優(yōu)化栽培模式對水稻產(chǎn)量及資源利用率的影響

李石金

摘 要：【目的】研究不同優(yōu)化栽培模式對水稻產(chǎn)量和資源利用率的影響。【方法】試驗以常規(guī)栽培為對照（CK），設(shè)置耕層優(yōu)化模式（T1），冠層優(yōu)化模式（T2），行距配置優(yōu)化模式（T3），耕層+冠層優(yōu)化模式（T4），冠層+行距優(yōu)化模式（T5），耕層+行距優(yōu)化模式（T6），研究了不同栽培模式下水稻葉面積、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及資源利用效率的差異。【結(jié)果】優(yōu)化栽培方式有助于增加水稻葉面積、各生育時期干物質(zhì)積累量、穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實率和產(chǎn)量，其中以耕層+冠層優(yōu)化模式的產(chǎn)量最高，比對照高出19.20%，其次是耕層+行距優(yōu)化模式，產(chǎn)量比對照高出13.92%。【結(jié)論】優(yōu)化栽培模式能夠增加水稻葉面積、葉面積指數(shù)，提高光溫水利用效率最高，耕層+冠層和耕層+行距優(yōu)化模式的效果較好，可在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水稻；栽培；產(chǎn)量；資源利用

水稻（OryzasativaL.）是人類長期食用的口糧之一，中國水稻播種面積約占世界糧食作物總面積的1/4，水稻的產(chǎn)量對保障國家糧食安全具有特別重要的意義[1]。因此，增加水稻產(chǎn)量成為目前重要的研究任務(wù)。作物產(chǎn)量的提高不僅依賴于優(yōu)良的品種，還有賴于科學(xué)的栽培技術(shù)[2]。

土壤、水分、光照、溫度、密度、肥料等因素都是影響作物產(chǎn)量的重要因素。通過采取一定的栽培措施，能夠在最大程度上協(xié)調(diào)作物個體和群體關(guān)系，從而在最大程度上促進(jìn)作物產(chǎn)量[3]。研究表明，通過采取深旋、深松等措施，可以疏松深層土壤，影響微團(tuán)聚體與大團(tuán)聚體之間的轉(zhuǎn)化，提高土壤抗侵蝕能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善土壤通透性，進(jìn)而提高土壤蓄水能力和水分利用效率，促進(jìn)作物產(chǎn)量的形成[4]。孫庭煒等[5]的研究表明，深層耕作能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤容重，改善土壤理化性質(zhì)，有利于作物生長和產(chǎn)量的提高。優(yōu)化行距配置能夠協(xié)調(diào)作物群體冠層結(jié)構(gòu)、調(diào)控光分布和群體物質(zhì)生產(chǎn)，改善群體物質(zhì)空間分布，提高光能量利用效率，實現(xiàn)作物物質(zhì)生產(chǎn)與積累的提升[6]。董立強(qiáng)等[7]的研究表明，寬窄行種植模式下，可獲得充分光能截獲，顯著提高了作物光合特性和溫、光生產(chǎn)效率，優(yōu)化了密植群體的冠層結(jié)構(gòu)而獲得高產(chǎn)。葉面肥具有肥效利用率高、使用方面、見效快等特點，已經(jīng)在果樹、糧食作物、蔬菜等作物上應(yīng)用[8]。研究表明，葉面肥能有效提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，是作物養(yǎng)分來源的重要組成部分[9]。而目前有關(guān)栽培技術(shù)的研究主要集中在對單個栽培措施的研究，而有關(guān)措施間的研究較少。因此，本試驗設(shè)置不同優(yōu)化模式，研究水稻物質(zhì)積累、產(chǎn)量形成和資源利用效率的差異，為水稻高產(chǎn)栽培和資源的高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2022年在廣西壯族自治區(qū)梧州市蒼梧縣沙頭鎮(zhèn)新建村進(jìn)行，地處東經(jīng)110°51′-111°40′，北緯23°26′-24°10′，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫21.2℃，年均降雨量1 506.9mm，無霜期331 d左右。試驗地土壤類型為赤紅壤，土壤基礎(chǔ)肥力為：pH值為6.5，有機(jī)質(zhì)4.67g/kg，全氮1.62g/kg，堿解氮116.73mg/kg，速效磷35.29mg/kg，速效鉀125.06mg/ kg。供試水稻品種為深優(yōu) 9798。試驗用氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5 12%），鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。微量元素水溶肥由鄭州鄭氏化工產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)，含F(xiàn)e+Mn+Zn+B≥10.0%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用完全隨機(jī)設(shè)計，試驗以常規(guī)栽培為對照（CK），淺旋15，30cm等行距種植；設(shè)置耕層優(yōu)化模式（T1），深旋25，5，30cm等行距種植；冠層優(yōu)化模式（T2），淺旋15，30cm等行距種植，葉面噴施微量元素水溶肥；行距配置優(yōu)化模式（T3），淺旋15cm，40+20cm寬窄行種植；耕層+冠層優(yōu)化模式（T4），深旋25cm，30cm等行距種植，噴施微量元素水溶肥；冠層+行距優(yōu)化模式（T5），淺旋15cm，40+20cm寬窄行種植；耕層+行距優(yōu)化模式（T6），深旋25cm，40+20cm寬窄行種植。各處理施肥量為氮肥（N）180kg/hm2，磷肥（P2O5）80kg/hm2，鉀肥（K2O）135kg/hm2。氮肥和基肥以基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶3施入，磷肥以基肥一次施入。每個處理設(shè)置3次重復(fù)，每個小區(qū)面積為60m2，水稻生長期間其他管理措施均相同。

1.3 測定指標(biāo)方法

1.3.1 水稻葉面積指數(shù)的測定

分別在水稻分蘗期、齊穗期和灌漿期，各處理隨機(jī)選取10穴，采用 Li - 30000A（美國，LI-COR）型葉面積快速測定儀測定綠葉面積。

1.3.2 水稻干物質(zhì)積累量的測定

分別在水稻分蘗期、齊穗期、灌漿期和成熟期，將葉片、莖鞘、穗部分別取下，在105℃下殺青30min，然后在80℃恒溫條件下烘干至恒重，測定干物質(zhì)積累量。

1.3.3 水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定

水稻成熟后，每個小區(qū)選擇10株水稻帶回實驗室進(jìn)行考種，穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重，選擇中間兩行進(jìn)行收獲，自然風(fēng)干至14%含水量后，脫粒稱重，并折合成每公頃產(chǎn)量。

1.3.4 資源利用效率的計算

熱量生產(chǎn)效率（HUE）=籽粒產(chǎn)量/單位面積的太陽總輻射

溫度生產(chǎn)效率（GUE）=單位面積籽粒產(chǎn)量/生育期間積溫

太陽總輻射Q=Q0（a+bS/S0）

式中，Q0為天文輻射，S為太陽實測日照時數(shù)，S0為太陽可照時數(shù)，S/S0為日照百分率，a、b為待定系數(shù)。

光能利用效率（RUE）=W×H/∑Q× 100%，式中，H為每克干物質(zhì)燃燒時釋放出的熱量，水稻干重?zé)嶂禐?.680×104J/g；W是干物質(zhì)的積累量；∑Q是生育期間的總光照輻射量。

降水生產(chǎn)效率（PUE）=產(chǎn)量/降水量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行初步分析和圖表制作，采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)化栽培模式對水稻葉面積的影響

葉面積是反映光合器官的重要指標(biāo)，和作物產(chǎn)量有著密切的關(guān)系。從表1可知，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，水稻葉面積呈先升高后降低的趨勢。優(yōu)化栽培模式對水稻葉面積有顯著的影響，在水稻分蘗期，各處理間沒有顯著差異。在齊穗期，各處理表現(xiàn)為T4>T6>T5>T2>T3>T1>CK，T1處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4和T5分別比CK高出6.19%、4.13%、12.07%、7.39%和9.22%，T4處理最高，顯著高于其他處理，T5處理和T2、T6沒有顯著差異。在灌漿期，各處理表現(xiàn)為T4>T6>T5>T2>T3>T1>CK，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出3.15%、6.33%、6.30%、12.23%、7.53%和11.39%，T4和T6處理沒有顯著差異，T2、T3、T5處理間沒有顯著差異。

2.2 優(yōu)化栽培模式對水稻干物質(zhì)積累量的影響

干物質(zhì)積累對作物產(chǎn)量形成產(chǎn)生直接的影響。從表2可以看出，優(yōu)化栽培模式對水稻干物質(zhì)積累量有顯著的影響。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，水稻干物質(zhì)積累量呈逐漸增加的趨勢，在水稻分蘗期，各處理間沒有顯著差異。在齊穗期，各處理表現(xiàn)為T4>T6>T5>T2>T3>T1>CK，T1處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出6.35%、5.12%、16.38%、8.43%和12.27%，T4處理最高，顯著高于其他處理，T2、T3、T5處理間沒有顯著差異。在灌漿期，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出3.92%、8.46%、7.20%、18.68%、10.58%和16.79%，T4和T6、T1和T3、T2和T5處理間沒有顯著差異。在水稻成熟期，T1處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出10.39%、7.30%、21.14%、12.14%和17.52%。T4處理在各生育期干物質(zhì)積累量均最高。

2.3 優(yōu)化栽培模式對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可知，優(yōu)化栽培模式顯著影響水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。其中，各處理間沒有顯著差異。穗粒數(shù)從大到小表現(xiàn)為T4>T6>T5>T2>T3>T1>CK，處理間差異均顯著，其他處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出3.85%、8.01%、5.99%、22.62%、11.89%和17.25%，T4處理最高，顯著高于其他處理。千粒重表現(xiàn)為T4>T6>T5>T2>T3>T1>CK，T1處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出4.18%、2.95%、7.34%、4.59%和5.74%，T2、T3、T5、T6處理間沒有顯著差異。結(jié)實率T1、T2和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T3、T4、T5分別比CK高出1.79%、2.77%和2.49%，T4和T6、T3和T5處理間沒有顯著差異。產(chǎn)量從大到小表現(xiàn)為T4>T6>T5>T2>T3>T1>CK，T1、T3處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出2.82%、8.38%、5.62%、19.20%、10.48%和13.92%，T2、T3、T5處理間沒有顯著差異。T4處理的穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實率均最大，產(chǎn)量最高。

2.4 優(yōu)化栽培模式對水稻資源利用率的影響

光溫水條件影響作物生長發(fā)育，其利用率和作物產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系。由表4可以看出，優(yōu)化栽培模式對水稻資源利用率有顯著的影響。HUE從大到小依次為T4>T6>T5=T2>T3=T1>CK，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出4.35%、10.87%、4.35%、15.22%、10.87%和13.04%。RUE除了T1處理外，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出8.57%、8.57%、17.14%、11.77%和13.05%，T4處理最高，和其他處理差異均顯著，T2、T3、T5和T6處理間沒有顯著差異。PUE除了T1處理外，其他處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、 T5和T6分別比CK高出3.48%、9.05%、6.45%、14.52%、11.77%和13.05%。GUE各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出3.42%、5.94%、4.57%、15.30%、10.96%和13.01%，T1、T2、T3處理間沒有顯著差異，T6和T4、T5處理間沒有顯著差異。由此可見，T4處理對水稻的HUE、RUE、PUE、GUE均有最顯著的提升。

3 討論

作物產(chǎn)量的形成取決于光合作用的物質(zhì)生產(chǎn)力[10]，而葉面積是決定光合生產(chǎn)力的重要因素[11]。通過改善栽培措施能夠優(yōu)化冠層空間結(jié)構(gòu)，增加葉面積[12]。本研究結(jié)果表明，6種優(yōu)化栽培模式均對水稻葉面積有明顯的提升作用，顯著提高了水稻各生育期干物質(zhì)積累量，穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實率和產(chǎn)量。這主要是由于耕層優(yōu)化能夠活化土壤養(yǎng)分，改善土壤理化特性和土壤通透性，提高土壤蓄水能力和水分利用效率[13]。行距優(yōu)化配置能夠協(xié)調(diào)作物群體冠層結(jié)構(gòu)、調(diào)控光分布和群體物質(zhì)生產(chǎn)，從而提高產(chǎn)量[14]。冠層通過噴施微量元素水溶肥，能夠迅速補(bǔ)充植物所需要的養(yǎng)分，在短時間內(nèi)刺激和調(diào)節(jié)植物生長，調(diào)節(jié)植物營養(yǎng)[15]。本研究中，耕層+冠層優(yōu)化模式（T4）的葉面積最大、干物質(zhì)積累量產(chǎn)量最高，可能是由于進(jìn)行深旋和葉面肥料噴施從根系和冠層在最大程度上促進(jìn)了水稻植株的生長，有利于物質(zhì)積累和產(chǎn)量提高。

作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成不僅和品種特性有關(guān)，還受到生態(tài)條件的影響[16]。前人的研究表明，產(chǎn)量的提高主要是通過群體對光、溫、水等資源利用效率的提升來實現(xiàn)的[17]。優(yōu)化栽培模式可提高光、熱、水利用效率，是實現(xiàn)作物高產(chǎn)的有效途徑[18]。一方面，優(yōu)化栽培模式能夠促進(jìn)作物對土壤養(yǎng)分的吸收，增加光合、吸收器官的容量[19]；另一方面，優(yōu)化栽培改善作物的冠層空間結(jié)構(gòu)，從而提高資源利用效率[20]。本研究結(jié)果表明，和對照組相比，幾種優(yōu)化栽培模式均能在一定程度上提高水稻HUE、RUE、PUE和GUE，有利于水稻生產(chǎn)中對光熱水資源的充分利用。這主要是由于優(yōu)化栽培模式改善地下部根系生長空間、優(yōu)化地上部冠層結(jié)構(gòu)，增加了水稻葉面積，提高了干物質(zhì)積累量，從而增加了水稻對光溫水的利用效率。本研究中，耕層+冠層優(yōu)化模式（T4）的資源利用率最高，這說明高模式對光溫水的利用轉(zhuǎn)化效率更高，其次是耕層+行距優(yōu)化模式。

4 結(jié)論

綜上所述，優(yōu)化栽培方式對增加水稻葉面積、干物質(zhì)積累量、穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實率和產(chǎn)量有顯著的作用，提高了水稻HUE、RUE、PUE和GUE，其中以耕層+冠層優(yōu)化模式的產(chǎn)量最高，其次是耕層+行距優(yōu)化模式。因此，優(yōu)化栽培模式能夠增加水稻葉面積、葉面積指數(shù)，提高光溫水利用效率最高，耕層+冠層和耕層+行距優(yōu)化模式的效果較好，可在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

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