水稻叠盘出苗育秧的种子出苗特性及秧苗机插效果
陈惠哲1, 向镜1, 王岳钧2, 徐一成1, 陈叶平2, 张玉屏1, 张义凯1, 朱德峰1,*
1中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室,浙江 杭州 310006
2浙江省种植业管理局,浙江 杭州 310020
*通讯作者:朱德峰,男,研究员,主要从事水稻高效栽培技术研究。E-mail:cnrice@qq.com

作者简介:陈惠哲,男,研究员,主要从事水稻高效栽培技术研究。E-mail:chenhuizhe@163.com

摘要

为给机插育秧技术发展提供合理模式,本研究以常规超级早籼稻中早39为材料,设置了叠盘出苗育秧(DP)、大棚摆盘育秧(BP)、传统育秧(CK)3个处理,比较不同育秧模式的出苗温湿度环境差异、种子出苗特性、秧苗素质、机插效果和水稻产量等。结果表明,与传统育秧的温、湿度随外界环境、昼夜交替而大幅波动不同,DP出苗室可控制温度在29~32℃之间,相对湿度在70%~90%之间,有利于种子提前出苗,其种子α-淀粉酶活性强,出苗率较BP和CK分别提高19.45和15.70个百分点;DP的秧苗株高较BP和CK分别高0.32和0.41 cm,且秧苗生长均匀,整齐度高,标准苗比例高;不同育秧模式的秧苗机插质量比较发现,每丛株数表现为DP>BP>CK,漏秧率由高到低依次为CK>BP>DP,表明DP可通过提高出苗率,降低机插漏秧;相同栽插密度下,水稻产量由高至低表现为DP>BP>CK,DP的平均籽粒产量分别较BP和CK增加4.5%和13.1%,其增产主要原因是具有较高的有效穗数。综上所述,叠盘出苗育秧模式能提高种子出苗率,缩短出苗时间,提高秧苗均匀度,并降低机插漏秧率,提高机插质量,通过增加有效穗数从而实现增产效应,有利于促进育秧社会化服务及机插技术发展。

关键词: 水稻; 叠盘; 出苗特性; 机插; 产量
文章编号:1000-8551(2020)12-2823-08
Seedlings Emergence Characteristics and Transplanting Quality Using the Tray-Overlaying Seedlings Raising Mode in Rice Mechanized Transplanting Systems
CHEN Huizhe1, XIANG Jing1, WANG Yuejun2, XU Yicheng1, CHEN Yeping2, ZHANG Yuping1, ZHANG Yikai1, ZHU Defeng1,*
1China National Rice Research Institute/State Key Laboratory of Rice Biology, Hangzhou, Zhejiang 310006
2Zhejiang Crop Production Administration Bureau, Hangzhou, Zhejiang 310020
Abstract

In order to provide a reasonable mode for the development of machine transplanting technology, super early indica rice Zhongzao39 was raised in three modes, such as tray-overlaying seedling raising mode(DP), swing-plate seedling raising mode (BP), and traditional seedling raising mode (CK). The differences of temperature and humidity during seedlings emergence stage, seed emergence characteristics, seedling quality, transplanting quality and rice yield were investigated among different seedling raising modes. The results showed that, the temperature and humidity were fluctuated with day and night alternation in the traditional seedling raising mode: the temperature was kept in 29 to 32℃ in the seedling emergence room for DP, and the relative humidity was kept in 70% to 90%, which was the best condition for the seedling emergence. The seedling emergence rate of DP was 19.45% and 15.70% higher than BP and CK, respectively, which was due to the higher activity of α-amylase activity increase. For seedling characteristics of 30 days, the seedling height of DP treatment was 0.32 and 0.41cm higher than BP and CK, and presented a higher percentage of standard seedlings in DP than in BP and CK. The transplanting quality among all treatment showed that the seedling number per hill followed the order of DP > BP > CK, and missing seedling percentage abided by CK>BP>DP, which indicated the low missing seedling percentage related to high seedling emergence in DP. The treatments could be ranked from highest yield to lowest, as follows: DP > BP > CK. The yield of DP was higher 4.5% and 13.1% than BP and CK owing to the higher number of effective panicles in DP, respectively. The study indicated that, application of tray-overlaying seedling raising mode could enhance the seedling emergence rate, reduce the emergence duration, and increase the uniformity of seedlings, meanwhile the mode could significantly reduce the seedling missing percentage, and contribute to yield formation by increasing the number of effective panicles.

Keyword: rice; tray-overlay; seedling emergence characteristics; machine transplanting; yield

机械化种植是实现水稻全程机械化生产的关键[1, 2, 3], 机插秧是我国水稻机械化生产的主要发展方向, 目前我国水稻机械化种植面积接近45%, 主要以机插秧为主。推广先进适用的育秧技术模式, 解决育秧关键问题, 培育标准化健壮机插秧苗, 是我国机插秧技术发展的关键[4, 5]。南方传统水稻机插育秧模式通常是流水线播种后直接摆盘, 或大田泥浆摆盘后手工播种育秧, 由于出苗环境不可控, 难以保证出苗适宜的温湿度, 育秧过程普遍存在出苗不整齐、烂种烂秧、秧苗病害严重等问题, 秧苗素质差, 影响机插效果。水稻叠盘出苗育秧模式, 通过选用优良品种、育秧基质、先进播种装备、叠盘暗出苗、智能化出苗室、适宜温湿度控制等关键技术, 由专业育秧中心集中完成育秧播种和出苗, 将针状出苗秧连盘提供给育秧户, 然后于大棚或秧田等不同育秧场所完成后续育秧过程。该模式具有技术标准化程度高、育供秧能力强、育苗成本低等特点, 有利于促进机插育秧社会化服务发展[6]。暗室叠盘出苗育秧模式, 在浙江诸暨、萧山、绍兴、衢江等地试验示范, 已取得较好的应用效果[7, 8, 9, 10, 11], 认为育秧不受外界气温高低的影响, 尤其是早稻育秧, 出苗率高、出苗快、秧苗整齐健壮, 可提高水稻机插产量。集中化、轻简化、自动化和智能化是水稻机插育秧的方向发展[12], 随着技术模式的进一步完善和成熟, 水稻机插叠盘出苗育秧技术应用将越来越广, 但对其出苗育秧环境、种子出苗特性及秧苗机插效果的研究仍不明确。本研究以超级早稻品种中早39为材料, 通过比较不同育秧模式下的温湿度环境差异, 并分析其对种子出苗特性、秧苗素质、机插效果和水稻产量等的影响, 以期为水稻机插秧高产高效栽培提供参考, 促进机插秧技术模式创新。

1 材料与方法
1.1 试验材料

供试水稻品种为常规超级早籼稻中早39, 由中国水稻研究所提供。

1.2 试验设计

试验于2016年在浙江诸暨育秧工厂及中国水稻研究所富阳试验基地进行, 设置3种育秧方式:① 叠盘出苗育秧(DP), 采用矢崎SYS-1000C播种流水线播种, 中锦牌水稻机插育秧全基质, 标准机插秧盘(内径, 长580 mm, 宽280 mm, 高28 mm)育秧, 播种量120 g/盘, 浸种催芽种子露白, 播种后每20只秧盘垂直叠放整齐, 置于暗室出苗, 暗室四周采用具有遮光、保温、保湿效果的泡沫夹芯板封闭, 利用浙江托普仪器有限公司开发的育秧智能化监测及控制平台控温控湿, 其中设置温度为30~32℃, 湿度为90%, 当种子80%出苗, 芽长约0.5 cm时统一放入大棚育秧管理, 具体操作过程如图1; ②大棚摆盘育秧(BP), 采用矢崎SYS-1000C播种流水线播种, 中锦牌水稻机插育秧全基质, 播种量120 g/盘, 与叠盘出苗育秧不同之处在于流水线播种后, 直接置于大棚, 平铺摆盘育秧; ③传统育秧(CK), 将稻田旱地土粉碎过筛, 每100 kg土加250 g复合肥(N-P-K有效成份15-15-15), 搅拌均匀后做育秧土, 播种量120 g/盘, 手工播种, 然后直接置于大棚, 平铺摆盘育秧。每处理20盘, 3次重复。

图1 水稻叠盘出苗育秧工艺流程Fig.1 Technological process of rice tray-overlaying seedling raising mode

于3月22日播种, 提前做好选种、晒种, 用25%咪鲜胺杀菌防病浸种48 h, 催芽露白后按处理要求播种育秧, 至秧苗在三叶期以上, 秧苗秧龄30 d时, 统一于4月21日用洋马高速插秧机VP-6进行栽插, 不同处理机插取秧一致, 横向取秧次数18次, 纵向取秧设置在7档, 插后不补苗, 每种模式分别按D1(机插规格30 cm× 12 cm)、D2(机插规格30 cm× 16 cm)进行机插, 每处理种植面积60 m2以上, 3次重复。大田肥水和病虫害管理各处理一致, 纯氮总量180 kg· hm-2、五氧化二磷45 kg· hm-2、氧化钾112.5 kg· hm-2。氮肥为尿素, 基肥、分蘖肥和穗肥的比例分别为50%、30%和20%, 分蘖肥在机插一周内施用; 磷肥为过磷酸钙, 全部作基肥施用; 钾肥为氯化钾, 在穗肥时一次性施入。采用好气灌溉的水分管理方法, 水稻生长期间适时病虫草管理, 保持植株生长发育正常。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 出苗环境温度和湿度 在暗出苗室和育秧大棚放置温湿度记录仪, 每隔1 h, 自动采集和记录暗室和育秧大棚的温度、湿度。

1.3.2 出苗速度及出苗率 每处理选择3盘, 放置10 cm × 10 cm的正方形线圈, 播种后定期观察秧盘内种子的出苗情况, 每天10:00调查出苗数。秧苗生长至一叶一心期时, 调查不同处理的出苗数量, 统计出苗率。

1.3.3 种子淀粉含量及酶活性 在种子出苗(播种64 h)后参照《现代植物生理学实验指南方法》[13]测定种子淀粉含量, 并对不同处理的种子进行总淀粉酶活性和α -淀粉酶活性测定。

1.3.4 秧苗素质 机插前各处理选取具有代表性植株30株, 测定秧苗株高、叶龄、根干重和地上部干重等, 并将植株地上部与地下部分离, 105℃杀青15 min, 80℃烘干至恒重, 测定干物质重, 计算根冠比, 每个处理3次重复。

1.3.5 秧苗整齐度 从秧盘取10 cm × 10 cm的秧块, 调查所有秧苗的高度, 根据苗高进行分类[14]:以各处理的平均值为基准, 高度低于和高于基准值30%的分别归为小苗和大苗, 其他为标准苗, 统计各类秧苗占群体的比例, 计算秧苗整齐度。

1.3.6 机插质量 各处理选取代表点, 调查2行, 每行30丛, 调查每丛秧苗数、翻秧数(翻倒但根部不漂的秧苗数)、漂秧数(翻倒且根部起漂秧苗)、伤秧数和漏插丛数, 并根据数据统计基本苗数和漏插率[15, 16], 3次重复。根据公式计算漏插率、漂秧率、伤秧率和翻秧率:

漏插率=缺株丛数/调查总丛数× 100% (1)

漂秧率=漂秧株数/调查总株数× 100% (2)

伤秧率=伤秧株数/调查总株数× 100% (3)

翻秧率=翻秧株数/调查总株数× 100% (4)。

1.3.7 茎蘖动态 不同处理机插后选取代表性的3个点, 至高峰苗前每周定点考查秧苗分蘖数, 每点考查20丛, 穗数稳定后每14 d调查一次。

1.3.8 考种与测产 成熟期各处理调查有效穗, 每小区调查30丛, 计算每丛平均穗数, 以平均穗数为标准, 选取3丛代表性植株, 测定每穗粒数、结实率和千粒重, 每小区选6 m2实割, 晒干换算成标准含水量后计算小区籽粒产量, 每处理3次重复。

1.4 数据分析

应用 Microsoft Excel 2010 进行数据处理及作图, 采用SAS 9.1统计软件, LSD法(P< 0.05)对试验数据进行统计分析和显著性测验。

2 结果与分析
2.1 不同育秧模式下种子出苗环境的温湿度差异

通过比较叠盘出苗育秧模式下出苗室及传统大棚育秧的温、湿度差异可知(图2), 在出苗室叠盘育秧时, 水稻种子出苗期间的温度相对稳定, 播种后的秧盘刚放进时, 温度为26.6℃, 不到2 h出苗室温度就上升至31℃以上, 之后温度基本在29.5~32.2℃之间变化, 出苗期间的平均温度为30.9℃; 而在育秧大棚育秧时, 水稻种子出苗期间的温度则随着昼夜交替而波动较大, 晚间气温最低时可至2~3℃, 晴天中午气温最高可达30℃以上, 出苗期间的平均温度仅为13.4℃, 远低于出苗室温度。比较出苗室及育秧大棚出苗期间的湿度可知, 出苗室相对湿度基本在70%~90%之间, 出苗期间的平均相对湿度为82.2%; 而育秧大棚种子出苗期间的相对湿度同样随着昼夜交替而波动较大, 晚间相对湿度在40%左右, 而白天可高达95%以上, 出苗期间的平均相对湿度为79.5%, 与出苗室相差2.7个百分点。

图2 不同育秧模式下种子出苗的温湿度差异Fig.2 Temperature and humidity difference between different seedling raising modes

2.2 种子出苗及生理指标

比较不同育秧模式种子的出苗时间发现(表1), 采用叠盘出苗育秧(DP), 水稻种子出苗时间为64 h, 而大棚摆盘育秧(BP)和传统育秧(CK)的出苗时间均为160 h; 种子出苗率也是DP最高, 达到65.59%, BP和CK的出苗率分别为46.14%和49.89%, 说明通过叠盘出苗, 控制温度和湿度, 种子出苗时间可大幅度提前, 且出苗率高。结合图2, 按出苗期间的日平均温度及出苗天数计算出苗积温, 出苗室叠盘育秧所需积温为82.32℃, 而大棚育秧出苗所需积温为89.07℃, 二者差异不大。在育秧过程中, 通过观测病害情况发现, CK秧苗的立枯病严重, 而DP和BP由于采用基质育秧, 基质做好了调酸和消毒, 均未发现秧苗立枯病发生。

表1 不同育秧模式的种子出苗时间、出苗率和病害情况 Table 1 Effects of different seedling raising modes on seed emergence time, seedling emergence rate and seedling disease

种子萌发指种子从开始吸水至胚根突破种皮的一系列有序的生理和形态发生过程。水稻种子萌发受环境、体内多糖等影响[17], 其中淀粉是水稻种子中最主要的成份, 为种子萌发提供重要物质及能量。中早39种子播种前测定的淀粉含量为63.44%, 比较播种后不同处理种子的淀粉含量, 64 h后DP的淀粉含量为11.31%, 远低于BP和CK的22.79%和23.15%, 且差异达显著水平。淀粉酶是水稻种子萌发初期最重要的水解酶, 水稻种子萌发过程中, 胚乳中的淀粉在淀粉酶的作用下分解为可溶性糖, 为胚芽生长提供所需的原料和能量[18, 19, 20], 播种64 h后测定不同处理的总淀粉酶活性, 虽然DP最高, 为12.75 mg· g-1· min-1, 但与BP和CK差异不显著; 而DP的α -淀粉酶活性为12.72 mg· g-1· min-1, 显著高于BP和CK。结果表明, 叠盘出苗模式下α -淀粉酶活性强, 有利于淀粉等消化, 促进种子萌发。

表2 育秧模式对种子淀粉含量及淀粉酶活性的影响 Table 2 Effect of Seedling raising mode on starch content and amylase activity of rice Seeds
2.3 水稻秧苗素质

机插前取样, 对不同育秧模式的秧苗素质进行比较, 由表3可知, DP秧苗的株高最高, 达14.22 cm, 较BP和CK分别高0.32和0.41 cm, 且差异显著; 不同处理的秧苗叶龄相差不大, 处理间差异不显著; 比较不同处理间的地上部重、根重、根冠比可知, DP和BP间差异不显著, 但均显著高于CK。

表3 不同育秧模式的秧苗素质 Table 3 Seedling quality of different seedling raising modes

秧苗整齐健壮有利于机械作业。由图3可知, DP的标准苗比例达99.36%, 小苗比例为0.64%; BP的标准苗比例达96.18%, 小苗和大苗比例分别为1.27%和2.55%; CK的标准苗比例仅为92.05%, 而小苗和大苗比例分别达到5.30%和3.31%, 表明叠盘出苗育秧模式下出苗快, 秧苗生长整齐均匀, 有利于培育机插标准秧苗。

图3 不同育秧模式的秧苗整齐度Fig.3 Seedling uniformity of different seedling raising models

2.4 不同育秧模式的水稻秧苗机插质量

比较不同育秧模式的秧苗机插质量(表4), 方差分析结果表明, 不同育秧模式处理对每丛株数, 漂秧率、翻秧率和漏插率具有显著或极显著影响, 但对伤秧率无显著影响; 各处理内不同栽插密度对秧苗机插质量均无显著影响。DP的平均每丛株数为3.40株, 较BP和CK分别高0.58、1.20株, 这也与DP种子的出苗率较高有一定关系, 但BP的出苗率与CK相差较小, 而机插后的每丛株数却高于CK, 这可能与CK的秧苗立枯病严重, 后期有较多秧苗枯死有关。机插漏秧率是衡量机插质量的一项重要指标, 漏插率越高, 机插质量越差。由表4可知, 不同育秧模式的漏秧率由高到低依次为CK> BP> DP, 其中CK的平均漏秧率分别较DP和BP高5.00和2.50个百分点。

表4 不同育秧模式的秧苗机插质量 Table 4 Effects of different Seedling raising modes on transplanting quality
2.5 不同育秧模式及栽插密度的水稻产量及产量构成

比较不同育秧模式及栽插规格对水稻产量及产量构成的影响, 结果如表5所示。育秧模式对有效穗数、千粒重和籽粒产量有显著或极显著影响, 对每穗粒数和结实率影响不显著, 而栽插密度对有效穗数有显著影响。相同栽插密度下, 不育秧模式的籽粒产量表现为DP> BP> CK, DP两种栽插密度的平均籽粒产量达7.88 t· hm-2, 分别较BP和CK提高0.34和0.91 t· hm-2, 增产分别达4.5%和13.1%; 分析DP增产的原因, 主要是其具有较高的有效穗数。相同育秧模式不同栽插密度间进行产量比较, 均表现为D1> D2, 表明机插水稻产量需要有合理的种植密度, 以构建合理的高产穗数。

表5 育秧方式和栽插密度对水稻产量及产量构成的影响 Table 5 Effects of seedling raising methods and planting density on yield and yield components
3 讨论
3.1 叠盘出苗育秧对种子出苗的影响及技术优势

以机插秧为主的机械化种植是我国稻作技术的发展方向[21, 22], 机插秧需培育均匀、健壮、生长一致、无病及秧龄适宜的机插秧苗, 以提高机插效果, 发挥水稻增产潜力[23, 24, 25]。在生产上, 尤其是早稻, 种子出苗不整齐、出苗差、烂种烂芽一直是困扰机插育秧普遍存在的问题[26], 合理控温控湿, 创造有利于种子出苗的环境, 促进出苗是机插育秧模式发展的方向, 水稻叠盘出苗采用二段育秧模式, 播种出苗前在工厂化育秧中心完成, 其中核心是室内叠盘、控温控湿, 可有效解决出苗难题。本研究表明, 水稻叠盘出苗育秧模式, 可解决出苗期间传统育秧温、湿度大起大落的问题, 出苗温度控制在29~32℃合理范围, 保证合理湿度, 可使出苗相对稳定, 如早稻出苗时间可提前96 h, 出苗率较大棚摆盘育秧和传统育秧提高15.70~19.45个百分点, 且秧苗整齐。出苗后在大棚或秧田完成后续育秧, 管理方便, 并有利于培育壮秧[6], 该模式对提高水稻生产的专业化、规模化和机械化水平有重要作用。采用叠盘出苗, 其空间置盘量可增加6倍, 且可叠盘运输出苗秧盘, 实现长距离供秧, 大幅降低运输成本, 育供秧效率提高10余倍[7], 从而有利于提高机插育秧服务能力和供秧范围。专业育秧中心通过叠盘出苗, 采用集中育供秧模式后, 育秧的规模扩大, 更需要加强育秧风险防范, 明确关键环节的育秧技术标准, 强化出苗环节的质量和标准控制, 提高技术水平。另外, 一般温度越高种子出苗快, 但温度过高也会负面影响出苗率, 进而影响秧苗形态的建立, 因此, 既能较快出苗又能保持较高出苗率的适宜出苗温度范围仍需进一步明确。

3.2 叠盘出苗育秧的秧苗机插效果及产量

机插质量是影响水稻产量的重要因素, 其中漏秧是一项重要指标, 由于受到播种量、秧苗质量、机械和整田质量等因素的影响, 机插水稻难免会出现秧苗漏插现象[27, 28, 29], 一般认为漏插率5%以内对水稻产量的影响不大。本研究表明, 叠盘出苗育秧的机插漏插率仅为2.50%, 远低于传统育秧的漏秧率(7.50%), 表明通过育秧模式创新可以显著改善机插质量, 分析原因, 其主要通过提高种子出苗率, 增加秧苗数量, 在取秧量不变的前提下, 减少机插漏秧和增加每丛株数, 从而增加有效穗数, 实现机插增产。这与张洪程等[30]指出机插秧要以足量的群体穗数和较大的穗型协调出足够的群体颖花量, 并保持正常的结实率与粒重, 实现高产的结论基本一致。在本研究中, 相同育秧条件下, 机插密度较高, 其最终的籽粒产量也较高, 这可能与试验材料为双季稻有关, 双季稻限制产量的主要因素是有效穗数不足, 因此, 需要保障合理的种植密度, 建立高产的穗数群体。

4 结论

水稻叠盘出苗育秧, 通过集中叠盘, 种子出苗期间可控制出苗室的温度为29~32℃, 相对湿度为70%~90%, 避免了传统育秧模式下温湿度随外界环境、昼夜交替而出现的大幅波动, 有利于水稻种子出苗整齐并提高出苗率, 叠盘出苗育秧的种子出苗时间比大棚摆盘处理和传统育秧提前96 h, 出苗率也显著提高, 且秧苗生长均匀, 整齐度高; 同时降低了漏插率, 提高了产量。可见, 叠盘出苗育秧通过二段育秧, 具有提早出苗, 提高出苗率等优势, 并解决了育秧出苗差、不整齐、烂种烂秧等问题, 有利于推动机插育秧模式转型和育秧社会化服务, 实现机插高产高效。

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