龔竹娟+黃云+魏朝富

摘要：以遼寧稻區(qū)3種穗型水稻為試材，研究不同株行距配置對水稻群體生態(tài)和抗倒伏性的影響及其與產(chǎn)量間的關(guān)系。結(jié)果表明，水稻各冠層葉面積指數(shù)為中間最高，向上、向下均呈下降趨勢，密植和稀植使群體葉面積指數(shù)升高；各冠層消光系數(shù)整體上隨密度的增加而增大，與產(chǎn)量均呈正相關(guān)關(guān)系。株行距配置對水稻倒伏性的影響與品種有關(guān)，在試驗中設(shè)置的株行距配置下，遼粳401無倒伏風(fēng)險，但密植下單位面積穗數(shù)增長有限，使其產(chǎn)量下降，而遼粳294在密植和遼優(yōu)5218在行距為23.3 cm時有倒伏風(fēng)險。倒伏指數(shù)受穗部性狀影響較大，與穗頸角、穗長、單穗鮮質(zhì)量和穗重心均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。其中穗頸角與抗折力呈顯著負相關(guān)關(guān)系，3種水稻抗倒伏性由強到弱分別為直穗型、半直立穗型和彎穗型。綜合3種水稻群體生態(tài)、抗倒伏性和品種間差異性與產(chǎn)量的關(guān)系可知，行株距配置為13.3 cm×30 cm 時，最適宜多種水稻品種的高產(chǎn)和種植推廣。

關(guān)鍵詞：株行距；水稻；群體生態(tài)；冠層結(jié)構(gòu)；抗倒伏性；穗型

中圖分類號： S511.04文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）17-0061-05

塑造優(yōu)質(zhì)群體是獲取水稻高產(chǎn)的重要方向[1-3]。優(yōu)質(zhì)群體包括數(shù)量和質(zhì)量2個方面[4-6]。數(shù)量上，根據(jù)水稻品種的不同，增加單位面積穗數(shù)是提高水稻產(chǎn)量的重要方式[7]；質(zhì)量上，提高作物群體光能利用率可以充分發(fā)揮水稻高產(chǎn)潛質(zhì)，其中冠層結(jié)構(gòu)是影響光能利用率的重要因素[8]。株行距配置是影響水稻群體生態(tài)條件的關(guān)鍵因素之一，適宜的株行距配置可促進水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[9]。一方面，密植可以增加單位面積穗數(shù)，進而提高水稻產(chǎn)量，但也會增加倒伏發(fā)生的風(fēng)險[10]。水稻倒伏會嚴(yán)重減產(chǎn)，在乳熟期倒伏會減產(chǎn)18%[11]。另一方面，株、行距過大，會造成光資源的浪費，降低群體光能利用率[12]。自20世紀(jì)60年代以來，遼寧省各地水稻移栽株行距多采用13.3 cm×30 cm的配置標(biāo)準(zhǔn)，變化幅度較小[13-15]。隨著超級稻理想株型理論的日漸成熟，東北地區(qū)常規(guī)粳稻及雜交稻新品種的廣泛應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)目前的株行距配置可能并不是最適合水稻獲得高產(chǎn)的種植方式，需對其進行進一步的探討。水稻冠層結(jié)構(gòu)是對群體生態(tài)環(huán)境的直接反映[16]。水稻倒伏與株型有關(guān)，穗型的差異是影響水稻倒伏的重要因素。前人對群體結(jié)構(gòu)和水稻抗倒伏性均有深入研究[17-21]，但關(guān)于群體結(jié)構(gòu)變化的有關(guān)生態(tài)特點與抗倒伏性之間關(guān)系的研究較少。本研究以不同穗型水稻為試驗材料，以水稻群體冠層結(jié)構(gòu)及抗倒伏性為突破點，研究株行距配置對水稻群體生態(tài)環(huán)境的影響及抗倒伏性與獲得高產(chǎn)之間的關(guān)系，為東北地區(qū)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗設(shè)計

試驗于2014年和2015年在遼寧省沈陽市蘇家屯區(qū)進行，選取分別為直立穗型（成熟期穗頸角小于30°）、半直立穗型（成熟期穗頸角為30°～60°）、彎曲穗型（成熟期穗頸角大于60°）的品種遼粳401、遼粳294、遼優(yōu)5218為試驗材料。

試驗采用三因素裂區(qū)設(shè)計，行距配置為主區(qū)，株距配置為副區(qū)，品種為副副區(qū)。行距為3個水平，即23.3、30.0、36.6 cm；穴距為2個水平，即13.3、20.0 cm，3次重復(fù)。小區(qū)寬4 m，長 7 m，采用營養(yǎng)土保溫旱育苗。4月21日播種，5月28日手插移栽，2～3苗/穴。土壤質(zhì)地為沙壤，肥力中等。肥料用量：施純氮180～210 kg/hm2，五氧化二磷75～90 kg/hm2，氧化鉀75～90 kg/hm2（N ∶P2O5 ∶K2O ≈ 2 ∶1 ∶1）。50%～60%氮肥及全部磷、鉀肥作基肥施用；氮肥20%作返青肥施用，20%～30%作分蘗肥施用。田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.2測定項目及方法

1.2.1葉面積指數(shù)測定于齊穗期，每小區(qū)隨機選取1 m2區(qū)域，將田間自然形態(tài)下的植株劃分為5層：由地面向上每20 cm為1層；80 cm以上部分為第1層，由上向下進行分層大田切片，從上到下依次為1～5層。采用比葉質(zhì)量法進行測定，計算各層和群體葉面積指數(shù)。

1.2.2群體冠層照度測定于齊穗期，選擇晴天用SunScan冠層分析儀（Delta公司，英國）測定冠層有效光合輻射 （PAR）傳輸特征。測定高度與大田切片高度一致，每小區(qū)選取5個行間，于行間垂直向上測量各高度入射光照度及自然光強，測定時間分別為10：00、12：00和14：00。為消除時間誤差，每次均采用往返觀測法進行測定，計算各層有效光合輻射的透過率。

1.2.3倒伏指數(shù)測定于齊穗后35 d（乳熟期），每小區(qū)隨機選取20個單莖，保留葉鞘、葉片和穗子，保持不失水。用莖稈強度測定儀（型號YYD-1，托普儀器有限公司，浙江杭州）測定抗折力[8]。從基部向上第1～5節(jié)間用N1～N5表示。測定N2～N4節(jié)間抗折力。同時測定植株物理性狀和穗部性狀，物理性狀包括：N2和N3節(jié)間基部至穗頂?shù)拈L度、N2和N3節(jié)間基部至頂鮮質(zhì)量。穗部性狀包括：穗頸角、穗長、穗重心、單穗鮮質(zhì)量。

1.2.4成熟期產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定成熟期實收計產(chǎn)，測定干谷水分含量，計算折合含水量為14.5%的稻谷產(chǎn)量。每小區(qū)按平均莖蘗數(shù)，取樣20穴，測定單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量。

1.3參數(shù)計算

1.3.1倒伏指數(shù)計算按霍中洋等的方法[1]計算各節(jié)間的基部節(jié)間彎矩（bending moment，簡稱BM）、抗折力（breaking resistance，簡稱BR）和倒伏指數(shù)（lodging index，簡稱LI）。其中基部節(jié)間彎矩表示加在節(jié)間的力的大小，折斷彎矩代表抗折力的大小，倒伏指數(shù)代表易發(fā)生倒伏的程度。

基部節(jié)間彎矩=SL×FW；（1）

折斷彎矩=F×L/4；（2）

倒伏指數(shù)=基部節(jié)間彎矩/折斷彎矩×100%。（3）

式中：SL為各節(jié)間基部至穗頂?shù)木嚯x，cm；FW為各伸長節(jié)間基部至穗頂?shù)孽r質(zhì)量，g；F為使節(jié)間折斷時所加的重量，g；L為2支點間的距離，cm。

1.3.2消光系數(shù)計算消光系數(shù)是指一定方向入射光下的作物群體中，葉片在水平區(qū)域里投影面積與此葉面積之比。因作物群體中光照強度自上而下呈指數(shù)衰減，基本符合 Beer-Lambert定律，故作物群體冠層消光系數(shù)可通過 I= I0e-KF 方程求得，式中：K為消光系數(shù)；I0為入射光強；I為作物群體內(nèi)一定高度的光照度；F為從冠頂至該高度的葉面積指數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003和SPSS 16.0處理系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)。試驗中，2年均測定倒伏及冠層結(jié)構(gòu)相關(guān)指標(biāo)，方差分析顯示2年數(shù)據(jù)差異不顯著。為了便于分析，本研究以2年數(shù)據(jù)的平均值進行分析。如無特殊說明，3種水稻的順序為直立穗遼粳401、半直立穗遼粳294和彎曲穗型遼優(yōu)5218。用A、B分別代表株距和行距，A1、A2對應(yīng)株距分別13.3、20 cm；B1、B2和B3分別對應(yīng)行距為23.3、30、36.6 cm。

試驗中，密植配置為A1B1；稀植配置為A2B2和A2B3。

2結(jié)果與分析

2.1株行距配置對水稻產(chǎn)量影響的分析

不同的株行距配置使同一水稻品種在產(chǎn)量構(gòu)成因素中表現(xiàn)出差異（表1）。經(jīng)過折算后的1 m2穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量的2個最值之間均差異顯著。密植使單位面積穗數(shù)增加，單穗粒數(shù)降低。與此同時，密植和稀植均會使結(jié)實率和千粒質(zhì)量下降。從整體來看，同一水稻品種產(chǎn)量在不同株行距配置下也表現(xiàn)出明顯差異；但3種水稻品種之間表現(xiàn)的產(chǎn)量差異并不一致。遼粳401在A1B2、A1B3、A2B1 3種配置中產(chǎn)量較高，其中在A1B2配置下產(chǎn)量最高，達到 10.24 t/hm2。遼粳294在A1B1配置下產(chǎn)量最高，為 9.48 t/hm2，其產(chǎn)量整體上隨著密度的減小而降低。遼優(yōu)5218同樣適宜密植，在A1B1、A1B2和A2B1配置下產(chǎn)量高，其中在A1B2處理下最高，為10.14 t/hm2。綜上所述，遼粳401與其他2種水稻品種耐密植程度不同，其耐密植程度不如遼粳294和遼優(yōu)5218，密植使其產(chǎn)量下降。

2.2株行距配置對水稻冠層生態(tài)影響的分析

2.2.1株行距配置對水稻冠層葉面積指數(shù)影響的分析根據(jù)各個冠層的葉面積指數(shù)整體來看，3種水稻在第1層和第5層數(shù)值較小。其中，第5層的葉面積指數(shù)均為各配置下的最小值，說明在距離地面20 cm的高度內(nèi)，水稻葉片極少。3種水稻在各配置下大多在第3層有最大值，向上或向下呈下降趨勢。從群體葉面積指數(shù)來看，在密植和稀植時群體葉面積指數(shù)較大（表2）。說明在密植和稀植下，分別由于單位面積株數(shù)較多和單個葉片葉面積較大使群體葉面積處于較高水平。

2.2.2株行距配置對水稻冠層消光系數(shù)影響的分析水稻在最下部（第5層）通風(fēng)透光性差，葉面積指數(shù)小。從冠層結(jié)構(gòu)考慮，對水稻消光系數(shù)影響較小，因此不做討論。由表3可知，對于3種水稻而言，10：00、12：00和14：00等3個測量時間點各個冠層的太陽輻射光透光率不同，而此時各個冠層的葉面積指數(shù)是不變的，因此3個時間點的消光系數(shù)隨著太陽輻射光透過率的變化而變化。從整體上看，各冠層消光系數(shù)與其葉面積指數(shù)變化規(guī)律并不一致，且太陽輻射光透過率起了主導(dǎo)性作用，即各冠層消光系數(shù)整體上隨著冠層高度的升高而增大，這與各冠層太陽輻射光透過率的變化規(guī)律相一致。通過各株行距配置間對比可知，各冠層消光系數(shù)與種植密度有關(guān)，整體上密度越大其消光系數(shù)也越大。

由表4可知，各冠層消光系數(shù)均與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，越是向下的冠層，其消光系數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)越大；在第3層和第4層，二者相關(guān)系數(shù)達顯著甚至極顯著水平。在第1、第2層，單位面積穗數(shù)與消光系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系；在第3、第4層，則為負相關(guān)，說明第1、第2層消光系數(shù)大與單位面積穗數(shù)的增加有關(guān)，即1 m2穗數(shù)越多其消光系數(shù)也就越大，有利于產(chǎn)量的增加；在第3、第4層則相反。每穗粒數(shù)在各層與消光系數(shù)的相關(guān)性與單位面積穗數(shù)則恰恰相反，說明在第1、第2層，每穗粒數(shù)越多其消光系數(shù)越小，不利于產(chǎn)量增加。此外，在各分層的結(jié)實率、千粒質(zhì)量均與消光系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，說明二者的增加有利于增產(chǎn)。

2.3株行距配置對水稻莖稈倒伏指數(shù)及穗部性狀影響的分析

2.3.1株行距配置對水稻莖稈倒伏指數(shù)影響的分析在N2、N3和N4節(jié)間，節(jié)間抗折力與株行距配置密切相關(guān)（表5）。

2.3.2水稻莖稈倒伏指數(shù)與穗部性狀關(guān)系的分析穗部性狀（除單穗鮮質(zhì)量外）與N2、N3、N4節(jié)間的抗折力呈負相關(guān)（表6），其中穗頸角與抗折力相關(guān)性達到顯著水平；穗部性狀與基部節(jié)間彎矩均呈正相關(guān)關(guān)系，且除穗頸角外，均呈顯著或極顯著性正相關(guān)關(guān)系；穗部性狀均與倒伏指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，即穗頸角越大、穗長越長、穗重心越高、單穗鮮質(zhì)量越大則倒伏指數(shù)越大。

3討論與結(jié)論

從整體上看，3種水稻品種不同株行距配置下產(chǎn)量表現(xiàn)為密植未必高產(chǎn)，稀植一定低產(chǎn)。遼粳401不適合密植，過度密植會使產(chǎn)量降低。綜上所述，遼粳401與其他2個水稻品種耐密植程度不同，其耐密植程度不如遼粳294和遼優(yōu)5218，密植使其產(chǎn)量下降。

綜觀各個冠層葉面積指數(shù)可知，3種水稻在各配置下大多在第3層有最大值，向上或向下呈下降趨勢。群體葉面積指數(shù)在高密度和低密度下，分別由于單位面積株數(shù)較多和單張葉片葉面積較大而較大。無需作相關(guān)性分析即可得知，無法直接通過葉面積指數(shù)來判定水稻產(chǎn)量高低。從整體上看，各冠層消光系數(shù)與其葉面積指數(shù)變化規(guī)律并不一致，太陽輻射光透過率起了主導(dǎo)性作用。與此同時，消光系數(shù)可以很好地反映出水稻的產(chǎn)量，其值大小與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，且越是向下的冠層，其消光系數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)越大。說明在第3層和第4層擁有良好的通風(fēng)透光性對水稻產(chǎn)量有著積極的作用。

綜合分析消光系數(shù)與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性性可知，在第1、第2層增加單位面積穗數(shù)有利于增加其冠層消光系數(shù)，且第1、第2層消光系數(shù)整體上大于第3、第4層，有利于增產(chǎn)。每穗粒數(shù)在各層與消光系數(shù)的相關(guān)性與單位面積穗數(shù)則恰恰相反，說明在第1、第2層，每穗粒數(shù)越多其消光系數(shù)越小，不利于產(chǎn)量增加。綜合分析表明，增加單位面積穗數(shù)、減小單穗粒數(shù)是密植水稻品種的共性，即密植有利于增產(chǎn)。此外，還需要綜合考慮結(jié)實率與千粒質(zhì)量，二者與消光系數(shù)呈正相關(guān)，說明二者的增加有利于增產(chǎn)。但密植會降低結(jié)實率和千粒質(zhì)量，在一定程度上減弱種植密度增加對產(chǎn)量的促進作用。

倒伏指數(shù)可作為植株是否有倒伏傾向的重要參考指標(biāo)。本研究以倒伏指數(shù)的臨界值200%作為倒伏與否的參照值。分析可知，水稻品種對倒伏具有決定性作用，同時降低株行距或者減小行距會使一些水稻品種增加倒伏風(fēng)險。

穗部性狀與倒伏關(guān)系密切，穗頸角、穗長、穗重心與抗折力呈負相關(guān)關(guān)系；與基部節(jié)間彎矩呈正相關(guān)關(guān)系；與倒伏指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明大穗和彎穗會增加倒伏風(fēng)險。彎穗型品種遼優(yōu)5218在低行距（23.3 cm）時，N4的倒伏風(fēng)險明顯增加。與另外2個品種相比，不但不適合密植，也不適合低行距種植。在同一品種內(nèi)，低密度會促進形成大穗，增大基部節(jié)間彎矩，從而增加倒伏風(fēng)險。

綜合分析冠層消光系數(shù)、倒伏指數(shù)與產(chǎn)量的關(guān)系可知，不同水稻品種的性狀針對株行距配置的不同表現(xiàn)不盡相同。葉面積指數(shù)大小不能作為衡量水稻高產(chǎn)潛能的指標(biāo)。消光系數(shù)作為水稻冠層生態(tài)的重要指標(biāo)，其值的大小可決定水稻是否具有發(fā)揮高產(chǎn)潛能的生態(tài)環(huán)境，但并不是決定水稻產(chǎn)量的唯一因素。除了生態(tài)環(huán)境外，水稻品種自身的耐密植特性對水稻產(chǎn)量有影響，分為水稻抗倒伏性和密植狀態(tài)下產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化2個方面。遼粳401在密植情況下，沒有倒伏風(fēng)險。遼粳294和遼優(yōu)5218雖然在密植情況下產(chǎn)量高，但其倒伏風(fēng)險增加。因此，13.3 cm與30 cm的株行距配置是符合3種水稻產(chǎn)量與群體生態(tài)結(jié)構(gòu)的最佳配置。

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