杨文伟 石亚飞 高 莲 张娟伟 陈 丽 孙建昌 罗成科，*

（1宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2宁夏农林科学院农作物研究所，宁夏 银川 750002）

水稻直播栽培省去了传统插秧种植中的育秧、移栽等工序，具有节约成本、省时、省工等特点，是一种轻简化栽培技术。近年来随着除草技术的发展，以及耕种管收机械化技术的应用，我国各地稻区直播稻发展迅速，呈现不推自广的趋势，直播稻栽培面积逐年增加［1-6］。据调查，目前我国直播稻的种植面积已超过1 万公顷，占水稻种植面积的20%以上［7］。自2000年以来，宁夏水稻直播稻栽培发展迅速，2018年后直播稻面积已占水稻种植面积的95%以上［8］。宁夏直播稻主要以旱直播为主，覆土直播是旱直播（播后上水）的一种种植方式，具有节水、节种、节本增产增效的优势，在生产实践中具有重要推广意义。

保全苗是直播稻种植的关键技术之一，播深对直播稻出苗保苗影响较大。播种过深会造成出苗困难，难以获得全苗匀苗，且幼苗素质弱，群体抗逆性差，易感染病虫害等，最终影响产量和品质［9-11］。播深在1～3 cm 范围内，可以保证基本苗数，有利于后期保持足够的有效穗数；播深超过5 cm，出苗率显著下降，不利于保持足够的高峰苗数和有效穗数［12-15］。此外，播量也是影响直播稻苗期幼苗素质及产量的关键因素之一［16］。播量过小，虽能改善个体的生长发育状况，充分发挥个体生产潜能，但群体穗数较少，不利于水稻高产；播量过大，会增加种子成本，而且会严重影响幼苗素质和产量［17］。研究表明，在机械旱直播方式下，水稻出苗率随着播深的增加均表现为下降趋势［18］。在旱直播条件下，随着播量的增加，常规稻的产量呈先升高后降低的趋势［19-20］。在保证田间基本苗数足够的前提下，适当减少播量有助于提高产量［21］。当播量为150 kg·hm-2时，直播稻郑旱10 号根系活力、总吸收表面积、活跃吸收面积最大，产量也表现为最高［22］。另外，土壤类型和生态环境对水稻出苗保苗也具有一定的影响［23-25］。然而前人仅针对播深或播量对水稻生长发育的影响进行了研究，对播深、播量两因素互作下水稻出苗率、幼苗素质、根系特征及产量的研究鲜有报道。为此，本研究在宁夏稻区灌淤土条件下，以宁夏水稻主栽品种富源4 号为试验材料，探究不同播深和播量组合对水稻幼苗生长和产量的影响，旨在获得旱直播方式下适宜的播深和播量组合，为制定宁夏地区覆土直播稻栽培技术规程提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地概况

供试品种为宁夏主栽品种富源4 号。该品种是宁夏回族自治区种子管理站、宁夏原种场从北方区试中选出的一个早熟优质米水稻品种，其生育期为142 d左右，幼苗长势旺盛，耐低温、抗盐碱能力强，具有一定的稻瘟病抗性，稳产性好［26］。

试验于2020—2021年在宁夏农林科学院农作物研究所永宁望洪试验基地进行，该试验基地的土壤类型为灌淤土，其土壤肥力见表1。

表1 2020—2021年试验地土壤肥力状况Table 1 Soil fertility status of experimental site from 2020 to 2021

1.2 试验设计

本试验采用二因素裂区设计，以播深为主区，设置1（A1）、2（A2）、3（A3）、4 cm（A4）4个梯度；播量为副区，设置112.5（B1）、187.5（B2）、262.5（B3）、337.5 kg·hm-2（B4）4 个梯度。采用人工开沟撒播模拟机械播种，每个试验小区种植10行，行长10 m，行距23 cm，小区面积23 m2，16 个处理，3 次重复，共48 个小区，随机排列。分别于2020年4月30日和2021年5月7日进行播种，水、肥、病虫害防治和除草等按当地常规管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 出苗率 齐苗后在每小区随机选取1 m 行长作出苗数调查，每小区3 次重复计算单位面积出苗数。出苗率计算公式如下：

1.3.2 幼苗素质调查 于30 d苗龄时，在各处理中分别挑取代表性植株20株，3次重复，用流水冲洗根系泥土，取10 株分别调查苗高、茎基宽、茎叶干重、根系干重，并计算根冠比、充实度、壮秧指数和整齐度［27］。计算公式如下：

式中，xa、xb分别代表株高、茎基宽。

30 d 苗龄时，在各处理中分别选取代表性植株10株，3 次重复，用流水冲洗根系泥土，从茎基部剪去根系，插入盛有清水的烧杯中，上罩保险塑料膜置于光照培养箱中培养7 d，统计长度大于5 mm 的新生根系，计算每株新发的根系数量，即水培发根力。

1.3.3 根系生理特性分析 30 d苗龄时，在各处理中分别选取代表性植株10株，3次重复，用流水冲洗根系泥土，统计根系数量和根系长度。除去地上部分，以根系为材料，利用甲烯蓝蘸根法［28］测定根系总吸收面积和根系活跃吸收面积，采用氯化三苯基四氮唑法［29］测定根系活力。

1.3.4 产量及产量构成因素调查 水稻成熟后，每小区取1 m 行长样段稻株，3次重复，自然风干，调查有效穗数及单株性状，分小区人工收割，脱粒，称取小区产量。

1.4 统计方法

使用Microsoft Excel 2010 软件进行数据整理和分析，采用SPSS 23.0 软件进行方差、相关性和主成分分析，使用Origin 18软件作图，利用隶属函数值和权重计算苗期各处理各项指标的综合得分，参照文献［30］计算隶属函数值［u(Xij)］、权重（Wj）和综合评价值（Di）。计算公式如下：

式中，Xij为第i个处理的第j个指标；Xjmin为第j个指标的最小值；Xjmax为第j个指标的最大值；Pj表示经主成分分析所得到的第j个综合指标的贡献率；Di值越大，表明第i个处理通过12个指标评价的综合得分越高。

2 结果与分析

2.1 播深和播量对水稻出苗率的影响

由表2可知，在同一播量下，出苗率均随着播深的增加呈先升高后降低的趋势，其中，播深2 cm 下，不同播量处理的出苗率均达到最大值。播深超过2 cm 后，不同播深和播量组合处理的出苗率均显著降低。在1～2 cm 播深范围，出苗率随着播量的增加呈先增加后降低的趋势，播量超过187.5 kg·hm-2（B2）后出苗率明显下降；播深超过2 cm 后，出苗率随播量的增加而降低。单因素方差分析表明，播深或播量对水稻出苗率存在极显著影响，播深对出苗率的影响大于播量；双因素互作效应分析表明，播深和播量互作对出苗率有显著影响。综合来看，播深在1～2 cm，播量在112.5～187.5 kg·hm-2时出苗率较高，均达到80%以上。播深超过2 cm，播量超过187.5 kg·hm-2时，出苗率明显降低，说明播深和播量过大均不利于水稻出苗。

表2 不同播深和播量对水稻出苗率的影响Table 2 Effects of different sowing depth and amount on rice emergence rate

2.2 播深和播量对水稻幼苗素质的影响

由表3可知，在同一播量下，幼苗苗高、茎基宽、发根力、壮秧指数均随播深的增加呈先增加后降低的趋势，当播深超过2 cm 后，幼苗苗高、茎基宽、发根力、壮秧指数均较播深2 cm 整体显著下降，播量在112.5～187.5 kg·hm-2时，充实度随播深的增加呈先增加后降低的趋势。根冠比在播深1 cm，播量337.5 kg·hm-2时达到最大值，整齐度在播深3 cm，播量187.5 kg·hm-2时最佳。在同一播深下，除根冠比和整齐度外，其他各项指标均随播量的增加呈先升高后降低的趋势，且在播深为2 cm，播量为187.5 kg·hm-2时幼苗苗高、茎基宽、发根力和壮秧指数均达到最大值；当播量超过187.5 kg·hm-2后，幼苗个体对养分的竞争增大，导致各项指标均不同程度地降低，幼苗苗高、茎基宽、发根力、充实度和壮秧指数较播量187.5 kg·hm-2显著降低。在播深为1～2 cm时，播量112.5和337.5 kg·hm-2下的根冠比大于播量187.5～262.5 kg·hm-2范围内的根冠比。在2～4 cm 播深下，187.5～262.5 kg·hm-2播量范围内的整齐度高于其他播量。单因素方差分析表明，播深或播量对水稻幼苗素质各项指标（除整齐度外）均存在极显著影响，且播量对各项指标的影响均大于播深。双因素互作效应分析表明，播深和播量互作对幼苗根冠比、充实度、壮秧指数均存在极显著影响。综上，播深2～3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2能明显提高幼苗苗高、茎基宽、发根力、充实度、壮秧指数和整齐度，有利于水稻后期的生长发育。

表3 不同播深和播量对水稻幼苗素质的影响Table 3 Effects of different sowing depth and amount on rice seedling quality

2.3 播深和播量对水稻幼苗根系特征的影响

2.3.1 播深和播量对水稻幼苗根系形态特征的影响 在同一播量下，水稻幼苗根系数量随着播深的增加表现为先增加后减少的趋势。播深1 cm 时，根系数量随播量的增加呈先升高后降低的趋势，在播量262.5 kg·hm-2下根系数量最多；播深3 cm、播量112.5 kg·hm-2时根系数量最多（图1-A）。播深1 cm、播量262.5 kg·hm-2时幼苗根系长度达到最长；播深3 cm 时，根系长度随着播量的增加而增加；播深4 cm时，根系长度随播量的增加呈先升高后降低的趋势，其中播量187.5 kg·hm-2时根系最长（图1-B）。方差分析表明，播深对水稻根系数量和根系长度具有显著或极显著影响，而播量对其无显著影响。双因素互作分析表明，播深×播量对根系数量和根系长度均存在显著互作效应（表4）。综上所述，播深3 cm、播量112.5 kg·hm-2有利于根系数量增多，播深1 cm、播量262.5 kg·hm-2有利于根系增长。

表4 不同播深和播量下水稻秧苗根系形态特征的方差分析(F值)Table 4 Variance analysis of root morphological characteristics under different sowing depth and amount(F value)

图1 不同播深和播量对水稻幼苗根系生长的影响Fig.1 Effects of different sowing depth and amount on the number of roots of rice seedlings

2.3.2 播深和播量对水稻幼苗根系生理特征的影响 播深1～3 cm 时，水稻幼苗根系活力随播量的增加呈先增加后降低的趋势；播深2～3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2时，根系活力明显大于其他处理；播深达到4 cm时，根系活力随播量的增加而降低（图2-A）。同一播量下，根系总吸收面积整体随播深的增加呈先升高后降低的趋势，其中，播深2 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2时的根系总吸收面积较大（图2-B）。而根系活跃吸收面积在一定播深范围内（2～4 cm），均随播量的增加表现为先升高后降低的趋势，其中播深2～3 cm，播量187.5 kg·hm-2时根系活跃吸收面积较大（图2-C）。单因素方差分析表明，播深或播量对根系活力、根系总吸收面积和根系活跃吸收面积均存在极显著影响，其中播量对根系活力的影响大于播深；而播深对根系总吸收面积和活跃吸收面积的影响均大于播量。双因素互作分析表明，播深和播量互作对3个根系生理指标均具有极显著的互作效应（表5）。综合来看，播深2～3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2处理增强了水稻幼苗根系活力，促进了根系总吸收面积和活跃吸收面积的增加。

表5 不同播深和播量下水稻秧苗根系生理特征的方差分析(F值)Table 5 Variance analysis of root physiological characteristics under different sowing depth and amount (F value)

图2 不同播深和播量对水稻幼苗根系生理特性的影响Fig.2 Effects of different sowing depth and amount on root activity of rice seedlings

2.4 水稻幼苗素质综合评价

2.4.1 相关性分析 对水稻苗期12 个指标进行相关性分析发现（表6），苗高、茎基宽、根冠比、发根力、充实度、壮秧指数间大部分均存在不同程度的相关性，根系活力与苗高、茎基宽、发根力、壮秧指数间存在显著或极显著正相关，根系活跃吸收面积与苗高、茎基宽、发根力、根系数量、根系活力、根系总吸收面积间存在显著或极显著正相关。上述指标间相关系数的绝对值均大于0.5，说明这些指标间的相关性较强。

表6 苗期12个指标的相关系数Table 6 Correlation coefficient of 12 indicators in seedling stage

2.4.2 主成分分析 借鉴作物种质资源综合评价方法［31］，本研究对幼苗12个生长和生理指标进行了主成分分析。由表7可知，CI1、CI2、CI3、CI4、CI5五个主成分的特征值分别为5.26、2.07、1.31、0.90 和0.67，均大于0.6，累计贡献率达到85.08%，能够充分地概括大多数指标，符合指标选择的原则［27］，因此，提取上述5个主成分。在主成分CI1中，苗高（X1）、茎基宽（X2）、根冠比（X3）、发根力（X4）、充实度（X5）、壮秧指数（X6）、根系活力（X10）的载荷值（绝对值）较高，均在0.67 以上，这7 个指标是该主成分的主要作用因子；同理，根系数量（X8）是主成分CI2的主要作用因子；根冠比（X3）是主成分CI3的作用因子；整齐度（X7）是主成分CI4的作用因子；根系长度（X9）是主成分CI5的作用因子。综上所述，苗高、茎基宽、根冠比、发根力、充实度、壮秧指数和根系活力7 个指标可以作为苗期幼苗素质评价的关键指标。

表7 主成分贡献率及特征向量Table 7 Principal component contribution rate and feature vector

2.4.3 综合评价 根据水稻苗期幼苗素质的综合指标值（CI1～CI5），利用公式（6）分别计算隶属函数值，根据苗期幼苗素质各综合指标贡献率的大小，利用公式（7）依次求出5 个综合指标的权重，分别为0.516、0.203、0.128、0.088和0.065。利用公式（8）计算D值，并对苗期幼苗素质在不同播深和播量组合处理中的表现进行排名（表8）。

D值在一定程度上能够客观反映播深和播量不同组合处理中幼苗素质的高低，一般而言，D值越大，幼苗素质越高。由表8可知，不同播深和播量组合处理的D值介于0.15～0.73 之间，其中，D≥0.70 的组合有A2B2、A2B3、A3B2和A3B3，对应的播深为2～3 cm、播量为187.5～262.5 kg·hm-2，符合以上试验结果所筛选的播深和播量区间。

表8 水稻幼苗素质D值排名Table 8 D value ranking of rice seedling quality

2.5 播深和播量对水稻产量的影响

两年数据均表明（表9、10），在播深1～4 cm 范围内，水稻穗数均随播量的增加而增加；而不同播深处理下，112.5～187.5 kg·hm-2播量下的穗粒数明显高于262.5～337.5 kg·hm-2播量。2020年A1B1的水稻结实率与A1B2、A1B4之间有显著性差异，其余组合间均无显著差异，2021年的水稻结实率在不同播深和播量组合之间均无显著差异。对于千粒重而言，只有在播深1 cm 的情况下，千粒重随着播量的增加呈逐渐降低的趋势，在其他播深处理中，千粒重变化规律均不明显。对于产量而言，播深为2 cm 时，不同播量下的产量无显著差异；当播深为1、3、4 cm 时，产量均随着播量的增加呈先升高后降低的趋势，2020年A3B2、A3B3与A3B1、A3B4之间的产量均有显著差异，2021年A3B2与A3B1、A3B3、A3B4间的产量有显著差异，其中A3B2和A3B3 组合较其他组合明显增产，增产率分别达到4.38%～17.10%和4.29%～16.55%。

表9 2020年不同播深和播量对水稻产量及产量性状的影响Table 9 Effects of different sowing depth and amount on rice yield and yield traits in 2020

单因素方差分析表明（表11），播深、播量均对穗数、穗粒数、产量存在极显著影响（P＜0.01），其中播量对穗数、穗粒数、结实率和千粒重的影响均大于播深，但对产量的影响小于播深。互作效应分析进一步表明，播深和播量互作对穗数和穗粒数均存在极显著影响（P＜0.01），对2020年的水稻产量存在显著影响（P＜0.05）。说明播深和播量对水稻的产量有极显著的影响。

表11 不同播深和播量对水稻产量及产量性状的方差分析（F值）Table 11 Analysis of variance of rice yield and yield characters under different sowing depth and amount (F value)

3 讨论

3.1 播深和播量对水稻出苗率的影响

直播稻出苗率直接关系到直播稻的产量。播深是影响水稻出苗率的重要因素之一。本研究表明，播深、播量及播深和播量互作对水稻出苗率有极显著或显著影响。在播深1～2 cm 时，四种播量下出苗率均达到70%以上，播深3～4 cm 时，播量超过262.5 kg·hm-2时出苗率低于70%，这与豆利岭等［32］研究不同播深对小麦出苗影响的结果基本一致。播量也是影响直播稻出苗率的因素之一。前人研究表明直播稻的出苗率随播量的增大而显著提高［33］，而本研究发现，播深1～2 cm时，出苗率随着播量的增加呈先增加后降低趋势，当播深为3～4 cm 时，出苗率随播量的增加呈逐渐降低趋势，究其原因可能是播量的增加会使单位面积的播种粒数增大，导致根系对土壤养分及水分的吸收竞争增大，最终导致出苗率降低。本研究中，A2B2 组合的出苗率最高，达93.78%，产量为9 627.33 kg·hm-2，而A3B2 组合的出苗率为77.54%，产量却高达10 351.97 kg·hm-2，说明出苗率并不是影响后期产量的主要因素。

表10 2021年不同播深和播量对水稻产量及产量性状的影响Table 10 Effects of different sowing depth and amount on rice yield and yield traits in 2021

3.2 播深和播量对水稻幼苗素质的影响

对于插秧稻来说，秧苗是水稻大田生长的起点，适宜的环境和较高质量的育秧基质能够培育出综合素质较好的秧苗［34-35］。不同的是，在本研究中，随着播深的增加，直播稻幼苗素质指标，如苗高、茎基宽、根冠比、发根力、壮秧指数均呈先升高后降低的变化趋势，且除根冠比外均在播深2 cm 时达到最大值，当播深超过3 cm后，除整齐度外，其他指标均表现出显著降低的趋势，说明播种过深导致土壤与大气进行气体交换难度增大，根系无氧呼吸产生的有机酸等有害物质对根系损害相对较大，降低了根系吸收养分和水分的能力，导致地上部分生长减弱，幼苗素质变差。已有研究表明，播量的增加也会造成幼苗苗高、茎基宽、壮秧指数和整齐度等秧苗素质指标的下降［36-37］。本研究也得到了相似的结果，即随着播量的增加，幼苗各项指标（除根冠比外）均呈先增加后降低的趋势，当播量超过187.5 kg·hm-2后，幼苗苗高、茎基宽、发根力、充实度和壮秧指数均整体显著降低，主要原因是随着播量的增加，幼苗数增多，彼此间竞争增大，造成单个幼苗吸收利用的养分和水分减少，生长发育迟缓，最终导致秧苗素质变差。

3.3 播深和播量对水稻根系生理特性的影响

根系是主要的吸收器官和合成器官，根系通过吸收土壤中的养分和水分将其输送到地上部分，同时根系能够合成植株生长所必需的多种氨基酸和激素［38］。根系和地上部的生长发育是相辅相成的，根系生长活跃能为地上部生长发育提供养分和水分，促进地上部生长发育；反之，地上部生长活跃又可以促使碳水化合物向根部输送，保持和促进根系生理功能活跃［39］。根系活力和根系吸收面积是根系生理活性的重要指标，反映了根系活力水平。本研究表明，播深2～3 cm 时秧苗根系数量和根系长度整体大于播深1 或4 cm，根系活力和根系吸收面积也表现出一致的规律，可能是由于根系分布过浅或过深都不利于根系的生长发育，造成根系活力减弱，进而影响地上部的生长发育。已有研究表明，合理密植能增加根群数量，提高土壤养分和水分利用效率［40］。本研究得到了相似的结论，即在播量187.5～262.5 kg·hm-2时，根系活力和吸收面积均高于播量112.5 或337.5 kg·hm-2。播量过小，植株个体根系间竞争小，群体效应不强，根系强度弱，虽然根系数量和根系长度有明显优势，但根系活力和吸收面积减弱；播量过大，植株根系群体间竞争激烈，生存空间变小，不利于根系的生长发育，导致根系活力降低和根系吸收面积减小［41］。

3.4 播深和播量组合筛选

不同农艺措施，如播深［42］、播量［43］、施肥方式、施肥量［44］、栽培方式［45-46］等单个因素或播深和施肥方式组合［47］，播量和壮秧剂组合［48］等对水稻幼苗的生长具有明显影响，为了更好地说明播深和播量两个因素组合的效果，本研究开展了覆土直播方式下播深和播量对水稻幼苗素质和根系生理特性的影响研究，结果表明，播深和播量组合对出苗率、幼苗素质和根系生理特性均具有显著互作效应。为了筛选出播深和播量的最佳组合，本研究参考种质资源评价中采用的隶属函数值结合权重分析法［30］，对水稻幼苗素质多项相关指标进行了综合评价（D值），根据D值排名，筛选获得了4个组合（A2B2、A2B3、A3B2和A3B3），这些组合（播深2～3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2）中幼苗素质表现优良（D≥0.70），直播稻群体结构得到了改善，为进一步分析这些组合中直播稻产量的变化奠定了基础。

3.5 播深和播量对水稻产量及产量构成因素的影响

选择适宜的播深和播量，有利于建立合理的直播稻群体结构，促进增产。王志兴等［42］研究表明，辽宁滨海地区直播稻播深为2～3 cm时效果最佳，产量均超过8 300 kg·hm-2；傅友强等［20］研究显示，随着播量的增加，华南直播稻穗数呈增加趋势，播量在52.5 kg·hm-2时，稻谷产量最高，达6 960 kg·hm-2。本研究表明，在同一播深下，直播稻穗数随播量的增加而增加；在播深1～2 cm 范围内，播量112.5～187.5 kg·hm-2的穗粒数高于262.5～337.5 kg·hm-2，可能是由于前者单位面积内水稻群体数量较少，其根系对土壤水分和养分的吸收机会多于后者，从而促进了幼苗地上部的生长，在后期发育中穗粒数增多。总体来看，小播量（112.5～187.5 kg·hm-2）的穗粒数多于大播量（262.5～337.5 kg·hm-2），但其穗数却少于大播量，而结实率在两者间无显著差异。梅少华等［49］研究表明，随着播量的增加，直播稻产量呈先增加后降低的趋势，当播量超过37.5 kg·hm-2时，直播稻的穗粒数、结实率下降，导致产量减少。本研究结果与之相似，即在播深为3 cm，播量为187.5～262.5 kg·hm-2范围时产量较高，达到10 062.11～10 351.97 kg·hm-2，播量超过262.5 kg·hm-2时，产量明显下降。

4 结论

本研究结果表明，播深和播量组合能够影响直播稻出苗率、幼苗素质、根系生理特性以及产量，其中播深2～3 cm、播量187.54～262.5 kg·hm-2四种组合明显改善了直播稻幼苗的壮秧指数、发根力、整齐度、根系活力、根系总吸收面积和根系活跃吸收面积，从而增强了水稻幼苗素质，为生育期水稻增产奠定了基础。播深3 cm、播量187.5～262.5 kg·hm-2两种组合有利于直播稻增产，增产率达到4.29%～17.10%。综合分析直播稻幼苗生长和产量性状，本研究认为宁夏地区直播稻的适宜播深和播量分别为3 cm 和187.5～262.5 kg·hm-2。