不同棚式育秧對寒地水稻產量及其構成要素的影響

杜國明 姜瑩瑩 劉 釗

(東北農業大學 公共管理與法學院，哈爾濱 150030)

水稻作為中國主要的糧食作物，每年種植面積達3 000萬hm2，解決了中國60%以上人口的主食需求，有效地緩解了中國的糧食壓力[1-2]。當前中國農業正處于轉型發展、提檔升級的關鍵時期，耕地質量下降、面積減少和土壤污染等問題凸顯。同時，隨著“谷物基本自給、口糧絕對安全”的糧食安全戰略以及質量興農戰略的實施，水稻高產增產愈來愈呈現出舉足輕重的作用[3-4]。三江平原處于中國中溫帶的最北部，作為粳稻主產區，2015年水稻種植面積達265.02萬hm2，約占黑龍江省種植總面積的84.19%，為全國粳稻種植總面積的27.61%，該地區的水稻生產直接影響全國水稻產量及稻米糧食安全[5]。但高緯度導致的生長期短和積溫低是長期以來制約水田面積擴張和水稻產量提升的主要因素[6]。近年來，棚室育秧技術的不斷進步，有效地提高水稻的秧苗素質，促進水田擴張和水稻產量提升。探究不同棚室育秧方式對水稻產量及其構成要素的影響，對于推廣先進棚室育秧技術、提升水稻產量和保障口糧絕對安全具有重要意義。

近年來，針對水稻產量及其產量構成要素的影響機制已有很多的研究，主要包括通過對比試驗，探究不同灌溉方式、溫度處理、種養模式、耕作栽培技術、肥料施用量和插秧密度等因素對于水稻產量及其構成要素的影響[7-12]。如聶曉等[7]通過進行淺水-間歇灌溉、濕潤-間歇灌溉和淹灌3個對比試驗，探究不同灌溉方式下水稻產量及構成要素的差異；張祎瑋等[8]通過進行夜間增溫及常溫對照兩個試驗，深入探究了夜間增溫對于水稻生產的影響；禹盛苗等[9]通過6個試驗處理，探究不同復合種養模式下水稻產量及產量構成因素的差異；錢永德等[10]通過對比分析保護性耕作和常規耕作水稻產量及產量構成要素的差異，探究保護性耕作對水稻產量及構成要素的影響，同時也進一步闡明了保護性耕作栽培技術的增產機理；張兆健等[11]通過對不同氮肥施用量的水稻產量及構成要素的差異分析，探究免耕拋秧栽培條件下的水稻最佳施氮量；趙海紅[12]通過對比試驗分析不同插秧密度處理組合下的水稻產量及構成要素的差異，確定水稻高產的最佳插秧密度。

目前，探究不同棚式育秧對水稻產量及其構成要素的影響的研究鮮有報道。三江平原農墾地區(以下簡稱“墾區”)水稻育秧主要采用超級大棚和標準大棚2種棚式，但在普通農村地區(以下簡稱“農區”)育秧棚式主要為傳統小棚和少部分的標準大棚。因此，本研究開展超級大棚、標準大棚和傳統小棚3個對比試驗，監測并對比3種棚式內溫度、水稻秧苗素質、生育期及產量構成因素，對水稻產量進行測算，旨在探究寒地水稻最佳的育秧模式，以期為寒地水田區水稻種植提供技術借鑒，促進農業現代化發展及土地整治項目實施。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

本試驗2017年于黑龍江農墾建三江分局農業科技園區內開展。該科技園區地處中溫帶大陸性季風氣候區，年平均氣溫在2.5 ℃左右，最高氣溫在37.5 ℃左右，最低氣溫可達到-41 ℃，全年無霜期135 d左右，有效積溫達2 500 ℃以上，年均降雨量在573 mm左右，年徑流量達140 mm。超級大棚和標準大棚內采用營養土育秧，傳統小棚內土壤為本地草甸白漿土。

試驗材料為‘龍粳31’，該粳稻品種主莖11片葉，千粒重約為26.3 g，株高約為92 cm，穗長約為15.7 cm，每穗粒數約為86粒，出苗至成熟的整個生育期約為130 d，需要≥10 ℃活動積溫在2 350 ℃左右，較適宜在黑龍江省第三積溫帶上限地區種植，作為試驗品種在三江平原的中部和北部地區具有較高的代表性。

1.2 試驗設計

本試驗共設3個處理，1)超級大棚，即工廠化超級大棚育秧方式，標準為：長100 m、寬12.5 m、高3.4 m；2)標準大棚，即寬床開閉式大棚旱育秧方式，標準為：長60 m、寬6 m、高2.8 m；3)傳統小棚，即塑料膜小棚旱育秧方式，標準為：長15 m、寬2.5 m、高0.6 m。

標準大棚育秧與超級大棚育秧的培育方式相同，均采用：在播種前，利用旋耕機和平地機來進行地塊平整，進行機械化作業形成標準的旱秧池后，在育秧硬盤內平鋪已培育好的厚度為2 cm的營養土并均勻擺放，在均勻噴灑肥料后進行平整，進行均勻播種，在表面覆蓋厚度為0.3～0.5 cm未經過培肥的細土，溝水浸潤后進行地膜覆蓋，在后續培育過程中進行適度的水分管理。

傳統小棚旱育秧培育方式：選取在園區內距水源較近一塊長為15 m、寬為2.5 m的旱地地塊，經過地塊平整、播種、施肥、澆水和覆膜等過程，與2種大棚棚式保持相同的管理方法。

3種試驗處理主要采用常規傳統的旱育秧方式，且秧田管理方法保持一致。

1.3 測定項目及方法

1.3.1播種至移栽前棚內溫度趨勢

4月15日—28日每天9：00和15：00對3種棚內的溫度進行觀測并記錄，并計算上下午溫度的差異(即下午棚內溫度減去上午棚內溫度)。

1.3.2秧苗素質測定

于5月10日和9月25日分別進行了3種棚式秧苗素質對比記錄工作，分別從育秧棚或水田中切取10 cm×10 cm秧塊，從秧盤上抽取25株長勢較好的秧苗進行分析，對秧苗葉齡進行觀察并記錄，利用卡尺工具準確測量株高、莖基寬、根數和根長等數據；使用水平秤對鮮物質重、干物質重和根重等指標數據進行準確稱重。

1.3.3生育期觀測

對3種育秧棚內秧苗的出苗時間進行記錄，同時對水稻秧苗的葉齡情況進行記錄。

1.3.4水稻產量測產

分別隨機選取3種處理下處于齊穗期的20株水稻，對有效穗數及平均數進行觀測記錄。理論產量測定于9月25日進行，將平均有效穗數作為選取標準，分別從3種處理中選取10株處于成熟期的水稻進行單位面積有效穗數、每穗粒數、千粒重和結實率等產量構成要素測定[13]，區分標記收獲期的3種處理下所育水稻，在晾曬后進行水稻質量和含水量的測算工作，按照公式及標準含水量的13.5%進行計算，得出水稻的實際產量[14]。

理論產量=單位面積有效穗數×穗粒數× 結實率×千粒重÷106×15[14]

1.3.5數據分析

本研究利用Excel 2007軟件進行數據錄入、統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同棚式棚內溫度的比較

圖1可知，水稻出苗至移栽期，4月15日—19日每天9：00傳統小棚的棚內溫度高于超級大棚和標準大棚，而對比4月19日—27日 9:00 的育秧棚棚內溫度來看，傳統小棚棚內溫度明顯低于超級大棚和標準大棚2種大棚棚式，這說明2種大棚受光面積大，增溫快且控溫效果較好，一段時間內也會保持在較高的溫度。在4月25日之后，2種大棚的棚內溫度趨于平穩而傳統小棚溫度還處于不穩定波動狀態，其溫度波動差異達到5 ℃左右。

圖1 出苗至移栽期3種棚式9:00棚內溫度變化
Fig.1 Variation of temperature in three types of shed at 9:00 from seedling emergence to transplanting period

對比3種棚式棚內每天15：00的溫度變化(圖2)，可以發現2種大棚棚內溫度變化規律趨于一致且較小棚溫度穩定。4月15日—19日傳統小棚的溫度高于其他2種大棚，且呈波動性變化，2種大棚棚內溫度的波動要小于傳統小棚內的溫度變化，溫度較為穩定。4月20日—28日，傳統小棚的溫度要明顯低于其他2種大棚棚式，且溫度呈波動性變化，而2種大棚棚內溫度均保持在適宜生長的25 ℃左右[15]。通過分析可知，當下午光照減弱時，2種大棚通過調節自動卷簾門及室內溫度控制器對棚內溫度進行控制，為水稻生長創造適宜的生長環境。而傳統小棚多為塑料薄膜材質，棚內溫度升高后，當下午溫度降低時，棚頂會汽化產生水珠，產生一定的降溫作用[16]，導致傳統小棚棚內溫度很低，幾乎降至水稻生長發育的下限溫度10 ℃左右[17]，不適宜水稻秧苗的生長發育。

圖2 出苗至移栽期3種棚式15:00棚內溫度變化
Fig.2 Variation of temperature in three types of shed at 15:00 from seedling emergence to transplanting period

對比出苗期至移栽期3種棚式棚內上下午溫差變化(圖3)，2種大棚的溫差變化趨于一致，只有4月20日由于超級大棚通風時間較長導致其溫差較大，其他時間內的上下午溫差變化相對穩定，而傳統小棚的溫差變化幅度較大。傳統小棚受光面積較小，上午升溫相對較慢、棚內溫度偏低，中午時棚內溫度達到最高，下午溫度降低時，棚頂會產生一定的降溫作用，且傳統小棚控溫效果不強，導致棚內溫度差異變化較大。

圖3 出苗至移栽期3種棚式棚內上下午溫差變化
Fig.3 Variation of temperature difference between afternoon and afternoon in three types of shed from seedling emergence to transplanting period

2.2 不同棚式育秧對水稻秧苗素質的影響

秧苗素質高低對水稻的插秧成活率、生長情況及最終產量具有直接的影響[17-18]，因此進行3種棚式秧苗素質的對比分析。表1可知，通過對比5月10日3種育秧棚水稻秧苗素質，超級大棚和標準大棚培育的水稻秧苗平均齡期為四葉一心，具備分蘗能力，可以進行機械化插秧。但傳統小棚的水稻秧苗齡期為三葉一心，直到5月17日才能達到插秧標準，育秧時間延長7 d。在株高方面，傳統小棚秧苗株高為9.10 cm，超級大棚和標準大棚秧苗株高分別比傳統小棚高出1.84和2.40 cm；從根長這一指標來看，傳統小棚所育秧苗根長為2.86 cm，超級大棚和標準大棚分別比傳統小棚高出0.60和0.14 cm；在根數方面，傳統小棚秧苗的根數為5.0個，超級大棚和標準大棚秧苗分別比其高出2.4和1.5個；根重方面，傳統小棚秧苗根重為0.5 g，超級大棚和標準大棚秧苗分別比其高出0.3和0.2 g；在莖基寬方面，傳統小棚秧苗莖基寬為0.29 cm，標準大棚秧苗莖基寬為0.28 cm，超級大棚分別較傳統小棚和標準大棚秧苗高出0.01和0.02 cm；在弱苗率方面，超級大棚每25株秧苗弱苗數為2株，其弱苗率最低為8%，標準大棚的弱苗率為18%，傳統小棚弱苗率最高達24%。分析3種棚式所育秧苗素質的各項指標，超級大棚的秧苗素質優于標準大棚，傳統小棚所育秧苗的素質最低。

表1 不同棚式秧苗素質統計Table 1 Seedling quality of different shed types

分別選取3塊本田中具有代表性的水稻各10株，對比3種棚式育秧水稻在8月25日生長后期的秧苗素質，主要選取秧苗的根長、株高和穗長等性狀進行對比分析，見表2。在株高方面，傳統小棚秧苗株高為87 cm，超級大棚和標準大棚秧苗分別較其高出8 和5 cm；在根長方面，傳統小棚秧苗根長為19 cm，超級大棚和標準大棚秧苗分別較小棚高出5 和2 cm；在穗長方面，傳統小棚秧苗穗長為14.5 cm，超級大棚和標準大棚秧苗分別較小棚高出3.5和2.0 cm。3種育秧棚棚式所育水稻在3個月的生長后，各項生長指標存在著顯著差異，超級大棚所育秧苗素質明顯優于其他2種育秧棚式，傳統小棚所育秧苗目標性狀最差。

表2 不同棚式育秧后期秧苗素質統計表Table 2 Seedling quality of different shed type seedling rearing in later stage cm

2.3 不同棚式育秧對生育期的影響

表3可知，在出苗時間方面，傳統小棚在4月19日出苗，而超級大棚和標準大棚均在4月14日出苗，與大棚育秧相比，出苗時間推遲5 d。在5月10日觀測時發現，傳統小棚秧苗較大棚秧苗葉齡少1片葉，還需再長1周的時間才具備插秧條件。依據秧齡對2種棚式內秧苗進行插秧移栽，其中5月10日對超級大棚秧苗進行插秧移栽，其秧齡為32 d；于5月11日標準大棚秧苗進行移栽插秧，秧齡為33 d；5月17日傳統小棚秧苗進行插秧，秧齡為39 d。對比3種棚式秧苗的生育期，2種大棚所育秧苗的生育進程基本相同。傳統小棚和其他2種大棚棚式相比，由于出苗晚且葉齡不符合插秧條件，其插秧期較超級大棚推遲7 d，導致其后期生育進程推遲1周時間。

表3 不同棚式水稻生育日期統計表Table 3 Rice growth stages in different shed types

2.4 不同棚式育秧對水稻產量構成要素及產量的影響

表4可知，在有效穗數方面，與傳統小棚所育水稻有效穗數417 穗/m2相比，相比超級大棚和標準大棚較傳統小棚分別提高15.83%和4.80%；在全粒數方面，與傳統小棚全粒數83.97粒/穗相比，超級大棚和標準大棚分別較傳統小棚高出3.52和1.47粒/穗；在每穗實粒數方面，傳統小棚每穗實粒數最低為79.75粒/穗，超級大棚、標準大棚分別較其高出2.10和2.16粒/穗；在結實率方面，標準大棚結實率較傳統小棚提高0.18%。3種育秧方式下的水稻千粒重沒有明顯差異。

表4 不同棚式水稻產量極其構成要素統計表Table 4 Rice yield and its components in different shed types

表4所示，超級大棚所育水稻的理論產量、實際產量分別為10 327.35和9 301.50 kg/hm2；標準大棚所水稻的理論產量、實際產量分別為9 535.95和9 012.00 kg/hm2；傳統小棚所育水稻的理論產量、實際產量分別為9 031.05和8 632.50 kg/hm2[14]。由于后期生長過程中各種因素的影響，3種育秧大棚的實際產量均低于理論產量，但超級大棚所育水稻的實際產量仍高于標準大棚和傳統小棚，超級大棚的產量較標準大棚高出3.21%，較傳統小棚產量高出7.75%。通過對水稻的產量及產量構成因素進行測算，對比3種育秧棚所育水稻的產量，可以分析得出，相較于標準大棚和傳統小棚，超級大棚是較好的育秧方式且有利于水稻產量的提高，超級大棚的推廣應用對于寒地水稻產量的提高具有重要的意義。

3 討 論

1)地處北半球的高寒地區，溫度條件是制約水稻面積擴張及水稻產量高低的重要因素。本研究發現，在同等條件下，不同育秧棚棚式對于水稻的育秧期、秧苗素質、水稻產量及其構成要素具有直接影響，因此提升水稻產量應針對不同類型育秧棚式特點完善溫度控制技術。

2)黑龍江省廣大農村地區其育秧方式仍以傳統小棚為主，建議在實際生產中，對集中連片的水田種植區推廣大棚甚至超級大棚育秧技術，以便進一步提高區域內水稻產量。同時，對于農村地區較為分散的水稻種植區可以進行棚式改建，將傳統小棚進一步改建為大棚棚式，進行集中統一育秧管理，優化育秧棚用地布局，提高土地集約利用率。

3)本研究中超級大棚和標準大棚內采用營養土育秧，傳統小棚內土壤為草甸白漿土育秧，土壤的差異性會對秧苗生長及秧苗素質產生一定的影響。另外，外界溫度條件和水稻品種等因素的影響需進一步的試驗驗證。

4 結 論

1)在水稻育秧時節的上午溫度升高和下午溫度降低時，2種大棚棚內溫度較為穩定，而傳統小棚的棚內溫度則呈波動性變化。2種大棚的上下午溫差變化較小，最大溫差不超過8 ℃，而傳統小棚內的溫差變化較為劇烈，最大溫差達11 ℃左右。2種大棚增溫及控溫效果明顯優于傳統小棚。

2)不同育秧棚式棚內溫度和光照差異對秧苗素質高低有直接的影響，綜合對比3種棚式所育秧苗株高、根長、根數、根重和莖基寬等數據，超級大棚所育秧苗素質最優，標準大棚次之，傳統小棚所育秧苗素質最低。在弱苗率測算中，超級大棚弱苗率最低為8%，傳統小棚最高為24%。

3)對比3種育秧棚所育秧苗的生育期，2種大棚所育秧苗的生育進程基本相同，但傳統小棚由于插秧期較2種大棚推遲7 d，導致后期生育進程推遲1周。與傳統小棚育秧相比，大棚所育秧苗的生育期縮短1周左右的時間，這一優勢可以有效彌補寒地水田區生育期短的不足。

4)分析對比有效穗數、每穗全粒數、實粒數和結實率等產量構成要素，超級大棚所培育水稻的有效穗數較傳統小棚高出15.83%；超級大棚秧苗全粒數分別較標準大棚和傳統小棚高出1.71%和4.19%；超級大棚育秧水稻的實粒數分別較標準大棚和傳統小棚高出0.06和2.16粒/穗；與傳統小棚相比，標準大棚育秧下水稻結實率提高0.18%。

5)后期生長過程中受各種因素影響，3種棚式育秧的水稻實際產量均低于理論產量，但超級大棚的實際產量仍明顯高于標準大棚和傳統小棚，分別高出3.21%和7.75%。

致謝

感謝東北農業大學農學院顧萬榮副研究員對本研究及論文寫作的指導，感謝黑龍江省七星農場農業技術人員對本研究所提供的技術支持與幫助。