優化栽培模式對水稻產量及資源利用率的影響

李石金

（廣西蒼梧縣農業推廣站，廣西蒼梧 543103）

水稻（OryzasativaL.）是人類長期食用的口糧之一，中國水稻播種面積約占世界糧食作物總面積的1/4，水稻的產量對保障國家糧食安全具有特別重要的意義[1]。因此，增加水稻產量成為目前重要的研究任務。作物產量的提高不僅依賴于優良的品種，還有賴于科學的栽培技術[2]。

土壤、水分、光照、溫度、密度、肥料等因素都是影響作物產量的重要因素。通過采取一定的栽培措施，能夠在最大程度上協調作物個體和群體關系，從而在最大程度上促進作物產量[3]。研究表明，通過采取深旋、深松等措施，可以疏松深層土壤，影響微團聚體與大團聚體之間的轉化，提高土壤抗侵蝕能力和結構穩定性，改善土壤通透性，進而提高土壤蓄水能力和水分利用效率，促進作物產量的形成[4]。孫庭煒等[5]的研究表明，深層耕作能夠提高土壤有機質含量，降低土壤容重，改善土壤理化性質，有利于作物生長和產量的提高。優化行距配置能夠協調作物群體冠層結構、調控光分布和群體物質生產，改善群體物質空間分布，提高光能量利用效率，實現作物物質生產與積累的提升[6]。董立強等[7]的研究表明，寬窄行種植模式下，可獲得充分光能截獲，顯著提高了作物光合特性和溫、光生產效率，優化了密植群體的冠層結構而獲得高產。葉面肥具有肥效利用率高、使用方面、見效快等特點，已經在果樹、糧食作物、蔬菜等作物上應用[8]。研究表明，葉面肥能有效提高作物的產量和品質，是作物養分來源的重要組成部分[9]。而目前有關栽培技術的研究主要集中在對單個栽培措施的研究，而有關措施間的研究較少。因此，本試驗設置不同優化模式，研究水稻物質積累、產量形成和資源利用效率的差異，為水稻高產栽培和資源的高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2022年在廣西壯族自治區梧州市蒼梧縣沙頭鎮新建村進行，地處東經110°51′-111°40′，北緯23°26′-24°10′，屬亞熱帶季風氣候，年均氣溫21.2℃，年均降雨量1 506.9mm，無霜期331 d左右。試驗地土壤類型為赤紅壤，土壤基礎肥力為：pH值為6.5，有機質4.67g/kg，全氮1.62g/kg，堿解氮116.73mg/kg，速效磷35.29mg/kg，速效鉀125.06mg/kg。供試水稻品種為深優 9798。試驗用氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O512%），鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。微量元素水溶肥由鄭州鄭氏化工產品有限公司生產，含Fe+Mn+Zn+B≥10.0%。

1.2 試驗設計

試驗采用完全隨機設計，試驗以常規栽培為對照（CK），淺旋15，30cm等行距種植；設置耕層優化模式（T1），深旋25，5，30cm等行距種植；冠層優化模式（T2），淺旋15，30cm等行距種植，葉面噴施微量元素水溶肥；行距配置優化模式（T3），淺旋15cm，40+20cm寬窄行種植；耕層+冠層優化模式（T4），深旋25cm，30cm等行距種植，噴施微量元素水溶肥；冠層+行距優化模式（T5），淺旋15cm，40+20cm寬窄行種植；耕層+行距優化模式（T6），深旋25cm，40+20cm寬窄行種植。各處理施肥量為氮肥（N）180kg/hm2，磷肥（P2O5）80kg/hm2，鉀肥（K2O）135kg/hm2。氮肥和基肥以基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶3施入，磷肥以基肥一次施入。每個處理設置3次重復，每個小區面積為60m2，水稻生長期間其他管理措施均相同。

1.3 測定指標方法

1.3.1 水稻葉面積指數的測定

分別在水稻分蘗期、齊穗期和灌漿期，各處理隨機選取10穴，采用 Li - 30000A（美國，LI-COR）型葉面積快速測定儀測定綠葉面積。

1.3.2 水稻干物質積累量的測定

分別在水稻分蘗期、齊穗期、灌漿期和成熟期，將葉片、莖鞘、穗部分別取下，在105℃下殺青30min，然后在80℃恒溫條件下烘干至恒重，測定干物質積累量。

1.3.3 水稻產量及產量構成因素的測定

水稻成熟后，每個小區選擇10株水稻帶回實驗室進行考種，穗粒數、結實率、千粒重，選擇中間兩行進行收獲，自然風干至14%含水量后，脫粒稱重，并折合成每公頃產量。

1.3.4 資源利用效率的計算

熱量生產效率（HUE）=籽粒產量/單位面積的太陽總輻射

溫度生產效率（GUE）=單位面積籽粒產量/生育期間積溫

太陽總輻射Q=Q0（a+bS/S0）

式中，Q0為天文輻射，S為太陽實測日照時數，S0為太陽可照時數，S/S0為日照百分率，a、b為待定系數。

光能利用效率（RUE）=W×H/∑Q× 100%，式中，H為每克干物質燃燒時釋放出的熱量，水稻干重熱值為1.680×104J/g；W是干物質的積累量；∑Q是生育期間的總光照輻射量。

降水生產效率（PUE）=產量/降水量。

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel 2013數據處理軟件進行初步分析和圖表制作，采用SPSS 19.0統計軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 優化栽培模式對水稻葉面積的影響

葉面積是反映光合器官的重要指標，和作物產量有著密切的關系。從表1可知，隨著生育進程的推進，水稻葉面積呈先升高后降低的趨勢。優化栽培模式對水稻葉面積有顯著的影響，在水稻分蘗期，各處理間沒有顯著差異。在齊穗期，各處理表現為T4＞T6＞T5＞T2＞T3＞T1＞CK，T1處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4和T5分別比CK高出6.19%、4.13%、12.07%、7.39%和9.22%，T4處理最高，顯著高于其他處理，T5處理和T2、T6沒有顯著差異。在灌漿期，各處理表現為T4＞T6＞T5＞T2＞T3＞T1＞CK，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出3.15%、6.33%、6.30%、12.23%、7.53%和11.39%，T4和T6處理沒有顯著差異，T2、T3、T5處理間沒有顯著差異。

表1 優化栽培模式下水稻葉面積 cm2/穴

2.2 優化栽培模式對水稻干物質積累量的影響

干物質積累對作物產量形成產生直接的影響。從表2可以看出，優化栽培模式對水稻干物質積累量有顯著的影響。隨著生育進程的推進，水稻干物質積累量呈逐漸增加的趨勢，在水稻分蘗期，各處理間沒有顯著差異。在齊穗期，各處理表現為T4＞T6＞T5＞T2＞T3＞T1＞CK，T1處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出6.35%、5.12%、16.38%、8.43%和12.27%，T4處理最高，顯著高于其他處理，T2、T3、T5處理間沒有顯著差異。在灌漿期，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出3.92%、8.46%、7.20%、18.68%、10.58%和16.79%，T4和T6、T1和T3、T2和T5處理間沒有顯著差異。在水稻成熟期，T1處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出10.39%、7.30%、21.14%、12.14%和17.52%。T4處理在各生育期干物質積累量均最高。

表2 優化栽培模式下水稻干物質積累量

2.3 優化栽培模式對水稻產量及產量構成因素的影響

由表3可知，優化栽培模式顯著影響水稻產量及產量構成因素。其中，各處理間沒有顯著差異。穗粒數從大到小表現為T4＞T6＞T5＞T2＞T3＞T1＞CK，處理間差異均顯著，其他處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出3.85%、8.01%、5.99%、22.62%、11.89%和17.25%，T4處理最高，顯著高于其他處理。千粒重表現為T4＞T6＞T5＞T2＞T3＞T1＞CK，T1處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出4.18%、2.95%、7.34%、4.59%和5.74%，T2、T3、T5、T6處理間沒有顯著差異。結實率T1、T2和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T3、T4、T5分別比CK高出1.79%、2.77%和2.49%，T4和T6、T3和T5處理間沒有顯著差異。產量從大到小表現為T4＞T6＞T5＞T2＞T3＞T1＞CK，T1、T3處理和CK沒有顯著差異，其他處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出2.82%、8.38%、5.62%、19.20%、10.48%和13.92%，T2、T3、T5處理間沒有顯著差異。T4處理的穗粒數、千粒重和結實率均最大，產量最高。

表3 優化栽培模式下水稻產量及產量構成因素

2.4 優化栽培模式對水稻資源利用率的影響

光溫水條件影響作物生長發育，其利用率和作物產量呈正相關關系。由表4可以看出，優化栽培模式對水稻資源利用率有顯著的影響。HUE從大到小依次為T4＞T6＞T5＝T2＞T3＝T1＞CK，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出4.35%、10.87%、4.35%、15.22%、10.87%和13.04%。RUE除了T1處理外，其他處理均顯著高于CK，T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出8.57%、8.57%、17.14%、11.77%和13.05%，T4處理最高，和其他處理差異均顯著，T2、T3、T5和T6處理間沒有顯著差異。PUE除了T1處理外，其他處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出3.48%、9.05%、6.45%、14.52%、11.77%和13.05%。GUE各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3、T4、T5和T6分別比CK高出3.42%、5.94%、4.57%、15.30%、10.96%和13.01%，T1、T2、T3處理間沒有顯著差異，T6和T4、T5處理間沒有顯著差異。由此可見，T4處理對水稻的HUE、RUE、PUE、GUE均有最顯著的提升。

表4 優化栽培模式下對水稻資源利用率

3 討論

作物產量的形成取決于光合作用的物質生產力[10]，而葉面積是決定光合生產力的重要因素[11]。通過改善栽培措施能夠優化冠層空間結構，增加葉面積[12]。本研究結果表明，6種優化栽培模式均對水稻葉面積有明顯的提升作用，顯著提高了水稻各生育期干物質積累量，穗粒數、千粒重、結實率和產量。這主要是由于耕層優化能夠活化土壤養分，改善土壤理化特性和土壤通透性，提高土壤蓄水能力和水分利用效率[13]。行距優化配置能夠協調作物群體冠層結構、調控光分布和群體物質生產，從而提高產量[14]。冠層通過噴施微量元素水溶肥，能夠迅速補充植物所需要的養分，在短時間內刺激和調節植物生長，調節植物營養[15]。本研究中，耕層+冠層優化模式（T4）的葉面積最大、干物質積累量產量最高，可能是由于進行深旋和葉面肥料噴施從根系和冠層在最大程度上促進了水稻植株的生長，有利于物質積累和產量提高。

作物生長發育和產量的形成不僅和品種特性有關，還受到生態條件的影響[16]。前人的研究表明，產量的提高主要是通過群體對光、溫、水等資源利用效率的提升來實現的[17]。優化栽培模式可提高光、熱、水利用效率，是實現作物高產的有效途徑[18]。一方面，優化栽培模式能夠促進作物對土壤養分的吸收，增加光合、吸收器官的容量[19]；另一方面，優化栽培改善作物的冠層空間結構，從而提高資源利用效率[20]。本研究結果表明，和對照組相比，幾種優化栽培模式均能在一定程度上提高水稻HUE、RUE、PUE和GUE，有利于水稻生產中對光熱水資源的充分利用。這主要是由于優化栽培模式改善地下部根系生長空間、優化地上部冠層結構，增加了水稻葉面積，提高了干物質積累量，從而增加了水稻對光溫水的利用效率。本研究中，耕層+冠層優化模式（T4）的資源利用率最高，這說明高模式對光溫水的利用轉化效率更高，其次是耕層+行距優化模式。

4 結論

綜上所述，優化栽培方式對增加水稻葉面積、干物質積累量、穗粒數、千粒重、結實率和產量有顯著的作用，提高了水稻HUE、RUE、PUE和GUE，其中以耕層+冠層優化模式的產量最高，其次是耕層+行距優化模式。因此，優化栽培模式能夠增加水稻葉面積、葉面積指數，提高光溫水利用效率最高，耕層+冠層和耕層+行距優化模式的效果較好，可在生產中推廣應用。