世界水稻的种植面积占所有作物的23%，是全球粮食的主要来源，水稻总产量占全部作物的27.5%[1]。目前，世界水稻种植面积约1.60亿hm2（23.97亿亩），我国水稻种植面积为0.3亿hm2（4.5亿亩），约占世界种植面积的18.77%[2]。被誉为“中华大粮仓”的黑龙江省，截至2021年水稻种植面积达到388万hm2（5814万亩），已成为全国水稻种植面积、生产量和商品量大省，在我国稻米市场上具有至关重要的地位[3-4]。黑龙江省水稻种植自从推广了水稻旱育苗栽培技术后，已经取得巨大的成就，水稻机械化插秧的比例达85%以上，育苗插秧栽培对水稻丰产稳产贡献颇大。然而，水稻旱育苗栽培技术存在诸多问题，包括浸种液污染环境、育秧时间长、秧田面积大和成本高等，此外，还存在插秧季节农时紧张、用工高度集中、劳动强度大、工费高及易延误农时[5]等问题，可见，节本高效育苗栽培迫在眉睫。
“双免技术”是指免去常规旱育苗中的单独浸种和催芽2个环节，即免浸种、免催芽技术，是将包衣干种子直接播到浇透底水的硬盘育秧土或育秧基质中，覆盖后将秧盘垛叠20层左右，然后置于暗室中通过蒸汽加热至32 ℃左右出苗的一种新技术[6]。该技术简化了生产流程，操作灵活，出苗条件标准一致，易于掌握，且能够缓解农时紧张。免浸种省水、省力，又可减少外排污水污染环境，同时暗室条件相同可控使种子萌发快速，出苗整齐，出苗率高，因而节约种子，可以说是一项高效环保的新技术。“密苗技术”是近年由日本提出的高效节本技术，其播种量由常规的100~150 g/盘增加2~3倍，育秧期在14~21 d，在苗高10~15 cm、叶龄2.0~2.3时移栽，与常规中苗相比秧田面积减少2/3左右、播种及运秧时间减少2/3左右，秧盘、盘土及大棚材料费可节约1/2左右，其他管理与常规育苗相同，是省力节本的低成本稻作技术。
水稻育出壮苗是决定产量的重要因素之一，播种量直接影响秧苗素质[7-8]。胡剑锋等[9]研究表明，播种密度对除百株苗干质量和根冠比之外的秧苗素质各指标有极显著影响，其中秧苗充实度、成苗率、发根力、百株苗干质量、地上部氮素积累量以及分蘖发生率均有随播种密度增加而降低的趋势。李玉祥等[10]研究表明，随着水稻播种量的增加，秧苗发根力变差，苗基宽、地上部和根系干质量降低，秧苗素质变差。淀粉酶是淀粉类种子萌发过程中最主要的水解酶类。淀粉酶在种子的萌发初期有着至关重要的作用，其活性的高低直接影响着包括水稻在内的禾谷类种子的萌发[11]。较高的保护酶活性可有效防止叶片产生活性氧等氧化物质对细胞结构的破坏[12]。前人[13]研究表明，随着播种量的增加，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性增加；而刘岩[14]研究表明，高密度播种会降低苗期SOD和POD活性。
本研究主要探究寒地水稻在“双免密苗”高效育苗技术下出苗率、秧苗素质、α-淀粉酶及抗氧化酶活性的变化，为寒地水稻高产优质节本栽培提供理论依据和技术参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况与试验材料
试验于2021-2022年在黑龙江八一农垦大学校区盆栽场进行。该地属北温带大陆性季风气候区，年总辐射量491.1 kJ/cm2，年降水量约427 mm，年蒸发量1635 mm，年均日照时数达2726 h，无霜期166 d，年均气温4.2 ℃，夏季平均气温23.2 ℃，农作物生长发育期日均气温10 ℃以上。
供试水稻品种为“垦粳8号”。供试种衣剂为精甲咯菌腈（总有效成分62.5 g/L，咯菌腈含量25 g/L，精甲霜灵含量37.5 g/L，悬浮种衣剂，由先正达南通作物保护有限公司生产）。供试秧盘为水稻育秧硬盘和目前常规生产的毯式秧盘。
1.2 试验设计
试验采用二因素完全随机设计。设2个种子类型（G：干种子，Y：芽种）和3个播种量水平（B1：200 g/盘，B2：250 g/盘，B3：300 g/盘），共6个处理组合，每个处理4盘。各处理组合如表1。
表1 处理组合方式
Table 1
| 种子类型 Type of seeding | 播种量 Seeding rate | 处理 Treatment | 移栽叶龄 Transplanting leaf age |
|---|---|---|---|
| G | B1 | GB1 | 2.0叶左右 |
| B2 | GB2 | ||
| B3 | GB3 | ||
| Y | B1 | YB1 | 2.0叶左右 |
| B2 | YB2 | ||
| B3 | YB3 |
种子包衣后阴干48 h（每10 kg种子使用62.5 g/L悬浮种衣剂30~40 mL，加水稀释至100~ 200 mL。然后将药浆与种子按比例充分搅拌，直到药液均匀分布到种子表面，然后晾干、播种），Y处理进行包衣阴干后，30 ℃恒温浸种72 h，将种子用塑料膜包裹后再进行恒温30 ℃催芽24 h，分别于2021、2022年4月25-26日进行播种；G较Y提前播种24 h，以保证G（干种子）和Y（芽种）出苗时间一致。2类种子播种后放入恒温30 ℃温室中培养至立针后，移至大棚内生长至2.0~2.3叶，期间的秧田管理同常规生产育苗。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 出苗率
将播种后的秧盘放入30 ℃恒温培养箱内（立针达到80%），取相同面积幼苗，数出立针苗数和所有种子数量，计算种子出苗率，共3次重复。出苗率（%）=出苗数/种子数×100[15]。
1.3.2 成苗率
将播种后的秧盘放入30 ℃恒温培养箱内72 h后，移至常规大棚中进行生长，80%达到2.0叶左右时，取出相同面积秧苗（苗高未达到平均苗高的1/3为非成苗），计算水稻成苗率，共3次重复。成苗率（%）=成苗数/种子数×100[16]。
1.3.3 秧苗素质
移栽前每处理随机选取30株秧苗测定株高、叶龄、根数、茎基宽、第一叶耳间距、第二叶耳间距和根长；每个处理随机选取100株秧苗测量地上鲜重、地下鲜重、地上干重和地下干重[17]，3次重复。
1.3.4 胚乳残留量
移栽前，将秧苗种子部分取下，取出种子中残留的胚乳，并烘干称重，每组10粒[18]，3次重复。
1.3.5 α-淀粉酶活性
于2022年选取破胸期、立针期、1.1叶期、2.1叶期种子，用液氮固定后于-80 ℃超低温冰箱保存，采用北京索莱宝科技有限公司提供的生化试剂盒测定α-淀粉酶活性，3次重复，按试剂盒说明书进行样品测定前处理与具体操作步骤。
1.3.6 抗氧化酶活性
于2022年选取移栽前幼苗叶片，用液氮固定后于-80 ℃超低温冰箱保存，采用北京索莱宝科技有限公司提供的生化试剂盒测定SOD、POD、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量，3次重复，其中样品测定前处理与具体操作步骤按试剂盒说明书进行。
1.4 数据处理
采用DPS 7.05软件进行数据统计与分析，采用Microsoft Excel 2003整理数据与制作图表。
2 结果与分析
2.1 “双免密苗”对水稻出苗率、成苗率及胚乳残留量的影响
由图1可知，水稻出苗率、成苗率和胚乳残留量2年趋势一致，G模式均显著或极显著高于Y模式。2021年G模式较Y模式分别增长13.78%、2.86%、23.87%，2022年分别增长7.56%、3.31%、28.23%。在播种量因素中，2年的出苗率、成苗率B2处理均高于B1处理；胚乳残留量随着播种量的升高，2年均呈现B1>B2>B3的趋势，处理间差异达到显著或极显著水平。二因素互作均达显著或极显著水平。
图1
图1
播种处理和播种量对水稻苗率及胚乳残留量的二因素互作效应
不同小写字母表示处理间差异达显著水平（P < 0.05）。不同大写字母表示处理间差异达极显著水平（P < 0.01）。“*”和“**”分别表示两因素间互作达显著或极显著差异。
Fig.1
Interaction effects of seeding treatment and seeding amount on seedling rate and endosperm residue of rice
Different lowercase letters indicate a significant difference among treatments (P < 0.05). Different capital letters indicate extremely significant difference among treatments (P < 0.01). “*”and“**”indicate significant or extremely significant differences between the two factors, respectively.
由表2可知，在2年各指标相关性分析中，播种量与胚乳残留量呈负相关（r=-0.69、-0.39），但相关性不显著；2022年出苗率与胚乳残留量呈显著正相关（r=0.76*）；成苗率与其他指标均呈正相关，相关性不显著；胚乳残留量与除播种量外的其他指标均呈正相关。
表2 水稻播种量、苗率及胚乳残留量的相关性分析
Table 2
| 年份 Year | 相关系数 Coefficient of correlation | 播种量 Seeding rate | 出苗率 Rate of emergence | 成苗率 Rate of seedling formation | 胚乳残留量 Endosperm residue |
|---|---|---|---|---|---|
| 2021 | 播种量 | 1.00 | |||
| 出苗率 | 0.23 | 1.00 | |||
| 成苗率 | 0.59 | 0.50 | 1.00 | ||
| 胚乳残留量 | -0.69 | 0.41 | 0.04 | 1.00 | |
| 2022 | 播种量 | 1.00 | |||
| 出苗率 | 0.13 | 1.00 | |||
| 成苗率 | 0.47 | 0.42 | 1.00 | ||
| 胚乳残留量 | -0.39 | 0.76* | 0.45 | 1.00 |
“*”表示5%显著水平。下同。
“*”means significant level of 5%. The same below.
2.2 “双免密苗”对水稻秧苗素质的影响
由表3可知，G模式株高显著或极显著高于Y模式，2年分别增加7.95%和14.61%；根数指标中，2种模式间差异不显著；根长指标中，2021年2种模式间差异不显著，2022年G模式显著高于Y模式，增加4.96%；G模式茎基宽2年均高于Y模式，2022年差异达到极显著水平；G模式第一叶耳间距极显著低于Y模式，百株干重除2022年G模式地下干重与Y模式相近外，地上、地下百株干重Y模式均极显著高于G模式，且二因素互作达极显著。播种量间，株高随着播种量的增加，2年分别呈先升高后降低趋势和逐渐升高趋势；根数中B1处理2年均高于B2和B3处理；根长各播种量处理间2年差异均不显著；茎基宽随着播种量的升高，2年均呈B1>B2>B3趋势，2022年处理间差异达到显著或极显著水平；第一叶耳间距播种量处理间无明显趋势；2021年地上干重呈B3>B2>B1趋势；2022年地下干重随着播种量的升高呈逐渐降低趋势。2021年百株地上、地下干重二因素互作达极显著水平，2022年秧苗素质各指标二因素互作均达极显著水平。
表3 不同播种处理和播种量水稻秧苗素质的影响
Table 3
| 年份 Year | 处理 Treatment | 株高 Plant height (cm) | 叶龄 Leaf age | 根数 Number of roots | 根长 Root length (cm) | 茎基宽 Stem base width (mm) | 第一叶耳间距 First lug spacing (cm) | 百株地上干重 Above-ground 100 plant dry weight (g) | 百株地下干重 Underground 100 plant dry weight (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2021 | G | 15.34aA | 1.94bB | 6.62aA | 5.57aA | 1.42aA | 0.35bB | 1.73bB | 1.58bB |
| Y | 14.21bA | 2.16aA | 7.22aA | 5.93aA | 1.38aA | 1.75aA | 2.66aA | 1.80aA | |
| FA | 8.276** | 23.937** | 2.940 | 1.520 | 0.240 | 60.736** | 2028.255** | 84.021** | |
| B1 | 14.68aA | 2.18aA | 7.07aA | 5.89aA | 1.52aA | 1.46aA | 2.17bA | 1.66bB | |
| B2 | 15.10aA | 1.98bB | 6.80aA | 5.79aA | 1.40aA | 0.89bA | 2.18bA | 1.50cC | |
| B3 | 14.54aA | 1.99bB | 6.90aA | 5.57aA | 1.28aA | 0.81bA | 2.24aA | 1.90aA | |
| FB | 0.740 | 8.636** | 0.200 | 0.420 | 2.160 | 5.161* | 4.745* | 97.522** | |
| FA×B | 3.110 | 3.980 | 0.250 | 0.280 | 0.190 | 0.240 | 25.141** | 57.578** | |
| 2022 | G | 11.53aA | 2.04aA | 7.17aA | 8.46aA | 0.71aA | 0.54bB | 1.36bB | 1.39aA |
| Y | 10.06bB | 2.02bB | 6.89aA | 8.06bA | 0.54bB | 0.71aA | 1.39aA | 1.38aA | |
| FA | 1.900 | 1.530 | 2.270 | 5.780** | 19.850** | 19.850** | 0.082 | 0.010 | |
| B1 | 10.34bB | 2.02bB | 9.70aA | 7.07aA | 1.62aA | 0.57bB | 1.57aA | 1.48aA | |
| B2 | 10.75bAB | 2.04aA | 8.15bB | 7.14aA | 1.53bA | 0.74aA | 1.22cC | 1.39bB | |
| B3 | 11.29aA | 2.03aAB | 6.92cC | 6.88aA | 1.38cB | 0.56bB | 1.34bB | 1.28cC | |
| FB | 0.267 | 0.415 | 0.702 | 93.781** | 8.525** | 8.525** | 3.257 | 0.589 | |
| FA×B | 36.153** | 10.382** | 10.304** | 4.460** | 4.797** | 4.797** | 163.057** | 79.436** |
“**”表示1%显著水平。同列数据后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平；不同大写字母表示处理间差异达1%显著水平。下同。
“**”indicates significant level of 1%. Different lowercase letters in the same column of data indicate a significant difference of 5% among treatments; Different capital letters indicate a significant difference of 1% among treatments. The same below.
2.3 “双免密苗”对水稻苗期酶活性的影响
由表4可知，G模式苗期α-淀粉酶活性在破胸期、1.1叶期、2.1叶期均极显著高于Y模式，分别增加84.42%、9.35%、16.66%，立针期则Y模式显著高于G模式，且水稻种子立针后随着叶片的展开，2种模式下α-淀粉酶活性均呈逐渐下降趋势。不同播种量下种子破胸期、立针期随着播种量的升高α-淀粉酶活性均呈逐渐升高趋势，叶片展开后，2.1叶期随着播种量的升高呈下降趋势。其中B2、B3处理α-淀粉酶活性随着苗期萌发生长呈逐渐降低趋势，而B1处理呈先升高后降低趋势。除立针期外，其余各时期二因素互作均达极显著水平。
表4 不同播种处理和播种量对水稻苗期α-淀粉酶活性的影响
Table 4
| 处理 Treatment | 破胸期 Thoracotomy period | 立针期 Standing injection period | 1.1叶期 1.1 leaf stage | 2.1叶期 2.1 leaf stage |
|---|---|---|---|---|
| G | 4.50aA | 3.32bA | 1.87aA | 1.55aA |
| Y | 2.44bB | 3.55aA | 1.71bB | 1.22bB |
| FA | 1426.340** | 5.730* | 30.796** | 816.458** |
| B1 | 2.66cC | 2.90cB | 1.78aA | 1.46aA |
| B2 | 3.27bB | 3.19bB | 1.82aA | 1.39bB |
| B3 | 4.47aA | 4.22aA | 1.75aA | 1.30cC |
| FB | 382.900** | 68.190** | 1.829 | 64.859** |
| FA×B | 120.640** | 0.044 | 432.260** | 1070.168** |
由表5可知，水稻苗期叶片抗氧化酶活性G模式均极显著高于Y模式，分别增加25.13%、4.30%、3.15%，且不同播种量间，叶片抗氧化酶活性均随着播种量的升高呈逐渐下降趋势，表明高播种量会降低水稻苗期对逆境的抵抗力。其中SOD与POD二因素互作达极显著水平。
表5 不同播种处理和播种量对水稻苗期叶片抗氧化酶活性的影响
Table 5
| 处理Treatment | SOD | POD | CAT |
|---|---|---|---|
| G | 70.34aA | 22 027.10aA | 45.79aA |
| Y | 56.21bB | 21 173.11bB | 44.39bB |
| FA | 4622.110** | 23.610** | 11.160** |
| B1 | 69.45aA | 24 064.06aA | 47.02aA |
| B2 | 63.63bB | 21 028.39bB | 46.82aA |
| B3 | 56.75cC | 19 707.87cC | 41.42bB |
| FB | 1246.970** | 215.370** | 76.910** |
| FA×B | 79.670** | 216.420** | 0.110 |
3 讨论
3.1 “双免密苗”技术的优势
近年来，针对秧田播种量研究不断增多，普遍认为播种量与秧苗素质优劣密切相关，高播种量秧苗素质呈下降趋势，低播种量秧苗素质虽好，但成毯性差，增加了运输成本以及降低了土地利用率。已有研究[19-20]表明，水稻秧苗的单位苗高、干质量、地上部干质量和苗基粗等指标均随播种密度的增大而减少，较好的秧苗素质群体生物量大，根系发达。姜心禄等[21]研究表明，播种量过高时，秧苗素质变弱，不利于水稻栽插后的返青分蘖。李忠芹等[22]研究表明，随着播种量的增加，秧苗的株高、秧龄、茎基宽、地上部干物质量、地下部干物质量以及根数均呈降低趋势。本研究表明“双免”G模式下水稻的出苗率、成苗率和胚乳残留量均高于Y模式，为插秧后返青分蘖奠定了良好的基础。主要秧苗素质指标茎基宽均以G模式高于Y模式，2022年差异达到极显著水平；但根长和根数在年际间规律相反，且G模式与Y模式差异多不显著；Y模式地上干重和第一叶耳间距均极显著高于G模式，关于上述主要秧苗素质指标在2种模式年际间的差异有待于进一步研究验证。当播种量过高时，降低了水稻秧苗素质，这与前人[19-20]的研究结果相同。胚乳残留量和茎基宽随着播种量的升高呈逐渐下降趋势，但B1与B2间的差异小于B2与B3间的，综合考察本品种密苗播种量以200~250 g/盘为宜，还应进一步用更多的品种加以验证。总之，“双免密苗”G模式出苗率、成苗率、胚乳残留量均高于Y模式，具有节省秧田面积、省工省力、省农资等大大降低生产成本的优势，同时可减少浸种污水排放，十分利于实现绿色水稻产业的可持续发展。
3.2 “双免密苗”模式对水稻α-淀粉酶及叶片抗氧化酶的影响
在种子萌发过程中，种子内淀粉酶催化贮藏淀粉水解，为作物幼苗的形态建成和生长发育提供主要的物质和能量来源[23]，李爱莉[24]研究表明，随着发芽时间的推移，α-淀粉酶活性呈持续降低趋势。而水稻播种密度对α-淀粉酶活性影响相关研究较少，本研究与前人[24]研究大致相符，“双免”G模式苗期α-淀粉酶活性在破胸期、1.1叶期、2.1叶期均极显著高于Y模式，立针期则Y模式显著高于G模式，且水稻种子立针后随着叶片的展开，2种模式下α-淀粉酶活性均呈逐渐下降趋势。不同播种量下种子破胸期、立针期随着播种量的升高α-淀粉酶活性均呈逐渐升高趋势，叶片展开后，2.1叶期随着播种量的升高呈下降趋势。其中B2和B3处理苗期α-淀粉酶活性随着苗期萌发生长呈逐渐降低趋势，而B1处理呈先升高后降低趋势。
4 结论
“双免”G模式提高了水稻苗期的出苗率、成苗率和胚乳残留量，降低了水稻苗期第一叶耳间距、地上干重；苗期α-淀粉酶（破胸期、1.1叶期、2.1叶期）和抗氧化酶活性均极显著高于Y模式。在播种量因素中，2年的出苗率、成苗率B2处理均高于B1处理；胚乳残留量呈逐渐降低的趋势。根数、茎基宽中B1处理2年均高于B2、B3处理；种子破胸期、立针期α-淀粉酶活性均呈逐渐升高趋势；叶片抗氧化酶活性均随着播种量的升高呈逐渐下降趋势。
综上所述，本品种“双免密苗”整体最优组合GB2处理在苗期出苗率优于其他处理，但GB1处理秧苗素质及抗逆境能力优于其他处理。
