楊曉龍，汪本福，李 陽，張枝盛，張作林，潘高峰，王 彪，楊藍天，程建平

（1.湖北省農業(yè)科學院糧食作物研究所/糧食作物種質創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點實驗室，武漢 430064；2.襄陽市農業(yè)科學院，湖北 襄陽 441057）

水稻（OryzasativaL.）是中國重要的糧食作物，水稻生產機械化是保證水稻高產的重要內容之一，也是保證中國糧食安全的重要措施之一［1］。21世紀以來，隨著農村勞動力的轉移和勞動力成本的上漲，多熟制種植模式的興起和生育期短、抗倒、產量高的水稻品種育成以及除草技術的改進，水稻種植方式發(fā)生了轉變，直播成為水稻生產的主要方式之一［2，3］。

水稻機械化直播在歐美等國應用普遍，近年來在東南亞及韓國、日本等國的發(fā)展速度也很快［4］。在中國積溫比較富裕的水稻產區(qū)，經營規(guī)模大、經濟比較發(fā)達的稻區(qū)發(fā)展水稻直播機械化種植是趨勢。一些稻田耕作區(qū)位于丘陵地帶，田面高低不平且種植面積小，造成國內水稻機械直播的發(fā)展相對緩慢［5］。無人機直播是在水稻機械化種植基礎上研制的一項新技術，具有作業(yè)效率和智能化程度高、勞動強度低、適宜規(guī)模化生產等優(yōu)勢，節(jié)約了種植成本，提高了生產效率和種植效益。據不完全統(tǒng)計，2021年湖北省水稻直播面積近100萬hm2，但直播水稻無人機輕簡化技術處于發(fā)展中，還存在播種精準度、均勻度不夠，齊苗全苗較難，肥料施用粗放等問題［6，7］，因此，湖北省無人機直播水稻面積占直播稻面積的比例相對較小。中國無人機直播水稻的種植方式主要有撒播和條播2種形式，其中撒播主要是通過無人機搭載的圓盤將露白的干種子甩出，條播主要是通過氣流將種子從管道成行排出［8］。研究報到指出，無人機播種效率顯著高于機械直播和人工撒播，直接效率為30 min/hm2，遠高于機械直播的225 min/hm2，但是無人機直播的產量略低于機械穴直播［9］。程鵬等［10］研究認為在傳統(tǒng)稻田進行無人機撒播可以顯著提高稻田秧苗素質和地上部干物質積累，但也因為倒伏問題導致產量顯著低于機械穴直播。目前無人機直播在蝦稻田里的應用探究鮮見報道，在此背景下，本試驗選用湖北省農業(yè)科學院糧食作物研究所培育的常規(guī)稻品種蝦稻1號，在蝦稻模式下對機械精量穴直播、無人機撒播和無人機條播3種播種方式進行比較，以期為蝦稻1號在蝦稻共作模式中的高效栽培提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2022年6—10月在湖北省農業(yè)科學院鄂州基地試驗站內（30°39′N，114°62′E）進行。土壤為黏質土，土壤pH為6.5，有機質占1.12%，總氮含量為2.55 g/kg，速效磷含量為11.5 mg/kg，速效鉀含量為120.3 mg/kg。

水稻品種采用湖北省農業(yè)科學院育成的常規(guī)水稻品種蝦稻1號。水稻直播采用2BD-10普通型水稻精量穴直播機，飛機直播采用大疆T30型號無人機。

1.2 試驗設計與田間管理

試驗采取單因素大區(qū)對比試驗，不設重復，小區(qū)面積1 333.4 m2。試驗設置機械精量穴直播（T1，Mechanical hill-direct-seeding），無人機撒播（T2，UAV broadcast sowing）和無人機條播（T3，UAV drill sowing）。氮磷鉀按照質量比210∶90∶150的比例施肥。其中全部的磷肥、30%氮肥、50%鉀肥作為底肥一次性施入；剩余的氮肥分別以分蘗肥和穗肥各50%施入，剩余的50%鉀肥在孕穗時施入。播種前種子浸泡至露白并晾干至種子不粘連，于2022年6月17日播種，所有處理按照90 kg/hm2的播種量進行水直播，其中，T1和T3均按照行距25 cm、株距10 cm播種。小區(qū)之間做高30 cm、寬50 cm的田埂，并用塑料薄膜包裹，以防小區(qū)間串肥串水，期間水分管理按照間歇灌溉模式進行灌水。其他病蟲草害均按照常規(guī)管理。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 光合速率 于水稻齊穗期選擇劍葉，利用Li-6400 XT型（Li-Cor，Lincoln，NE，USA）光合儀，在9：00—11：00進行測定。儀器保持開放氣路，人工光源，樣本室內氣流速率為500μmol/s，光強設定為1 500μmol/（m2·s），測定葉的最寬部，計算出葉面積。

1.3.2 SPAD 于水稻分蘗期、孕穗期、齊穗期和乳熟期測定葉片SPAD，取水稻冠層上部完全展開葉，測定儀器選用日本SPAD 502型（Soil-Plant analysis development section，Minolta Camera Co Osaka，Japan），分別于每片葉片的頂部、中部、基部進行測定，取平均值。

1.3.3 干物質積累 于水稻齊穗期和成熟期在每個小區(qū)選擇長勢均勻一致的水稻植株（0.5 m），將植株地上部分分解為莖稈、葉片、穗三部分，在烘箱內105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，并測定其重量。莖（葉）轉運量（kg/hm2）=齊穗期干物質-成熟期干物質量；干物質轉運率=干物質轉運量/齊穗期干物質量×100%；干物質轉運對穗的貢獻率=干物質轉運量/（成熟期穗重-齊穗期穗重）×100%。

1.3.4 葉面積指數 齊穗期采用SunScan冠層分析儀（Delta公司，英國），測定齊穗期和收獲期水稻群體的葉面積指數（LAI，Leaf area index）。

1.3.5 考種、測產 水稻成熟時在每個處理大區(qū)內分別取3個5 m2用于測定產量，人工收割后，脫粒，并將其置于自然條件下風干。然后，將各處理的稻谷分別風選，清除雜質和空癟粒。先稱量測產稻谷的風干總重量，然后采用谷物水分儀（DMC-700，Seedburo，Chicago，IL，USA）測其水分含量，通過秈稻標準含水量（13.5%）計算產量。其中T1和T3直播處理按照平均有效穗取10株，T2直播處理取0.5 m2用于考種測定有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重。

1.4 數據分析

數據采用Microsoft Excel 2013軟件進行整理，使用Origin 7.5軟件制圖，以軟件SAS 9.0（SASInstitute，Cary，NC）進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同直播方式對葉面積指數的影響

由圖1可知，不同直播模式下，水稻齊穗期葉面積指數存在顯著差異。其中，無人機撒播模式下的齊穗期葉面積指數較無人機條播和機械精量穴直播分別顯著增加7.32%和18.4%，無人機條播相較于機械精量穴直播顯著增加10.3%。

圖1 不同直播模式下齊穗期葉面積指數的變化

2.2 不同直播方式對葉片SPAD的影響

由圖2可知，不同直播模式下，水稻分蘗期和孕穗期的葉片SPAD無顯著差異。隨著水稻生育期的推進，無人機撒播和無人機條播模式下的齊穗期葉片SPAD較機械精量穴直播分別顯著增加9.45%和9.37%，其中無人機撒播和無人機條播直播處理之間無顯著差異；成熟期與齊穗期基本保持相同的規(guī)律。

圖2 不同直播方式下葉片SPAD的變化

2.3 不同直播方式對齊穗期劍葉光合速率的影響

由圖3可知，相較于機械精量穴直播，無人機撒播和無人機條播模式下的齊穗期劍葉凈光合速率分別增加12.1%和8.22%，其中，無人機撒播處理模式顯著高于機械精量穴直播處理模式。此外，無人機撒播處理模式較無人機條播處理有增加的趨勢，但是二者之間差異不顯著。

圖3 不同直播方式下齊穗期劍葉凈光合速率的變化

2.4 不同直播方式對地上部干物質積累轉運的影響

由表1可知，機械精量穴直播的莖稈和葉片轉運量、轉運率和干物質對穗的轉運貢獻率與無人機直播之間差異顯著，但是無人機撒播對地上部干物質積累轉運與無人機條播之間無顯著的影響。其中，在無人機撒播和無人機條播直播模式下，莖稈的轉運量較機械精量穴直播分別顯著增加了37.1%和41.1%，葉片的轉運量分別顯著增加了40.6%和29.4%；莖稈轉運率分別顯著提高了8.0、5.3個百分點，葉片轉運率分別顯著提高了7.7、5.6個百分點；莖稈對穗的轉運貢獻率分別顯著提高了10.4、9.8個百分點，葉片對穗的轉運貢獻率分別顯著提高了6.2、4.2個百分點。

表1 不同直播方式對地上部干物質積累轉運的影響

2.5 不同直播方式對產量及產量構成的影響

由表2可知，不同直播方式對產量的影響存在顯著差異。在機械精量穴直播、無人機撒播和無人機條播直播模式下的產量分別為8.05、9.52、8.52 t/hm2。無人機撒播模式下的產量相較于機械精量穴直播和無人機條播分別顯著增加了18.3%和11.7%，無人機條播模式下的產量相較于機械精量穴直播顯著增加5.8%?？傮w來看，無人機直播處理（T2、T3）下其產量相較于機械精量穴直播增加12.0%。無人機直播產量增加的主要原因是有效穗和千粒重的增加，其中，有效穗增加了14.3%，千粒重增加了4.9%。

表2 不同直播方式對產量及產量構成的影響

3 小結與討論

本試驗結果表明，常規(guī)稻蝦稻1號在蝦稻共作模式中通過無人機直播可以獲得較好的產量表現。其中，在無人機撒播的直播模式下產量為9.52 t/hm2，無人機條播的直播模式下產量為8.52 t/hm2，相較于現在流行的機械精量穴直播模式下產量（8.05 t/hm2）顯著增加了12.0%，該研究結果與前人的研究結果相似［11］。但也有研究認為無人機撒播模式下產量顯著低于機械穴直播，機械穴直播模式下有序的群體結構有助于水稻光溫資源的有效利用，促進了田間有效穗的形成，提高了結實率和千粒重［10］。這種產量的差異可能與播種量、播種深度以及后期的水肥管理相關。本研究中，水稻直播的播期是在6月7日，有效避開了2022年的高溫干旱天氣，同時該試驗是在蝦稻田塊中進行，保證了田間水源的充足，合理的水肥管理使得田間未發(fā)生倒伏是實現產量穩(wěn)定的關鍵。水稻直播方式不同導致建立的生長群體存在差異，間接影響了水稻對環(huán)境溫度、光照和肥料養(yǎng)分等資源的響應機制，從而最終影響產量［12］。魏海燕等［13］認為構建合理的群體以增強葉片光合生產能力是穩(wěn)定稻谷產量的前提，提高花后群體光合積累是作物群體質量的核心指標，這與本試驗中無人機撒播直播模式下其葉片具有較高的葉綠素含量和凈光合速率的結果一致。葉片作為水稻重要的源器官，通過碳捕獲和再活化過程，為子粒提供各種營養(yǎng)組分。水稻早衰是制約直播稻發(fā)展的重要瓶頸，葉片早衰導致葉綠體的類囊體解體、線粒體外膜降解、液泡膜破裂，最后使水解酶釋放到細胞質中，引起細胞凋亡和光合能力喪失，嚴重影響產量［14，15］。旱播旱管模式下引發(fā)的葉片早衰導致水稻弱勢粒的灌漿啟動晚、獲取光合同化產物的競爭力弱，使弱勢粒不能通過正常的兩段灌漿得到“補償”，因而導致其生理活性徹底喪失和空癟粒的大幅增加［16］。如果水稻花后功能葉壽命能夠延長1 d，水稻產量可增加1%～2%，實現“擴源增庫”，進而提高產量，因此花后葉片光合產物的積累能否滿足子粒灌漿需求是實現稻谷產量穩(wěn)定的關鍵［17］。本研究中齊穗期至灌漿乳熟期，無人機撒播和無人機條播模式下的水稻葉片SPAD較機械精量穴直播分別顯著增加9.45%和9.37%，在一定程度上表明無人機直播模式在延緩水稻早衰、增強花后葉片持綠性方面具有優(yōu)勢，對增加花后光合產物積累具有一定的貢獻。同時本研究數據表明，機械精量穴直播的莖稈和葉片轉運量、轉運率和干物質對穗的轉運貢獻率顯著低于無人機撒播和無人機條播2種模式，地上部干物質更多地轉移到子粒中是穩(wěn)定產量的關鍵。從產量構成分析結果可知，無人機撒播能夠獲得相對較高的產量主要是因為有效穗數的增加，無人機直播產量增加的主要原因是有效穗數和千粒重的增加，其中有效穗數增加了15.1%。

本試驗中，按照90 kg/hm2的用種量播種，通過無人機撒播的方式最大限度地保證播種的均勻性，從而使得該模式下的出苗率和成穗率遠高于另外2種播種方式。本研究是一年試驗的結果，且未遇到大風和長期雨水天氣，該結果仍需要進一步驗證。杜萌等［18］研究發(fā)現，在適宜的播種密度下（105 kg/hm2），隨著生育進程的進行，水稻群體能有一個相對穩(wěn)定的生長條件，其水稻形態(tài)和光合特性均可以達到最優(yōu)狀態(tài)。但周龍等［19］認為無人機直播模式下的高密度水稻群體，由于根系分布較淺容易發(fā)生倒伏現象，且播種密度過大擠占幼苗分蘗空間，導致群體發(fā)育不良、穗小等問題，是制約直播稻發(fā)展的重要因素。楊文偉等［20］通過播深和播量對直播稻產量進行研究，發(fā)現播深和播量對水稻幼苗出苗率有顯著影響，通過增強發(fā)根力和根系吸收面積促進了直播稻幼苗的生長，同時改善直播稻群體質量，從而穩(wěn)定直播稻產量。

本研究結果表明，不同直播方式對蝦稻1號的產量影響存在顯著差異，無人機撒播處理下揚花期后水稻群體具有較高的葉面積指數，且生育后期葉片SPAD保持較高水平，穩(wěn)定了后期地上部光合干物質的積累，提高了干物質向子粒的分配運轉，保證了有效穗數和千粒重的增加，最終獲得高產。因此，在蝦稻田中采用無人機撒播的直播方式并配合合理的水肥管理技術，構建合理群體、提高葉面積指數和群體光合效率，增加地上部干物質轉運量，是降低直播模式下水稻高密度群體倒伏風險，增強直播水稻穩(wěn)產能力的保證。