羅艷萍,韋 巧,侯 玲,羅冬玉,李洪菊,潘典進(jìn),周家華,張新林,羅文清,吳吉平
(1.荊門(中國農(nóng)谷)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,湖北 荊門 448000;2.荊門市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,湖北 荊門 448000)
巨型稻是中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所培育的具有高生物量、高株型、強(qiáng)分蘗能力的新型水稻品類。目前在湖南、廣西、重慶、四川等地有引種栽培,主要運(yùn)用于稻漁綜合種養(yǎng)[1-3]、適宜性栽培[4,5]、秸稈飼用[6]等方面。湖北省荊門市自2018 年開始引種栽培,適宜性表現(xiàn)良好,有利于蝦稻種養(yǎng)模式的優(yōu)化?;诖耍驹囼?yàn)研究分析不同栽培密度和行距下巨型稻田間溫度、光環(huán)境變化的影響,為其在當(dāng)?shù)氐耐茝V運(yùn)用提供科學(xué)依據(jù)。
試驗(yàn)于2019 年5—10 月在荊門(中國農(nóng)谷)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院屈家?guī)X基地進(jìn)行。以巨型稻豐超6 號(hào)為供試材料,種子由中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所提供,試驗(yàn)田為空閑田,土壤類型為壤土,檢測(cè)土壤養(yǎng)分狀況為堿解氮64.45 mg/kg、速效磷27.8 mg/kg、速效鉀145.85 mg/kg、全氮 0.71 g/kg、全磷 0.82 g/kg、全鉀 5.87 g/kg、有機(jī)質(zhì) 20.39 g/kg、pH 7.31。于 5 月20 播種,6 月 20 日移栽,9 月 29 日收獲,田間管理均勻一致,與當(dāng)?shù)卮竺娣e雜交水稻栽培的肥水、病蟲害防治措施相同。
以栽培密度和行距為試驗(yàn)因子,采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)(表1),水平間距為12 000 穴/hm2,水平行距為10 cm。試驗(yàn)共設(shè)13 個(gè)處理組合,不設(shè)重復(fù),每個(gè)處理小區(qū)面積30 m2,具體處理組合見表2。
表1 試驗(yàn)因子和水平
表2 試驗(yàn)各處理組合
分蘗末期采用TES-1310 數(shù)顯溫度計(jì)(臺(tái)灣泰仕TES 電子工業(yè)股份有限公司)、Digital Lux Meter AS823 數(shù)字照度計(jì)(希瑪電子有限公司)測(cè)定早晨(8:00—9:00)、中午(11:00—12:00)、下午(16:00—17:00)水稻植株上層(離地200 cm)、下層(離地10 cm)的溫度、光照度,每層測(cè)定5 次。收獲時(shí),每個(gè)處理小區(qū)測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。
數(shù)據(jù)采用Excel 2018 和Design Expert 10.0 軟件進(jìn)行整理和分析。
由圖1、圖2 可知,大部分處理組合巨型稻植株在早晨 8:00—9:00 和下午 16:00—17:00 的上層溫度和下層溫度差異不大,分別在26.6~27.2 ℃、26.8~27 ℃和 26.0~26.6 ℃、26.0~26.4 ℃,僅處理 4 早晨8:00—9:00 上下層溫度較低,分別為 25.8、26.0 ℃,與同時(shí)段其他處理溫度相差近1 ℃。在中午11:00—12:00 各處理間上下層溫度各有不同,其中,處理9—13 上下層溫度較高,分別為33.0~33.2 ℃和 32.8~33.0 ℃;處理3、4、6、8 上下層溫度相對(duì)較高,分別為32.0~32.4 ℃和 31.6~32.6 ℃;處理 1、2、7 上下層溫度較低,分別為31.4~31.8 ℃和31.2~31.8 ℃。表明栽培密度和行距對(duì)豐超6 號(hào)上下層溫度的影響主要是在中午 11:00—12:00,且密度越小,行距越大,則通透性越好,上下層溫度越低。
由圖3、圖4 可知,各處理植株上層光照度在早晨和下午不同,而中午比較一致,光照度分別為30 294~39 059 lx、48 524~65 068 lx和83 552~85 866 lx。下層光照度在早晨、中午和下午都不一致,光照度分別為388~884 lx、1 577~4 832 lx 和178~613 lx。這可能是測(cè)定時(shí)云層的變化導(dǎo)致上層光照度的變化差異,而下層光照條件比較穩(wěn)定,所以光照度比較一致??傮w而言,栽培密度越小,行距越大,則透光越多,下部光照度越大。
圖1 不同時(shí)段下各處理巨型稻植株的上層溫度
圖2 不同時(shí)段下各處理巨型稻植株的下層溫度
圖3 不同時(shí)段下各處理巨型稻植株的上層光照度
圖4 不同時(shí)段下各處理巨型稻植株的下層光照度
2.2.1 數(shù)學(xué)模型的建立與檢驗(yàn) 對(duì)各處理組合實(shí)際產(chǎn)量(表3)進(jìn)行回歸分析,得出豐超6號(hào)產(chǎn)量(y?)與密度(x1)、行距(x2)的二次方程為y?=8 563.23+939.20x1-828.52x2+109.50x1x2-445.16x12+ 46.05x22。經(jīng)失擬性檢驗(yàn),F(xiàn)=46.35,P=0.001 5<0.05,方程決定系數(shù)R2=0.773 9,F(xiàn)=4.79,P=0.031 9<0.05,方程顯著,說明栽培密度(x1)、行距(x2)2 個(gè)因素對(duì)產(chǎn)量(y?)有顯著影響,該二次模型可作為巨型稻豐超6 號(hào)實(shí)際栽培中產(chǎn)量預(yù)測(cè)和制定栽培方案時(shí)參考使用。
表3 各處理組合巨型稻的實(shí)際產(chǎn)量
2.2.2 主因子效應(yīng)分析 方程回歸系數(shù)絕對(duì)值大小決定各因子權(quán)重,一次項(xiàng)系數(shù)表明栽培密度>行距,試驗(yàn)設(shè)計(jì)的處理水平范圍內(nèi),產(chǎn)量與密度呈正相關(guān),與行距呈負(fù)相關(guān);且二次項(xiàng)系數(shù)同樣為栽培密度>行距,密度和行距是獲得高產(chǎn)量的重要影響因子。
2.2.3 單因子效應(yīng)分析 將其中一個(gè)因素固定在0水平對(duì)回歸方程進(jìn)行降維分析,得到以其中1個(gè)因素為決策變量的偏回歸模型,Y1=8 563.23+939.20x1-445.16x12,Y2=8 563.23-828.52x2+46.05x22。由 圖 5 可知,在-1.414≤xi≤ 1.414 的范圍內(nèi),Y1是一條開口向下的拋物線,Y2是一條開口向上的拋物線,即產(chǎn)量隨栽培密度的增加而增加,隨行距的加寬而降低。當(dāng)栽培密度水平為1.0 時(shí),產(chǎn)量最高,當(dāng)行距水平為1.414 時(shí),產(chǎn)量最低。
圖5 單因子產(chǎn)量效應(yīng)曲線
2.2.4 交互效應(yīng)分析 回歸方程中x1x2的交互作用的方差分析結(jié)果為P=0.783 1,差異不顯著。表4 數(shù)據(jù)表明,同一栽培密度下,隨行距水平的增加,產(chǎn)量逐漸減少,而同一行距下,隨栽培密度水平的增加,產(chǎn)量逐漸增加,當(dāng)行距增加到0 及其以后水平,產(chǎn)量隨密度的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)。說明栽培密度與行距的交互作用主要表現(xiàn)在較寬的行距與較大的密度影響產(chǎn)量,行距與密度的配合適宜范圍在行距水平-1.414 至-1,密度水平+1 至+1.414。
2.2.5 適宜栽培密度和行距配置 采用頻率分析法分析模型尋求最佳方案。由表5 可知,95%置信區(qū)間巨型稻豐超6 號(hào)產(chǎn)量可達(dá)到9 000 kg/hm2以上的栽培密度和行距的取值區(qū)間分別為0.922 至1.490 和-1.490至-0.922,即栽培密度為86 064~92 880株/hm2,行距為43.94~50.78 cm。
表4 栽培密度與行距的交互效應(yīng)
表5 產(chǎn)量超過9 000 kg/hm2的25 個(gè)方案中各變量取值的頻率分布
二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)法多數(shù)運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域,不僅很好地完成了曲線模擬,試驗(yàn)精度高,而且減少了試驗(yàn)頻次數(shù),得到的二次多元回歸模型可考察整個(gè)試驗(yàn)范圍的最優(yōu)點(diǎn),不易忽略顯著因素,更符合專業(yè)結(jié)果[7-9],現(xiàn)被農(nóng)業(yè)科研工作者應(yīng)用于水肥技術(shù)優(yōu)化[10,11]、栽培模式優(yōu)化[12,13]等方面,為這些研究減少了繁多的工作量,提供了可靠的試驗(yàn)結(jié)果。本試驗(yàn)結(jié)果表明,栽培密度、行距是影響豐超6 號(hào)產(chǎn)量高低的主要栽培因子,其中,中、高栽培密度下,寬行距有利于獲得高產(chǎn),窄行距下,增加栽培密度有利于獲得高產(chǎn)。經(jīng)過方程模型分析得出,栽培密度和行距的優(yōu)化組合為栽培密度86 064~92 880 株/hm2,行距43.94~50.78 cm,該栽培配置下,豐產(chǎn)6 號(hào)產(chǎn)量可達(dá)到9 000 kg/hm2以上。不同栽培密度和行距的巨型稻溫度、光照度變化主要表現(xiàn)在中午下層溫度的變化和早晨、下午上層光照的變化,栽培密度越小,行距越寬,下層溫度越低,光照越強(qiáng)。測(cè)定時(shí)期為分蘗末期,遮光降溫效果在巨型稻中后期應(yīng)該更明顯,選擇遮光降溫效果最好的栽培密度和行距配置,將更有利于稻蝦綜合種養(yǎng)。