当前,经济发展迅速,农村劳动力转移加剧,给农业带来一定的负面效应。加快水稻机械化进程,能够实现水稻稳产、增产,为农业生产带来积极的效应。机械化种植是水稻机械化生产的重要环节,也是实现水稻全程机械化高产高效生产的难点和研究的热点。长江下游稻麦两熟地区,目前主流的机械化种植方式有毯苗机插、机械直播和钵苗机插。受前茬小麦生产的影响,不同种植方式有其自身生产的特点及限制。因此,研明高产栽培模式下毯苗机插、机械直播和钵苗机插水稻综合生产力差异与产量形成的生态生理特征,能够为机械化种植方式的合理推广应用及实现水稻全程机械化高产高效生产提供理论参考和数据支持。2014-2015年,本试验于扬州大学农学院校外试验基地江苏省兴化市钓鱼镇进行,选用常规粳稻、籼粳杂交稻和杂交籼稻共6个水稻品种为材料,系统比较研究高产栽培模式下毯苗机插、机械直播和钵苗机插等机械化种植方式下不同水稻品种产量及其构成特征、温光资源利用特征、光合物质生产特征、株型及抗倒伏特征、氮素吸收利用特征、米质性状和稻麦周年生产特征及差异。主要结果如下:1.与机械直播相比,钵苗机插和毯苗机插分别显著增产水稻20.0%和13.1%。其中,籼粳杂交稻和杂交籼稻产量于种植方式间的变化幅度大于常规粳稻。从产量构成因素分析,水稻的结实率和千粒重于种植方式间差异不显著,群体颖花量呈钵苗机插>毯苗机插>机械直播的显著趋势。进一步分析水稻群体颖花量构成,单位面积有效穗数和穗粒数分别呈钵苗机插<毯苗机插<机械直播和钵苗机插>毯苗机插>机械直播的显著趋势。与机械直播相比,钵苗机插和毯苗机插水稻的穗数平均减少4.4%和2.6%,穗粒数平均增加22.1%和13.3%,群体颖花量平均增加16.7%和10.3%。水稻的穗长、着粒密度、单穗粒重、一次枝梗数和粒数、二次枝梗数和粒数、二次枝梗粒数对穗粒数的贡献率及二次枝梗粒数的结实率为钵苗机插>毯苗机插>机械直播;一二次枝梗数比、一二次枝梗粒数比和一次枝梗粒数对总粒数的贡献率为钵苗机插<毯苗机插<机械直播。因此,保足穗、争大穗、高颖花量及稳定的结实率和千粒重,是钵苗机插较毯苗机插和机械直播高产的重要特征。2.钵苗机插和毯苗机插水稻播种期较机械直播早28和16 d,致水稻拔节期提前7-13和5-9 d,抽穗期提前7-15和4-10 d,成熟期提前5-15和3-11 d。与机械直播相比,毯苗机插延长水稻生育期5-14 d,钵苗机插延长13-23 d,且生育期延长主要是由于播种至拔节期持续时间延长。籼粳杂交稻和杂交籼稻的日产量呈钵苗机插>毯苗机插>机械直播的显著趋势,常规粳稻呈毯苗机插高于钵苗机插和机械直播的趋势。最终,产量与生育期和日产量均呈极显著的正相关关系。这说明,水稻生长过程中,延长全生育期和提高日产量均能增加实产。相比机械直播,钵苗机插和毯苗机插增加水稻全生育期有效积温14.9%-19.6%和9.1%-11.6%,增加全生育期太阳辐射积累量16.1%-24.8%和8.3%-14.2%。水稻全生育期日均温度呈钵苗机插>毯苗机插>机械直播,其中营养生长期(播种至拔节期)为钵苗机插<毯苗机插<机械直播,生殖生长期(拔节至抽穗期)和灌浆结实期(抽穗至成熟期)为钵苗机插>毯苗机插>机械直播。受种植方式的影响,营养生长期日均温度低于25.1℃和灌浆结实期日均温度高于20.1℃可攻取高产。因此,长生育期、高温光资源利用、营养生长期较低的日均温度和灌浆结实期较高的日均温度,是钵苗机插水稻高产的重要特征。3.从水稻茎蘖动态分析,钵苗机插呈“缓升缓降”的态势,机械直播呈“急升骤降”的态势,毯苗机插居于二者之间,成穗率为钵苗机插>毯苗机插>机械直播的趋势。钵苗机插水稻较毯苗机插和机械直播水稻群体干物质积累量大,其差异随生育进程的推进而增大。降低播种至拔节期水稻干物质积累量比例,控制拔节至抽穗期干物质积累量比例,增大抽穗至成熟期干物质积累量比例是钵苗机插较毯苗机插和机械直播积累更多生物产量的重要途径。灌浆结实期水稻单茎茎鞘重和乳熟后单茎茎鞘的二次充实状况均为钵苗机插>毯苗机插>机械直播。与毯苗机插和机械直播相比,钵苗机插抽穗至乳熟期单茎茎鞘干物质输出率和转运率较大,抽穗至成熟期较小。抽穗后水稻的光合势、群体生长率和净同化率均呈钵苗机插>毯苗机插>机械直播的显著趋势,极大地提高了钵苗机插水稻植株群体光合生产能力,为水稻高产的形成奠定物质基础。4.与毯苗机插和机械直播相比,钵苗机插使水稻上三叶叶长增长,比叶重增大,叶基角和披垂度减小;使水稻群体高效叶叶面积增加,剑叶叶绿素含量和净光合速率协同增加;使水稻穗型变大,粒叶比提高;并且使水稻株高增高,秆长增长,穗下节间增长。水稻基部1-3节间于钵苗机插方式下,较毯苗机插和机械直播长度缩短,茎秆变粗,茎壁增厚,节间干重增加,充实度变好,抗折力和弯曲力矩增大,倒伏指数显著降低。这说明,钵苗机插更能改善水稻株型,优化水稻群体结构,提升水稻抗倒性能。5.拔节期水稻含氮率为钵苗机插<毯苗机插<机械直播,抽穗和成熟期为钵苗机插>毯苗机插>机械直播,差异显著。主要时期水稻植株吸氮量于种植方式间的变化趋势与含氮量一致,但拔节期吸氮量于种植方式间差异不显著,抽穗和成熟期差异显著。拔节后水稻的氮素积累量、积累比例和吸收速率均呈钵苗机插>毯苗机插>机械直播的显著趋势。水稻百千克籽粒氮素吸收量、偏生产力和氮收获指数为钵苗机插>毯苗机插>机械直播,而籽粒和干物质氮素生产率为钵苗机插<毯苗机插<机械直播,差异显著。这说明,钵苗机插水稻氮素生产效率较低。因此,在今后技术研发中应重视氮肥的高效利用,以实现兼顾高产和营养高效水稻机械化生产。抽穗期和成熟期植株叶片、茎鞘和穗部含氮率均为钵苗机插>毯苗机插>机械直播,抽穗后钵苗机插叶片氮素转运量、表观转运率和转运贡献率均显著大于毯苗机插和机械直播,为籽粒高效的氮素积累提供保障。6.钵苗机插的整精米率比毯苗机插和机械直播分别提高1.6%和4.9%,整精米产量分别提高7.8%和25.9%,改善了稻米加工品质。与毯苗机插和机械直播相比,钵苗机插稻米的垩白米率、垩白面积和垩白度显著增加,对稻米外观品质有不利影响,但钵苗机插精米蛋白质含量较高,有利于稻米营养品质的改良,其精米蛋白质产量分别比毯苗机插和机械直播提高8.7%和28.0%。3种种植方式相比,钵苗机插稻米蒸煮食味品质表现出一定程度的变优趋势,其中,稻米直链淀粉含量、消减值和糊化温度呈钵苗机插<毯苗机插<机械直播的趋势,胶稠度、峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值呈钵苗机插>毯苗机插>机械直播的趋势。食味值于种植方式间无显著差异,呈籼粳交水稻和常规粳稻钵苗机插<毯苗机插<机械直播,杂交籼稻毯苗机插>钵苗机插>机械直播的趋势。7.试验中,水稻腾茬时间由早到晚依次为钵苗机插、毯苗机插和机械直播。因此,小麦的播种期于钵苗机插水稻茬口早于毯苗机插和机械直播水稻茬口,致小麦生育期、生物学产量和经济产量呈钵苗机插水稻茬口>毯苗机插水稻茬口>机械直播水稻茬口的显著趋势。水稻机械化种植方式对稻麦周年生产的影响显著。与机械直播水稻-小麦相比,钵苗机插和毯苗机插水稻-小麦分别增加周年经济产量19.3%和12.2%,增加周年生物学产量17.5%和11.2%,增加周年日产量9.1%和7.2%。钵苗机插和毯苗机插水稻-小麦全生育期较机械直播水稻-小麦长32和16 d,其中钵苗机插水稻-小麦全生育期天数超过366 d。水稻周年有效积温积累量、太阳辐射积累量和温光生产效率均呈钵苗机插-小麦>毯苗机插水稻-小麦>机械直播水稻-小麦的显著趋势。最终,与机械直播水稻-小麦相比,钵苗机插水稻-小麦分别增大周年籽粒和干物质光能利用率15.8%和14.0%,毯苗机插分别增大10.5%和9.5%。由此总结如下,钵苗机插在促进稻麦周年粮食增产增效生产的作用表现在:①攻大穗,高积累,增水稻产量;②提早播种,协调穗粒,提高小麦产量;③缓和稻麦茬口矛盾,延长稻麦生育周期,改善稻麦生长环境,促稻麦周年粮食高产高效生产。