机械旱直播播种密度对水稻群体光合和产量形成的影响

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摘要：通过调整2BD-10型水稻精量穴直播机自带播种档位，设置D14、D16和D18 3个播种密度处理进行旱直播，考察水稻（Oryza sativa L.）群体光合和产量形成的规律。结果表明，D16实际产量达到10 345 kg/hm2，分别较D14和D18的产量提高4.7%和13.9%；D14和D16的茎鞘物质输出率（EPMSS）分别比D18的低30.1%和33.2%，茎鞘物质转换率（TPMSS）分别比D18的低65.9%和53.4%；齐穗以前，D18顶叶保持较高的叶绿素SPAD值和净光合速率，但叶面积指数（LAI）和有效穗数显著低于D14和D16的，自孕穗期至收获期D14的LAI均保持7.0以上，群体透光度较差；与D14和D18比较，采用D16播种密度进行机械旱直播，水稻群体可获得足够的有效穗数，有利于光合物质积累，田间产量更高。

关键词：水稻（Oryza sativa L.）；旱直播；播种密度；光合；产量；影响

中图分类号：S511；S352.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2012）23-5275-04

Effect of Mechanical Dry Direct Sowing Seeding Density on Photosynthesis and Yield Formation of Rice Population

CHENG Jian-ping1，ZHAO Feng1，Zeng Shan2，CHEN Xu-yang3，WANG Le-yun3，WU Jin-yuan4，XU Shuang-qian4，

YOU Ai-Bing5，ZHANG Lü-feng6

（1. Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm and Genetic Improvement，Wuhan 430064，China；

2.Key Laboratory of Key Technology on South Agricultural Machine and Equipment Ministry of Education，South China Agricultural University， Guangzhou 510642，China； 3.Changjiang University， Jingzhou 434023， Hubei，China； 4.Tuanfeng Agriculture Bureau，Tuanfeng，438800， Hubei， China； 5.Institute of Hubei Agricultural Engineering Research and Design，Wuhan 430068， China；

6. Agricultural Technology Promotion Center of Xishui in Hubei Province，Xishui 438200， Hubei， China）

Abstract： Three seeding density treatments， D14， D16 and D18， was realized by adjusting the stalls of precision hill-drop drilling machine （Type： 2BD-10） to examine the law of photosynthesis and yield formation of rice population with different planting density. The results showed that the yield of D16 was 10 345 kg/hm2， 4.7% and 13.9% higher than that of D14 and D18， respectively. EPMSS（percentage of the export matter in stem-sheath） and TPMSS （percentage of the transformation matter in stem-sheath） of D14 and D16 were 30.1%， 33.2% and 65.9%， 53.4% lower than that of D18， respectively. Before heading stage， D18 was higher in chlorophyll SPAD value and net photosynthetic rate than D14 and D16； but leaf area index（LAI） and effective panicles was significantly lower than D14 and D16. From the booting stage to harvest stage， LAI of D14 was kept above 7.0； transmittance of rice population was poor. Compared to D14 and D18， the rice dry direct seeding density of D16 could help rice population to obtain enough effective panicles， increase photosynthetic material accumulation and higher yield.

Key words： rice（Oryza sativa L.）； dry direct seeding； seeding density； photosynthesis； yield； rice population； effect

水稻（Oryza sativa L.）旱直播就是选用适当的水稻品种在旱地状态下直接播种的节水稻作模式。水稻旱直播按其灌溉供水方式可分为旱播水管、旱播湿管和旱播旱管3种。旱直播具有省工、节本、错农时、易操作、增效益等功效，尤其采用机械直播，特别适合农业集约化经营[1]。目前直播稻以手工撒直播为主，存在出苗差、草害严重、倒伏、早衰等问题，限制了直播稻的发展。机械直播有利于解决传统手工撒直播存在的上述问题，有利于建立合理的水稻群体结构，优化直播稻群体，实现水稻高产，是中国水稻直播技术的发展方向[2]。2BD-10型水稻精量穴直播机等系列机械是由华南农业大学罗锡文院士研制的[3]，在湖北省示范多年来，取得了较好的生产效果[4]，同时总结出了一套农机、农艺结合配套技术，并发现机械播种密度对水稻群体生长尤为重要。

2012年采用2BD-10型水稻精量穴直播机进行旱直播，除增加了旱地环境作业相关条件外，其作业原理与水直播机械大致相同。为审慎了解不同旱直播密度对水稻群体生长的影响，本研究按照机械固有的3个控制密度的档位设置不同的处理进行水稻群体光合特征和产量形成的研究，以期为水稻农艺、农机结合高产栽培提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为广两优476，该品种是湖北省农业科学院粮食作物研究所利用分子标记辅助选择技术育成的两系杂交中稻新组合，2010年3月通过湖北省品种审定委员会的审定（鄂审稻2010004）。试验用直播机为华南农业大学研制成功的2BD-10型水稻精量穴直播机。

试验于2012年5～10月在湖北省团风县示范基地（东经112°33′，北纬28°42′）进行。试验田土壤为潮土，有机质27.82 g/kg、碱解氮92.33 mg/kg、速效磷11.70 mg/kg、速效钾111.00 mg/kg、pH 6.6，土壤肥力中等偏上。试验田地块平整，交通方便，排灌条件完善。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验中依照2BD-10型水稻精量穴直播机预设的3个播种档，通过微调排种轴的转速，获取3个不同的穴距，行距25 cm不变，形成D14、D16和D18 3个播种密度处理，行、株距分别为25 cm×18 cm 、25 cm×21 cm和25 cm×23 cm（实测）。5月19日播种（种子浸泡露白后晾至种子手抓不粘手、子粒间不粘连方可播种），D14、D16和D18每公顷实际播干谷分别为20.2、17.3和15.8 kg。试验采取单因素随机区组设计，小区面积280 m2。各处理单位面积的总施肥量相同，全生育期施肥量分别为N 230.25、P2O5 75.00、K2O 112.50 kg/hm2。其中磷肥以基肥形式一次性施入，钾肥以基肥和分蘖肥平均施入，氮肥按基肥、分蘖肥、穗肥比例5∶3∶2分别施入。硅肥和大粒锌分别按60和3 kg/hm2施用。田间采取旱播水管，即播后与水直播管理措施一致。

1.2.2 测定指标与方法

1）干物质重。分别于分蘖期、孕穗期、齐穗期、灌浆期（抽穗后20 d）和收获期测定干物质重。每处理按调查平均分蘖取3穴为一个样本，每样本分叶、茎鞘和穗（抽穗后）烘干称取干重。

2）群体光合参数。于1）中所述水稻生育时期测定群体各光合参数。①叶绿素SPAD值。采用叶绿素快速测定仪测定顶叶（剑叶抽出后为剑叶，下同）叶绿素SPAD值，测定部位为叶片中上部，连续测定15片，取平均值。②叶面积指数（LAI）。利用冠层分析仪测定LAI。③净光合速率。采用LC Pro+光合测定系统，测定水稻顶部完全展开的顶叶叶片的净光合速率。

3）茎鞘物质输出率和转换率。茎鞘物质输出率和转换率的计算按照赵步洪等[5]的方法，其计算公式为：

茎鞘物质输出率（EPMSS）=（B1-B2）/B1×100%；

茎鞘物质转换率（TPMSS）=（B1-B2）/（C2-C1）×100%。

式中， B1和B2为齐穗期和收获期茎鞘干物质量；C1和C2分别代表齐穗期和收获期穗干物质量。

4）考种、测产。水稻成熟时，每小区以5点取样法取2 m2统计有效穗数。按平均有效穗数取10穴植株，测定水稻有效穗数、每穗子粒数、结实率和千粒重。同时，去除保护行后进行机械实收，计算实际产量。

1.3 数据处理

运用EXCEL软件进行数据的录入、计算与作图；运用SPSS 11.5软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 顶叶叶绿素SPAD值

从图1可见，D16和D18顶叶SPAD值在分蘖期显著高于D14，而孕穗后，D14和D16均显著低于D18。但从齐穗后剑叶的SPAD值看，3种播种密度的顶叶叶绿素SPAD值相差不显著。可见密度对水稻顶叶叶绿素的影响主要在齐穗期前。

2.2 顶叶净光合速率

不同播种密度下，水稻顶叶净光合速率有显著不同，且随生育时期呈抛物线变化（图2）。水稻顶叶净光合速率在孕穗至齐穗期达到最大值；灌浆期顶叶净光合速率均有不同程度的下降，其中下降幅度最大的为D18；齐穗期D16和D18顶叶净光合速率高于D14，分别高5.5%和6.1%；灌浆期3者差异不显著；收获期D16和D18顶叶净光合速率比D14分别高36.3%和56.8%，差异显著，而D16和D18之间差异不显著。

2.3 叶面积指数（LAI）

不同播种密度下，水稻各个生育期的LAI存在显著差异（图3）。分蘖期和灌浆期播种密度对群体叶面积指数影响显著，随播种密度增大群体LAI显著增大。各处理的LAI均在孕穗期达到峰值，D14和D16差异不显著，但均显著高于D18；齐穗期D14和D16的LAI分别较D18的高11.3%和5.9%，而收获期这一差距进一步扩大，分别达到18.6%和9.6%。值得注意的是D14的LAI在孕穗期至收获期一直保持在7.0以上，田间透光度较差，且出现少量的倒伏现象。

2.4 干物质及其转运

2.4.1 干物质量 由图4可见，不同播种密度对水稻干物质量积累影响显著。孕穗期干物质量随密度降低而减少，而齐穗后干物质量以D16最大，但到灌浆期D14干物质量增长积累较快，至收获期与D16差异不显著。D16的干物质量在齐穗期分别比D14和D18的高14.1%和20.6%，在收获期分别高1.4%和35.0%。

2.4.2 干物质的分配与转运 由表1可见，D14和D16的EPMSS和TPMSS差异不显著，但显著低于D18的，二者的EPMSS分别比D18的低30.1%和33.2%，TPMSS分别比D18的低65.9%和53.4%。可见D18穗部光合物质积累主要来自于齐穗前茎鞘中积累，而D14和D16齐穗后光合物质总体积累量较大，向穗部转移的光合物质主要来自后期叶片的光合作用，而非齐穗前茎鞘中的积累。

2.5 产量及其构成

由表2可知，在不同机械播种密度下，水稻产量及其构成因素均有一定的差异。密度过高或过低均会导致减产。D16实际产量最高，分别比D14和D18增产4.7%和13.9%，增产达显著水平。播种密度对有效穗数影响较显著，其中D14和D16分别比D18提高了24.3%和18.0%，3者之间差异达显著水平；结实率D14显著低于其余处理；每穗总粒数D18显著高于D14；千粒重处理间差异不显著。

3 小结与讨论

3.1 机械旱直播播种密度对水稻光合特性和干物质积累的影响

合理的栽植密度是构建和优化水稻群体质量的起点和基本措施之一[6]。水稻子粒产量的90%来自于花后叶片的光合作用，尤以剑叶对产量的贡献最大。齐穗期前，播种密度越大其顶叶叶绿素SPAD值越高，齐穗后3种播种密度间差异已不显著；顶叶净光合速率在收获前也表现出相似的规律。叶绿素是水稻光合的生理基础。齐穗前播种密度越大水稻个体光合能力越强。但是由于群体数量不同，其齐穗时光合物质积累量（干物质量）并非如此，D16的干物质量最高，这可能因为D16孕穗期和齐穗期保持相对D18更高的LAI，同时避免了如D14过高的LAI而导致的田间透光度较差，影响下层叶片的光合作用。另外，在齐穗后从净光合速率和叶绿素SPAD值上看，D16和D18个体植株的光合能力差异不大，但显著高于D14，说明D14后期个体衰老相对较快。“小群体、壮个体、高积累”是水稻优化群体质量、确定基本苗数的依据[7]。本研究发现D14相对其余处理个体较弱。D14和D16的EPMSS和TPMSS相对D18均较低，说明D18穗部积累的更多光合物质来源于齐穗前，D14和D16群体光合能力在齐穗后依然较强。可见，水稻虽然有一定的群体自我调节和产量构成因素的补偿能力，而个体和群体相互依存和制约最终形成不同的产量结构[8-12]。因此，培育具有较强光合能力的群体不能盲目稀播，要找到群体和个体的恰当结合点。因此，合理的播种密度能够有效利用光能，充分发挥土壤生长潜力，保证个体的正常发育和群体的协调发展，进而获得高产。

3.2 机械旱直播播种密度对水稻产量及其构成因素的影响

播种密度越大，其有效穗数越大，而单穗的着粒数越少。D18每穗总粒数最多，但由于其播种量较少，导致有效穗数严重不足，从而产量比其余处理低。因此，在采用机械精量旱直播时，获取较多的有效穗数是获取高产的基础，同时也要保证一定穗总粒数和结实率，这样才能最终达到高产。

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