寬幅精播種植模式對水稻根系發育、養分吸收及產量的影響

李文博，張猛，寧維光，李如林，馮尚宗，張士榮

(1. 青島農業大學大數據與網絡管理中心，山東青島 266109；2. 平度市農業農村局，山東青島 266700； 3. 青島市農業農村局，山東青島 266071；4. 青島農業大學資源與環境學院，山東青島 266109； 5. 臨沂市農業技術推廣服務中心，山東臨沂 276004)

水稻作為中國三大糧食作物之一，其產量和品質對保障國家糧食安全和提高人民生活水平至關重要[1]。山東稻區屬于黃淮海稻區，魯南及魯西南是山東省重要的水稻種植區，該地區水稻質量較高，水稻種植對當地的農業經濟發展具有重要作用。水稻是臨沂地區優勢特色作物，是當地農業經濟的支柱產業，但是水稻種植一般以手工插秧為主，勞動強度大，費時費力。近年來，具有省工省力的水稻直播技術發展迅速，而水稻直播常采用人工撒播和機械條播方式，導致籽粒分布不均勻，種植密度較大，加劇水稻群體內個體間水、肥、光、氣、熱的競爭，使群體前期生長過于繁茂，個體發育失調，莖稈細弱，也會造成草害病蟲害嚴重及后期易倒伏等難點問題，成為直播水稻增產的限制因素[2-4]。

寬幅精播是以擴播幅、增行距、促勻播為核心的種植模式，改密集一條線式條播為單粒分散式粒播[5]，能夠使籽粒均勻分散，密度相對較小，有利于水稻根系的生長，不會出現爭肥、爭水、根少苗弱的現象，較好地彌補密集條播缺陷，提高播種質量及產量[6-7]。籽粒均勻分散使種植密度相對變小，從而改善水稻的生長狀況。研究表明[8-9]，合適的種植密度有助于提高水稻產量，因為適當的株行距能優化冠層結構，利于水稻群體空氣流通和光照。其他研究者[10]也發現擴大行距在一定程度上能夠改善田間小氣候，有助于病蟲害的防治，在適當的株距中，擴大行距有助于增加莖稈生物量以及花后干物質的轉運，也可以增加水稻的抗倒性和產量。寬幅精播機帶有鎮壓輪，能夠很好地壓實土壤，防止透風失墑，確保出苗均勻，提高小麥出苗質量[11]。因此寬幅精播可以降低水稻的相對密度，改善田間光照條件、生長狀況和根系發育，促進養分的吸收和利用，進而提高產量。

臨沂稻區屬于黃淮海稻區，位于山東南部，光熱條件較北方好，較南方差，成為“北方中的南方，南方中的北方”，是稻麥兩熟的典型區域[12]。該地區水稻直播面積較大，但是直播方式帶來的群體構建差、冠層光照不均衡等問題沒有得到有效解決，嚴重影響了當地水稻生產。而寬幅精播作為一種新的種植模式，對水稻生產具有重要意義。因此，本研究利用寬幅精播技術比較不同行距和條帶寬度方式下水稻生長、干物質累積及養分吸收，探究合適的條幅和行距，以期改善直播水稻群體構建、養分吸收及生長狀況，進而提高水稻產量，為水稻種植提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2019年6月在臨沂市河東區合勝水稻種植示范基地進行。該地屬溫帶季風半濕潤海洋性氣候，四季分明，年均降水量800 mm，歷年平均氣溫13.1 ℃，無霜期平均202 d。該地土壤類型為砂姜黑土。0～20 cm土層土壤基本理化性質：速效磷23.8 mg·kg-1，pH=6.48，速效鉀81.94 mg·kg-1，全氮1.52 g·kg-1，有機質24.2 g·kg-1。試驗種植制度為小麥—水稻一年兩熟，小麥秸稈全部還田，其中水稻品種為‘臨稻20’，播種方式為寬幅精播。供試肥料：尿素(含N質量分數46%)，過磷酸鈣(含P2O5質量分數12%)，氯化鉀(含K2O質量分數60%)。

1.2 試驗設計

試驗采取隨機區組設計。試驗共7個處理，分別為：T1，傳統模式，條播，行距26 cm；T2，寬幅精播，播種條帶3 cm，行距23 cm；T3，寬幅精播，播種條帶3 cm，行距26 cm；T4，寬幅精播，播種條帶6 cm，行距26 cm；T5，寬幅精播，播種條帶3 cm，行距29 cm；T6，寬幅精播，播種條帶6 cm，行距29 cm；T7，寬幅精播，播種條帶6 cm，行距32 cm。每個處理重復3次，小區面積30 m2。除T1處理外，各處理水稻生長季施肥量為：N 250 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 180 kg·hm-2。其中，40%氮肥和全部磷肥作為基肥施用，另60%氮肥分別作為分蘗肥(35%)、穗肥(25%)和粒肥(0%)追施,鉀肥總量的60%作基肥、40%作追肥,分蘗肥在水稻4～5葉時施入，穗肥在水稻9～10葉時施入。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 水稻株高及節間長度的測定

水稻株高用直尺直接測量。分別取下基部第一、二、三節間，用刻度尺測量各節間長度。

1.3.2 葉面積指數的測定

在水稻孕穗期和成熟期采用量測法測定葉面積指數，直接測量長度(L)和寬度(W)。長度從葉尖測量到葉基，寬度記為該葉最大寬度，單位為cm。長度和寬度之積乘以校正系數K(K=0.83)，以cm2為單位，計算單位土地面積上綠色葉面積的倍數,即為葉面積指數(LAI)[13]。

1.3.3 地上部秸稈干物質量

在水稻孕穗期和收獲期采集植株樣品，將秸稈105 ℃殺青30 min，之后降溫65 ℃烘干至恒重，測其質量，計算不同處理的水稻干物質量。

1.3.4 水稻根系形態

分別于水稻孕穗期和成熟期取水稻植株，用清水將根系洗凈，使用根系掃描儀(日本 EPSON1680)掃描水稻根系，利用WinRHIZO根系分析系統(Regent Instruments Inc, Canada)分析掃描的根系圖片，獲得根系形態指標數據。水稻秧苗根系形態性狀包括根長度、根表面積、根體積。

1.3.5 養分累積總量的測定

氮、磷、鉀養分累積總量記為植株氮、磷、鉀含量與植株總干質量之積[14]。

1.3.6 產量及產量構成

水稻成熟期每小區取3 m2進行實際產量測定，每小區取6穴代表性水稻，調查有效穗數、每穗實粒數、結實率、千粒重、一次枝梗數、二次枝梗數、理論產量、實收產量等指標。

1.4 數據分析

數據的匯總整理采用Microsoft Excel軟件，統計分析采用SPSS 17.0軟件，顯著性檢驗設置為LSD法。

2 結果分析

2.1 寬幅精播種植模式對水稻株高及節間長度的影響

由表1可知，寬幅精播種植模式可以顯著改善水稻的生長狀況。T5處理水稻株高最高，為94.55 cm，比T1處理提高4.1%；其次是T3處理，比T1處理提高3%，但是兩者差異不顯著；T2和T4處理的水稻株高與T1處理差異不顯著。從節間長度看：T5處理植株第一節間長度和第二節間長度最短，分別比T1處理縮短12.1%和5.1%；T3處理與T1處理差異不顯著；T5處理第三節間長度最長，比T1處理提高3.6%；T2和T4處理的第一節間長度和第二節間長度均比T1處理長，第三節間長度比T1處理短。條帶寬度不變情況下，隨行距增加，水稻株高和第三節間長度呈增加趨勢，而第一節間長度和第二節間長度呈縮短趨勢；行距不變時，隨條帶寬度的增加，水稻株高和第三節間長度呈縮短趨勢，而第一和第二節間長度呈增加趨勢。

表1 寬幅精播種植模式對水稻株高及節間長度的影響Table 1 Effects of wide precision sowing on plant height and internode length of rice

2.2 寬幅精播種植模式對水稻葉面積指數的影響

由圖1可知，寬幅精播種植模式顯著提高水稻的葉面積指數。在孕穗期：T5處理水稻葉面積指數最高，達到3.5，T3和T7處理次之，比T1處理分別提高7%和3%；T6和T7處理與T1處理相比差異不顯著；T2和T4處理與T1處理相比降低，且差異顯著。在成熟期：T5處理水稻葉面積指數最高，為3.5，比T1處理提高24.7%；T3處理次之，且與T1處理差異顯著；T2和T4處理與T1處理相比，水稻葉面積指數反而降低。不論是孕穗期還是成熟期，在條帶寬度不變的情況下，隨行距的增加，水稻葉面積指數呈增加趨勢；行距不變時，隨條帶寬度增加，水稻葉面積指數呈降低趨勢。

2.3 寬幅精播種植模式對水稻地上部秸稈干物質量的影響

由圖2可知，寬幅精播種植模式可以顯著提高水稻地上部秸稈干物質量。在孕穗期：T5處理水稻地上部秸稈干物質量最高，比T1處理提高7.9%；T3和T6處理次之，分別比T1處理提高6.3%和4.6%，差異顯著；T2和T4處理水稻地上部秸稈干物質量比T1處理低，且差異顯著。在成熟期，T5處理水稻地上部秸稈干物質量最高，為7 698.5 kg·hm-2，其次是T3和T7處理，T3、T5和T7處理分別比T1處理提高5.9%、3.5%和1.1%，差異顯著，但T3和T7處理間差異不顯著。在條帶寬度不變的情況下，隨行距增加，水稻地上部秸稈干物質量呈增加趨勢；行距不變時，隨條帶寬度的增加，水稻地上部秸稈干物質量呈降低趨勢。

2.4 寬幅精播種植模式對水稻根系形態的影響

由表2可知，在孕穗期：水稻的根長、根表面積和根體積在T5處理下最高，且與T1處理差異顯著；其次是T3和T7處理；水稻的根長、根表面積在T3、T5和T7處理間差異不顯著；與T1處理相比，T3、T7處理水稻的根長和根表面積均差異不顯著，但是根體積差異顯著；與T1處理相比，T2、T4處理水稻的根長、根表面積和根體積有所降低，且T4處理的根長和根體積均差異顯著，但是根表面積差異不顯著。在成熟期，水稻的根系形態與孕穗期的變化相似。在兩個時期中，在條帶寬度不變的情況下，隨行距的增加，水稻的根長、根表面積和根體積呈增加趨勢；行距不變時，隨條帶寬度的增加，水稻根長、根表面積和根體積呈降低趨勢。

2.5 寬幅精播種植模式對水稻糙米養分累積量的影響

由圖3可知，寬幅精播種植模式可以顯著提高水稻糙米養分累積量，且在條帶寬度不變的情況下，隨行距增加，水稻糙米養分累積量呈增加趨勢；行距不變時，隨條帶寬度增加，水稻糙米養分累積量呈降低趨勢。T5處理水稻糙米全氮、全磷、全鉀養分累積量最高，與T1處理相比差異顯著，分別提高14.7%、13.5%和15.2%；其次是T3處理，但T3與T5處理間差異不顯著，與T1處理相比，T3處理水稻糙米全氮和全磷累積量差異顯著，全鉀累積量差異不顯著，分別提高11.2%、10.2%和11.4%。與T1處理相比，T6、T7處理糙米養分累積量差異不顯著，T6處理全磷累積量略高于T7處理。與T1處理相比，T2、T4處理水稻糙米養分累積量有所降低，但不顯著。

2.6 寬幅精播種植模式對水稻秸稈養分累積量的影響

由圖4可知，寬幅精播種植模式可以顯著提高水稻秸稈養分累積量。與T1處理相比，T5處理水稻秸稈全氮、全磷、全鉀養分含量分別提高18.2%、18.0%和17.9%， T3處理分別提高12.3%、10.7%和13.1%。與T1處理相比，T2、T4處理秸稈中養分累積量有所下降，但不顯著。在條帶寬度不變的情況下，隨著行距增加，水稻秸稈養分累積量呈增加趨勢；行距不變時，隨著條帶寬度的增加，水稻秸稈養分累積量呈降低趨勢。

2.7 寬幅精播種植模式對水稻根系養分累積量的影響

由圖5可知，寬幅精播種植模式可以顯著提高水稻根系養分累積量。T5處理養分累積量最高，與T1處理相比差異顯著，全氮、全磷、全鉀養分累積量分別提高23.6%、21.7%和33.8%，T3處理次之，分別提高18.8%、16.2%和21.5%，且差異顯著。與T1處理相比，T6處理根系全氮和全磷累積量均差異不顯著，但全鉀累積量差異顯著。與T1處理相比，T7處理根系全磷累積量差異不顯著，但全氮和全鉀累積量均差異顯著。T2和T4處理水稻根系養分累積量比T1處理低，但不顯著。

2.8 寬幅精播種植模式對水稻產量及產量構成的影響

由表3可知，寬幅精播種植模式可以顯著提高水稻的產量，且在條帶寬度不變的情況下，隨著行距的增加，水稻的有效穗數、結實率、穗實粒數、千粒重、一次枝梗數和二次枝梗數呈增加趨勢；行距不變時，隨著條帶寬度的增加，水稻的有效穗數、結實率、穗實粒數、千粒重、一次枝梗數和二次枝梗數呈降低趨勢。水稻的有效穗數、穗實粒數、結實率、千粒重、一次枝梗數、二次枝梗數和產量在T5處理下最高，比T1處理分別提高6.8%、2.2%、1.9%、3.3%、13.8%、9.3%和6.4%，差異顯著，產量達到8 369.6 kg·hm-2。T3處理次之，與T1處理相比，T3處理的有效穗數、穗實粒數、一次枝梗數、二次枝梗數和產量差異顯著，分別提高4.3%、1.7%、12.5%、6.6%和4.6%，但結實率和千粒重差異均不顯著。T6和T7處理產量構成和產量與T1處理差異不顯著。T2和T4處理較T1處理產量降低。

表3 寬幅精播種植模式對水稻產量及產量構成的影響Table 3 Effects of wide width precision sowing on yield and yield components of rice

3 討論

3.1 寬幅精播種植模式與水稻生長發育的關系

寬幅精播是一種以擴播幅、增行距、促勻播為核心的小麥種植模式[8]。趙丹丹等[15]研究發現，在生育后期，寬幅精播處理的干物質累積量均高于常規種植處理，而且寬幅精播還能提高小麥的葉面積指數。與本試驗研究結果相似，寬幅精播種植模式顯著增加了水稻的干物質量和葉面積指數，且隨著行距的增加，水稻的葉面積指數和干物質量呈增加趨勢；在行距不變的條件下，隨著條帶寬度的增加，水稻葉面積指數和干物質量呈降低趨勢。這是因為寬幅精播種植模式減小了水稻種植的密度，而密度的減小能夠優化冠層結構，水稻葉面積增大，有利于發揮光合潛力[16]，個體發育和群體發展動態較好，使得干物質得到積累。有研究發現，適當擴大行距,可以提高灌漿期莖稈的干物質輸出量、增加莖稈干物質含量[17]。但是，條帶寬度的增加又增大了水稻種植的相對密度。本研究還發現，寬幅精播種植模式有效改善了水稻根系形態，其中T5處理水稻的根系形態最好，這是因為寬幅精播能夠使籽粒均勻分散，密度相對較小，有利于植株根系的發展[9]。但是T2和T4處理水稻根系形態較差，這可能是因為行距和條帶寬度的增加，使水稻種植密度增大，有研究發現，隨著密度的增加，水稻的根長、根體積和根表面積顯著降低[18]。

3.2 寬幅精播種植模式與水稻養分累積量及產量的關系

寬幅精播使植株相對密度降低，植株不會出現爭肥、爭水等問題[10]，這有利于根系的發展，更有利于養分的吸收。本試驗研究表明，條帶為3 cm、行距為29 cm時，水稻養分累積量最高。養分吸收與產量關系密切。研究發現，稻麥生育中期養分吸收量多,有利于幼穗發育并形成大穗[19]。還有研究發現生育后期養分吸收量多，有利于花后的干物質累積，可以提高結實率和粒重[20-21]。趙丹丹等[22]研究發現，與常規種植模式相比，寬幅精播種植模式的冬小麥穗數和籽粒產量顯著提高。黨偉等[23]研究發現，寬幅精播栽培較傳統精播栽培的小麥成穗數、穗粒數和千粒重都顯著提高。這與本試驗結果相似， T5處理水稻的穗數、穗粒數、千粒重和結實率都高于其他處理，且產量比T1處理提高了6.4%。T2和T4處理養分累積量和產量比T1處理有所降低，這可能是由于行距過窄，個體發展空間和營養面積減小，致使營養器官受到影響而直接引起穎花和枝梗分化的減少，造成成熟期穗粒數下降[24]。李熙英等[25]研究發現，水稻稀植的有效分蘗終止期比密植區有所延遲，且有效分蘗率升高，穗長變長，一次枝梗數、二次枝梗數、每穗粒數明顯增多。

4 結論

適當的行距和條帶寬度可以有效改善水稻的生長發育狀況，提高養分的累積量。條帶3 cm，行距29 cm(T5)處理與其他處理相比，顯著減小了第一節間和第二節間長度，且水稻的葉面積指數和秸稈干物質量較高，水稻的根系形態也得到了顯著改善。T5處理水稻糙米、秸稈和根系中養分的累積量高于其他處理，與傳統耕種模式(T1)相比，水稻糙米氮、磷、鉀累積量分別提高了14.7%、13.5%和15.2%，秸稈氮、磷、鉀累積量分別提高18.2%、18.0%和17.9%，根系氮、磷、鉀累積量分別提高18.8%、16.2%和21.5%。適當的行距和條帶寬度也可以提高水稻的產量，T5處理的水稻產量最高，為8 369.6 kg·hm-2，比T1處理提高了6.4%。綜上所述，寬幅精播種植模式可以改善水稻的生長發育狀況，提高水稻的養分累積量和產量，其中條帶為3 cm，行距為29 cm時效果最佳。