2021, Vol. 48文章信息
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基金项目
- 广东省自然科学基金(2019A1515110860、2021A1515012122)；广东省重点领域研发计划项目(2020B0202090003)；广东省农业科学院农业新兴产业学科团队建设项目(202112TD)
作者简介
- 伍龙梅(1986—)，女，博士，助理研究员，研究方向为水稻高产抗逆栽培生理机制，E-mail：wulongmei88@163.com; 主要从事水稻轻简、高效栽培及农田生态等方面的研究和技术推广工作。近年来在水稻机插、水稻直播和稻田气候变化等方面开展了大量工作，先后主持或参加农业部公益性行业专项、广东省重点领域研发计划项目、广东省科技计划项目、广东省农村科技特派员、广东省农业农村厅等各级级科研项目21项。制定广东省地方标准2项，广州市地方标准1项，合作编著出版著作1部，在Field Crops Research、Journalof Integritive Agriculture、《作物学报》、《中国水稻科学》等专业期刊发表论文30多篇，获国家专利8项.
通讯作者
- 张彬(1979—)，男，博士，副研究员，研究方向为水稻轻简栽培技术，E-mail：zhangbin@gdaas.cn.
文章历史
- 收稿日期：2021-08-01
2. 仲恺农业工程学院农业与生物学院，广东 广州 510225
2. College of Agriculture & Biology, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, China
【研究意义】水稻直播生产是一种节本省工的轻简化栽培技术，综合效益较高[1]。随着农村适龄劳动力的大量转移，水稻生产从业人员数量和素质呈下降趋势，水稻生产更倾向于采用轻简、高效的稻作方式直播，是一种适应时代发展需求的耕作方式[2-3]。研究表明，直播是一种可以代替传统移栽的稻作方式[4]。广东直播稻发展迅速，特别是在雷州、汕头等水稻直播期雨水丰沛、田间水分管理设施较全的稻作区。2008年全国直播稻种植面积为100万hm2，2017年直播稻种植面积为400万hm2。经济越发达的地区，直播稻的比例越高，直播稻面积较高的地区主要有上海、江苏、安徽、江西等地。较其他地区而言，广东直播稻发展较慢，直播稻比例不超过3%[2]。目前，直播稻的播种方式主要有旱直播、湿润直播两种。但传统的直播方式也存在迫切待解决的问题，即苗期草害、鼠害、鸟害等较为严重[5-6]，严重影响直播稻的“一播全苗”。另外，直播田面的小凹内积水温度高导致烧苗；南方地区播种季节雨水充沛，易造成淹水，种子被冲刷堆积，导致出苗率和成苗率低，严重影响直播稻的高产和稳产。本课题组前期研究表明，采用淹水直播能有效解决直播稻目前生产上存在的主要问题(淹水直播是指三叶一心期前保持水层5 cm)。【前人研究进展】淹水胁迫导致水稻萌发缺氧，影响种子萌发，尽管水稻能够耐厌氧萌发，但显著降低种子萌发率[7]。以往研究表明，淹水较湿润直播降低了所有品种的立苗率、稻穗密度和产量，同时减少杂草数量，增加播种量在一定程度上也能抑制杂草[8]。分蘖期淹水胁迫对水稻形态造成很大影响，水稻茎蘖数和绿叶数显著降低，株高增加，根冠比降低，抑制分蘖发生和叶片生长[9]。选择耐淹能力强的品种是提高直播稻成苗率和稳定产量的有效途径。【本研究切入点】出苗率是评价淹水直播稻耐淹出苗能力最直观最经济的指标，淹水直播稻出苗后秧苗期的基本农艺性状能反映秧苗素质。目前关于华南稻区不同类型品种的直播耐淹出苗能力评价以及对淹水直播后秧苗素质比较的研究较少。【拟解决的关键问题】本试验以前期初筛获得的11份水稻种质资源为试材，设置大田淹水直播处理，以湿润直播为对照，研究不同类型水稻品种淹水直播条件下的出苗率和秧苗期的主要农艺性状等特征，以期明确不同材料淹水直播耐淹出苗能力的差异以及淹水直播后秧苗素质的响应差异，为生产上直播稻耐淹出苗理论研究及直播稻的大面积推广和应用提供材料基础。
1 材料与方法 1.1 试验材料试验选取初筛获得的具有代表性的农家种以及近年来广东省育成的水稻品种，共11个材料，其中农家种5个(吊黎望、川赤早、朝安龙眼、马咀莲山、南双矮)、常规籼稻4个(黄华占、黄广农占、南秀软占、南晶占)、杂交籼稻2个(泰丰优208、吉优736)。
1.2 试验方法试验于2018年在广东省农业科学院水稻研究所大丰试验基地(113°22'E、23°09'N)进行，供试土壤基本理化性状：有机质含量36.2%、总氮2.15 g/kg、有效磷50.8 mg/kg、速效钾102.0 mg/kg、pH5.34。挑选饱满的种子，充分浸种催芽，露白后播种，每小区播种1.0 m2。每小区定点播种10粒用于调查出苗率，不同品种间间隔0.2 m，各处理单排单灌。
试验设置湿润直播(S，对照)、淹水直播(Y)两个处理。湿润直播：指三叶一心期前保持田间厢面湿润无水层，沟内有水。淹水直播：在三叶一心期前保持5 cm水层，三叶一心期后按常规水分管理方式进行。试验于2018年10月26日播种，播种密度为200粒/m2，播种后25 d取样测定各项农艺性状指标，3次重复。
1.3 测定项目及方法群体出苗率调查：播种后10 d调查出苗数，计算出苗率。
秧苗素质：播种后25 d调查秧苗的株高、茎高、叶龄、单株分蘖数、根冠比等主要农艺性状指标。
试验数据采用Excel 2010和SPSS20.0软件进行整理和分析，方差分析采用t-检验。
2 结果与分析 2.1 不同水稻品种耐淹出苗能力比较出苗率能直观反映淹水直播方式下耐淹出苗能力的大小，因此以出苗率平均值对各品种的耐淹出苗能力进行聚类分析，将试材分成耐淹型、中间型、敏感型3类。筛选出吊黎望、朝安龙眼2个耐淹出苗能力强的材料，南秀软占、吉优736、南晶占3个耐淹出苗敏感型材料(图 1)，其余为耐淹出苗能力中间型的材料。
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| 图 1 不同水稻品种出苗率聚类分析 Fig. 1 Cluster analysis of emergence rate of different rice varieties |
2.2 淹水直播对不同水稻品种出苗率和单株分蘖数的影响
从图 2可以看出，淹水直播与湿润直播相比，出苗率降低，不同水稻品种出苗率对淹水直播的响应有所不同。出苗率大小表现为吊黎望＞朝安龙眼＞南双矮＞川赤早=马咀莲山＞黄华占=泰丰优208＞黄广农占＞南秀软占＞吉优736＞南晶占。其中吊黎望、朝安龙眼、马咀莲山、黄华占淹水直播条件下出苗率分别为86.67%、83.33%、70.00% 和66.67%，差异不显著，其他品种出苗率显著降低。
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| 图 2 不同直播方式下不同水稻品种出苗率和单株分蘖数 Fig. 2 Emergence rate and tiller numbers per plant of different rice varieties under different direct seeding modes ns、*、**分别表示差异不显著、差异显著、差异极显著 ns, * and ** represent no significant differences, significant differences and extremely significant differences, respectively |
从图 2可以看出，不同品种淹水直播后秧苗期单株分蘖数减少，除吊黎望和黄广农占增加外，川赤早、朝安龙眼、马咀莲山、南晶占、吉优736分蘖数较湿润直播分别减少36.28%、14.04%、45.26%、54.22%、38.81%，差异达极显著水平；吊黎望分蘖数增加，差异显著；其他品种秧苗期分蘖数变化不显著。
2.3 淹水直播对不同水稻品种秧苗期株高和茎高的影响淹水直播影响水稻秧苗期株高和茎高(图 3)，总体而言，淹水直播处理秧苗期株高和茎高呈下降趋势。其中吊黎望和川赤早的株高较湿润直播分别下降8.97% 和11.05%，但吉优736秧苗期株高呈增加趋势，增幅为14.03%，差异达极显著水平。茎高变化趋势与株高一致，与湿润直播相比，吊黎望、朝安龙眼的茎高分别下降10.13%和5.48%，差异显著；南晶占和吉优736分别增加8.11%、12.97%，差异显著；其他品种茎高变化差异不显著。
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| 图 3 不同直播方式下不同水稻品种的株高和茎高 Fig. 3 Plant height and stem height of different rice varieties under different direct seeding modes ns、*、**分别表示差异不显著、差异显著、差异极显著 ns, * and ** represent no significant differences, significant differences and extremely significant differences, respectively |
2.4 淹水直播对不同水稻品种秧苗期叶龄和根冠比的影响
由图 4可知，淹水直播条件下秧苗期叶龄较湿润直播降低，其中川赤早、南双矮、黄华占、南晶占、泰优208显著降低，其他品种降低不显著，说明淹水直播普遍降低了秧苗期水稻的叶龄，但品种间存在差异。而根冠比普遍增加，其中南晶占(148.73%)、马咀莲山(100.74%)、吉优736(87.73%)、泰优208(79.73%)增幅较大，差异显著，除朝安龙眼的根冠比增加不显著外，其他品种均显著增加，说明淹水直播促进了水稻秧苗期根系生长。
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| 图 4 不同直播方式下不同水稻品种的叶龄和根冠比 Fig. 4 Leaf age and root-shoot ratio of different rice varieties under different submerged direct seeding modes ns、*、**分别表示差异不显著、差异显著、差异极显著 ns, * and ** represent no significant differences, significant differences and extremely significant differences, respectively |
2.5 不同直播方式对水稻苗期主要农艺性状的影响
对不同直播方式下水稻耐淹性主要农艺性状进行t检验的结果如表 1所示，不同直播方式对单株分蘖数、叶龄、根冠比、单株干物质的影响无显著差异。淹水直播处理使单株分蘖数、叶龄、单株干物质变异系数变大，表明性状值离散度变大；根冠比变异系数变小，说明性状离散度变小。不同直播方式对出苗率、株高、茎高的影响差异极显著。淹水直播处理使出苗率变异系数变大，表明性状值离散度变大；株高和茎高变异系数变小，说明性状离散度变小。
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进一步分析可知，出苗率能直观反映淹水直播稻耐淹出苗能力，淹水直播显著降低出苗率。在淹水直播条件下，秧苗期根冠比的差异最大，可作为研究淹水直播稻秧苗期耐淹能力研究的重要指标之一。因此，淹水直播对出苗率和秧苗期根冠比的影响较大。
3 讨论 3.1 不同水稻品种淹水直播方式下耐淹出苗能力评价不同基因型水稻品种对淹水直播发芽和出苗的耐淹性存在差异[10-13]，选用耐淹出苗能力强的品种是提高水稻直播生产出苗率最经济、有效的措施[14]。耐淹水萌发的水稻品种能降低直播时对田面平整度的要求，提高出苗率和成苗率，减少直播稻用种量，还能有效防治杂草[15]。本试验筛选到两个耐淹出苗能力强的材料(吊黎望、朝安龙眼)、6个耐淹出苗能力中间型的材料(南双矮、马咀莲山、川赤早、黄广农占、泰优208、黄华占)、3个耐淹出苗能力敏感的材料(南秀软占、吉优736、南晶占)，说明不同品种在耐淹出苗能力上存在显著差异。出苗率与种子活力密切相关，可能与种子萌发过程中可溶性糖、α- 淀粉酶、可溶性蛋白和植物激素有关[16-17]，后续可从这方面开展深入研究。
3.2 不同水稻品种对淹水直播的形态响应秧苗期主要农艺性状能直观反映秧苗对淹水直播的响应。研究表明，水稻种子能在淹水条件下萌发，且对淹水胁迫具有避逆性[7]，但淹水条件下，无氧代谢增加，活性氧自由基积累，导致根系生长受阻，根系活力降低[18]。已有研究表明，早期淹水条件下水稻秧苗迅速增长，株高增加[19-21]，茎蘖数减少，耐淹能力强的品种其茎蘖数及存活数高于不耐淹的品种[22]。本研究发现，淹水直播秧苗期单株分蘖数减少，叶龄变化趋势与单株分蘖数一致，说明淹水直播抑制了秧苗期的分蘖和叶龄的增长，导致分蘖数和叶龄减少，这与其他学者关于淹水降低水稻分蘖数和叶龄的结论较为一致。耐淹出苗能力不同的品种其株高和茎高表现不一致，其中耐淹出苗能力靠前的品种普遍呈下降趋势，说明淹水直播播种方式在一定程度上影响了秧苗期株高和茎高的生长；而耐淹出苗能力靠后的品种普遍呈增加趋势，这可能是由于耐淹能力较差的品种对淹水胁迫的一种逃避机制，即通过株高和茎高的快速伸长来逃避缺氧或低氧的环境条件。
根冠比是反映植株地上部和地下部生长状况及能否适应环境变化如水分、养分等的一个重要指标[23]。本试验结果表明，淹水直播后秧苗期根冠比显著增加，根系生长对水分变化敏感，一般认为淹水条件下会抑制根系的生长，而本研究中根冠比反而增加，可能是由于淹水直播后水稻根系生长的一种补偿生长，补偿效应是作物对不良环境的一种适应性调节，使其形态生理等发生一系列变化以适应淹水胁迫，最终导致淹水直播稻秧苗期根冠比有一定程度的提高。也有可能是由于淹水直播后解除了淹水胁迫后根系生长迅速，而地上部生长相对缓慢，导致根冠比增加。
4 结论本研究结果表明，不同类型水稻材料对淹水直播的适应性存在差异，淹水直播显著降低直播稻的出苗率、株高和茎高。淹水直播对出苗率和秧苗期根冠比的影响最大，农家种在耐淹出苗能力和秧苗期农艺性状方面表现较优，可以作为耐淹水稻品种选育的参考材料。
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（责任编辑 白雪娜）