优化播种量和秧龄提高寒地水稻钵盘毯式育苗的秧苗质量、抗倒伏性和产量

《Food and Energy Security》：Optimizing Seeding Rate and Seedling Age Enhances Seedling Quality, Lodging Resistance, and Yield in Cold-Region Rice Production Using Pot-Tray Mat Seedling

　　

播种量（seeding rate）和秧龄（seedling age）是影响水稻秧苗质量、抗倒伏性（lodging resistance）和籽粒产量（grain yield）的关键栽培因子。近年来，钵盘毯式育苗技术（pot-tray mat seedling technique）在长江中下游地区展现出培育壮苗和增产的巨大潜力。然而，在热资源有限的寒地水稻生产系统中，该技术内播种量与秧龄的交互作用对综合秧苗质量、抗倒伏性和籽粒产量的影响尚不明确。为解决这一问题，研究人员以寒地粳稻品种龙垦2021（Longken 2021）为材料，以常规毯式育苗（conventional mat seedling）为对照（CK），进行田间试验。设置4个播种量（60、80、100和120?g tray^-1，分别记为R1、R2、R3和R4）与3个秧龄（35、40和45天，分别记为A1、A2和A3）组合。结果表明，与常规CK相比，钵盘毯式育苗方法显著改善了秧苗质量，低播种量长秧龄组合（R1A3）的茎基宽和秧苗充实度分别较CK提高45.8%–46.2%和11.8%–19.0%。在抗倒伏性方面，钵盘毯式育苗方法改善了茎秆力学特性，中播种量中秧龄处理（R2A2和R3A2）的截面模量（section modulus）较CK提高16.5%–24.4%，倒伏指数（lodging index）降低15.2%–22.2%。在籽粒产量方面，中播种量中秧龄处理（R2A2和R3A2）获得最高产量，较CK增产9.2%–24.2%。尽管低播种量提高了秧苗质量，但基本苗不足导致有效穗数减少，限制了产量潜力。综上所述，在寒地水稻钵盘毯式育苗系统中，低播种量配合长秧龄有利于培育壮苗，而中播种量配合中秧龄则能更好地平衡秧苗活力与群体生长结构，从而显著增强茎秆抗倒伏性并提高籽粒产量。因此，综合考虑秧苗质量、抗倒伏性和产量表现，推荐中播种量配合中秧龄作为寒地水稻钵盘毯式育苗的优化策略，为高产抗逆栽培提供理论依据和技术支撑。

**论文解读：优化播种量与秧龄协同提升寒地水稻钵盘毯式育苗的秧苗质量、抗倒伏性与产量**

**研究背景与问题提出**

水稻是全球半数以上人口的主粮，其稳定生产对粮食安全至关重要。在中国，水稻约占粮食作物总播种面积的34%，贡献约40%的粮食总产量。然而，在人口增长和耕地资源有限的压力下，持续提高水稻单产与抗逆性仍是农业生产面临的核心挑战。黑龙江省作为中国最大的商品粮基地和主要粳稻产区，其独特的生态条件表现为热资源有限、水稻生育期短。长期应用常规机插毯式育苗技术导致秧龄弹性小、秧苗素质差，致使移栽后缓苗期长、群体质量不佳，后期茎秆倒伏风险显著增加。倒伏不仅造成20%–50%的产量损失，还严重降低机械收获效率，成为制约寒地水稻产量与品质协同提升的关键瓶颈。因此，探索协同增强抗倒伏性与产量潜力的栽培途径具有重要实践意义。

水稻倒伏是植株形态结构、茎秆力学特性、化学成分及环境因素相互作用的复杂结果，其中茎倒伏最为普遍。培育壮苗是构建高产抗倒群体的首要步骤。播种量与秧龄是影响秧苗质量的两个关键栽培因子，其调控效应已受到广泛关注。适当降低播种量可为秧苗提供充足的生长空间和养分，有利于培育茎基粗壮、根系发达、干物质积累高的健壮秧苗；适宜的秧龄则能确保移栽后快速恢复并建立高效光合群体。近期研究表明，播种量通过调控秧苗碳氮代谢和抗氧化系统，不仅影响移栽初期秧苗的成活率，还持续影响成熟期茎秆结构碳水化合物（如纤维素和木质素）的积累，从而间接决定抗倒伏能力。然而，关于秧龄如何影响水稻茎秆抗折力的研究仍有限，多数研究集中于播种量或秧龄的单独效应，目前尚缺乏对这两个因子如何交互影响寒地水稻秧苗质量和茎秆抗倒伏性的系统解释，这构成了研究空白。

为克服常规毯式育苗的弊端，近年发展的钵盘毯式育苗技术整合了钵盘育苗和毯式育苗用于机械移栽的优势，具有播种量更低、秧龄弹性更大、机插伤根少等特点，在长江中下游地区已展现出培育壮苗和增产的显著潜力。实现该技术优势强烈依赖于播种量与秧龄的协同配置：播种量过低可能影响成毯，导致缺苗；过高则加剧株间竞争，削弱技术优势；秧龄过短导致抗逆性差，过长则引起秧苗老化、移栽后恢复能力下降。前期研究已探索了长江中下游地区钵盘毯式育苗的最优播种量与秧龄配置，但寒地稻区热资源更受限、早春低温频繁、移栽窗口严格受限，秧龄与播种量的交互作用是否以相同方式影响产量和抗倒伏性尚不清楚，因此需要区域验证与参数优化。

**研究内容与结论**

本研究为填补上述研究空白、满足寒地稻区高产抗倒生产的实际需求，以当地主推寒地粳稻品种龙垦2021为材料，采用钵盘毯式育苗方法，设置4个播种量（60、80、100、120?g tray^-1，记为R1、R2、R3、R4）与3个秧龄（35、40、45天，记为A1、A2、A3）进行交互试验，旨在系统阐明：（1）播种量与秧龄交互作用对寒地水稻钵盘毯式育苗秧苗质量（形态和生理）的调控效应；（2）播种量与秧龄交互作用对成熟期水稻茎秆抗倒伏特性（形态、力学和化学）的调控效应；（3）播种量与秧龄交互作用对水稻产量及其构成因素的调控效应。研究为寒地水稻高产抗逆栽培提供理论依据和技术途径。

**主要关键技术方法**

本研究于2023–2024年水稻生长季在黑龙江省佳木斯市建三江七星农场（47°27′5″ N, 132°65′ E）典型稻田进行。土壤类型为黑土，耕层（0–20 cm）有机质含量30.87 g kg^-1，全氮8.7 g kg^-1，碱解氮65.1 mg kg^-1，速效磷2.7 mg kg^-1，速效钾101.4 mg kg^-1。采用钵盘毯式育苗，以当地常规毯式育苗为对照（CK，播种量120 g tray^-1，播种期4月11日，移栽期5月11日，秧龄30天）。所有处理移栽密度为12 cm × 30 cm，小区面积4.0 m × 4.0 m，三次重复。氮肥施用量120 kg ha^-1，基肥:蘖肥:穗肥比例为4:3:3；磷钾肥作为基肥一次施用，施用量分别为50 kg P₂O₅ ha^-1和80 kg KCl ha^-1。水深管理按前期浅水层（5–10 cm）、适时晒田、后期干湿交替原则进行。主要测定了秧苗形态指标（叶龄、苗高、茎基直径、白根数、干物质重）、生理酶活性（超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT、丙二醛MDA）、茎秆形态与力学指标（株高、重心高度、节间长度、折断力、截面模量、弯曲应力、倒伏指数）、茎秆化学指标（非结构碳水化合物NSC：可溶性糖和淀粉；结构碳水化合物SC：木质素和纤维素），以及成熟期产量及其构成因素（有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重、实际产量）。数据采用Microsoft Office Excel 2021整理，IBM SPSS Statistics 28.0进行方差分析（LSD法），Mantel检验用于相关性分析。

**研究结果**

**3.1 秧苗质量**
年份、播种量、秧龄对秧苗的苗高、叶龄、茎径、根数、干物质重的效应均极显著（p<0.01），三因素交互作用对苗高、干物质重、根冠比、秧苗充实度效应显著（p<0.05）。播种量与秧龄的交互作用对苗高、干物质重、秧苗充实度效应极显著（p<0.01），且低播种量下延长秧龄对秧苗质量的促进效应更明显。所有钵盘毯式育苗处理的秧苗质量指标均显著优于对照CK。低中播种量长秧龄处理的茎基直径显著增大，其中低播种量长秧龄组合（R1A3）的茎基宽较CK高45.8%–46.2%。R1A3和R2A3处理的白根数、地上部干重、根系干重表现最佳，如2023年R1A3的白根数较CK增加119%。关于抗氧化酶活性，R1A2的SOD活性较CK高12.3%，R1A3和R2A3的POD活性分别较CK提高30.7%和29.3%，R1A3的CAT活性较CK提高33.9%。R1A3的MDA含量较CK降低55.4%。综上，降低播种量并适当延长秧龄可协同改善秧苗质量，R1A3和R2A3在茎基直径、干物质积累和根系发育方面表现突出。

**3.2 水稻抗倒伏性**
**3.2.1 形态特征**
播种量和秧龄对株高、穗颈节高度、重心高度的效应极显著（p<0.01），对植株鲜重和穗重的效应也显著（p<0.05）。播种量主效应对株高和穗颈节高度极显著（p<0.01），但播种量与秧龄的交互效应不显著，表明植株形态主要受播种量单独调控。与CK相比，多数钵盘毯式育苗处理显著优化了植株形态。2023年R2A2的穗颈节高度较CK低9.9%，重心高度较CK低7.2%。表明降低播种量并适当增加秧龄可优化穗部性状并降低植株重心，从而增强抗倒伏性。

**3.2.2 力学指标**
与CK相比，R2A2和R3A2处理的截面模量、弯曲应力和折断强度分别提高16.5%–24.4%、3.6%–8.1%和23.7%–29.6%。R2A2处理的全株弯矩和折断点至顶部鲜重较CK增加0.9%–6.5%和3.4%–5.6%，而折断点至顶部茎长较CK降低3.8%–4.4%。R2A2和R3A2处理的倒伏指数较CK显著降低15.2%–22.2%。表明适当降低播种量配合中秧龄可系统改善茎秆力学结构，显著降低倒伏风险。

**3.2.3 茎秆和叶鞘非结构碳水化合物含量**
与CK相比，低中播种量中秧龄处理（R1A2、R2A2）的茎秆可溶性糖和淀粉含量增加0.3%–22.4%，叶鞘增加3.7%–73.9%。高播种量下可溶性糖含量与CK无显著差异。淀粉含量在茎秆中增加显著（8.3%–23.7%），叶鞘中增加较小（11.9%–19.7%）。表明降低播种量并适当延长秧龄可协同增加茎鞘可溶性糖和淀粉含量，有效协调光合产物的积累与分配。

**3.2.4 茎秆和叶鞘结构碳水化合物含量**
与CK相比，低中播种量中秧龄处理的茎秆木质素含量增加0.4%–10.5%，叶鞘增加1.3%–10.7%；纤维素含量茎秆增加3.6%–22.4%，叶鞘增加4.2%–28.1%。高播种量长秧龄下纤维素积累较低。表明降低播种量并适当延长秧龄可有效促进茎秆结构碳水化合物合成，增强机械强度，提高抗倒伏性。

**3.3 产量及其构成因素**
年份、播种量、秧龄及其交互作用对产量和产量构成因素效应极显著（p<0.01）。中播种量中秧龄处理（R2A2、R3A2）的产量表现最佳，显著优于CK。2023年R3A2产量达9.9 t ha^-1，较CK增产13.8%；2024年达11.3 t ha^-1，增产24.2%。R2A2处理两年产量分别为9.5和11.0 t ha^-1，增产9.2%和20.9%。在产量构成因素方面，R3A2的有效穗数较CK高6.0%–6.8%，R2A2和R3A2的每穗粒数较CK高7.8%–8.3%，结实率较CK高3.0%–3.3%，千粒重较CK高4.3%–4.7%。中播种量中秧龄处理系统优化了穗粒结构，增强了灌浆充实，有效协调了群体与个体的生长发育，从而显著提高了籽粒产量。

**3.4 相关性分析**
Mantel检验显示，秧苗充实度与苗高、叶龄显著相关（p<0.05）；倒伏指数与折断强度、截面模量、木质素、纤维素含量显著相关（p<0.05），与重心高度、折断点至顶部鲜重极显著相关（p<0.01）；籽粒产量与每穗粒数、结实率、可溶性糖和淀粉含量极显著相关（p<0.01），表明增加茎秆机械强度、降低重心高度是增强抗倒伏性的关键，而库容与源供应强度的协同是调控籽粒产量的主要因素。

**讨论总结与结论翻译**

**讨论总结**
本研究表明，在寒地稻区采用钵盘毯式育苗方法能显著改善秧苗质量，低播种量长秧龄组合（R1A3、R2A3）在茎基宽、白根数、干物质积累及抗氧化酶活性方面表现突出，但高播种量下随秧龄延长秧苗质量下降。抗倒伏性方面，中播种量中秧龄处理（R2A2）的茎秆弯曲应力和截面模量最佳，倒伏指数较CK降低1.9%–21.6%，这归因于钵盘毯式育苗机插伤根少、移栽后生长稳定，促进茎秆发育。茎秆非结构碳水化合物和结构碳水化合物含量随播种量和秧龄增加呈先增后减趋势，低中播种量保证了充足的光照和养分，促进了茎秆增粗和维管束发育。产量方面，中播种量中秧龄处理（R2A2、R3A2）产量较CK增产8.0%–24.2%，有效协调了有效穗数与每穗粒数的矛盾，同时提高了结实率和千粒重。低播种量虽提高秧苗质量但基本苗不足导致有效穗数少，限制了产量潜力。本研究存在局限性：对照处理在育苗方法、播种期和秧龄上与钵盘处理不同，未来需设置相同播种期和秧龄但不同育苗方法的对照；仅使用一个品种，未来需纳入多个代表性品种以扩大结论适用性。

**研究结论**
本研究结果表明，播种量与秧龄的交互作用显著影响秧苗质量、抗倒伏性和籽粒产量，且与当地常规毯式育苗相比，钵盘毯式育苗方法下所有性状均得到改善。低播种量长秧龄组合更有利于培育壮苗，具体表现为：与CK相比，R1A3等处理的茎基宽和POD活性分别提高45.8%–46.2%和29.3%–30.7%，体现在茎基直径更大、秧苗充实度更高、抗氧化能力增强。高播种量下，秧苗质量随秧龄延长而下降。水稻抗倒伏性受植株形态、茎秆力学特性和化学成分共同调控。中播种量中秧龄处理下，株高较低，弯曲应力和截面模量较大，倒伏指数较CK降低1.9%–21.6%，表现出强抗倒伏性。钵盘毯式育苗处理的籽粒产量显著高于常规毯式育苗处理，中播种量中秧龄组合获得最高产量，较CK增产9.2%–24.2%。有效穗数随播种量增加而增加，而每穗粒数在中秧龄下较高；结实率和千粒重在各处理间无显著差异。总体而言，低播种量长秧龄提高了秧苗质量，但基本苗不足导致有效穗数少，限制了产量潜力；中播种量中秧龄在抗倒伏性和籽粒产量之间取得了更好平衡。因此，综合考虑抗倒伏性和产量表现，推荐在寒地水稻生产中采用钵盘毯式育苗方法，配合中播种量（80?g tray^-1和100?g tray^-1）和中秧龄（40天），以协同实现培育壮苗和促进高产抗倒的双重目标。