水稻设计栽培原理与技术

1、水稻设计栽培原理与技术一、设计栽培的概念针对选用水稻品种的生育特性和种植地区气侯条件、生产条件及其试验田的土壤养分状况，首先确定目标产量，再运用水稻叶龄模式和群体质量栽培理论，设计个体生长发育进程、群体发展动态轨迹、穗粒结构组合和栽培调控措施，形成一套较为完整的定量化栽培技术指标体系，包括栽培方案、栽培模式图和栽培日历等。根据种植之前设计的栽培方案，对水稻进行栽培管理和实时生长监测，准时准量地采取栽培调控措施，确保水稻生长和产量的形成按设计蓝图发展，以最经济、最环保的物质投入和高效的劳动实现产量目标。二、设计栽培的生物学基础水稻的叶与根、蘖、茎、穗同伸关系 水稻根、蘖、茎、穗的生长发育与主茎出

2、叶存在着同步、同伸规则。图1 叶蘖同伸关系1、叶蘖同伸关系x叶抽出 = x-3叶节分蘖抽出第1叶 = x-2叶节分蘖分化第3叶(3幼1基期) = x-4叶节分蘖抽出第2叶发生分蘖的最低节位： 在主茎上第1叶节在分蘖上第1叶节分蘖鞘节(杂籼)图2 分蘖鞘2、叶茎同伸关系图3 叶节间同伸关系茎的组成： 节+节间 其中： 基部节间不伸长，密集在一起，长分蘖和次生根，称分蘖节。上部4-7个节间伸长，形成茎秆。叶节间同伸关系： x叶抽出=(x-1)(x-2)节间伸长如，一个主茎出叶总数n为16叶、伸长节间数n为5个的品种，主茎第14叶抽出期间，第1个伸长节间（主茎第13叶与第12叶之间的节间）快速伸长（

3、图3），生产上称为拔节，时间在n-n+3叶龄期。3、叶根同伸关系x叶抽出=x-3叶节发根。当分蘖长到3叶时，分蘖鞘节上长出根（图2）。图4 最上发根节水稻拔节时，分蘖能否长出发达的根，决定了该分蘖将来能否长成穗子。按叶与蘖、节间同伸关系，n-n+3叶龄期拔节，在拔节叶龄(n-n+3)-3叶龄期（n-n）出生的分蘖，到拔节时分蘖鞘节上开始长出根，故n-n叶龄期为有效分蘖临界叶龄期，此叶龄期以后长出的分蘖都不能成穗。水稻次生根发生的最上节位为第1伸长节间上部的一个节位，该节位根系发生在n-n+5叶龄期（拔节后第二个叶龄期），能否如期长出根是高产的标志。4、叶穗同伸关系穗分化开始于叶龄余数3.5左右

4、，完成于破口前。表1 穗分化各期对应叶龄余数苞分化期3.5-3.1 (3.5)一次枝梗分化期3.0-2.6 (3.0)二次枝梗分化期2.5-2.1 (2.5)颖花分化期2.0-1.6 (2.0)雌雄蕊形成期1.5-0.8 (1.5)花粉母细胞形成期0.8-0.4 (0.5)减数分裂期0.4- 0 (0.3)花粉充实完成期0-出穗 任何水稻品种穗分化始于n-3.5叶龄期，是固定不变的。拔节期为n-n+3叶龄期(n-n+2.1n-n+2.9，平均n-n+2.5)，是可变的。按拔节与穗分化的先后关系，将所有品种划分为3种生育类型。 重叠型：先穗分化后拔节，n<6的品种 衔接型：穗分化与拔节同时

5、，n=6的品种 分离型：先拔节后穗分化，n>6的品种三、水稻生育进程设计由于水稻根、蘖、茎、穗的生长发育与主茎出叶存在着同伸规则，而在同一个地区播期相近条件下，同一品种的n和n是比较稳定的。因此，以主茎叶龄为指标，可以对根、叶、蘖、茎、穗的建成和产量因素形成在时间上作精确定量诊断，这就是叶龄模式。1、三个最关键叶龄期设计（1）有效分蘖临界叶龄期：高产群体的有效分蘖临界叶龄期为n-n叶龄期（n5），或n-n+1叶龄期（n4）。（2）拔节期：n-n+3叶龄期或n-2的倒数叶龄期。（3）穗分化叶龄期：穗分化开始于n-3.5叶龄期或倒数3.5叶龄期。图5 水稻生育进程叶龄模式示意2、高产群体茎蘖

6、数设计高产群体茎蘖数的变化，有其严格的叶龄期和指标值。共同的模式有：（1）n-n叶龄期群体够苗，茎蘖数=目标穗数。（2） n-n+3叶龄期或稍前半叶群体出现高峰苗数，茎蘖数为目标穗数的1.21.3倍，成穗率75%以上。3、高产群体叶色变化节奏设计高产群体叶色“黑黄”节奏变化，有其严格的叶龄期和叶色指标值。共同的模式有：（1）n-n叶龄期以前，群体叶色应“黑”，叶片的含氮率应在3.5左右，顶4叶叶色顶3叶，有利于促进有效分蘖发生。（2）n-n叶龄期，叶色开始褪淡，叶片含氮率下降至2.7（粳稻）和2.5（籼稻）左右，顶4叶顶3叶（两叶叶色相等），分蘖速度明显减慢。（3）无效分蘖期至拔节期（n-n+

7、1）（n-n+3），叶色要明显“落黄”，叶片含氮率下降至2.5以下（2.2-2.4），顶4叶叶色顶3叶，新分蘖停止发生，无效分蘖和叶、茎的生长均受到有效控制。（4）倒2叶期（颖花分化）开始直至抽穗后的15-20天，叶色应回升显“黑”，叶片含氮量上升为2.7（粳稻）和2.5（籼稻），顶4叶叶色顶3叶，有利于促进穗分化形成大穗，并提高结实率。（5）抽穗15-20天后，叶色逐渐褪淡，至成熟期能保持2片以上绿叶，有利于提高结实率和粒重。4、调控措施后效应设计（1）施用氮素等促进生长的技术，其作用期发生于以后的1、2乃至3个叶位（如施用量多）。例如，6叶期（n）施氮将会促进第7、8甚至9叶（n+1,+2

8、或+3叶期）及它们的同伸分蘖的生长，且其肥效的高峰期往往发生在8叶期（n+2）。因此，为控制无效分蘖的发生，必须在n-n-2叶龄期以前结束分蘖肥的施用。为了促进颖花的分化，促花肥应在倒4叶期施下；为防止颖花退化，保花肥必须在倒2叶期施下。（2）烤田等控制生长的技术，其作用期一般产生于造成植株水分亏缺的后一个叶龄期。例如，为控制n-n+1叶龄期无效分蘖的发生，应在n-n-1叶龄期排水搁田，到n-n叶龄期才能造成植株水分亏缺，产生的控制效应在n-n+1叶龄期，不仅把n-n+1叶控短，而且把该叶龄的同伸分蘖被控掉。同理，为控制第一节间的伸长，应在第一节间伸长的n-n+3叶龄期以前1、2个叶位排水烤田

9、，使植株水分亏缺产生在第一节间伸长前，才能有效控制第一节间的伸长。四、高产群体质量指标设计1、抽穗至成熟期干物质生产量核心指标形成水稻产量的干物质75%以上来自抽穗至成熟期，产量越高抽穗至成熟期干物质生产量在产量中所占比例越高。表2 产量与抽穗至成熟期干物质生产量的关系产量水平（kg/亩）产量干重（kg/亩）抽穗至成熟期生产量（kg/亩）占产量干重比例（%）600513400787005995008380068460088产量每提高100公斤，抽穗至成熟期干物质生产量占目标产量干重的比例大约提高5个百分点。抽穗至成熟期干物质生产量=目标产量干重×抽穗至成熟期干物质生产量占产量干重比例

10、。2、抽穗期干物质量和lai基础指标图6抽穗期干物质量与产量的关系抽穗期干物质量与产量为抛物线关系（图6），有一个最适的临界值，因此是基础指标。 水稻产量=生物产量×收获指数。同一品种，在同一地区相同的耕作栽培制度下，收获指数比较稳定，约0.5左右。生物产量=目标产量干重/收获指数。抽穗期干物质量最适值=生物产量-抽穗至成熟期干物质生产量。抽穗期lai与产量也为抛物线关系，有一个最适的临界值，也是基础指标。抽穗期lai最适值以满足抽穗期水稻基部叶片受光量为光补偿点一倍为宜。生理学研究以证明，水稻叶片光补偿点为1000 lx，因此基部叶片临界受光量应为2000 lx。由于种植地抽穗期光

11、照条件的差异，和品种株型不同，消光系数存在差异，抽穗期lai最适值应按门司正公式计算确定。式中：i0为抽穗期自然光照强度k消光系数，k=sin(a)；a为上三叶叶角例如，江苏南部水稻9月底抽穗，此期正午日照50000 lx；粳稻品种上三叶叶角平均值一般为25度，k= sin(25)=0.42；抽穗期lai最适值= -ln(2000/50000)/0.42=7.6。3、抽穗期株型保障指标要保持抽穗至成熟期较高的干物质生产量，必有其严格的株型指标值。（1）抽穗期（第n叶平展后810天，n+1叶期）单茎具有与伸长节间相等数量的绿叶数；叶长序23145；基部第1、2节间短，总长度<株高10%。（

12、2）成熟期单茎具有1.52.5张以上绿叶。图7 亩产700800公斤群体发展动态指标示意五、农艺技术设计1、播种期适宜播期以当地最佳抽穗结实期为依据，由品种从播种抽穗的天数反推来确定。关于最佳抽穗结实期：高产水稻一生需要有适宜的大气温度条件，尤其是抽穗前15天至抽穗后25天这40天中要有适宜的温度条件，不能出现低于15高于35（粳稻）和38（籼稻）的危害性温度。观测结果一致表明，粳稻抽穗期的日均温25左右最利于提高结实率，灌浆至成熟期的日均温21左右千粒重最高。在我国，水稻春季播种主要受播种期间低温的限制。由于水稻发芽出苗的最低日均气温为10(粳)、12(籼)。因此，在自然状况下，最早播期为春

13、季日均气温稳定通过10(粳)、12(籼)的初日。 在保护性育秧条件下，最早播期应考虑水稻移栽的安全和秧龄长短两个方面。2、移栽期水稻安全移栽温度为15以上。按幼苗发根规律，12 叶秧苗可以带芽谷移栽(3叶期发根)。34叶秧苗处于断奶期，易死亡，只能带土移栽。因此，拔秧移栽最小叶龄为4叶1心秧苗。允许最长秧龄为n-n-1叶，这一叶龄期移栽大田不再发生有效分蘖，完全依靠基本苗成穗。 在满足上述条件下，移栽期主要根据茬口确定。若茬口不是限制因素，5叶1心为最适移栽叶龄。3、秧田播种量 播种量主要受秧龄影响，以培育叶蘖同伸壮秧为准则，秧龄越长越稀播。 秧田lai达到4，分蘖发生便受影响，lai=4.5

14、为分蘖发生的极限。 因此，秧田适宜苗数(万/亩)=4.5×666.7/s。 其中，s为移栽时秧苗单株叶面积(cm2)。 s受移栽秧龄、品种、育秧方式和肥力水平影响，可以通过具体测定，取得一个地区、不同品种、不同育秧方式下的s值。 一般情况下，粳稻5叶平展s=15，6叶平展s=20，7叶平展s=30，8叶平展s=65；籼稻5叶平展s=25，6叶平展s=30，7叶平展s=65，8叶平展s=135。4、基本苗数 基本苗数(万/亩)=目标穗数(万/亩)/单株成穗数(个)其中，单株成穗数可按叶蘖同伸关系由本田有效分蘖叶位数查表3估测。表3 本田期主茎有效分蘖叶位数对应分蘖发生理论值c主茎有效分

15、蘖叶龄数分蘖鞘不发生分蘖品种分蘖鞘发生分蘖品种(杂交籼稻)1112223344575812612207183382754940881059143直播稻：本田期一般主茎4叶期不分蘖，5叶期才普遍分蘖，够苗叶龄期为n-n+a叶龄期（a为有效分蘖临界叶龄期调节值，取1-2）。如果一个常规品种n=12，n=4，取a=-1（希望较n-n叶龄期提前1叶够苗），够苗叶龄期=12-4-1=7，本田有效分蘖叶位数=7-4=3 (直播稻4叶期不分蘖)，查表3，c=3。若分蘖发生率为70%，则：单株成穗数=1(主茎)+3×0.7=3.1若目标穗数30万/亩，基本苗数=30/3.1=9.7 (万/亩)。按种

16、子发芽率90%、成苗率60%、千粒重26克计，播种量=9.7/(0.9×0.6)×26/100=4.7 (kg/亩)。移栽稻：若移栽叶龄为sn，移栽后长1叶才分蘖，够苗叶龄期为n-n+a叶龄期（a为有效分蘖临界叶龄期调节值，取1-2）。如果一个常规品种n=16，n=5，取a=0（希望在n-n叶龄期叶够苗），够苗叶龄期=16-5=11；如果移栽叶龄sn=6，秧苗3叶及以上分蘖0.5个， 2叶及以下分蘖1个(移栽后成活率0.5)，本田有效分蘖叶位数=11-6-1=4，查表3，c=5。若分蘖发生率为80%，2叶及以下分蘖移栽后成活率0.5，则：单株成穗数=1.5 (主茎+3叶及以

17、上分蘖) + (5×0.8)×1.5+ 1 (2叶及以下分蘖)×0.5=8若目标穗数24万/亩，基本苗数=24/8=3 (万/亩)。行距8寸，株距5寸，1.5万穴，每穴2苗。基本苗数确定后，扩大行距才能为增加氮素穗肥用量创造必要的条件，增强稻株对氮素穗肥的同化能力，平衡糖氮代谢，带来一系列的好处；如：提高茎蘖成穗率、增进颖花分化的发育能力；抑制茎、叶伸长，增加茎秆强度和抗倒能力；降低群体内湿度，减轻病害；促进中后期根的生长（尤其是上层根），延缓结实期中、下叶片的衰老，提高结实期光合生产积累能力，对增加结实率、粒重和改善米质和食味等有显著作用；扩大行距，还可以提高分

18、蘖期的水温，促进寒地水稻的分蘖。 各地超高产田的行距多数在9寸（30cm）和机插稻的通用行距相吻合，适用性较广。在多雨大气湿度大的地方有扩至1尺的，四川的“三围”栽培把行距扩大到45×40，用以对付湿度大的生态条件，获得成功。5、氮肥施用总量施氮总量用stanford差值法计算比较实用。施氮总量=（目标产量需氮量-土壤供氮量）/氮肥当季利用率公式的应用，要明确目标产量的需氮量、土壤供氮量及氮肥当季利用率3个参数。（1）目标产量的需n量求取目标产量需氮量=目标产量×100公斤稻谷需氮量/100以往的研究，百公斤稻谷需氮量变动在1.22.9kg的极大幅度间，难以应用。若采取在一

19、个地区范围内，按品种类型，产量等级归纳的方法，就可解决这一难题。2000年江苏用1618叶粳稻品种，在7个地区43块上进行了试验，产量水平396754kg之间，百公斤稻谷需氮量1.632.53kg，百公斤稻谷需氮量与产量呈抛物线关系（图8），百公斤稻谷需氮量超过2.2公斤时，产量开始下降，是施氮过多、奢侈吸收的表现。剔除奢侈吸收部分，粳稻亩产500、600、700公斤，百公斤稻谷需氮量为1.85（1.81.9）、2.0（1.92.1）和2.1（2.02.2）公斤。图8 100公斤稻谷需氮量与产量的关系（江苏单季粳稻）籼型杂交水稻的百公斤稻谷需氮量，江苏的测定比同产量等级的粳稻低0.2kg，70

20、0公斤的高产田百公斤稻谷吸氮量为1.9公斤左右；20052006在云贵高原的测得，亩产7001200公斤以上的籼型杂交稻高产田，百公斤稻谷的需氮量多数在1.75（1.71.8）kg左右；2007年在湖南测得亩产600公斤的双季早稻和晚季稻为1.8（1.71.9）公斤左右。 可见，在各地不同气候、生态和栽培条件下，高产田百公斤稻谷的需氮量是略有不同的。应求出当地代表品种在不同产量水平时的百公斤稻谷需氮量。（2）土壤供n量的求取基础产量与土壤供氮量直接利用不施氮空白区稻谷产量(基础产量)及其100kg稻谷需氮量，求得的稻谷吸氮量，反映土壤的综合供氮量（包括灌溉水、降雨的氮及生物固氮的氮），便于在生

21、产上直接应用。空白区基础产量的每100公斤稻谷需氮量也随地力提高而增加，且受土壤特性的影响（图9）。基础产量同为每亩400公斤左右的地力水平，每百公斤稻谷的需氮量，粘土地为1.7（1.61.9）公斤，而砂土地为1.5 （1.41.6）公斤。按不同土类建立不同基础产量与百公斤稻谷吸氮量和土壤供氮量的回归方程，便可根据基础产量较精确地判明土壤供氮量。图9 基础产量与每100公斤稻谷需氮量品种、茬口与空白区产量的关系江苏测定结果，前茬小麦时，水稻基础产量为400公斤的田块，若前茬种植油菜，水稻基础产量会提高至450公斤左右。因此，应分地区，按土类，地力和前茬分别测定，大量积累资料。在同一田块上种植生

22、育期长短不同的品种，土壤的供n量也不同。江苏的测定，生育期差别在10天以上的品种，基础产量差异在23 kg /亩左右，土壤供氮量的差异在0.58 kg左右/亩，差异一般在5%左右。生育期相同的籼粳之间、同为粳稻的常规品种和杂交稻之间亦有显著差异。故应选择当地的主体品种做测定，品种类型改变了，应重新测定。或在同一田块上，种植不同类型品种的n素空白区，测定其土壤供氮量，以备品种更换时参照应用。（3）氮肥当季利用率的求取测定氮肥当季利用率的前提是：必须以高产田的施肥实践为测定对象。品种、基本苗、行穴距、n、p、k配合比例和其他栽培技术的配合，都要符合高产栽培的要求。同时要求施氮总量要合理、基蘖肥和穗

23、肥的比例要合理，才能获得最高的氮肥当季利用率。 江苏20002006年的测定，700公斤以上高产田氮肥当季利用率在40%45%之间，氮肥当季利用率过高是施肥不足的表现，过低是施肥过多的表现，都不能形成高产。6、氮肥运筹总施氮量确定后，基蘖肥与穗肥比例适当是确保促进水稻有效生长、控制无效生长、适时（n-n）够苗、主攻大穗和保障水稻高产和提高氮肥当季利用率的关键。统计全国各地的情况，基蘖肥与穗肥的适宜比例与品种生育类型有关。重叠型品种，伸长节间45个，以7:3为宜，早晚稻品种和寒地水稻为此类；衔接型品种，伸长节间6个，以6:4为宜，南方单季中、晚稻多为此类；分离型品种，伸长节间7个，以5:5为宜，

24、南方长生育期单季稻为此类。基蘖肥一般分为基肥和分蘖肥2次施用，基肥占基蘖肥总量的70%，分蘖肥于移栽后57天施用，占基蘖肥总量的30%，但具体施用时间和数量要根据本田期有效分蘖叶位数调节。本田期有效分蘖叶位数小于4叶的移栽早、晚稻，基肥与分蘖肥比例可调节到8:2；本田期有效分蘖叶位数大于5叶的小苗移栽稻和机插稻，基肥与分蘖肥比例可调节到4:6，分蘖肥分移栽后57天和移栽后1215天2次施用；直播稻一般3叶期施分蘖肥，当本田期有效分蘖叶位数大于5时，基肥与分蘖肥比例可调节到5:5或4:6，5叶期再增施一次分蘖肥。穗肥一般在倒4叶期和倒2叶期施用，具体施用时间和数量，要根据倒4叶与倒3叶的叶色差灵

25、活掌握。第一次施穗肥，在倒4叶叶色明显浅于倒3叶时施用。以后的各次穗肥，把握在倒4叶叶色稍浅于倒3叶时施用。如果穗肥施用时间推迟，施用数量减10%20%。相反，增加10%20%。7、磷钾肥施用磷钾肥施用总量目前尚未找到较好的定量方法。有两种方法供参考。（1）氮磷钾吸收比例法大量研究表明，水稻吸收氮、磷、钾三要素有一个较为稳定的比例，平均比例为1:0.44:1.2，可据此比例确定磷、钾肥总量。表4 不同产量水平氮、磷、钾吸收比例（武育粳3号）产量三要素吸收量（kg/亩）n：p2o5：k2onp2o5k2o2494.132.035.391：0.49：1.304758.943.868.741：0.4

26、3：0.9851510.114.0311.161：0.40：1.105609.624.5613.361：0.47：1.3959010.774.9012.351：0.46：1.1568013.985.4717.031：0.39：1.2274014.766.2318.401：0.43：1.26（2）土壤磷钾养分临界值法表5 不同土壤肥力指标下磷肥推荐施用量磷指标极高高中低极低土壤速效磷含量(ppm)³3020301020510<5推荐施磷量(kgp2o5/亩)01.21.82.43.0表6 不同土壤肥力指标下钾肥推荐施用量钾指标极高高中低极低土壤速效钾含量(ppm)³15

27、0100150601003060<30推荐施钾量(kgk2o/亩)036912关于肥料运筹，磷肥一般作基肥一次施用；钾肥分基肥和穗肥2次施用，各1/2。8、水分管理水分定量调控，前期以有效控制无效分蘖发生提高茎蘖成穗率为重点，中后期以全面提高群体质量、增强结实群体光合生产率为目的。图10 水稻高产精确灌溉模式（1）活棵分蘖阶段 活棵分蘖阶段以浅水层（23cm）灌溉为主。中、大苗移栽的苗体比较大，移入大田后需要水层护理，以满足生理和生态两方面对水分的需求，有利于调节田间适宜的温湿度，维持水分平衡，防止萎焉，减轻植伤，促进发根活棵。分蘖期秧苗吸氮以铵态氮为主，水层能促进土壤的铵化作用和稻苗分

28、蘖生长。故从移栽后到分蘖期，从生理、生态两方面来看，应以浅水灌溉为主，结合两次灌水之间的短期落干通气。机插小苗的苗体较小，叶面蒸发量不大，加之，根部带部分土移栽，移入大田后，保持土壤湿润即可满足生理需水的要求。其主要矛盾是保持土壤通气，促进秧苗尽快发根。在南方稻区，移栽后一般不宜建立水层，宜采用湿润灌溉的方式。阴天无水层，晴日灌薄水，12日后落干，再上薄水。待长出1个叶龄秧苗活棵后，断水露田，田间保持湿润状态，进一步促进发根。待移栽后长出第二片叶时，苗体已较大，此时结合施分蘖肥开始建立浅水层，并维持到整个有效分蘖期。塑盘穴播带土移栽的小苗，发根力强，移栽时薄水。移栽后阴天可不上水，晴日灌薄水。23日后即可断水落干，促进根系深扎。活棵后浅水勤灌。（2） 提早搁田。在n-n-1叶龄期，当群体总茎蘖数达到穗数苗的80%左右（70-90%）开始排水搁田。搁田效应发生于n-n叶龄期，被控制的是n-n+1叶龄期起发生的无效分蘖。（3）拔节成熟期实行湿润灌溉，干干湿湿。保持土壤湿润、板实，满足水稻生理需水、增强根系活力，提高群体中后期光合生产积累能力，是提高结实率和粒重的关键技术之一。六、水稻设计栽培系统水稻设计栽培系统是针对水稻设计栽培技术研究新成果而开发完成的一套计算机软件，解决了水稻设计栽培技术的大量专业计算问题，是推广应用水稻设计栽培技术的好帮手。现将该版本