2013進行基礎統計，應用IBM SPSS(Statistical Product and Service Solutions，版本為20.0)軟件進行數據標準化處理、通徑分析和差異顯著性分析，顯著水平按P<0.01定義為極顯著、P<0.05視為顯著，P>0.05視為不顯著，分別用**、*和ns表示；以Excel及OriginPro(版本為V8.5)軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 不同機插育秧方式對麥秸還田水稻葉片性狀的影響

不同機插育秧方式對各品種葉面積指數(leaf area index，LAI)的影響見表1。結果表明：(1)隨著生育進程的推移，水稻LAI逐漸下降，不同品種各處理趨勢一致，抽穗期徐稻8號LAI顯著高于其他品種。(2)與毯苗育秧水稻比較，缽苗育秧水稻抽穗期和成熟期所有品種平均LAI分別降低12.4%和12.2%，其中成熟期的差異達顯著水平。從不同品種看，徐稻8號抽穗期和成熟期LAI缽苗育秧較毯苗育秧分別降低6.3%和0，徐稻9號對應時期LAI缽苗育秧較毯苗育秧分別下降32.5%和6.9%；連粳7號對應時期LAI缽苗育秧較毯苗育秧分別下降了5.3%和14.3%，鎮稻99對應時期LAI缽苗育秧較毯苗育秧分別降低了5.7%和26.5%。(3)方差分析表明，育秧方式對抽穗期和成熟期LAI的影響分別達顯著和極顯著水平，品種和育秧方式的互作對不同時期LAI沒有影響，時期對LAI的影響達極顯著水平。

機插育秧方式對不同水稻品種比葉質量(specific leaf weight，SLW)的影響見表1。結果表明：(1)隨著生育進程的推移，水稻SLW不降反升，不同品種各處理趨勢基本相同，其中抽穗期鎮稻99比葉質量相對較低，成熟期徐稻8號和鎮稻99略低于另外2個品種，品種對SLW有極顯著的影響。(2)各供試品種平均，2個時期缽苗育秧處理水稻的SLW與毯苗育秧間均無明顯差異。與毯苗育秧處理比較，抽穗期徐稻9號和連粳7號缽苗育秧葉片的SLW呈下降趨勢，成熟期除連粳7號外，其他3個品種缽苗育秧的SLW均有不同程度的增加，但兩者間差異均未達顯著水平。方差分析表明，時期對SLW的影響達極顯著水平。

表1 不同機插育秧方式對供試水稻品種主要葉片性狀的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同機插育秧方式對水稻葉片葉色值的影響

機插育秧方式對麥秸還田水稻葉色值(SPAD)的影響如圖1所示。調查期內水稻葉色值逐漸下降，不同處理趨勢基本一致，各期水稻葉片SPAD品種間差異均達極顯著水平；除后2期外，缽苗育秧處理水稻葉片的SPAD略高于或接近毯苗育秧處理，移栽后32、46、60、74 d，缽苗育秧葉片SPAD平均較毯苗育秧分別增加1.1%、0.2%、0.2%、0.8%，各期處理間差異均未達顯著水平。從不同品種看，徐稻9號缽苗育秧處理葉片SPAD較毯苗育秧表現為增加趨勢，最大增幅為3.0%(P<0.05)，相反，鎮稻99表現為下降趨勢，最大降幅為4.5%(P<0.05)，其他2個品種不同育秧方式的葉片SPAD無明顯差異。方差分析表明，育秧方式對葉色值的影響均未達顯著水平；品種和育秧方式的互作對移栽46、60、90 d 的影響均達極顯著水平，對移栽110d的影響達顯著水平。

2.3 不同機插育秧方式對麥秸還田水稻旗葉凈光合速率的影響

不同機插育秧方式對穗后不同生育階段水稻功能葉片凈光合速率(Pn)的影響見圖2和表2。結果表明，徐稻8號、徐稻9號、連粳7號、鎮稻99移栽75 d時，旗葉平均Pn分別為10.9、9.9、8.6、9.4 μmol/(m2·s)，移栽85 d平均Pn分別為12.0、12.5、13.3、10.3 μmol/(m2·s)，移栽100 d平均Pn分別為12.5、13.2、13.5、6.8 μmol/(m2·s)，其中移栽100 d鎮稻99旗葉Pn顯著低于其他品種，抽穗后水稻旗葉Pn品種間差異達極顯著水平。與毯苗育秧處理水稻比較，缽苗育秧水稻移栽75 d和85 d旗葉平均Pn分別提高9.3%和28.4%，后者間差異達顯著水平，與此相反，移栽 100 d 平均Pn下調13.7%，差異未達顯著水平。從不同品種看，各受試品種缽苗育秧處理移栽75 d和85 d旗葉Pn均表現出一致的升高趨勢，其中徐稻9號最高增幅達62.5%(P=0.016)，各品種缽苗育秧旗葉Pn在移栽100 d均呈下降趨勢，但無明顯差異。方差分析表明，測定時期及時期和育秧方式的互作對旗葉Pn有極顯著的影響，品種和時期對旗葉Pn有明顯的互作效應。

表2 不同育秧方式對水稻葉片主要光合作用參數影響的顯著性檢驗

2.4 不同機插育秧方式對麥秸還田水稻葉片氣孔導度的影響

不同機插育秧方式對水稻旗葉葉片氣孔導度(Gs)的影響見圖3及表2。結果表明，穗后各階段不同受試品種間旗葉Gs均無顯著差異。所有品種平均，缽苗育秧方式水稻移栽75 d和85 d旗葉Gs平均分別比毯苗育秧提高5.5%和52.2%，移栽100 d則降低3.6%，其中，移栽85 d兩者間差異達顯著水平。缽苗育秧水稻移栽85 d的Gs比毯苗水稻升高了52.2%，處理間的差異達顯著水平。從不同品種看，受試品種缽苗育秧移栽75 d和85 d旗葉Gs多表現為增加趨勢，其中連粳7號處理間的差異達顯著水平，除鎮稻99外，其他品種缽苗育秧的Gs均呈下降趨勢，但這些效應均未達顯著水平；方差分析表明，育秧方式、時期及兩者的互作對Gs有顯著或極顯著的影響。

2.5 不同機插育秧方式對麥秸還田水稻葉片胞間CO2濃度的影響

不同機插育秧方式對水稻旗葉葉片胞間CO2濃度(Ci)的影響見圖4及表2。結果表明，徐稻8號移栽85 d的Ci略低于其他品種，而鎮稻99移栽100 d的Ci略高于其他品種，移栽85 d和100 dCi品種間的差異分別達顯著和極顯著水平。從育秧方式看，缽苗育秧處理水稻各期的Ci與毯苗育秧間均無明顯差異。從不同品種看，除鎮稻99外，其他各品種缽苗育秧水稻各期旗葉的Ci均低于或接近毯苗育秧水稻，其中，連粳7號移栽100 d的Ci降幅達8.7%(P<0.05)，方差分析表明，時期及其品種的互作效應對Ci有極顯著影響。

2.6 不同機插育秧方式對麥秸還田水稻葉片蒸騰速率的影響

不同機插育秧方式對水稻葉片蒸騰速率(Tr)的影響見圖5和表2。抽穗后各階段不同受試品種間旗葉Tr均無顯著差異。所有品種平均，缽苗育秧方式水稻移栽85 d的Tr較毯苗育秧水稻提高了40.6%，差異達顯著水平。從不同品種看，各供試品種移栽75 d處理間的Tr差別不明顯，各品種缽苗育秧移栽85 d的Tr均表現出升高的趨勢，但處理間的效應并不明顯；徐稻8號、徐稻9號和連粳7號移栽100 d的Tr平均分別降低了15.7%、2.3%和25.0%，其中連粳7號處理間差異達顯著水平。方差分析表明，育秧方式和時期對Tr的影響分別達顯著和極顯著水平。

2.7 不同機插育秧方式對麥秸還田水稻葉片水分利用效率的影響

不同機插育秧方式對水稻葉片水分利用效率(WUE)的影響見圖6和表2。結果表明，各供試品種移栽75 d葉片WUE沒有明顯差異，但后2期徐稻8號和徐稻9號的WUE有提高趨勢，其他2個品種這種趨勢表現得并不明顯，品種間差異達顯著或極顯著水平。與毯苗育秧方式比較，缽苗育秧水稻各期WUE降幅分別為1.5%、6.7%和9.3%，但各期處理間差異均未達顯著水平。從不同品種看，各品種移栽75 d和85 d處理間WUE的差別不明顯，移栽100 d徐稻8號、徐稻9號和連粳7號缽苗育秧水稻WUE平均分別增加6.4%、2.0%和10.9%，其中，連粳7號處理間差異達顯著水平，而鎮稻99的WUE降低63.8%，與毯苗育秧間的差異達極顯著水平。方差分析表明，時期、時期和品種以及時期、品種和育秧方式間的互作對WUE有極顯著的影響，品種和育秧方式對WUE有顯著的互作效應。

2.8 不同機插育秧方式對麥秸還田水稻葉片氣孔限制值的影響

不同機插育秧方式對水稻旗葉氣孔限制值(Ls)的影響見圖7和表2。結果表明，供試品種間移栽75 d的Ls無明顯差異，鎮稻99移栽100 d的Ls略低于其他品種，品種間Ls有極顯著差異。所有品種平均，缽苗育秧方式水稻移栽75 d的Ls與毯苗育秧水稻接近，移栽85 d和100 d的Ls平均分別降低11.4%和8.9%，但均未達顯著水平。從不同品種看，鎮稻99缽苗育秧水稻各期Ls均低于毯苗育秧水稻，但處理間差異都未達顯著水平。徐稻8號、徐稻9號和連粳7號缽苗育秧水稻移栽85 d和100 d的Ls均呈升高趨勢，最大增幅為23.2%，但與毯苗育秧間的差異均未達顯著水平。方差分析表明，時期及時期與品種間的互作對Ls有極顯著影響，品種和育秧方式對Ls有顯著的互作效應。

3 討論

當前機插水稻大面積生產上普遍存在栽插后成活率較低、分蘗發生延遲和分蘗成穗率較低等問題，加之大量秸稈同時進入土壤，使得土壤中積累較多的酚、醇、醚、酯類等有害化感物質，大幅降低土壤有效氮、磷等養分含量，從而直接或間接地影響作物生長[8-9]。鑒于此，我們對機插稻水肥管理方式作了一定的調整，以緩解麥秸還田初期土壤中小分子有機物對秧苗的毒害效應。

3.1 不同機插育秧方式對水稻主要葉片性狀的影響

有研究指出，缽苗機插水稻各期的LAI均優于毯苗機插水稻[3，10]。本研究結果表明，缽苗育秧水稻抽穗期和成熟期的LAI均低于毯苗育秧水稻，各供試品種表現基本一致，這可能是毯苗育秧每穴苗數相對較多所致。比葉質量是植物功能的重要結構參數，可定量反映植物在單位葉面積上的投入。水稻葉片比葉質量與光合速率存在一定的線性相關關系[11]，與葉齡、單位干物質的氮、磷含量等也密切相關[12]。抽穗期和成熟期缽苗育秧和毯苗育秧水稻間的SLW均無明顯差異，成熟期各品種葉片SLW普遍上調，這表明該生長階段單位葉面積投入增加，但單位葉干質量的最大光合能力下降[13]。

3.2 不同機插育秧方式對水稻功能葉葉色值的影響

水稻葉片光合色素含量是CO2吸收速率的重要參考指標[14-17]，可在一定程度上反映作物光合作用能力。邢志鵬等的研究指出，抽穗期缽苗機插水稻旗葉葉綠素含量高于毯苗機插水稻[18]。本試驗表明，缽苗育秧水稻生長前、中期SPAD略高于或接近毯苗育秧處理，后期各品種功能葉葉綠素降解速度普遍加快。

3.3 缽苗育秧對水稻光合作用的影響

與毯苗育秧比較，移栽后85 d缽苗育秧水稻旗葉Pn顯著升高，同時，葉片Gs明顯增加，Ls相對較低，導致葉片蒸騰速率隨之減小，但兩者間WUE基本沒有差異。葉片光合能力的高低及功能期的持續時間與產量形成的關系密切，雖然缽苗育秧水稻的葉片峰值凈光合速率高于毯苗育秧水稻，但由于毯苗育秧水稻生殖生長期相對較長[7]，可能是導致缽苗育秧水稻最終產量無明顯變化的主因，至于兩者光合功能衰退進程機制還需進一步研究。

4 結論

與毯苗育秧方式比較，缽苗育秧水稻光合性能雖然在生殖生長前期具備一定優勢，但由于光合速率高值持續期相對較短，導致最終產量并無明顯變化。