徐一蘭,劉唐興,付愛斌

(湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 長沙 410127)

水稻(OryzasativaL.)在我國糧食生產(chǎn)中占重要地位，其種植面積為3.0×107hm2,產(chǎn)量達(dá)2億t[1]。水稻生產(chǎn)與氣候條件、品種、田間栽培管理措施等因素關(guān)系密切，其中不同育苗移栽方式是影響水稻生長發(fā)育、生理特性及產(chǎn)量的關(guān)鍵措施之一[2]。近年來，隨著水稻生產(chǎn)方式的變革，新推出了一些水稻育苗的生產(chǎn)措施，如機(jī)械移栽、直播、人工移栽和拋栽等。特別是針對目前農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移的現(xiàn)狀，急需輕簡、高效的水稻生產(chǎn)方式。程建平等[3]認(rèn)為，人工撒播和人工手插處理的水稻生育期均長于機(jī)械直播處理。李杰等[4]研究表明，直播處理水稻植株的干物質(zhì)小于人工移栽處理。唐海明等[5]研究認(rèn)為，拋栽和手插條件下水稻生育后期葉面積指數(shù)衰減慢，且葉片具有較高的光合特性。張耗等[6]研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械條播條件下生長中后期水稻具有較高的葉面積指數(shù)和光合速率。雷小龍等[7]認(rèn)為，人工移栽水稻產(chǎn)量高于機(jī)械直播處理。金軍等[8]研究表明，不同移栽方式的水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為機(jī)插>手栽>拋秧>直播。羅錫文等[9]研究顯示，機(jī)械移栽與人工移栽處理間水稻產(chǎn)量無明顯差異。由于上述所開展研究的生態(tài)條件、土壤理化特性、品種、栽培措施等均有差異，其研究結(jié)果也不相一致。

湖南是我國重要的水稻主產(chǎn)區(qū)，常年種植面積為4.2×106hm2，總產(chǎn)量為2.7×107t，在我國水稻生產(chǎn)中占十分重要的地位[10]。當(dāng)前，有研究者在一季稻種植制度條件下研究不同育苗移栽措施對植株生物學(xué)特性和產(chǎn)量影響，結(jié)果表明，機(jī)械移栽有利于植株合理生長，構(gòu)建高光效群體，獲得較高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[6,11]。目前，湖南省雙季稻生產(chǎn)主要采用拋栽、人工移栽和機(jī)插等多種育苗移栽方式。在雙季稻種植制度下，前人關(guān)于拋栽、人工移栽和機(jī)插對某一季水稻的生長發(fā)育、干物質(zhì)積累與分配、部分理化特性及產(chǎn)量影響進(jìn)行了部分研究[5,12]，而對雙季稻植株葉片光合生理和產(chǎn)量影響的系統(tǒng)研究還有待進(jìn)一步開展。因此，本研究系統(tǒng)比較了拋栽、人工移栽和機(jī)插方式對雙季稻植株葉片生理特性與產(chǎn)量的影響，從而為該區(qū)域選擇輕簡、高效的栽培措施提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年在湖南省典型雙季稻主產(chǎn)區(qū)醴陵市均楚鎮(zhèn)(E 113°14′47″，N 27°34′15″)進(jìn)行。試驗(yàn)地氣候條件、稻田土壤類型、試驗(yàn)前0—20 cm土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)參見徐一蘭等[13]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

根據(jù)早稻和晚稻的育苗移栽方式，設(shè)雙季稻拋栽(seedling throwing, ST)、雙季稻手插(hand transplanting, HT)、雙季稻機(jī)插(machine transplanting, MT)3種栽插方式處理。每種栽插方式3次重復(fù)，田間試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組排列，各個(gè)小區(qū)面積均為72 m2，各小區(qū)間做好田埂并覆膜防止肥水串灌，各小區(qū)均為單獨(dú)的排灌系統(tǒng)。

拋栽和手插處理均采用塑料軟盤育秧，移栽葉齡4.4～4.7葉，單株平均帶分蘗1.5～2.2個(gè)，移栽密度為3.07×105蔸·hm-2，行株距為19.8 cm×16.5 cm，拋栽處理在拋栽后于田間進(jìn)行撿勻。機(jī)插處理采用機(jī)械專用盤育秧，干種子落谷量每盤110 g，移栽葉齡4.0～4.5葉，移栽行株距29.7 cm×12.0 cm；各處理早稻和晚稻移栽后及時(shí)查漏補(bǔ)缺，確保3種栽插方式的基本苗數(shù)均為1.05×106株·hm-2。早稻和晚稻季各處理的N、P2O5、K2O施用量分別為150.0、75.0、90.0 kg·hm-2和180.0、60.0、120.0 kg·hm-2；各處理的N和K2O均按基肥：追肥為7：3的施用比例施入大田，基肥在稻田耕作時(shí)施用，追肥在水稻移栽后7 d施用；P2O5在土壤耕作時(shí)全部施用于稻田中。各處理早稻和晚稻的田間農(nóng)事操作等均按常規(guī)大田生產(chǎn)進(jìn)行。

1.3 樣品采集與指標(biāo)測定

1.3.1生育期記載 記錄各處理水稻的播種、移栽、分蘗、孕穗、齊穗和成熟期的相應(yīng)日期，統(tǒng)計(jì)整個(gè)生育期。

1.3.2樣品采集 于植株苗期(移栽后15 d)、分蘗盛期(移栽后30 d)、孕穗期(移栽后43 d)、齊穗期(移栽后57 d)和成熟期(移栽后93 d)5個(gè)時(shí)期，分別采集早稻和晚稻植株葉片樣本；樣本收集部位、數(shù)量與重復(fù)數(shù)等均參照徐一蘭等[13]方法開展。

1.3.3葉片理化指標(biāo)測定 脯氨酸(proline, Pro)和丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量，過氧化物酶(peroxidase, POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和過氧化氫酶(catalase, CAT)活性的測定均參照李合生[14]，各指標(biāo)均測定3次。

1.3.4葉片光合指標(biāo)測定 在水稻的5個(gè)生育時(shí)期，測定植株葉片SPAD值、凈光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance,Gs)和蒸騰速率(transpiration rate,Tr)。測定的具體時(shí)間、葉片部位和重復(fù)數(shù)均參照徐一蘭等[13]開展。

1.3.5產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量 早、晚稻成熟期，參照徐一蘭等[13]方法測定水稻的有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)。同時(shí)，測定各小區(qū)水稻的實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)處理均采用Microsoft Excel 2003軟件，不同處理間各測定指標(biāo)的方差分析均采用SPSS 12.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻葉片MDA和Pro含量

由圖1可知，隨著水稻的生長發(fā)育，各處理植株葉片的MDA含量呈增加趨勢，于成熟期達(dá)到最高值。所有生育期內(nèi)，機(jī)插(MT)處理葉片MDA含量均顯著高于拋栽(ST)和手插(HT)處理(P<0.05)。苗期到孕穗期，HT處理早稻和晚稻植株葉片MDA含量均顯著高于ST處理(P<0.05)；齊穗期和成熟期，HT與ST處理間均無顯著性差異(P>0.05)；早稻和晚稻從苗期到成熟期，各處理植株葉片的MDA含量大小排序均表現(xiàn)為MT>HT>ST。

注：SS—苗期; TS—分蘗盛期; BS—孕穗期; FS—齊穗期; MS—成熟期。不同小寫字母表示同一時(shí)期不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Note: SS—Seedling stage; TS—Tillering stage; BS—Booting stage; FS—Full heading stage; MS—Maturity stage. Different lowercase letters of the same growth stage indicate statistically significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖1 不同栽插條件下葉片的MDA和Pro含量Fig.1 Malondialdehyde and proline content in rice leaves with different transplanting methods

早稻和晚稻從苗期到成熟期，各處理植株葉片的Pro含量均呈拋物線變化趨勢；MT和HT處理間植株葉片的Pro含量與ST處理均達(dá)顯著性差異(P<0.05)。早稻苗期到成熟期，MT與HT處理間植株葉片Pro含量均未達(dá)到顯著性差異(P>0.05)。晚稻苗期、分蘗期和孕穗期，MT與HT處理間植株葉片Pro含量均未達(dá)到顯著性差異(P>0.05)；齊穗期和成熟期，MT與HT處理間植株葉片Pro含量均達(dá)顯著性差異(P<0.05)。

2.2 水稻葉片SOD、POD和CAT活性

由圖2可知，早稻和晚稻從苗期到成熟期，各處理植株葉片SOD活性均于齊穗期達(dá)到峰值；ST與HT、MT處理間葉片SOD活性均達(dá)顯著性差異(P<0.05)。早稻和晚稻的苗期、分蘗期和孕穗期，HT與MT處理間植株葉片的SOD活性均達(dá)顯著性差異(P<0.05)；齊穗期和成熟期，HT與MT處理間植株葉片的SOD活性均無顯著性差異(P>0.05)。

注：SS—苗期; TS—分蘗盛期; BS—孕穗期; FS—齊穗期; MS—成熟期。不同小寫字母表示同一時(shí)期不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Note: SS—Seedling stage; TS—Tillering stage; BS—Booting stage; FS—Full heading stage; MS—Maturity stage. Different lowercase letters of the same growth stage indicate statistically significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖2 不同栽插條件下葉片的SOD、POD和CAT活性Fig.2 SOD, POD and CAT activities in rice leaves with different transplanting methods

早稻和晚稻從苗期到成熟期，各處理植株葉片的POD活性均于齊穗期達(dá)到最高值，且ST與HT、MT處理間葉片POD活性均達(dá)顯著性差異(P<0.05)，HT與MT處理間植株葉片POD活性均達(dá)顯著性差異(P<0.05)。

早稻和晚稻從苗期到成熟期，各處理植株葉片的CAT活性均于分蘗盛期達(dá)到最高值；其中，ST與HT、MT處理間葉片CAT活性均達(dá)顯著性差異(P<0.05)，HT與MT處理間植株葉片CAT活性均達(dá)顯著性差異(P<0.05)。

2.3 水稻植株葉片的光合特性

2.3.1葉片SPAD值 由圖3可知，早稻和晚稻從苗期到成熟期，不同處理植株葉片的SPAD值均呈拋物線的變化趨勢，表現(xiàn)為先升高后下降，不同處理SPAD值的排序均表現(xiàn)為ST>HT>MT。早稻和晚稻的苗期、分蘗期和孕穗期，ST和HT處理的葉片SPAD值均顯著高于MT處理(P<0.05)；成熟期，ST、HT和MT處理的葉片SPAD值均無顯著差異(P>0.05)。

注：SS—苗期; TS—分蘗盛期; BS—孕穗期; FS—齊穗期; MS—成熟期。不同小寫字母表示同一時(shí)期不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Note: SS—Seedling stage; TS—Tillering stage; BS—Booting stage; FS—Full heading stage; MS—Maturity stage. Different lowercase letters of the same growth stage indicate statistically significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖3 不同栽插條件下葉片的SPAD值Fig.3 SPAD value in rice leaves with different transplanting methods

2.3.2葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率

由圖4可知，早稻和晚稻從苗期到成熟期，各處理植株葉片的凈光合速率(Pn)均表現(xiàn)為拋物線的變化趨勢；不同處理Pn的大小順序均表現(xiàn)為ST>HT>MT。早稻和晚稻的苗期到成熟期，各處理植株葉片Pn均以ST處理最高，其中ST與HT、MT處理間葉片Pn均達(dá)顯著性差異(P<0.05)，HT與MT處理間植株葉片Pn均達(dá)顯著性差異(P<0.05)。

注：SS—苗期; TS—分蘗盛期; BS—孕穗期; FS—齊穗期; MS—成熟期。不同小寫字母表示同一時(shí)期不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Note: SS—Seedling stage; TS—Tillering stage; BS—Booting stage; FS—Full heading stage; MS—Maturity stage. Different lowercase letters of the same growth stage indicate statistically significant differences between different treatments at P<0.05 level.圖4 不同栽插條件下葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率Fig.4 Net photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate in rice leaves with different transplanting methods

早稻和晚稻從苗期到成熟期，不同處理植株葉片的氣孔導(dǎo)度(Gs)均于分蘗期達(dá)到最高值；不同處理Gs的大小排序均為HT>ST>MT。早稻和晚稻的苗期到齊穗期，HT、ST與MT處理間植株葉片Gs均達(dá)顯著性差異(P<0.05)；成熟期，各處理間的差異均未達(dá)到顯著性水平(P>0.05)。

早稻和晚稻從苗期到成熟期，不同處理植株葉片的蒸騰速率(Tr)均于齊穗期達(dá)到最高值；不同處理Tr的大小排序均為MT>HT>ST，但不同處理間均未達(dá)到顯著性差異(P>0.05)。

2.4 不同栽插方式對水稻生育期的影響

不同栽插方式不同稻季的水稻生育期統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1，可見，ST和HT處理水稻的孕穗期、齊穗期和成熟期相應(yīng)提早，全生育期明顯短于MT處理。早稻中，ST處理的孕穗期、齊穗期和成熟期分別比MT處理提早7、8、9 d，HT處理的孕穗期、齊穗期和成熟期分別比MT處理提早4、5、5 d，ST和HT處理的全生育期分別減少9和5 d。晚稻中，ST處理的孕穗、齊穗和成熟期分別比MT處理提早6、8、9 d，HT處理晚稻的孕穗、齊穗和成熟期分別比MT處理提早4、4、5 d，ST和HT處理的全生育期分別減少9和5 d。

表1 不同栽插條件下早稻和晚稻的生育期Table 1 Growth period of early rice and late rice with different transplanting methods

2.5 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

不同栽插方式的水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量結(jié)果見表2，可見，早稻中，ST與MT處理間的有效穗數(shù)差異顯著(P<0.05)；ST、HT的水稻每穗總粒數(shù)分別比MT處理顯著增加11.16和16.18粒；各處理間水稻的結(jié)實(shí)率和千粒重均無明顯差異(P>0.05)；ST、HT的產(chǎn)量分別比MT處理顯著增加1 506.7和1 205.3 kg·hm-2，產(chǎn)量大小順序排列為ST>HT>MT。

表2 不同栽插條件下水稻的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 2 Yield and yield components of early rice and late rice with different transplanting methods

晚稻中，ST處理的有效穗數(shù)與MT差異顯著(P<0.05)；ST、HT與MT3個(gè)處理間水稻的穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均無明顯差異(P>0.05)；其中，ST和HT處理的穗粒數(shù)分別比MT處理增加9.90和6.38粒。ST、HT處理的產(chǎn)量分別比MT處理顯著增加1 444.5和981.0 kg·hm-2，其大小順序排列為ST>HT>MT。

3 討論

3.1 栽插方式與水稻植株生理特性的關(guān)系

影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因素是葉片光合特性及其光合產(chǎn)物[15]。水稻的理化和光合特性易受當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件、品種類型、耕作與移栽措施、田間水肥管理等因素的影響，其中移栽方式是影響水稻植株理化特性和產(chǎn)量較為關(guān)鍵的因素。唐海明等[5]研究認(rèn)為，拋栽和手插能夠提高水稻的葉片光合速率，增強(qiáng)葉片的光合生產(chǎn)能力和水稻產(chǎn)量。本研究中，拋栽和手插措施下水稻葉片保護(hù)酶活性和光合特性均高于機(jī)插處理，而MDA和Pro含量均低于機(jī)插處理，其原因可能是在拋栽的條件下，采取塑料軟盤育苗，其秧苗素質(zhì)較高(根系發(fā)達(dá)、生長健壯、單株綠葉數(shù)多、莖基寬大、分蘗多)，且移栽質(zhì)量高，移栽大田后個(gè)體生長均勻，有利于構(gòu)建光合效率高的田間群體，促進(jìn)群體葉片的光合生產(chǎn)能力，為獲得較高產(chǎn)量提供了充足的物質(zhì)來源，這與李杰等[4]和唐海明等[5]的研究結(jié)果一致。在手插移栽條件下水稻葉片的抗氧化酶活性和光合特性均高于機(jī)插處理，其原因可能是秧苗素質(zhì)好，采取人工移栽時(shí)移栽質(zhì)量較佳、秧苗栽插深度適宜，能保證秧苗的及時(shí)返青，協(xié)調(diào)植株個(gè)體和群體的關(guān)系，有利于高光效群體的構(gòu)建，進(jìn)而改善葉片抗氧化酶活性、光合特性，增加葉片光合產(chǎn)物的形成，為植株干物質(zhì)積累和獲得高產(chǎn)提供了物質(zhì)來源，這與唐海明等[5]的研究結(jié)果相似。與拋栽和手插處理相比，機(jī)插措施降低了植株葉片的抗氧化酶活性和光合特性，其原因可能是機(jī)插處理所選用的秧苗為機(jī)械育秧盤育成，秧苗素質(zhì)一般，采用機(jī)械移栽時(shí)移栽質(zhì)量較差(入土較深、漏株等)，影響秧苗及時(shí)返青和早生快發(fā)、延長了生育期(表1)，不利于構(gòu)建光合效率高的田間群體，降低了群體光合生產(chǎn)能力和水稻產(chǎn)量[4-5]。因此，不同育苗移栽條件下，植株葉片保護(hù)酶活性和光合特性是影響水稻產(chǎn)量的重要生理因素。

3.2 栽插方式與水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系

唐海明等[2]和秦敏等[16]研究認(rèn)為，不同栽插方式影響水稻生長發(fā)育進(jìn)程和生育期長短，最終影響產(chǎn)量。在湖南省雙季稻主產(chǎn)區(qū)，從周年種植制度角度出發(fā)，需綜合考慮早、晚稻的茬口銜接，保證早、晚稻的周年高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)[17]。前人就各種栽插方式對水稻產(chǎn)量影響開展了相應(yīng)研究，但獲得的結(jié)果各異。張穩(wěn)成等[18]研究認(rèn)為，手插條件下水稻產(chǎn)量明顯高于機(jī)直播處理。厲波等[19]開展不同栽插方式對水稻產(chǎn)量影響的研究，結(jié)果表明各處理水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為：直播>手插>機(jī)播。本研究結(jié)果表明，不同栽插方式條件下早稻和晚稻產(chǎn)量大小均表現(xiàn)為：拋栽>手插>機(jī)插；拋栽和手插處理周年雙季水稻總產(chǎn)量分別比機(jī)插處理增加24.80%和18.37%。本研究中拋栽條件下能獲得最高的水稻產(chǎn)量，其原因?yàn)閽佋源胧┎捎盟芰宪洷P育秧，其秧苗素質(zhì)較好、且大田移栽質(zhì)量較佳，移栽后有利于保證秧苗的早生快發(fā)，植株的分蘗率和成穗率均得到提高，增加了單位面積內(nèi)的有效穗數(shù)，改善了產(chǎn)量構(gòu)成因素；且拋栽條件下早稻的生育期適宜(表1)，有利于早、晚稻的茬口銜接，保證晚稻的安全齊穗和產(chǎn)量[17]。在機(jī)插條件下，所選擇的秧苗素質(zhì)和移栽質(zhì)量均較差(秧苗入土較深)，移栽大田后秧苗返青慢，推遲了分蘗高峰，影響了植株個(gè)體與群體關(guān)系、分蘗率和成穗率，不利于改善產(chǎn)量構(gòu)成因素(降低了有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率)(表2)；另一方面，由于延長了早稻生育期，推遲了晚稻的移栽和生長發(fā)育，不利于晚稻的安全齊穗，進(jìn)而影響晚稻的產(chǎn)量[17]。而前人的研究中，機(jī)插條件下水稻不減產(chǎn)或能增產(chǎn)，是因?yàn)榍叭耸窃谝患镜緱l件下所開展的研究，有利于周年作物薦口的安排，能確保水稻的正常生長發(fā)育，使水稻各生育期均處于較佳的溫、光等條件，有利于植株的營養(yǎng)吸收、光合生產(chǎn)和物質(zhì)積累等，從而為保證水稻產(chǎn)量提供保障[3,9,11,19]；而本研究的周年種植制度為雙季稻，機(jī)插措施推遲了早稻各生育期進(jìn)程(表1)，為了確保晚稻的生長發(fā)育，正常季節(jié)需提早收割早稻，降低了植株的結(jié)實(shí)率和千粒重，進(jìn)而影響水稻獲得高產(chǎn)，這與羅錫文等[9]和唐海明等[5]的研究結(jié)果相一致。水稻機(jī)械化生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，也是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，但是在具體的實(shí)施操作過程中還需綜合考慮水稻的品種、播期、秧齡、秧苗移栽質(zhì)量等方面，進(jìn)一步增加農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的融合。而且本研究僅開展了拋栽、手插和機(jī)插方式對雙季稻植株葉片的部分生理特性和產(chǎn)量影響的初步研究，關(guān)于不同栽插條件下稻田生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益等方面的變化特征還需進(jìn)一步研究。