水田旱整對機插水稻鎮稻99 產量形成及土壤性狀的影響

朱正康 唐東南 曹文雅 李萬元 張家星 羅剛 陳琛 沈麗麗 陳友林張學志 李兆飛 王余龍 姚友禮 董桂春*

（1揚州大學江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點/農業農村部長江中下游作物生理生態與栽培重點開放實驗室/糧食作物現代產業技術協同創新中心，江蘇 揚州225009；2 上海農場，江蘇 大豐224151；3 江蘇省五圖河農場有限公司，江蘇 連云港222000；第一作者：852235436@qq.com；*通訊作者：gcdong@yzu.edu.cn）

機插秧具有工效高、成本低、節省秧田等優勢[1-2]，在實施與之配套的生產技術下，能表現出較高的增產潛力，種稻效益明顯提高，已成為江蘇省大型農場、種糧大戶首選的生產方式。目前，機插秧與秸稈還田相結合已成為江蘇省水稻生產的主推技術。秸稈還田的正向效應主要體現在水稻生長中后期，但幼苗階段幾乎不起效果，甚至出現抑制作用[3-5]，如秸稈過長導致水稻立苗難、微生物分解秸稈與幼苗搶奪氮素[6-7]、秸稈在厭氧條件下釋放有毒物質毒害水稻等現象[8-9]。而機插秧苗小、苗弱，素質差[10]，機械栽插損傷大，栽后發根慢，緩苗期長[11]，秸稈還田對機插秧前期生長的抑制作用更加凸顯。傳統的稻田整田主要為水耕水耙，翻耕、泡田過于頻繁，耕層通常泥爛如漿，機插過深，通透性差，幼苗根系生長環境惡劣，不利于幼苗早發根，分蘗發生遲，分蘗數量少，分蘗質量不高[12-13]。

因此，從耕作方式上建立一套適合秸稈還田條件下機插秧的新模式，對機插秧和秸稈還田生產方式的普及是有利的。目前生產上一些單位采用旱整的方式，即通過旱耕旱耙，將土層整平，上水將土層洇透后即可插秧[14-15]，而水整則在上水泡田后還需進一步的水耕水耙，平整田塊。與水整相比，旱整不僅省時、省工，降低生產成本，對水稻產量提高也有一定的促進作用[15]。但有關旱整方式對水稻莖蘗動態、產量形成、根系及土壤有關指標影響的研究不多。為此，本試驗以中熟中粳稻鎮稻99 為材料，研究了秸稈全量還田條件下旱整與水整對鎮稻99 機插生長特性及產量的影響，分析旱整方式增產的途徑，為水田旱整技術的推廣提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 供試品種

供試水稻品種為中熟中粳鎮稻99。

1.2 試驗設計

試驗1: 2014年在上海農場進行。機插秧，栽插規格10 cm×25 cm，密度為2.67 萬叢/667 m2。5月21日播種，6月6日移栽。設旱整和水整2 個處理，每個處理種植1 塊田，每塊田面積約2 hm2。試驗田塊土壤基礎養分含量：有機質19.56 g/kg、全氮1.10 g/kg、堿解氮73.49 mg/kg、速效磷36.23 mg/kg、速效鉀189.65 mg/kg。前茬小麥，秸稈還田量約760 kg/667 m2。肥料施用情況：每667 m2施純N 約22 kg，氮、磷、鉀比例為1∶0.3∶0.3，氮肥基蘗肥與穗肥比為7∶3。

旱整流程：拋肥-免耕耙-放邊樣-機械打田埂-開橫溝-人工理溝-上小水洇透（時間36 h）-排水-機器插秧-人工理水-插后封閉。

水整流程：免耕耙-機械打田埂-上水-刮板-施肥-激光平整（纖草、油平、耱蓋）-機器插秧-插后封閉。

試驗2: 2015年在五圖河農場進行。機插秧，栽插規格13 cm×25 cm，密度為2.05 萬叢/667 m2。6月10日播種，6月25日移栽。設旱整和水整2 個處理，每個處理種植1 塊田，每塊田面積約2 hm2。試驗田塊土壤基礎養分含量：有機質22.56 g/kg、全氮1.327 g/kg、堿解氮70.94 mg/kg、速效磷26.87 mg/kg、速效鉀333.53 mg/kg。前茬小麥，秸稈還田量約750 kg/667 m2。肥料施用情況：每667 m2施純N 約21 kg，氮、磷、鉀比例為1∶0.3∶0.3，氮肥基蘗肥與穗肥比為7∶3。

旱整流程：雷肯耙-施肥-反旋-平土器初平-開橫溝-上水-人工找平-打田埂-封閉化除-機器插秧

水整流程：淺耕-打田埂-上水泡田-滅茬旋地-施肥-旋耙起漿-刮平-人工找平-封閉化除-機器插秧

1.3 測定項目及方法

1.3.1 莖蘗動態

試驗1 于栽后10 d 開始調查，每10 d 調查1 次，每處理9 個重復，每重復10 叢，共90 叢植株；試驗2于栽后15 d 開始調查，每7 d 調查1 次，每處理10 個重復，每重復10 叢，共100 叢植株。

1.3.2 干物質量

在普查莖蘗數（穗數）的基礎上，于抽穗期、成熟期測定不同器官的干物質量，每處理5 個重復，每重復10 叢。按莖鞘、綠葉、黃葉、穗器官分樣，105℃殺青0.5 h，80℃烘干至恒質量（一般為72 h）后測定干物質量。

1.3.3 葉面積

在普查莖蘗數（穗數）的基礎上，于栽后30 d、抽穗期、抽穗后30 d，每處理測定5 個重復，每重復測定1叢植株的高效葉面積、有效葉面積和總葉面積。

1.3.4 根系性狀

試驗1 于栽后5 d、栽后15 d、栽后25 d 和抽穗期測定，試驗2 于栽后15 d、栽后30 d、抽穗期、灌漿結實中期及成熟期測定，測定每叢不定根數和每叢根干質量。每處理5 個重復，每個重復5 叢。

1.3.5 產量及產量構成

在普查穗數的基礎，成熟期每處理選擇5 個重復，每重復取接近平均穗數的植株10 叢，測定每叢穗數、每穗穎花數、飽粒率（水漂法，沉入水底為飽粒），風干后計算飽粒千粒重和理論產量。

1.3.6 土壤有關性狀

1.3.6.1 氧化還原電位（Eh） 2014年栽后15 d、25 d、50 d，2015年栽后15 d、30 d、45 d，分別測定土壤表面、土深5 cm、10 cm 處的氧化還原電位。

1.3.6.2 土壤含水率 采用環刀法，隨機測定5 個重復，每個重復依次取出0～5、5～10、10～15 cm 3 個層次土塊，放入鋁盒中，置于烘箱105℃烘干稱重，計算土壤含水率。土壤含水率=(土壤鮮質量-土壤干質量)/土壤干質量。2014年測定2 次（栽后25 d、50 d），2015年測定5 次（栽后15 d、30 d、45 d、抽穗期、收獲期）。

1.4 數據處理

用Excel 進行數據處理和圖表繪制，用SPSS 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 對鎮稻99 產量及生長性狀的影響

2.1.1 對產量及產量構成的影響

由表1 可知，2014年、2015年產量，旱整田均高于水整田，分別高6.17%、5.78%和10.07%。從產量構成來看，旱整田單位面積有效穗數均高于水整田，2014年、2015年分別高5.42%和16.94%；每穗粒數均低于水整田，分別下降3.31%和8.28%；結實率均高于水整田，分別高9.00%和1.32%；千粒重2014年旱整田低于水整田，下降3.54%，2015年旱整田高于水整田，增加1.38%。方差分析結果表明，不同整田方式單位面積有效穗數（2015）、每穗穎花數（2015）、結實率（2014）、千粒重（2014）的差異達顯著或極顯著水平，其他性狀同一年份的差異均不顯著。

相關分析表明，產量與單位面積有效穗數（r2014=0.751*，r2015=0.672*）呈顯著正相關，與每穗穎花數（r2014=0.068，r2015=-0.056）、千粒重（r2014=-0.622，r2015=0.387）的相關性不顯著，與結實率的關系，2014年不顯著（r=0.103），2015年呈顯著正相關（r=0.650*）。

圖1 水田旱整對鎮稻99 莖蘗動態的影響

表1 水田旱整對鎮稻99 產量及產量構成的影響

表2 水田旱整對鎮稻99 源庫性狀的影響

2.1.2 對莖蘗動態及成穗率的影響

由圖1 可知，2014年栽后10～30 d，兩種整田方式水稻的莖蘗數相差不大，30 d 時旱整方式的莖蘗數還略高于水整，30 d 后旱整增長速率開始低于水整，兩種方式均在40 d 左右時達到高峰苗，旱整高峰苗低于水整，低2.78%。之后莖蘗數均開始下降，旱整的下降幅度小于水整。抽穗期普查，旱整方式有效穗數比水整方式高5.42%（表1）。2015年栽后15 d、22 d、29 d 旱整略高于水整，36 d 時旱整明顯高于水整，栽后43 d 左右兩種方式均達到高峰苗，旱整高峰苗數比水整高4.02%。抽穗期普查時，旱整方式有效穗數比水整方式高16.94%（表1）。

不同整田方式對水稻成穗率也有明顯的影響，2014年旱整、水整方式的成穗率分別為64.53%、58.43%，2015年分別為69.26%、61.60%，旱整均高于水整。兩種整田方式的差異2014年較小（F=3.489），2015年達極顯著水平（F=98.649**）。

2.2 不同整田方式對鎮稻99 源、庫性狀的影響

由表2 可知，不同整田方式主要時期葉面積變化趨勢2年相似，栽后30 d 旱整方式均低于水整，分別下降19.36%（2014）、27.75%（2015），但抽穗期、抽穗后30 d，旱整方式均高于水整，分別高9.22%（2014）、5.72%（2014）和10.54%（2015）、2.21%（2015），單位面積穎花量旱整方式比水整方式分別高1.23%（2014）、7.25%（2015）。方差分析表明，不同整田方式下，2015年栽后30 d 葉面積系數的差異達顯著水平，其他均不顯著。相關性分析表明，產量與抽穗期葉面積系數的關系不密切（r2014=0.078，r2015=0.090），與單位面積穎花量呈極顯著正相關

2.3 對鎮稻99 物質生產與分配的影響

由表3 可知，2014年旱整方式抽穗期干物質生產量、成熟期干物質生產量比水整方式分別高12.09%和1.29%，抽穗后干物質生產量低19.07%，2015年上述3個性狀旱整方式均比水整方式高，分別增加13.78%、8.62%和3.36%。由表3 可知，經濟系數2014年旱整方式比水整方式高4.15%，2015年高1.50%。方差分析結果表明，不同整田方式間這些性狀的差異均未達顯著水平。相關分析表明，產量與成熟期干物質生產量呈極顯著正相關（r2014=0.784**、r2015=0.965**），與經濟系數的相關性不顯著（r2014=0.154、r2015=0.468）。從物質分配來看，2014年旱整方式水稻抽穗期莖鞘葉干質量比重為87.05%，成熟期為45.41%，結實期莖鞘葉干質量比重下降41.64 個百分點；水整方式相應數據分別為83.79%、44.82%和下降38.97 個百分點。2015年旱整方式水稻抽穗期莖鞘葉干質量比重為83.28%，成熟期為40.87%，結實期莖鞘葉干質量比重下降了42.41 個百分點；水整方式相應數據分別為83.68%、41.8%和下降41.88 個百分點。由此可見，旱整田結實期莖鞘葉干質量比重下降值多于水整田。

表3 水稻旱整對鎮稻99 干物質生產與分配的影響

表4 旱整對鎮稻99 每叢根干質量的影響

圖2 水田旱整對鎮稻99 水稻每穴不定根數的影響

2.4 對鎮稻99 單叢不定根數、根干質量的影響

由圖2 可知，2014年旱整方式栽后15 d、栽后25 d、栽后35 d、抽穗期的單叢不定根數均高于水整方式，分別高23.64%、8.34%、18.74%、14.56%；2015年旱整方式栽后15 d、栽后30 d、抽穗期、結實中期、成熟期的單叢不定根數均高于水整方式，分別高8.52%、2.74%、8.07%、20.24%、9.67%。方差分析結果表明，2014年栽后15 d（F=7.856*）、栽后35 d（F=5.723*）以及2015年栽后15 d（F=16.682**）、結實中期（F=6.689*）的差異達顯著或極顯著水平，其他時期2 種方式間的差異均不顯著。

由表4 可知，2015年旱整方式栽后15 d、栽后30 d、抽穗期、結實中期、成熟期的單叢根干質量均高于水整方式，分別高13.94%、2.94%、26.51%、31.21%和25.61%。方差分析結果表明，栽后15 d、栽后30 d 和結實中期的差異未達顯著水平，抽穗期和成熟期的差異均達顯著水平。

2.5 對土壤有關指標的影響

2.5.1 對土壤氧化還原電位的影響

由圖3 可知，2014年旱整田3 次測定0 cm、5 cm、10 cm 土壤處氧化還原電位均高于水整田，栽后15 d分別高4%、13%和121%，栽后25 d 分別高52%、30%和41%，栽后50 d 分別高10%、52%和79%；2015年旱整田3 次測定的0 cm、5 cm、10 cm 土壤處氧化還原電位均高于水整田，栽后15 d 分別高90%、188%和203%，栽后30 d 分別高224%、181%和169%，栽后45 d 分別高294%、272%和249%。

圖3 水田旱整對鎮稻99 土壤氧化還原電位的影響

方差分析結果表明，2015年栽后15 d（F=14.345**、24.822**、21.319**）、 栽 后 30 d （F =9.097*、5.120*、17.435**）、栽 后45 d（F=112.657**、28.738**、13.661**），2種方式間土壤氧化還原電位的差異均達顯著或極顯著水平。

2.5.2 對土壤含水率的影響

由圖4 可知，2014年栽后25 d、栽后50 d，旱整田0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 土層含水率均低于水整田，分別比水整田低2.50%、5.06%、13.34%和14.78%、5.95%、2.54%；2015年栽后15 d、栽后30 d、栽后45 d、抽穗期、成熟期，旱整田0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 土層含水率均低于水整田，分別比水整田低19.10%、21.84% 、18.15% ，18.46% 、4.19% 、10.30% ，12.50% 、11.25% 、8.35% ，11.90% 、19.35% 、20.05% ，24.78% 、19.85%、7.23%。方差分析結果表明，2014年2 種方式栽后25 d 各土層（F 值分別為0.121、1.446、2.325）、栽后50 d 各土層（F 值分別為2.744、0.912、0.154）含水率的差異均未達顯著水平；2015年2 種方式栽后30 d 5～10 cm（F=1.616）和10～15 cm（F=2.526）、栽后45 d 5～10 cm（F=3.102）、成熟期10～15 cm（F=0.675）土層含水率差異未達顯著水平；栽后15 d 各土層（F 值分別為17.419**、63.809**、9.476**）、栽 后30 d 0～5 cm （F=6.308*）、栽后45 d 0～5 cm（F=9.124*）和10～15 cm（F=6.329*）、抽穗期各土層（F 值分別為14.035**、41.473**、20.525**）、成熟期0～5cm（F=29.960**）和5～10 cm（F=37.760**）2 種方式土層含水率差異均達顯著或極顯著水平。

3 小結與討論

3.1 不同整田方式對機插水稻莖蘗動態及成穗率的影響

前人研究表明，手栽稻上，免耕淺栽的水稻具有穩定的分蘗成穗和成穗率高的特性[16]；但也有研究表明，少免耕方式分蘗前期分蘗發生的特點略有不同，表現出前期水稻分蘗快于常規耕作區，分蘗末期由于常規耕區的后發勢頭大，少免耕區莖蘗數低于對照區，但其有效穗數和成穗率仍比常規耕區高[17]。有研究認為，免耕直播有利于分蘗分生，且具有低位分蘗及成穗優勢，成穗率高[18-19]；拋秧少耕的水稻前20 d 莖蘗增長速度較快，但高峰苗不如常規耕作水稻高，無效分蘗數也少于常規耕作[20]；機插稻免耕條件下，中浙優1 號表現出水稻高峰苗小于翻耕田、成穗率高于翻耕田的特點[21]。

本研究結果表明，在機插和麥秸稈還田條件下，耕前旱整有利于機插秧栽后返青，前期莖蘗發生迅速，增長較快，高峰苗數低于（2014年）或略高于水整方式（2015年），但成穗率均高于水整方式。這與前人的研究結果基本一致。

3.2 不同整田方式對機插水稻產量及產量構成的影響

關于不同整田方式對水稻產量的影響，前人的研究結果不一。一些試驗表明，水稻免耕種植產量略有增加，如配套栽培措施得力，可較翻耕增產10%以上[22-25]，在免耕機插水稻上也表現出比對照略高的產量水平[21]；也有一些研究認為，雙季稻免耕1～2年后，產量與翻耕無顯著差異[26]。不少學者[27-31]的長期多點對比試驗和長期定位試驗也認為，少免耕栽培水稻的產量和常規耕作基本上持平，無顯著差異。但也有報道表明，少免耕會造成水稻產量降低[32-34]。本研究結果表明，旱整方式水稻產量高于水整方式，平均增產8.36%。可見，機插與麥秸稈全量還田條件下，耕前旱整對水稻產量的提高有一定的促進作用。

關于不同整田方式對產量構成的影響，前人的研究結果不盡相同。在手栽稻上，免耕方式不同程度地提高了單位面積有效穗數、結實率和千粒重，小區試驗和大田試驗均有相同的趨勢[35]。也有研究認為，免耕方式的產量比手栽、直播方式提高主要是由于增加了每穗粒數[22]；而在機插水稻上采取免耕處理能提高單位面積有效穗數，但使每穗粒數、結實率和千粒重均有所下降[21]。本研究結果表明，與水整方式相比，旱整方式極顯著提高了單位面積有效穗數，增加了結實率，但每穗穎花數顯著降低、千粒重有所減少。這與前人研究結果不盡一致，可能與試驗方法、試驗材料以及環境不同有關。

3.3 不同整田方式對機插水稻源庫性狀、物質生產的影響

關于不同整田方式對機插稻葉面積指數的影響，目前報道結論不一致。有研究認為，免耕方式下最高分蘗期、孕穗末期和乳熟期的葉面積指數均比常規耕作高[35]，壟作免耕水稻孕穗期的葉面積指數也表現出比常規耕作高的特征[23]。也有研究認為，免耕或少耕的水稻葉面積指數低于常規耕作[20]，但這個現象并不完全是負效應，較低的葉面積指數在一定程度上增加了（免耕機插）水稻基部的透光率，提高了群體透光能力[21]。本研究結果表明，除栽后30 d 旱整方式的葉面積指數低于水整方式外，抽穗期和灌漿結實中期的葉面積指數均高于水整方式，分別高7.47%和6.38%。可見，旱整能增加水稻中、后期光合面積，這可能與旱整方式增加了土壤通透性，水稻根系生長良好有一定的關系。此外，本研究還發現，整田方式對水稻單位面積庫容量的影響較小，同類報道不多。

關于整田方式對機插稻物質生產的影響，一些報道的結果大相徑庭。杜金泉等[35]認為，免耕水稻最高分蘗期、孕穗末期和乳熟期的干物質量均比常規耕作高。而馮躍華等[22]的研究結果則相反，即免耕移栽稻抽穗前、抽穗后、成熟期總干物質量均較低。但陳惠哲等[21]認為，免耕機插水稻只有在分蘗高峰期干物質量與對照有明顯差異，其他時期如穗分化期、齊穗期和成熟期的差異均不顯著。本研究結果表明，旱整方式水稻抽穗期、成熟期干物質量均略高于水整方式，抽穗后干物質量兩者沒有顯著差異，但其結實期莖鞘葉干質量比重下降幅度要大于水整方式，說明轉運到籽粒中的干物質增多，這是其經濟系數高于水整方式的重要因素。

3.4 不同整田方式對機插水稻根系生長的影響

有關不同整田方式對機插水稻根系生長的影響，前人的研究結果不盡相同。在手栽條件下，免耕栽培的水稻在根系數量和質量上比翻耕有優勢[36-37]；免耕處理水稻的根冠比、根干質量在最高分蘗期、抽穗期和成熟期均高于翻耕[38]；在拋秧條件下，免耕使秧苗發根較多，但根系生長受阻，根系的總長度不及常耕秧苗[39]；水稻根系干質量低于翻耕移栽稻，根系大部分分布在表層土壤（0～5 cm）[40]。本研究結果表明，旱整田在主要生育時期的單叢不定根數、單叢根干質量均比水整田高。可見，在機插和麥稈還田條件下，旱整方式有利于水稻根系生長，前期發根快，能夠促進水稻快速分蘗，中后期保持發達的根系，能為水稻干物質積累和產量形成奠定堅實的根系基礎。

3.5 不同整田方式對機插水稻土壤性狀的影響

土壤氧化還原電位是反映土壤通氣性的一個良好指標。一般認為，氧化還原電位高則土壤透氣性較好。有研究表明，壟作免耕稻田土壤0～10 cm 土層的氧化還原電位比常規淹水平作提高了3 倍，10～20 cm 土層也提高了2 倍多[41]。通過比較免耕移栽和翻耕移栽，發現免耕移栽處理0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 土層的氧化還原電位普遍高于翻耕移栽處理[22，27]。本研究結果表明，旱整田各時期0 cm、5 cm、10 cm 土層的氧化還原電位均高于水整田，與前人的研究結果相似。可見，旱整方式能有效改善土壤通透能力。

關于整田方式對土壤含水率的影響，目前報道多為強調保護性耕作對土壤蓄水保墑的作用[41-44]；也有研究表明，在保證水稻正常發育的前提下，控水能夠促進水稻根系生長[45]。本研究結果表明，旱整方式在主要生育時期土壤耕作層內任何位置均能有效降低土壤含水率，增加了土壤的通透性，為根系生長發育提供了良好的生長環境。

總之，水田旱整能有效增加土壤通透性，改善機插秧根系生長環境，尤其在秸稈還田條件下，有利于機插秧栽后返青，加快前期分蘗發生。其次，盡管旱整方式降低了每穗穎花數，但由于其成穗率提高，增加了有效穗數，使旱整方式的單位面積穎花量高于水整方式，這也是水田旱整機插秧的主要增產途徑。