播深和播量對寧夏地區直播稻幼苗素質和產量的影響

楊文偉 石亞飛 高 蓮 張娟偉 陳 麗 孫建昌 羅成科，*

（1寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2寧夏農林科學院農作物研究所，寧夏 銀川 750002）

水稻直播栽培省去了傳統插秧種植中的育秧、移栽等工序，具有節約成本、省時、省工等特點，是一種輕簡化栽培技術。近年來隨著除草技術的發展，以及耕種管收機械化技術的應用，我國各地稻區直播稻發展迅速，呈現不推自廣的趨勢，直播稻栽培面積逐年增加［1-6］。據調查，目前我國直播稻的種植面積已超過1 萬公頃，占水稻種植面積的20%以上［7］。自2000年以來，寧夏水稻直播稻栽培發展迅速，2018年后直播稻面積已占水稻種植面積的95%以上［8］。寧夏直播稻主要以旱直播為主，覆土直播是旱直播（播后上水）的一種種植方式，具有節水、節種、節本增產增效的優勢，在生產實踐中具有重要推廣意義。

保全苗是直播稻種植的關鍵技術之一，播深對直播稻出苗保苗影響較大。播種過深會造成出苗困難，難以獲得全苗勻苗，且幼苗素質弱，群體抗逆性差，易感染病蟲害等，最終影響產量和品質［9-11］。播深在1～3 cm 范圍內，可以保證基本苗數，有利于后期保持足夠的有效穗數；播深超過5 cm，出苗率顯著下降，不利于保持足夠的高峰苗數和有效穗數［12-15］。此外，播量也是影響直播稻苗期幼苗素質及產量的關鍵因素之一［16］。播量過小，雖能改善個體的生長發育狀況，充分發揮個體生產潛能，但群體穗數較少，不利于水稻高產；播量過大，會增加種子成本，而且會嚴重影響幼苗素質和產量［17］。研究表明，在機械旱直播方式下，水稻出苗率隨著播深的增加均表現為下降趨勢［18］。在旱直播條件下，隨著播量的增加，常規稻的產量呈先升高后降低的趨勢［19-20］。在保證田間基本苗數足夠的前提下，適當減少播量有助于提高產量［21］。當播量為150 kg·hm-2時，直播稻鄭旱10 號根系活力、總吸收表面積、活躍吸收面積最大，產量也表現為最高［22］。另外，土壤類型和生態環境對水稻出苗保苗也具有一定的影響［23-25］。然而前人僅針對播深或播量對水稻生長發育的影響進行了研究，對播深、播量兩因素互作下水稻出苗率、幼苗素質、根系特征及產量的研究鮮有報道。為此，本研究在寧夏稻區灌淤土條件下，以寧夏水稻主栽品種富源4 號為試驗材料，探究不同播深和播量組合對水稻幼苗生長和產量的影響，旨在獲得旱直播方式下適宜的播深和播量組合，為制定寧夏地區覆土直播稻栽培技術規程提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

供試品種為寧夏主栽品種富源4 號。該品種是寧夏回族自治區種子管理站、寧夏原種場從北方區試中選出的一個早熟優質米水稻品種，其生育期為142 d左右，幼苗長勢旺盛，耐低溫、抗鹽堿能力強，具有一定的稻瘟病抗性，穩產性好［26］。

試驗于2020—2021年在寧夏農林科學院農作物研究所永寧望洪試驗基地進行，該試驗基地的土壤類型為灌淤土，其土壤肥力見表1。

表1 2020—2021年試驗地土壤肥力狀況Table 1 Soil fertility status of experimental site from 2020 to 2021

1.2 試驗設計

本試驗采用二因素裂區設計，以播深為主區，設置1（A1）、2（A2）、3（A3）、4 cm（A4）4個梯度；播量為副區，設置112.5（B1）、187.5（B2）、262.5（B3）、337.5 kg·hm-2（B4）4 個梯度。采用人工開溝撒播模擬機械播種，每個試驗小區種植10行，行長10 m，行距23 cm，小區面積23 m2，16 個處理，3 次重復，共48 個小區，隨機排列。分別于2020年4月30日和2021年5月7日進行播種，水、肥、病蟲害防治和除草等按當地常規管理。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 出苗率 齊苗后在每小區隨機選取1 m 行長作出苗數調查，每小區3 次重復計算單位面積出苗數。出苗率計算公式如下：

1.3.2 幼苗素質調查 于30 d苗齡時，在各處理中分別挑取代表性植株20株，3次重復，用流水沖洗根系泥土，取10 株分別調查苗高、莖基寬、莖葉干重、根系干重，并計算根冠比、充實度、壯秧指數和整齊度［27］。計算公式如下：

式中，xa、xb分別代表株高、莖基寬。

30 d 苗齡時，在各處理中分別選取代表性植株10株，3 次重復，用流水沖洗根系泥土，從莖基部剪去根系，插入盛有清水的燒杯中，上罩保險塑料膜置于光照培養箱中培養7 d，統計長度大于5 mm 的新生根系，計算每株新發的根系數量，即水培發根力。

1.3.3 根系生理特性分析 30 d苗齡時，在各處理中分別選取代表性植株10株，3次重復，用流水沖洗根系泥土，統計根系數量和根系長度。除去地上部分，以根系為材料，利用甲烯藍蘸根法［28］測定根系總吸收面積和根系活躍吸收面積，采用氯化三苯基四氮唑法［29］測定根系活力。

1.3.4 產量及產量構成因素調查 水稻成熟后，每小區取1 m 行長樣段稻株，3次重復，自然風干，調查有效穗數及單株性狀，分小區人工收割，脫粒，稱取小區產量。

1.4 統計方法

使用Microsoft Excel 2010 軟件進行數據整理和分析，采用SPSS 23.0 軟件進行方差、相關性和主成分分析，使用Origin 18軟件作圖，利用隸屬函數值和權重計算苗期各處理各項指標的綜合得分，參照文獻［30］計算隸屬函數值［u(Xij)］、權重（Wj）和綜合評價值（Di）。計算公式如下：

式中，Xij為第i個處理的第j個指標；Xjmin為第j個指標的最小值；Xjmax為第j個指標的最大值；Pj表示經主成分分析所得到的第j個綜合指標的貢獻率；Di值越大，表明第i個處理通過12個指標評價的綜合得分越高。

2 結果與分析

2.1 播深和播量對水稻出苗率的影響

由表2可知，在同一播量下，出苗率均隨著播深的增加呈先升高后降低的趨勢，其中，播深2 cm 下，不同播量處理的出苗率均達到最大值。播深超過2 cm 后，不同播深和播量組合處理的出苗率均顯著降低。在1～2 cm 播深范圍，出苗率隨著播量的增加呈先增加后降低的趨勢，播量超過187.5 kg·hm-2（B2）后出苗率明顯下降；播深超過2 cm 后，出苗率隨播量的增加而降低。單因素方差分析表明，播深或播量對水稻出苗率存在極顯著影響，播深對出苗率的影響大于播量；雙因素互作效應分析表明，播深和播量互作對出苗率有顯著影響。綜合來看，播深在1～2 cm，播量在112.5～187.5 kg·hm-2時出苗率較高，均達到80%以上。播深超過2 cm，播量超過187.5 kg·hm-2時，出苗率明顯降低，說明播深和播量過大均不利于水稻出苗。

表2 不同播深和播量對水稻出苗率的影響Table 2 Effects of different sowing depth and amount on rice emergence rate

2.2 播深和播量對水稻幼苗素質的影響

由表3可知，在同一播量下，幼苗苗高、莖基寬、發根力、壯秧指數均隨播深的增加呈先增加后降低的趨勢，當播深超過2 cm 后，幼苗苗高、莖基寬、發根力、壯秧指數均較播深2 cm 整體顯著下降，播量在112.5～187.5 kg·hm-2時，充實度隨播深的增加呈先增加后降低的趨勢。根冠比在播深1 cm，播量337.5 kg·hm-2時達到最大值，整齊度在播深3 cm，播量187.5 kg·hm-2時最佳。在同一播深下，除根冠比和整齊度外，其他各項指標均隨播量的增加呈先升高后降低的趨勢，且在播深為2 cm，播量為187.5 kg·hm-2時幼苗苗高、莖基寬、發根力和壯秧指數均達到最大值；當播量超過187.5 kg·hm-2后，幼苗個體對養分的競爭增大，導致各項指標均不同程度地降低，幼苗苗高、莖基寬、發根力、充實度和壯秧指數較播量187.5 kg·hm-2顯著降低。在播深為1～2 cm時，播量112.5和337.5 kg·hm-2下的根冠比大于播量187.5～262.5 kg·hm-2范圍內的根冠比。在2～4 cm 播深下，187.5～262.5 kg·hm-2播量范圍內的整齊度高于其他播量。單因素方差分析表明，播深或播量對水稻幼苗素質各項指標（除整齊度外）均存在極顯著影響，且播量對各項指標的影響均大于播深。雙因素互作效應分析表明，播深和播量互作對幼苗根冠比、充實度、壯秧指數均存在極顯著影響。綜上，播深2～3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2能明顯提高幼苗苗高、莖基寬、發根力、充實度、壯秧指數和整齊度，有利于水稻后期的生長發育。

表3 不同播深和播量對水稻幼苗素質的影響Table 3 Effects of different sowing depth and amount on rice seedling quality

2.3 播深和播量對水稻幼苗根系特征的影響

2.3.1 播深和播量對水稻幼苗根系形態特征的影響 在同一播量下，水稻幼苗根系數量隨著播深的增加表現為先增加后減少的趨勢。播深1 cm 時，根系數量隨播量的增加呈先升高后降低的趨勢，在播量262.5 kg·hm-2下根系數量最多；播深3 cm、播量112.5 kg·hm-2時根系數量最多（圖1-A）。播深1 cm、播量262.5 kg·hm-2時幼苗根系長度達到最長；播深3 cm 時，根系長度隨著播量的增加而增加；播深4 cm時，根系長度隨播量的增加呈先升高后降低的趨勢，其中播量187.5 kg·hm-2時根系最長（圖1-B）。方差分析表明，播深對水稻根系數量和根系長度具有顯著或極顯著影響，而播量對其無顯著影響。雙因素互作分析表明，播深×播量對根系數量和根系長度均存在顯著互作效應（表4）。綜上所述，播深3 cm、播量112.5 kg·hm-2有利于根系數量增多，播深1 cm、播量262.5 kg·hm-2有利于根系增長。

表4 不同播深和播量下水稻秧苗根系形態特征的方差分析(F值)Table 4 Variance analysis of root morphological characteristics under different sowing depth and amount(F value)

圖1 不同播深和播量對水稻幼苗根系生長的影響Fig.1 Effects of different sowing depth and amount on the number of roots of rice seedlings

2.3.2 播深和播量對水稻幼苗根系生理特征的影響 播深1～3 cm 時，水稻幼苗根系活力隨播量的增加呈先增加后降低的趨勢；播深2～3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2時，根系活力明顯大于其他處理；播深達到4 cm時，根系活力隨播量的增加而降低（圖2-A）。同一播量下，根系總吸收面積整體隨播深的增加呈先升高后降低的趨勢，其中，播深2 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2時的根系總吸收面積較大（圖2-B）。而根系活躍吸收面積在一定播深范圍內（2～4 cm），均隨播量的增加表現為先升高后降低的趨勢，其中播深2～3 cm，播量187.5 kg·hm-2時根系活躍吸收面積較大（圖2-C）。單因素方差分析表明，播深或播量對根系活力、根系總吸收面積和根系活躍吸收面積均存在極顯著影響，其中播量對根系活力的影響大于播深；而播深對根系總吸收面積和活躍吸收面積的影響均大于播量。雙因素互作分析表明，播深和播量互作對3個根系生理指標均具有極顯著的互作效應（表5）。綜合來看，播深2～3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2處理增強了水稻幼苗根系活力，促進了根系總吸收面積和活躍吸收面積的增加。

表5 不同播深和播量下水稻秧苗根系生理特征的方差分析(F值)Table 5 Variance analysis of root physiological characteristics under different sowing depth and amount (F value)

圖2 不同播深和播量對水稻幼苗根系生理特性的影響Fig.2 Effects of different sowing depth and amount on root activity of rice seedlings

2.4 水稻幼苗素質綜合評價

2.4.1 相關性分析 對水稻苗期12 個指標進行相關性分析發現（表6），苗高、莖基寬、根冠比、發根力、充實度、壯秧指數間大部分均存在不同程度的相關性，根系活力與苗高、莖基寬、發根力、壯秧指數間存在顯著或極顯著正相關，根系活躍吸收面積與苗高、莖基寬、發根力、根系數量、根系活力、根系總吸收面積間存在顯著或極顯著正相關。上述指標間相關系數的絕對值均大于0.5，說明這些指標間的相關性較強。

表6 苗期12個指標的相關系數Table 6 Correlation coefficient of 12 indicators in seedling stage

2.4.2 主成分分析 借鑒作物種質資源綜合評價方法［31］，本研究對幼苗12個生長和生理指標進行了主成分分析。由表7可知，CI1、CI2、CI3、CI4、CI5五個主成分的特征值分別為5.26、2.07、1.31、0.90 和0.67，均大于0.6，累計貢獻率達到85.08%，能夠充分地概括大多數指標，符合指標選擇的原則［27］，因此，提取上述5個主成分。在主成分CI1中，苗高（X1）、莖基寬（X2）、根冠比（X3）、發根力（X4）、充實度（X5）、壯秧指數（X6）、根系活力（X10）的載荷值（絕對值）較高，均在0.67 以上，這7 個指標是該主成分的主要作用因子；同理，根系數量（X8）是主成分CI2的主要作用因子；根冠比（X3）是主成分CI3的作用因子；整齊度（X7）是主成分CI4的作用因子；根系長度（X9）是主成分CI5的作用因子。綜上所述，苗高、莖基寬、根冠比、發根力、充實度、壯秧指數和根系活力7 個指標可以作為苗期幼苗素質評價的關鍵指標。

表7 主成分貢獻率及特征向量Table 7 Principal component contribution rate and feature vector

2.4.3 綜合評價 根據水稻苗期幼苗素質的綜合指標值（CI1～CI5），利用公式（6）分別計算隸屬函數值，根據苗期幼苗素質各綜合指標貢獻率的大小，利用公式（7）依次求出5 個綜合指標的權重，分別為0.516、0.203、0.128、0.088和0.065。利用公式（8）計算D值，并對苗期幼苗素質在不同播深和播量組合處理中的表現進行排名（表8）。

D值在一定程度上能夠客觀反映播深和播量不同組合處理中幼苗素質的高低，一般而言，D值越大，幼苗素質越高。由表8可知，不同播深和播量組合處理的D值介于0.15～0.73 之間，其中，D≥0.70 的組合有A2B2、A2B3、A3B2和A3B3，對應的播深為2～3 cm、播量為187.5～262.5 kg·hm-2，符合以上試驗結果所篩選的播深和播量區間。

表8 水稻幼苗素質D值排名Table 8 D value ranking of rice seedling quality

2.5 播深和播量對水稻產量的影響

兩年數據均表明（表9、10），在播深1～4 cm 范圍內，水稻穗數均隨播量的增加而增加；而不同播深處理下，112.5～187.5 kg·hm-2播量下的穗粒數明顯高于262.5～337.5 kg·hm-2播量。2020年A1B1的水稻結實率與A1B2、A1B4之間有顯著性差異，其余組合間均無顯著差異，2021年的水稻結實率在不同播深和播量組合之間均無顯著差異。對于千粒重而言，只有在播深1 cm 的情況下，千粒重隨著播量的增加呈逐漸降低的趨勢，在其他播深處理中，千粒重變化規律均不明顯。對于產量而言，播深為2 cm 時，不同播量下的產量無顯著差異；當播深為1、3、4 cm 時，產量均隨著播量的增加呈先升高后降低的趨勢，2020年A3B2、A3B3與A3B1、A3B4之間的產量均有顯著差異，2021年A3B2與A3B1、A3B3、A3B4間的產量有顯著差異，其中A3B2和A3B3 組合較其他組合明顯增產，增產率分別達到4.38%～17.10%和4.29%～16.55%。

表9 2020年不同播深和播量對水稻產量及產量性狀的影響Table 9 Effects of different sowing depth and amount on rice yield and yield traits in 2020

單因素方差分析表明（表11），播深、播量均對穗數、穗粒數、產量存在極顯著影響（P＜0.01），其中播量對穗數、穗粒數、結實率和千粒重的影響均大于播深，但對產量的影響小于播深。互作效應分析進一步表明，播深和播量互作對穗數和穗粒數均存在極顯著影響（P＜0.01），對2020年的水稻產量存在顯著影響（P＜0.05）。說明播深和播量對水稻的產量有極顯著的影響。

表11 不同播深和播量對水稻產量及產量性狀的方差分析（F值）Table 11 Analysis of variance of rice yield and yield characters under different sowing depth and amount (F value)

3 討論

3.1 播深和播量對水稻出苗率的影響

直播稻出苗率直接關系到直播稻的產量。播深是影響水稻出苗率的重要因素之一。本研究表明，播深、播量及播深和播量互作對水稻出苗率有極顯著或顯著影響。在播深1～2 cm 時，四種播量下出苗率均達到70%以上，播深3～4 cm 時，播量超過262.5 kg·hm-2時出苗率低于70%，這與豆利嶺等［32］研究不同播深對小麥出苗影響的結果基本一致。播量也是影響直播稻出苗率的因素之一。前人研究表明直播稻的出苗率隨播量的增大而顯著提高［33］，而本研究發現，播深1～2 cm時，出苗率隨著播量的增加呈先增加后降低趨勢，當播深為3～4 cm 時，出苗率隨播量的增加呈逐漸降低趨勢，究其原因可能是播量的增加會使單位面積的播種粒數增大，導致根系對土壤養分及水分的吸收競爭增大，最終導致出苗率降低。本研究中，A2B2 組合的出苗率最高，達93.78%，產量為9 627.33 kg·hm-2，而A3B2 組合的出苗率為77.54%，產量卻高達10 351.97 kg·hm-2，說明出苗率并不是影響后期產量的主要因素。

表10 2021年不同播深和播量對水稻產量及產量性狀的影響Table 10 Effects of different sowing depth and amount on rice yield and yield traits in 2021

3.2 播深和播量對水稻幼苗素質的影響

對于插秧稻來說，秧苗是水稻大田生長的起點，適宜的環境和較高質量的育秧基質能夠培育出綜合素質較好的秧苗［34-35］。不同的是，在本研究中，隨著播深的增加，直播稻幼苗素質指標，如苗高、莖基寬、根冠比、發根力、壯秧指數均呈先升高后降低的變化趨勢，且除根冠比外均在播深2 cm 時達到最大值，當播深超過3 cm后，除整齊度外，其他指標均表現出顯著降低的趨勢，說明播種過深導致土壤與大氣進行氣體交換難度增大，根系無氧呼吸產生的有機酸等有害物質對根系損害相對較大，降低了根系吸收養分和水分的能力，導致地上部分生長減弱，幼苗素質變差。已有研究表明，播量的增加也會造成幼苗苗高、莖基寬、壯秧指數和整齊度等秧苗素質指標的下降［36-37］。本研究也得到了相似的結果，即隨著播量的增加，幼苗各項指標（除根冠比外）均呈先增加后降低的趨勢，當播量超過187.5 kg·hm-2后，幼苗苗高、莖基寬、發根力、充實度和壯秧指數均整體顯著降低，主要原因是隨著播量的增加，幼苗數增多，彼此間競爭增大，造成單個幼苗吸收利用的養分和水分減少，生長發育遲緩，最終導致秧苗素質變差。

3.3 播深和播量對水稻根系生理特性的影響

根系是主要的吸收器官和合成器官，根系通過吸收土壤中的養分和水分將其輸送到地上部分，同時根系能夠合成植株生長所必需的多種氨基酸和激素［38］。根系和地上部的生長發育是相輔相成的，根系生長活躍能為地上部生長發育提供養分和水分，促進地上部生長發育；反之，地上部生長活躍又可以促使碳水化合物向根部輸送，保持和促進根系生理功能活躍［39］。根系活力和根系吸收面積是根系生理活性的重要指標，反映了根系活力水平。本研究表明，播深2～3 cm 時秧苗根系數量和根系長度整體大于播深1 或4 cm，根系活力和根系吸收面積也表現出一致的規律，可能是由于根系分布過淺或過深都不利于根系的生長發育，造成根系活力減弱，進而影響地上部的生長發育。已有研究表明，合理密植能增加根群數量，提高土壤養分和水分利用效率［40］。本研究得到了相似的結論，即在播量187.5～262.5 kg·hm-2時，根系活力和吸收面積均高于播量112.5 或337.5 kg·hm-2。播量過小，植株個體根系間競爭小，群體效應不強，根系強度弱，雖然根系數量和根系長度有明顯優勢，但根系活力和吸收面積減弱；播量過大，植株根系群體間競爭激烈，生存空間變小，不利于根系的生長發育，導致根系活力降低和根系吸收面積減小［41］。

3.4 播深和播量組合篩選

不同農藝措施，如播深［42］、播量［43］、施肥方式、施肥量［44］、栽培方式［45-46］等單個因素或播深和施肥方式組合［47］，播量和壯秧劑組合［48］等對水稻幼苗的生長具有明顯影響，為了更好地說明播深和播量兩個因素組合的效果，本研究開展了覆土直播方式下播深和播量對水稻幼苗素質和根系生理特性的影響研究，結果表明，播深和播量組合對出苗率、幼苗素質和根系生理特性均具有顯著互作效應。為了篩選出播深和播量的最佳組合，本研究參考種質資源評價中采用的隸屬函數值結合權重分析法［30］，對水稻幼苗素質多項相關指標進行了綜合評價（D值），根據D值排名，篩選獲得了4個組合（A2B2、A2B3、A3B2和A3B3），這些組合（播深2～3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2）中幼苗素質表現優良（D≥0.70），直播稻群體結構得到了改善，為進一步分析這些組合中直播稻產量的變化奠定了基礎。

3.5 播深和播量對水稻產量及產量構成因素的影響

選擇適宜的播深和播量，有利于建立合理的直播稻群體結構，促進增產。王志興等［42］研究表明，遼寧濱海地區直播稻播深為2～3 cm時效果最佳，產量均超過8 300 kg·hm-2；傅友強等［20］研究顯示，隨著播量的增加，華南直播稻穗數呈增加趨勢，播量在52.5 kg·hm-2時，稻谷產量最高，達6 960 kg·hm-2。本研究表明，在同一播深下，直播稻穗數隨播量的增加而增加；在播深1～2 cm 范圍內，播量112.5～187.5 kg·hm-2的穗粒數高于262.5～337.5 kg·hm-2，可能是由于前者單位面積內水稻群體數量較少，其根系對土壤水分和養分的吸收機會多于后者，從而促進了幼苗地上部的生長，在后期發育中穗粒數增多。總體來看，小播量（112.5～187.5 kg·hm-2）的穗粒數多于大播量（262.5～337.5 kg·hm-2），但其穗數卻少于大播量，而結實率在兩者間無顯著差異。梅少華等［49］研究表明，隨著播量的增加，直播稻產量呈先增加后降低的趨勢，當播量超過37.5 kg·hm-2時，直播稻的穗粒數、結實率下降，導致產量減少。本研究結果與之相似，即在播深為3 cm，播量為187.5～262.5 kg·hm-2范圍時產量較高，達到10 062.11～10 351.97 kg·hm-2，播量超過262.5 kg·hm-2時，產量明顯下降。

4 結論

本研究結果表明，播深和播量組合能夠影響直播稻出苗率、幼苗素質、根系生理特性以及產量，其中播深2～3 cm、播量187.54～262.5 kg·hm-2四種組合明顯改善了直播稻幼苗的壯秧指數、發根力、整齊度、根系活力、根系總吸收面積和根系活躍吸收面積，從而增強了水稻幼苗素質，為生育期水稻增產奠定了基礎。播深3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2兩種組合有利于直播稻增產，增產率達到4.29%～17.10%。綜合分析直播稻幼苗生長和產量性狀，本研究認為寧夏地區直播稻的適宜播深和播量分別為3 cm 和187.5～262.5 kg·hm-2。