直接播种与移栽再生稻在产量和氮利用效率方面的比较

《Field Crops Research》：Comparison between direct-seeded and transplanted ratoon rice in grain yield and nitrogen use efficiency

再生稻直接播种与移栽的产量及氮素利用效率比较显示，主季直接播种减产11.4%主要因收获指数低，再生季FLYX1品种产量相当而HLY898减产9.7%主因总干物质减少。研究强调品种选择对系统效能的关键作用。

　　

向洪顺|尹家琦|傅一凡|杨国东|朱金娟|周长才|王慧萍|张新晨|于星|袁申|黄建良|熊东亮|彭少兵

中国华中农业大学植物科学技术学院，长江中游作物生态生理与农学系统国家重点实验室洪山实验室，作物遗传改良国家重点实验室，武汉430070

摘要

[背景]

发展直接播种的再生稻（DS-R）在进一步减少水稻生产中的劳动力需求和农业投入方面具有巨大潜力。

[研究问题]

然而，关于DS-R与移栽再生稻（TP-R）在产量和氮利用效率（NUE）方面的差异，目前可用的信息有限。

[方法]

2022年和2023年进行了田间试验，以研究在不同氮（N）处理条件下，FLYX1和HLY898品种的作物建立对产量形成和氮利用效率的影响。结果显示：DS-R的主作物产量范围为5.94吨/公顷至9.58吨/公顷，比TP-R低11.4%，这主要是由于2022年结实率较低、2023年每穗小穗数较少，以及两年间收获指数、总氮吸收量（TNU）和氮回收利用效率（RE）均较低。在再生季作物中，FLYX1的产量为3.54–6.03吨/公顷，与TP-R相当；而HLY898的产量为2.61–5.08吨/公顷，比TP-R低9.7%。HLY898的产量下降主要是由于每平方米穗数减少、再生能力下降、总干物重下降以及抽穗后的生长速率下降，这些都与TNU和RE的降低有关。总体而言，除了零氮处理外，不同氮处理对产量和氮利用效率没有一致且显著的影响。

[结论]

我们的结果表明，DS-R降低了主作物的产量和氮利用效率，而FLYX1在再生季作物中可以避免这种下降。

[意义]

鉴于不同品种对作物建立方式的产量和氮利用效率的反应存在差异，选择合适的品种对于提高DS-R系统的产量和氮利用效率至关重要。

引言

再生稻是一种通过一次种植获得两次收成的高效水稻栽培系统（Peng等人，2023年）。与单季稻和双季稻相比，再生稻具有更高的年产量、更低的生产成本、更高的资源利用效率和更低的温室气体排放强度（Yuan等人，2019年；Saito等人，2024年）。因此，随着全球变暖，再生稻受到越来越多的关注，其潜在种植面积预计将进一步扩大（Yu等人，2022b年）。然而，劳动力短缺和生产成本上升继续挑战着全球农业生产（Gaihre等人，2020年；Saber等人，2020年），因此需要采用成本效益高的作物管理措施来种植再生稻。在这种情况下，直接播种作为一种替代移栽的方法，有助于进一步提高再生稻系统的生产效率（Chen等人，2018年）。 当主作物的建立方式从移栽改为直接播种时，由于省去了育苗和移栽环节，劳动力和农业投入显著减少（Zhang等人，2022年）。多项研究比较了直接播种再生稻（DS-R）和移栽再生稻（TP-R）的产量表现，但结果并不一致。例如，Dong等人（2017b年）和Chen等人（2018年）报告称，采用湿播种方式的DS-R在主作物和再生季作物的产量上可与TP-R相当。然而，Zhang等人（2012年）的研究结果表明，DS-R在两种作物中的产量均低于TP-R，主要是由于每穗小穗数较少。此外，Liu（2011年）指出，DS-R在主作物和再生季作物中的产量下降是由于每穗小穗数和每平方米穗数的减少。这种不一致性可能与不同研究中的基因型和实验条件有关（Ladha，2005年；Jat等人，2022年）。因此，了解DS-R和TP-R在产量形成过程中的差异对于合理采用这种成本效益高的作物建立方法至关重要。 直接播种稻与移栽稻在生物量积累和分配以及养分动态方面存在差异（Ladha等人，2005年；Farooq等人，2011年）。通常，由于没有移栽带来的冲击，直接播种稻的生长周期较短，但幼苗密度更高，营养生长期间的生长速率也更快（Zhang等人，2018年；Wang等人，2022年）。此外，先前的研究表明，直接播种稻的拔节前生物量积累占成熟期总干物重（TDW）的70%，对产量的贡献为30–40%，而移栽稻的相应数值通常低于60%和30%（Dingkuhn等人，1991年；Mahajan和Chauhan，2016年；Liu等人，2020年）。这种生物量积累模式的差异可能导致两种作物建立方式在氮（N）吸收动态上的差异。例如，Peng等人（1996年）报告称，拔节期时直接播种稻吸收的氮比移栽稻多8–20%。然而，直接播种稻的这些优势往往被其拔节后的生长速率和氮吸收能力较差所抵消，这可能导致其收获指数（HI）和产量低于移栽稻（Yadav等人，2014年；Liu等人，2015年）。 由于再生稻是从主作物的残茬中再生的，并依赖于残茬中的生物量和氮的转移，因此直接播种稻与移栽稻在产量形成和氮积累方面的差异如何影响再生稻的整体表现尚不清楚。更重要的是，尽管许多研究已经探讨了单季稻和双季稻中直接播种与移栽稻在氮利用效率（NUE）方面的差异（Ishfaq等人，2020年；Singh等人，2007年；Xu等人，2022年），但关于作物建立方式如何影响再生稻中主作物和再生季作物的氮利用效率知之甚少。因此，本研究的目标是：（1）比较DS-R和TP-R之间的产量和氮利用效率；（2）确定两种建立方式在生物量积累、氮吸收和产量形成方面的差异；（3）量化残茬对再生季作物生物量和氮积累的贡献。

地点描述

试验于2022年和2023年在中国湖北省蕲春县九浦村（30° 23′ N, 115° 43′ E）的农民田地进行。该研究地点位于长江中下游地区，属于亚热带季风气候，年平均气温约为17.5°C，年降水量约为1400毫米。在该县，再生稻是主要的种植系统，通常在3月至10月间种植。土壤类型为粘土...

气候条件

两年间，主作物和再生季作物的日最高温度、最低温度以及太阳辐射量存在小幅差异（图1和表S1）。然而，2023年的整个生长季节（主作物和再生季作物合计）降水量比2022年多239.7毫米，主要差异发生在主作物的分蘖期和再生季作物的拔节期。

产量和产量构成

在主作物中，产量存在显著差异...

讨论

在我们的研究中，DS-R的年产量为12.98–14.97吨/公顷，总氮投入为240–270公斤/公顷，这与Chen等人（2018年）在同一地区报告的结果（11.51–14.94吨/公顷）一致。DS-R的主作物平均产量比TP-R低11.4%，这主要是由于两年间收获指数（HI）持续较低。这些结果表明，DS-R在主作物中的产量表现较差主要是由于氮分配效率低下...

结论

将作物建立方式从移栽改为直接播种是促进再生稻生产可持续发展的有效策略。我们的结果显示，与TP-R相比，DS-R使主作物的产量降低了11.4%，主要是由于收获指数较低。然而，在再生季作物中，只有HLY898的DS-R产量显著低于TP-R，这归因于总干物重（TDW）的显著减少。

CRediT作者贡献声明

王慧萍：撰写、审稿与编辑。 熊东亮：撰写、审稿与编辑。 向洪顺：撰写、初稿撰写、可视化、方法学设计、调查、数据分析、概念化。 彭少兵：撰写、审稿与编辑、监督、方法学设计、资金获取、数据分析、概念化。 尹家琦：方法学设计、调查。 袁申：概念化。 黄建良：撰写、审稿与编辑。 朱金娟：撰写、审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2022YFD2301000）、国家自然科学基金（32401949）、中国博士后科学基金（2023M741300）、中国博士后科学基金博士后奖学金（GZC20240568）以及湖北省博士后创新人才培训计划（2024HBBHCXB034）的支持。