水稻在我国粮食安全中占有极其重要的地位,据统计,水稻产量是全国粮食总产量的38%^[1]。目前,我国水稻种植大部分采用传统的人工育秧移栽的栽培方式,育苗移栽的过程中耗费了较多的人力、物力资源。随着农村劳动力的流失、水资源短缺严重^[2],传统的移栽种植模式已不能适应当前水稻生产发展的需要,种植方式正向直播方式转变。直播技术的优势日益凸现,直播稻的生产成本低、操作过程简便^[3,4],用直播方式种植水稻不仅省去了育苗移栽的过程,减轻了劳动强度,节约了成本,并且缓解了目前农村劳动力短缺等问题,对实现水稻规模化生产具有重要意义^[5,6]。

水稻直播在国外很受认可,美国水稻大部分采用直播方式^[3,7-8],东南亚等地区也开始转变水稻种植模式,由传统的人工育苗移栽模式向直播转型,直播稻的种植面积逐年递增^[9]。在中国,直播水稻因省工高效且有利于机械化大面积种植,在浙江一带发展迅速,显示出巨大的发展潜力^{[10,11,12,13,14,15]}。上海、江苏、广东、安徽等沿海地区直播稻面积迅速扩大,部分地区直播已成为第一大稻作方式^[16]。浙江部分地区早稻直播面积已达到早稻播种面积的80%以上^[17],直播稻较移栽稻比重有进一步扩大的趋势。黑龙江省的直播稻种植面积也逐步上升,根据调查,2017年黑龙江省直播稻种植面积已占其水稻种植面积的近10%^[18]。黑龙江位于寒地稻作区,如何选用直播水稻品种是搞好直播稻生产非常重要的基础工作,对实现直播稻高产、稳产、优质、高效至关重要^[19]。水稻直播分为水直播和旱直播,水直播又可分为穴播和条播两种播种方式。本研究选用黑龙江省寒地稻作区具有高产潜力的29个主栽水稻品种作为试验材料,主茎叶片数为11或12,以水稻产量构成因素和理论产量为分析对象,对水稻水条播适应性进行系统研究,以期为适合水条播水稻品种筛选提供参考依据。

选取29个主茎11或12片叶的寒地早粳稻品种资源为材料,编号及品种名称见表1。

试验以水条播为处理,以旱育稀植为对照,对两者进行比较。试验土壤为草甸土,基本理化性质:碱解氮含量为175.01mg/kg,有效磷含量为26.45mg/kg,速效钾含量为90.62mg/kg,有机质含量为3.05%,土壤pH为8.38。试验于2017年在黑龙江省大庆市王家围子水田试验基地（东经125°07′39.56″,北纬46°40′49.03″）大田条件下进行。所在地属北温带大陆性季风气候区,水稻生育期平均气温18.35℃,年降水量476.1mm。5月3日施底肥整地、封闭除草,5月5日护苗种衣剂包衣,5月6日浸种,5月13日人工条播。行距25cm,水条播芽谷,播量为150kg/hm²;每品种6行,行长8m;随机区组排列,3次重复。对照5月21日插秧,行距30cm,穴距13.3cm。

农艺性状及产量测定:水稻成熟时,每个品种的各处理选取连续的25穗,对照选取有代表性的植株4穴,考察农艺性状、产量构成因素及穗部性状。考察项目包括株高、单位面积穗数、穗长、穗重、稻草重、一次枝梗数、二次枝梗数、实粒数、空秕粒数等,并称得粒重,计算成粒率[实粒数/（实粒数+空秕粒数）×100%]、千粒重、理论产量（单位面积穗数×穗粒数×成粒率×千粒重）和经济系数（理论产量/生物产量）。

水条播适应性反应指数（adaptive response index,ARI）=（水条播处理区性状表型值/对照区性状表型值）×100%。ARI值大小表明各品种对水条播反应的敏感程度,ARI值越大,则说明对水条播的反应比较迟钝,否则相反。利用Excel 2013和DPS 7.05统计软件进行相关性分析。

2.1.1 水条播对寒地水稻株高的影响 水条播处理各品种的株高发生了变化（图1）,与旱育稀植相比,株高降低,80%≤ARI<90%的材料有9份;90%≤ARI≤100%的材料有14份;株高增加,ARI>100%的材料有6份。结果表明,水条播对株高的影响具有双向性,ARI≤100%的材料占参试材料总数的79%,水条播对水稻株高的影响偏向于负向。

供试品种在旱育稀植条件下株高的变异系数为6.26%;水条播处理其变异系数为7.43%;其ARI的变异系数为6.96%（表2）。水条播处理株高的变异系数大于旱育稀植,说明水条播增加了该性状的变异程度。

2.1.2 水条播对寒地水稻穗部性状的影响 水条播处理各品种的穗长发生了变化（图2）,与旱育稀植相比,穗长减小,ARI<80%的材料仅有1份,80%≤ARI<90%的材料有10份,90%≤ARI≤100%的材料有14份;穗长增加,ARI>100%的材料有4份。表明水条播对穗长的影响具有双向性,ARI≤100%的材料占参试材料总数的86%,水条播对水稻穗长的影响偏向于负向。

水条播处理各品种的穗重发生了变化（图3）,与旱育稀植相比,穗重减小,ARI<80%的材料有12份,80%≤ARI<90%的材料有7份,90%≤ARI≤100%的材料有5份;穗重增加,ARI>100%的材料有5份。表明水条播对穗重的影响具有双向性,ARI≤100%的材料占参试材料总数的83%,水条播对水稻穗重的影响偏向于负向。

供试品种在旱育稀植条件下穗长和穗重的变异系数分别为10.33%和14.89%;水条播处理其变异系数分别为10.12%和20.67%;其ARI的变异系数分别为8.12%和19.17%（表2）。可见旱育稀植和水条播处理穗重的变异系数都大于穗长的变异系数,说明穗重的稳定性比穗长的稳定性差;水条播处理穗长的变异系数小于旱育稀植条件下穗长的变异系数,说明水条播降低了该性状的变异程度;水条播处理穗重的变异系数大于旱育稀植条件下穗重的变异系数,说明水条播增加了该性状的变异程度;穗重ARI的变异系数大于穗长ARI的变异系数,说明穗重对水条播的反应更敏感。

水条播处理各品种的一、二次枝梗数发生了变化（图4,图5）,与旱育稀植相比,一次枝梗数减少,ARI<80%、80%≤ARI<90%和90%≤ARI≤100%的材料分别有1、6和8份;一次枝梗数增加,ARI>100%的材料有14份,说明水条播对一次枝梗数的影响具有双向性,且以ARI≤100%的材料最多,占参试材料总数的52%,水条播对水稻一次枝梗数的影响偏向于负向。与旱育稀植相比,二次枝梗数减少,ARI<80%、80%≤ARI<90%和90%≤ARI≤100%的材料分别有10、6和7份;二次枝梗数增加,ARI>100%的材料有6份。结果表明,水条播对二次枝梗数的影响具有双向性,且偏向负向影响。

供试品种在旱育稀植条件下一、二次枝梗数的变异系数分别为11.92%和20.41%;水条播处理其变异系数分别为14.84%和32.18%;其ARI的变异系数分别为11.31%和32.71%（表2）。水条播处理一、二次枝梗数的变异系数均大于旱育稀植处理,说明水条播增加了该性状的变异程度。

从水条播处理各性状间相关关系（表3右上角）可见,穗重与一次枝梗数、二次枝梗数均呈极显著正相关,二次枝梗数与穗长呈显著正相关,二次枝梗数与一次枝梗数呈极显著正相关,且理论产量与穗重呈极显著正相关。由此可以推出,穗重较大的水稻种质具有相对较强的水条播适应性,穗重较小的水稻种质水条播适应性相对较弱。

从水条播适应反应指数间相关关系（表3左下角）可见,理论产量的ARI与穗重的ARI呈显著正相关;穗重的ARI与一次枝梗数、二次枝梗数的ARI均呈极显著正相关;穗长的ARI与一次枝梗数、二次枝梗数的ARI呈显著或极显著正相关;二次枝梗数的ARI与一次枝梗数的ARI呈显著正相关。结果表明,穗重对水条播反应较敏感的材料,其理论产量对水条播的反应也较敏感;一次、二次枝梗数对水条播反应较敏感的材料,其穗重对水条播的反应也较敏感;一次、二次枝梗数对水条播反应较敏感的材料,其穗长对水条播的反应也较敏感;二次枝梗数对水条播反应较敏感的材料,其一次枝梗数对水条播的反应也较敏感,反之不够敏感。

2.2.1 水条播对水稻产量构成因素的影响 水条播处理各品种的单位面积穗数发生了变化（图6）,与旱育稀植相比,单位面积穗数减少,ARI<90%和90%≤ARI≤100%的材料分别有1和6份;单位面积穗数增加,ARI>100%的材料有22份。结果表明,水条播对单位面积穗数的影响具有双向性,且以ARI>100%的材料居多,占参试材料总数的76%,水条播对水稻单位面积穗数的影响偏向于正向。

水条播处理各品种的穗粒数发生了变化（图7）,与旱育稀植相比,穗粒数减少,ARI<80%、80%≤ARI<90%和90%≤ARI≤100%的材料分别有13、8和5份;穗粒数增加,ARI>100%的材料有3份。结果表明,水条播对穗粒数的影响具有双向性,且以ARI≤100%的材料较多,占参试材料总数的90%,水条播对水稻穗粒数的影响偏向于负向。

水条播处理各品种的成粒率发生了变化（图8）,与旱育稀植相比,成粒率降低,ARI<80%、80%≤ARI<90%和90%≤ARI≤100%的材料分别有6、6和10份;成粒率增加,ARI>100%的材料有7份。结果表明,水条播对成粒率的影响具有双向性,且以ARI≤100%的材料居多,占参试材料总数的76%,水条播对水稻成粒率的影响偏向于负向。

水条播处理各品种的千粒重发生了变化（图9）,与旱育稀植相比,千粒重减小,ARI<90%和90%≤ARI≤100%的材料分别有1和17份;千粒重增加,ARI>100%的材料有11份。结果表明,水条播对千粒重的影响具有双向性,且以ARI≤100%的材料居多,占参试材料总数的62%,水条播对水稻千粒重的影响偏向于负向。

2.2.2 水条播对水稻生物产量和经济系数的影响 水条播处理各品种的生物产量发生了变化（图10）,与旱育稀植相比,生物产量降低,ARI<80%、80%≤ARI<90%和90%≤ARI≤100%的材料分别有5、7和10份;ARI>100%的材料有7份。结果表明,水条播对生物产量的影响具有双向性,且以ARI≤100%的材料居多,占参试材料总数的76%,水条播对水稻生物产量的影响偏向于负向。

水条播处理各品种的经济系数发生了变化（图11）,与旱育稀植相比,经济系数减小,ARI<80%、80%≤ARI<90%和90%≤ARI≤100%的材料分别有4、5和10份;经济系数增加,ARI>100%的材料有10份。结果表明,水条播对经济系数的影响具有双向性,且以ARI<100%的材料居多,占参试材料总数的66%,水条播对水稻生物产量的影响偏向于负向。

2.2.3 水条播对水稻产量的影响 水条播处理各品种的理论产量发生了变化（图12）,与旱育稀植相比,水条播处理供试材料的理论产量降低,ARI<80%、80%≤ARI<90%和90%≤ARI≤100%的材料分别有6、9和14份。结果表明,水条播对理论产量的影响偏向负向。

水条播处理单位面积穗数、穗粒数、成粒率、千粒重、生物产量、经济系数和理论产量的变异系数均大于旱育稀植条件下相应指标的变异系数,说明水条播增加了这些性状的变异程度。从水条播适应性反应指数的变异系数来看,单位面积穗数、穗粒数、成粒率、生物产量、经济系数和理论产量的变异系数较大,分别为14.95%、15.75%、15.89%、17.33%、13.07%和14.01%,对水条播的反应较敏感;千粒重的变异系数较小,为4.12%,对水条播的反应较迟钝（表4）。

2.2.4 产量构成因素与产量之间的关系 从水条播处理各性状间相关关系（表5右上角）可见,理论产量与成粒率呈显著正相关,单位面积穗数与穗粒数呈显著负相关,成粒率与千粒重呈极显著正相关。结果表明,成粒率较高的水稻种质具有相对较强的水条播适应性,反之相反。从水条播适应性反应指数间相关关系（表5左下角）可见,理论产量的ARI与成粒率的ARI呈极显著正相关,穗粒数的ARI和单位面积穗数的ARI呈极显著负相关。结果表明,成粒率对水条播反应较敏感的材料,其理论产量对水条播的反应较敏感,反之相反。

从水条播处理各性状与水条播适应性反应指数间相关关系（表6）可见,产量构成因素的ARI与其自身的表型值均呈极显著正相关。说明产量构成因素对水条播的反应程度与其自身性状的表型值大小联系密切。

2.2.5 生物产量和经济系数与产量的关系 理论产量与生物产量和经济系数在0.01水平上均呈极显著正相关,相关系数分别为0.60和0.54。结果表明,生物产量和经济系数较高的水稻种质具有相对较强的水条播适应性,反之水条播适应性较弱。理论产量的ARI与生物产量的ARI在0.01水平上呈极显著正相关,相关系数为0.58,结果表明,生物产量对水条播反应较敏感的材料,其理论产量对水条播的反应较敏感,反之相反。

水稻直播在黑龙江省种植面积逐年增大。直播作为一项轻简化栽培技术,种植过程中省去了常规育苗移栽的环节,不仅可以减少移栽过程中的伤苗伤根,还能解决劳动力不足等问题,从而节省支出提高经济效益。关于水稻直播的播种量、播种时期、播种密度及肥料等对直播稻群体构建和产量形成的影响前人做了大量研究^{[20,21,22,23,24,25,26]}。然而,水稻的品种选择也是制约直播稻产量潜力的重要因素,品种的优劣直接影响生育各进程以及最终产量。目前,有关水稻与水条播相适应的品种选择方面的研究鲜有报道。水稻品种的选择是直播栽培成功最重要的一项因素,由于直播与移栽对品种的选择标准并不一致,如何选择适宜水条播栽培的品种是目前生产上面临的重要问题。大田栽培上一般选用的水稻品种是在直播条件下具有较好适应性和产量表现最优的移栽稻品种或组合^[27]。根据黑龙江省的情况选择在本地推广的移栽优质水稻品种,不同的水稻品种通过农艺性状及产量构成因素进行水条播适应性试验,从中筛选适宜黑龙江省水稻水条播的优良种质资源,同时也可作为亲本的选择依据进行育种工作,对促进现代农业的轻简化栽培、高效优质育种保证粮食安全生产具有重要的科学和实践意义。本研究结果表明,水条播提高了水稻品种的穗重、一次枝梗数、二次枝梗数、单位面积穗数、穗粒数、成粒率、千粒重、生物产量、经济系数和理论产量的变异程度,减少了穗长的变异程度。单位面积穗数、穗粒数、成粒率、生物产量、经济系数和理论产量的变异系数较大,对水条播的反应较敏感,千粒重的变异系数较小,对水条播的反应较迟钝。穗重ARI的变异系数大于穗长ARI的变异系数,说明穗重对水条播的影响反应更敏感。二次枝梗数对水条播反应较敏感的材料,其一次枝梗数对水条播的反应也较敏感。成粒率对水条播反应较敏感的材料,其理论产量对水条播的反应较敏感。产量构成因素对水条播的反应程度与其自身性状的表型值大小联系密切。理论产量的水条播适应性反应指数变异系数较大,说明其对水条播的反应较敏感。生物产量对水条播反应较敏感的材料,其理论产量对水条播的反应也较敏感。

综上所述,在水条播条件下,穗重、成粒率和生物产量对水条播反应较敏感的材料,一般其理论产量对水条播的反应也较敏感。穗重较大、成粒率较高、生物产量较高和经济系数较大的水稻种质具有相对较强的水条播适应性。