直播和育秧移栽是水稻（OryzasativaL.）在育插秧环节两种主要方式。水稻直播省去育秧、拔秧、运秧和移栽等多道工序，省工节本，能大幅度减轻劳动强度，提高生产效率。中国现有直播模式主要是人工撒播，但该模式存在秧苗分布不均，群体难以控制，后期易倒伏和早衰等问题，产量无法保证[1，2]。欧美发达国家水稻生产多采用机械直播，而移栽是亚洲水稻重要的传统栽培方法[3，4]。机械直播除保持水稻传统直播的优势外，还保证了种子入土深度，提高了抗倒伏能力，有利于优化群体结构、实现高产稳产，这也是中国水稻直播技术的发展方向。
摘要：为了明确不同直播种植模式下水稻（OryzasativaL.）的产量形成机制，采用机械穴直播（XB）、机械条直播（TB）、人工撒播（SB）种植模式，以传统人工插秧（CY）为对照，考察了水稻根系特征、群体动态和光合作用产物转运等性状。结果表明，齐穗期XB和TB根重均比CY显著增加，其主根数、根总长、根尖数以及根表面积均有不同程度的提高。根系伤流量齐穗期仅XB高于CY，TB和SB均比CY显著下降，灌浆期3种直播模式均较CY显著下降。水稻叶面积指数有相似的变化规律。直播模式下水稻齐穗前光合作用产物积累量较大，其茎鞘物质输出率和转换率显著高于CY。与CY相比，XB产量提高5.8%，TB和SB分别降低4.2%和13.2%。XB和TB种植模式下，水稻千粒重增加，但每穗总粒数有所减少。总体来说，机械直播较人工撒播用种量减少、植株布局有序性提高，根系形态改善，地上部分光合作用产物积累明显提高。但是，相对人工插秧，其灌浆期根系活力明显下降。
关键词：机械直播,种植模式,水稻（OryzasativaL.）,根系特征,产量
目前，制约中国水稻机械直播大面积应用的主要问题有以下3个方面：一是适于生产的直播机械少，机械播种量较大且均匀性较差；二是机具笨重、田间下陷量大；三是成穴困难，每穴粒数难以准确控制。以上3个方面无法适应现代水稻精确定量栽培的农艺要求。由华中农业大学夏俊芳等[5]设计的2BFS-8型水稻芽种播种施肥机采用振动阀门的槽轮排种器，可实现水稻芽种定量精密分行条播，并防止伤芽和断条，而由组合式开沟器形成的多沟并举有利于水肥有效管理和光、温充分利用。华南农业大学罗锡文院士研制成功的水稻精量穴直播机可同步开沟、起垄和播种，垄面上的播种小沟增加了水稻根系的入土深度，较好地解决了手工直播稻秧苗根系入土较浅而容易倒伏的问题；精量穴直播机每穴播种量可选，株距可调，能控制水稻高产栽培的播种量和基本苗数[6]。确定种植模式适当与否的标准是能否保证田间种植质量，而种植质量直接影响水稻出苗和分蘖以及水稻根系发育和产量形成[7]。目前，尚未见到关于不同直播模式下水稻根系特征与水稻产量形成机制的研究报道。为此，本研究在2008年试验基础上，连续多年对机械直播过程中的农机、农艺融合技术进行研究。2012年对机械穴直播、机械条直播、人工撒播等3种直播模式进行了比较试验，同时以人工插秧为对照，明确机械直播模式根系特征、群体质量和产量形成的特点，旨在为实现农业生产“节本增效”和水稻机械化生产过程中的农机、农艺技术融合提供技术参考。
1材料与方法
1.1试验材料
供试水稻品种为广两优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月通过湖北省农作物品种审定委员会审定。
试验于2012年5～10月在湖北省农业科学院南湖试验站内进行。水稻类型为黄棕壤发育的黄棕壤性水稻土，属于潴育水稻土亚类，黄泥田土属。试验田肥力均匀，田面平整，排灌方便。
1.2试验方法
1.2.1试验设计试验按种植模式设置机械穴直播（XB）、机械条直播（TB）和人工撒播（SB）3个直播处理，并以人工插秧（CY）为对照，共4个处理。其中，直播种植模式于5月15日播种（种子浸泡，露白后晾至手抓种子不粘手，子粒间不粘连，方可播），XB处理采用华南农业大学研制的2BD-10型水稻精量穴直播机；TB采用华中农业大学工程学院研制的条播机（2BFS-8型）。XB、TB和SB每公顷分别播干谷21.90、32.85和37.50kg。CY处理于5月15日育秧，6月12日人工移栽，栽插规格为16.7cm×26.7cm，每穴插1～2株。各处理单位面积的总施肥量相同，全生育期施肥量分别为N230.25kg/hm2、P2O575.00kg/hm2、K2O112.5kg/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。分别按60kg/hm2和3kg/hm2施用硅肥和大粒锌。试验采取单因素大区对比试验，各处理种植面积为666.7m2，按面积3次等分后作为重复。
1.2.2测定项目与方法
1）茎蘖动态。每处理选定具有代表性的连续20穴植株，自播种后30d开始调查，每7d记载1次茎蘖数。
2）生物量。分别于分蘖早期、分蘖中期、孕穗期、齐穗期、灌浆期（抽穗后20d）和收获期选取样本3穴，多点取样，每样本分叶、茎鞘和穗（抽穗后）烘干称取干重。
3）其他指标。根系特征和伤流强度具体测定方法参照文献[8]；群体光合参数（包括叶绿素SPAD值和叶面积指数）、茎鞘物质输出率和转换率以及考种、测产具体测定方法参照文献[9]。
1.3数据整理和统计
试验开始于2008年，经多年重复试验，本研究数据以2012年数据为主。数据采用SPSS11.5软件进行统计和方差分析。
2结果与分析2.1各种植模式下水稻的生育进程
直播模式水稻生育期比人工插秧模式缩短9d，齐穗期提前7d（表1）。直播模式下，水稻没有缓苗期，缩短了水稻的生育进程。
2.2各种植模式下水稻的根系特征和伤流强度
由表2可见，不同种植模式下，水稻齐穗期根系形态存在显著差异。XB、TB主根数分别比对照CY增加28.6%和14.3%，根尖数分别比CY增加59.2%和30.7%；而SB主根数和根尖数分别比CY减少22.4%和38.1%。3种直播模式下水稻最长根长均比CY短，但根总长XB、TB分别比CY提高了36.7%和4.0%，SB比CY减少46.4%。XB根表面积比CY增加20.5%，TB与CY间差异不显著，而SB比CY减少55.9%。XB和TB的根重分别比CY提高45.9%和44.7%，而SB与CY间差异不显著。
不同种植模式下水稻根系伤流强度不同（图1）。灌浆期水稻根系伤流强度较齐穗期有不同程度的降低，其中直播模式下降明显，人工插秧降低较小。与对照CY根系伤流强度相比，齐穗期XB提高9.6%，而TB和SB分别降低10.2%和20.7%；灌浆期各直播模式分别降低47.7%、47.3%和56.1%。
2.3各种植模式下水稻的茎蘖动态
不同种植模式下，水稻群体达到高峰茎蘖数的时间不同，其中SB在播种后44d达到峰值，XB和TB在播种后49d达到峰值，而CY则在播种后56d才达到峰值。CY茎蘖峰值最高，且在播种后56～77d保持相对较高的茎蘖。
2.4各种植模式下水稻的叶绿素SPAD值
由表3可知，不同种植模式下水稻顶叶叶绿素SPAD值均随生育时期呈先升后降的变化趋势。机械直播模式在齐穗前顶叶叶绿素SPAD值相对较高，而SB在各生育时期均较低。CY叶绿素SPAD值在前期保持较低数值，但齐穗后相对较高，至收获期高于其他处理。
2.5各种植模式下的群体叶面积指数
由图3可见，不同种植模式下群体齐穗期和收获期叶面积指数（LAI）不同。无论是齐穗期还是收获期，SB的群体LAI均较小。齐穗期机械直播模式与CY的LAI差异不显著，均比SB显著提高；收获期各直播模式LAI均显著低于CY，XB和TB显著高于SB，其中SB比CY减少22.9%。
收获期，XB、TB、SB和CY的LAI较齐穗期下降幅度分别为53.9%、56.5%、50.1%和46.7%。可见，直播模式较人工插秧种植模式水稻群体LAI下降幅度更大，且以TB下降幅度最大。
2.6各种植模式下水稻的光合物质积累和转运
由图4可见，直播种植模式下，水稻生物量在齐穗前积累量比CY大，齐穗后CY生物量快速增加，直播处理增加幅度相对较小，收获期XB、TB和SB生物量分别比CY降低6.9%、10.6%、16.7%。相对其余直播模式，XB孕穗后一直保持相对较高的生物量，SB生物量在收获期较机械直播小。由图5可见，齐穗后直播模式下水稻茎鞘物质输出率（EPMSS）和转换率（TPMSS）显著高于CY，各直播模式间水稻EPMSS差异不显著。可见，直播模式水稻生长前期光合作用产物积累量较人工插秧好，但后期光合作用产物积累较少，这也是人工直播与插秧产量形成特点不同的原因。
2.7各种植模式下的产量及其构成
由表4可知，不同种植模式下，水稻产量及其构成有不同程度的差异。与CY相比，XB实际产量提高5.8%，而TB和SB产量分别降低4.2%和13.2%，理论产量也有类似的变化。XB有效穗数和结实率与CY差异不显著，但千粒重提高6.2%，每穗总粒数减少4.5%，且均达到显著水平。与XB相似，TB千粒重比CY提高5.8%，而每穗总粒数减少10.0%，有效穗数和结实率差异不显著。SB有效穗数与CY差异不显著，而结实率和每穗总粒数均显著下降，降幅分别达到9.8%和12.1%，但千粒重比CY提高2.9%。可见，直播种植模式均提高了水稻的千粒重，降低了每穗总粒数；SB虽然田间有效穗数较多，但由于结实率的降低，产量也显著降低。
3讨论与结论
3.1讨论
3.1.1水稻根系特征对不同种植模式的响应特征根系是水稻吸收水分和养分的主要器官，也是合成某些氨基酸、激素等生理活性物质的重要场所，尤其是生育后期的根系与氮素等营养元素的高效吸收利用关系密切[10]。人工撒播和机械条播不同程度地存在稻苗根系分布浅，易发生倒伏等现象[11]。本研究结果表明，直播模式最长根长均比人工插秧短，这可能是直播模式根系分布浅的原因。与其他直播模式不同，机械精量穴直播播种前有一开沟装置，种子播在沟内，可增加水稻根系深度。另外，研究发现该模式下水稻根总长、主根数、根表面积和根尖数较其他种植模式明显提高，且具有较高的根系伤流强度，说明其根系在形态结构和生理活性上提高了营养吸收的能力、增加了对土面的附着能力。多年试验、示范结果表明，机械穴直播水稻倒伏现象与机械播种时形成宽行高垄的微生态环境有关，此种环境不仅有利于根系生长发育，而且在根外围创造很好的通风透光条件，形成独特的小气候，此种条件下水稻纹枯病和稻飞虱的发生较少，这也在生理上和病理上减少了倒伏发生的可能。这在相关研究中也得到证实[6]。值得注意的是，无论是机械直播模式还是人工撒播模式，在灌浆期水稻根系伤流强度均比人工插秧明显下降，说明水稻生长后期根系活力下降较大，因此改良后期水肥运筹模式、养根护根是进一步挖掘直播模式增产潜力的有效途径。
3.1.2机械直播对水稻群体光合作用产物积累和转运的影响唐湘如等[12]研究证实，机械穴直播平均每穴2.3粒与高产栽培每穴2.0粒的需求差别较小，高产潜力大，示范效果非常理想。机械条直播种子播在土面上，但固定了行距；而人工撒播播种量较大，人为因素影响较大，易出现局部过密或过稀现象。因此，从水稻群体布局来看，穴直播更接近传统人工插秧。人工撒播、机械直播和人工插秧的田间水稻茎蘖高峰期依次推迟。本试验中人工撒播水稻生长前期茎蘖数较大，但后期茎蘖数降低较多，接近收获时出现倒伏现象。齐穗期机械直播与人工插秧的水稻叶面积指数差异并不显著，但在收获期机械直播的叶面积指数显著低于人工插秧，且机械直播与人工插秧均显著高于人工撒播。田间实际测定结果显示，人工撒播虽然播种量较大，基本苗较多，但由于个体布局不合理，局部叶面积指数过高，但其余部分则相对较低，导致其群体叶面积指数并不高。齐穗期直播模式生物量较人工插秧大，而收获期明显低于人工插秧。机械直播模式齐穗后生物量积累量相对人工插秧低，而人工撒播无论是叶面积指数还是生物量均显著低于人工插秧，说明人工撒播由于播种量较大，其群体较大，而个体由于光照、营养竞争较大，个体偏弱。从茎鞘物质输出率和转换率可见，直播模式显著高于人工插秧。可能与直播模式比人工插秧齐穗期提前，尤其是机械直播，齐穗前顶叶叶绿素含量较高有关。由此可见，机械种植方式有一定的增产稳产优势，归因于物质生产和积累方面指标的综合优势，这与罗锡文等[7]的研究是一致的。直播模式水稻生长前期光合作用产物积累量比人工插秧好，但后期光合作用产物积累较少，这也是直播与插秧产量形成特点不同的原因。3.1.3不同直播模式对水稻产量及其构成的影响从产量构成上看，人工直播有效穗数最高，但穗型小，穗总粒数偏小，符合3.1.2介绍的群体大而个体较弱的特点；而相对人工插秧，机械直播穗总粒数偏少，但其千粒重和结实率均较大，说明机械直播灌浆的充实度较高，这与其前期光合物质积累较多有关。人工撒播的用种量较大，有效穗数较多，但是个体生长条件较差，尤其是根系形态和生理活性均不理想，后期易倒伏，显著影响子粒的充实。机械穴直播与人工插秧有效穗数差别不大，后者穗型较大，但千粒重和结实率较低，因此，千粒重和结实率的提高是该模式产量高于人工插秧的主要原因。
3.2结论
直播模式均比人工插秧生育期缩短、齐穗期提前，根系最长根长较短；机械直播模式下，根总长、根表面积均比人工撒播有明显提高。机械穴直播相对其余模式齐穗期叶绿素含量较高、干物质积累较多，但齐穗后相对人工插秧干物质积累较少，叶面积指数较低。实际产量机械穴直播>人工插秧>机械条直播>人工撒播。其中，机械穴直播获得高产的原因是具有较高的结实率和千粒重，而直播模式根系活力下降是导致水稻后期光合作用产物积累较少的主要原因。
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