水稻是黑龙江省主要粮食作物，2013年种植面积已达到400万hm²。黑龙江省地处寒地稻作区，移栽是水稻的主要种植方式，但大棚育秧取土难、农村劳动力日渐短缺、生产成本高、不利于实现水稻大面积机械化生产等问题，使移栽稻可持续发展面临严峻挑战^[1]。因此，研究寒地直播稻农机农艺结合的高产高效技术，对于促进黑龙江省水田作业全程机械化，进一步提高稻米生产比较效益，保证水稻高产、稳产具有重要意义。水稻机械直播作为一项省工、高效、能实现大面积机械化生产的种植技术一直是美国、澳大利亚等发达国家采用的主要种植方式^[2-3]。随着科学技术的发展，被认为是粗放栽培的水稻直播逐渐形成以农业航空与地面机械、化学除草配套的高效率现代农业生产方式，并越来越受到重视^[4-5]。近年来，江苏和江西省水稻直播面积已分别达到当地水稻种植面积的30%和60%以上，而且有进一步增长的趋势^[6-7]。一些研究者认为，寒地稻作区适宜水稻生长的有效积温较少，直播稻安全成熟风险较大^[8-9]。但近年来随着土地流转和种地大户的出现，直播稻种植面积在黑龙江省也出现迅速扩大的趋势。由于缺乏寒地直播稻生长发育规律

的研究和高产高效的栽培技术，寒地水稻直播栽

作者简介：刘元英，女，1954年2月出生，东北农业大学，教授

培中经常出现群体过大，分蘖成穗率较低，易发生倒伏和贪青晚熟，使得直播稻产量低、稻米品质差等问题突出。虽然南方在直播稻高产栽培方面已有较为深入的研究^[10-13]，但因气候相差较大，不适宜寒地直播稻应用。以往关于寒地直播稻种植的研究主要集中在品种、密度和播种保苗等方面^[14-16]，而关于养分管理对寒地直播稻生育进程、分蘖动态和产量形成的影响却鲜有报道。

本研究拟在以往工作的基础上^[17-18]，以移栽稻作对照，研究以"前氮后移"为核心的养分管理对寒地直播稻的生育进程、分蘖动态、干物质积累与分配以及产量形成的影响，为建立寒地直播稻农机农艺结合的高产高效栽培技术提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验地点：试验于2013年在庆安县黑龙江水稻灌溉试验中心，农垦建三江分局前锋农场，2014年在五常市光辉乡辉煌村进行。

供试品种：龙庆稻2号和龙粳31，主茎11片叶；稻花香2号，主茎14片叶，3个品种均为4个伸长节。

供试土壤：庆安为白浆土型水稻土，前锋农场和五常均为草甸土型水稻土，土壤基础肥力见

表1。

1.2  试验方法

1.2.1 试验设计

表1  供试土壤基础肥力

本试验的移栽稻采用人工插秧方式，微区直播试验人工播种，大田直播均采用机械穴直播（水直播），大田对比试验采用机械精量穴直播（起垄旱直播）。

庆安微区试验：选用"龙庆稻2号"品种。设置两种种植方式：水直播（P1），5月13日播种，株行距10 cm×30 cm，每穴5～6粒，保苗每穴4株，基本苗130株·m^-2；移栽（P2），旱育秧，4月20日播种，5月20日3.5叶时移栽，株行距13.3 cm×30 cm，每穴7～8株，基本苗185株·m^-2。两种施肥模式：习惯施肥（F1）和优化施肥（F2），氮肥施用量和施用时期见表2。磷肥施用量为P2O5 35 kg·hm^-2，作为基肥一次性施入；K肥作为基肥施用K2O 45 kg·hm^-2，习惯施肥在分蘖期施入K2O  5 kg·hm^-2，优化施肥在拔节期施入K₂O ₂₀kg·hm^-2。共4个处理，分别记为：P1F1、P1F2、P2F1、P2F2。微区面积为2 m2，3次重复，随机排列。

前锋农场大田示范：水稻品种为:“龙粳31”， 5月4日播种，株行距10 cm×25 cm，每公顷播种量为75 kg，示范田面积为20 hm²。全部采用“前氮后移”的优化施肥技术，氮肥施用量和施用时期见表2。优化施肥，P2O5 46 kgohm^-2，作基肥一次性施入；K2O 60 kgohm-2，基肥施30 kgohm^-2，穗肥追施30 kgohm^-2。

五常大田试验：品种为稻花香2号，采用大田对比试验，设置起垄直播和移栽2种栽培方式。起垄直播：4月29日播种，垄宽80 cm采用宽窄行（48+32）播种，穴距11.5 cm，每穴4～5粒，试验面积为0.66 hm²。移栽：5月13日人工插秧，秧龄 3.5～4叶，穴行距：15 cm×33 cm，每穴3～4株，试验面积为0.15 hm²。以上各处理全部采用优化施肥：移栽：P₂O₅ 50 kgohm^-2，基肥42.5 kgohm^-2，穗肥追施7.5 kgohm^-2，K2O 65.5 kgohm^-2，基肥40 kgohm^-2，穗肥追施25.5 kgohm^-2。起垄直播：P₂O₅ 62.5 kgohm^-2，基肥42.5 kgohm^-2，穗肥7.5 kgohm^-2，粒肥追施12.5 kgohm^-2，K₂O 79.5 kgohm^-2，基肥40 kgohm^-2，穗肥追施25.5 kgohm^-2，粒肥追施14 kgohm^-2。氮肥施用量和施用时期见表2。

表2   N肥施用时期及用量（kg·hm^-2）

1.2.2  测定项目与方法

1.2.2.1  生育期记载

记载出苗期、移栽期（3.5叶期）、分蘖始期、幼穗分化期、拔节期、抽穗期和成熟期。

1.2.2.2  叶龄值调查

直播稻从2.5叶（移栽稻插秧后5 d）开始，采用定时定点方法，每个小区选取连续5株调查叶龄值变化情况，直至剑叶出完。

1.2.2.3  茎蘖动态调查

每小区选取连续的5穴，定时调查茎蘖数的消增长动态；从3.5叶开始调查各小区基本苗数和茎蘖数，直至抽穗。记录最高茎蘖数、最高分蘖数和成熟期有效穗数，计算分蘖成穗率。

1.2.2.4  干物质积累

分别于幼穗分化期、抽穗期、抽穗后15 d、抽穗后30 d和成熟期取样，每个小区取平均分蘖的水稻4穴，将水稻样品剪去根系后按叶、茎鞘和穗分别洗净后置于烘箱中，105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒重，干燥冷却至室温后称取样品干物重。

1.2.2.5  考种与测产

微区试验每小区去除边行选取一延长米实脱测产。大田试验在水稻收获前，每试验田块随机量取横直21穴的距离，调查每亩穴数与总穗数，计算出每穴平均有效穗数。取具有平均分蘖的水稻4穴，用于室内考种，手工脱粒后用清水漂除瘪粒，将饱满实粒烘干后计算千粒重（以含水量14.5%折算），根据各产量构成要素计算理论产量。

1.2.3  计算公式

茎叶物质转运量（TAA，t·hm^-2）= 抽穗期茎叶干重-成熟期茎叶干重；

抽穗后干物质积累量（PAA，t·hm^-2）=成熟期干重-抽穗期干重；

物质转运对产量的贡献率（CTA，%）=（抽穗期茎叶干重-成熟期茎叶干重）/成熟期稻谷重；

抽穗后同化对产量的贡献率（CPA，%）=（成熟期干重-抽穗期干重）／成熟期稻谷重。

1.2.4  数据分析

数据采用Excel 2007和DPS 6.5等统计软件进行分析处理。

2  结果与分析

2.1  直播稻与移栽稻生育进程的差异

图1是直播稻和移栽稻的叶龄进程。由图可见，5月26日移栽稻平均叶龄值是3.7，直播稻平均叶龄值是1.5，6月8日直播稻的叶龄值达到3.5。6月13日之前，直播稻生长速度与移栽稻基本相同，6月13日，两者叶龄最大相差2.5片叶。6月16日直播稻平均叶龄值达到4.5，之后直播稻生育进程明显加快，到7月2日叶龄值为7.7，与移栽稻叶龄值仅相差1.1。以上结果表明，直播稻进入到3.5叶期后生育进程明显加快。

图 1  直播稻与移栽稻叶龄进程的差异

表3是直播稻和移栽稻主要生育期时间对比。由表中可以看出，移栽稻在苗床上于4月23日出苗，直播稻田间于5月21日出苗，直播稻出苗日期比移栽稻晚28 d；直播稻和移栽稻在田间叶龄值达到3.5（移栽稻插秧的秧龄期）时的日期相差13  d；进入幼穗分化期的日期只相差8 d；而到成熟期的日期仅相差5 d。养分管理对直播稻和移栽稻生育进程的影响基本一致，在两种种植模式下，优化施肥均比习惯施肥处理提早2～3 d成熟。

表3 直播稻和移栽稻生育期对比（月/日）

表4中的结果显示，直播稻比移栽稻全生育期减少22～23 d，其中从出苗到幼穗分化期所用时间减少20 d，其原因是直播稻没有移栽稻从插秧至返青的过程，水稻不伤根系，无需缓苗。幼穗分化期到拔节期和拔节期到抽穗期直播稻与移栽稻天数相当，而抽穗到成熟直播稻比移栽稻少2～3 d。由此可见，直播稻全生育期的缩短主要是在幼穗分化期前，表现为营养生长期的缩短。

2.2  直播稻与移栽稻茎蘖消长动态

    从图2可见，移栽稻于5月30日（叶龄值4.5）开始出现分蘖，6月4日后分蘖迅速增加，6月25日达到最大分蘖期。直播稻于6月13日（叶龄值

表4 直播稻与移栽稻各生育阶段天数（d）

 4.2）开始出现分蘖，随后茎蘖数直线上升，7月2日达到最大分蘖期。从分蘖动态可以看出，直播稻与移栽稻相比，优化施肥分蘖日平均增长量分别为29.5和 24.9个·m^-2；习惯施肥分蘖日平均增长量分别为32.4和 27.8个·m^-2，直播稻比移栽稻分蘖日平均增长多4.7个·m^-2。由于直播稻分蘖发生早，分蘖节位低，分蘖优势强，达到最大分蘖期所用时间较移栽稻缩短7 d。

习惯施肥基蘖肥施氮量较多，有效分蘖临界期前茎蘖数增长明显加快，而到最大分蘖期后茎蘖消亡数量显著增加，P1F1和P1F2分蘖日平均消亡量分别为6.1和 4.6个·m^-2，P2F1和P2F2分蘖日平均消亡量分别为4.1和 3.0个·m^-2，习惯施肥比优化施肥分蘖日平均消亡量多1.49和1.13个·m^-2。表明，优化施肥减少基蘖肥氮的施用量，可有效控制无效分蘖发生。

2.3  直播稻与移栽稻分蘖成穗率

水稻群体分蘖成穗率是水稻群体质量的重要指标，在合理群体下，穗数稳定、成穗率高的群体有利于改善冠层结构和群体质量，改善中后

图2   直播稻与移栽稻茎蘖消长动态

期群体光照条件，延长功能叶寿命，提高抽穗期后群体光合效率，增加抽穗到成熟干物质积累。因此，更高的成穂率是保证水稻群体健康的前提指标。

    从表5的结果可见，尽管由于播种后持续低温降雨天气，使得起垄直播的基本苗数低于移栽稻48%（P<0.05），导致起垄直播的最高茎蘖数低于移栽稻18.8%。 但直播的分蘖成穗率分别较移栽稻高5.32个百分点（P<0.05）。这是因为直播稻具有较好的根系性状以及施用粒肥，使直播稻抽穗后形成更好的群体结构。

表5   直播稻与移栽稻分蘖成穂率

2.4  直播稻与移栽稻的干物质积累与分配

2.4.1 直播稻与移栽稻的干物质积累动态

水稻生物产量是经济产量的基础，若要获得可观的经济产量, 必须以适宜的生物产量为前提，因此掌握水稻干物质积累规律，对于调控水稻经济产量具有重要意义。

降趋势，而直播稻趋于稳定，没有下降。以上结果表明，与移栽稻相比，直播稻前期能保持根系生长健壮，再加上施用粒肥，有效防止后期叶片早衰，保证源的充足。而整个生育期干物质

积累均是移栽高于直播，主要是出苗前低温冷害

及持续降雨造成直播稻基本苗不足，使单位面积

穗数不及移栽稻所致。

2.4.2  干物质在不同器官中的分配

图3  不同栽培方式的水稻干物质积累动态

不同栽培方式对水稻干物质积累及分配的影响见表6。水稻叶片干重在幼穗分化期-抽穗期迅速增长，而后缓慢下降，抽穗期叶片干物重达到最大。在幼穗分化期，直播稻叶干物质积累量比移栽稻低0.34 t·hm^-2，但从幼穗分化期到抽穗期直播稻的叶干重增加了1.11 t·hm^-2，移栽

稻增加了0.86 t·hm^-2，增加了29%（P﹤0.05），

说明水稻直播有利于孕穗期叶生长，保证叶源储备。抽穗后，水稻的叶干重开始下降，从抽穗期至抽穗后30 d，移栽稻的叶干重减少0.78 t·hm^-2，直播稻的叶干重减少了0.56 t·hm^-2，直播稻叶干重的下降量比移栽低28%（P﹤0.05）。说明直播稻在始穗期追肥能延缓叶片衰老，提高抽穗后期的水稻光合生产能力。

水稻茎干重在幼穗分化期-抽穗期迅速增

长，抽穗期-抽穗后15 d缓慢增长，而后缓慢下降。至抽穗后30 d，直播稻比移栽稻提高3.0%，到成熟期，直播稻较移栽稻提高6.8%（P﹤0.05）。直播稻茎秆在后期能够有较多的干物质积累，说明直播稻在始穗期施肥，可以保证水稻在抽穗后有较充足的养分供应，使其有较强的光合生产能力，保证有足够的光合产物输入茎秆。

水稻穗干重表现为幼穗分化期-抽穗后30 d移栽稻高于直播稻，成熟期基本保持一致。在幼穗分化-抽穗期、抽穗期-抽穗后15 d、抽穗后15d-抽穗后30 d水稻穗的阶段积累均表现为移栽稻高于直播稻。但在抽穗后30 d-成熟期穗的阶段积累量则表现为直播稻较移栽稻增加了60%（P<0.01），这说明，直播稻根系发育较好，能够保证后期籽粒干物质积累量。

表6  水稻各器官干物质的积累与分配 （单位t·hm^-2）

表8中，大田对比试验的直播稻与移栽稻产量基本持平。从产量构成因子分析可知，移栽稻穗数显著多于直播稻，每平方米穗数比直播稻多112个（P﹤0.01）；但直播稻的穗粒数多于移栽稻，平均每穗多27.5粒（P﹤0.01）；直播稻千粒重比移栽稻低了0.23 g；结实率比移栽稻增加3.9个百分点（P﹤0.05）。前锋农场大田示范的平均产量达到9 t·hm^-2，这相当于黑龙江省当年移栽稻较高的产量水平。以上结果表明，通过优化养分管理，寒地直播稻可以达到移栽稻的平均产量水平。

3  讨论与结论

寒地直播稻能否安全成熟是许多学者都极为关注的问题。本试验结果表明，直播稻出苗日期比移栽稻晚28 d，但因直播稻没有插秧及移栽返青期，所以两者在田间叶龄值同为3.5时相差13 d，而到幼穗分化期时只相差8 d，到成熟期时仅相差4~5 d，可以安全成熟。直播稻全生育期较移栽稻缩短23 d，主要是幼穗分化期前营养生长期的缩短，这主要是直播稻的根系发育较好，使水稻营养生长进程加快，这与姚义等的结论基本一致^[19-21]。当然，对寒地直播稻安全成熟的问题还需进一步研究。

关于直播稻营养生长期缩短与直播稻产量的关系，各研究者观点不一。郑洪帧认为，植物营养生长与生殖生长相互依存，营养生长期缩短，不利于植株后期生殖生长，因此难以高产^[22]。潘典进等则认为，直播稻生育期缩短，主要是营养生长期缩短，而生殖生长期并不缩短，即幼穗分化到灌浆结实期并不缩短，而决定穗型大小的幼穗分化期和决定粒重、结实率的灌浆成熟期则相对较稳定^[23]。已有研究证明，水稻籽粒产量80%以上来自抽穗后光合作用，其余来自抽穗前积累在叶鞘和茎秆中的贮藏物，所以人们更注重抽穗后物质生产能力的提高^[24-25]。由于2014年春季低温多雨，直播稻于4月28日播种后遇到持续低温降雨。另外，由于大田整地不平，排水不畅，旱直播的种子一直浸泡在水中，至出苗期前后持续将近一个月，这导致种子不同程度遭到破坏，未出苗种子直接烂于地中，出苗种子也有相当一部分前期个体纤弱，生长发育迟缓，造成基本苗不足，后期田面水稻长势各处不均匀。大田对比试验结果表明，以"前氮后移"为核心的养分管理能够显著提高寒地直播稻抽穗后的光合生产能力，抽穗后具有较高的物质同化量，可加快籽粒灌浆速度，使直播稻穗粒数和结实率都显著高于移栽稻而弥补了穗数的不足，这与我们在移栽稻上的研究结果一致^[26]。

微区试验结果表明，与移栽稻相比，直播稻分蘖发生早，分蘖势强，分蘖增长快。但直播稻分蘖成穗率低于移栽稻，这除与直播稻本身分蘖发生规律有关外，还与6月25日喷除草剂产生的药害有关。因当时直播稻还未到最大分蘖期，除草剂对直播稻分蘖产生一定抑制作用，导致最终有效穗数少于移栽稻，最终影响产量。大田对比试验移栽稻的收获穗数每平方米较直播稻多112个，这除了水淹影响出苗外，主要还由于直播稻生育前期苗龄较小，除草剂使用不当草害严重，造成分蘖数不足所致。以上结果也说明，在直播稻栽培中如何控制草害并加强苗期管理是急需研究解决的问题。

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