机械化种植杂交籼稻高产稳产群体定型研究

机械化种植杂交籼稻高产稳产群体定型研究

中国大约有2.3亿人口以水稻为主。由于快速的经济发展，耕地显著减少，这将面临粮食短缺问题。因此，我们必须通过提高产出量来实现高产和稳产。育种与栽培学家一直将提高水稻增产潜力作为主要目标,水稻高产不仅需要足够的个体数量,也要提高群体内各个体质量。水稻抽穗期株型是决定产量的关键性因素,显著影响冠层的光合作用。为进一步挖掘水稻增产潜力,水稻育种以塑造“理想株型”为指南,在特定生产条件下将有利于高产性状的最佳组配,包括个体和群体2个水平。个体株型包括株高、上三叶叶形和穗型特征,群体特征含叶面积指数、粒叶比和收获指数等形态指标。水稻株型特征与单穗重、产量及栽培措施等密切相关。因此,了解水稻高产的株型特征有利于育种和优化栽培措施。近年来,随着经济结构的转变,中国农村优质劳动力不足,水稻种植迫切需要向轻简化、机械化、规模化方向发展。中国已形成机(手)插为主体、多种种植方式并存的水稻种植模式,目前水稻种植机械化由快速向高速发展。有关机械化种植杂交籼稻的株型结构的研究鲜有报道,且四川盆地稻田周年种植模式以菜—稻和油(麦)—稻为主,探讨杂交籼稻高产种植技术及其株型特征具有实际意义。为此,本研究选用应用广泛的籼型杂交中稻F优498为材料,探讨不同穴苗数与播期下机械穴直播和机插的株型特征及产量构成,并分析株型指标与产量因子的相关性,以期探明杂交籼稻机械化种植高产群体的株型特征,为制定高产机械化种植配套技术和选育适宜机械化种植的杂交籼稻品种提供参考。1材料和方法1.1都平单条试验地中壤地2012年和2013年在成都市郫县古城镇花牌村基地(30°52′N,103°55′E)种植籼型杂交中稻F优498。该基地位于成都平原都江堰自流灌溉区,属亚热带湿润性季风气候区。试验地前茬为蔬菜,土壤属灰棕冲积土母质发育而成的水稻土,质地为中壤。0~20cm土层pH为5.85,含有机质30.85gkg-1、全氮1.85gkg-1、全磷1.10gkg-1、全钾28.90gkg-1、碱解氮88.39mgkg-1、速效磷149.71mgkg-1、速效钾40.10mgkg-1。1.2机直播机及其他肥土管理二因素裂区设计,种植方式为主区,设机械穴直播(MD)、机插(MT)、手插(AT)3个处理;2012年以穴苗数为副区,设低苗(L)和高苗(H)2个处理,2013年以播期为副区,分早播(ES)和迟播(LS)2个处理,试验设计和秧苗素质见表1。机械穴直播(以下简称机直播)用行穴距可调、播量可控的2BD-10精量穴直播机播种,机插用洋马VP6高速插秧机插秧。小区间用塑料薄膜包埂隔离,单独肥水管理。小区面积36m2,重复3次。施纯氮180kghm-2,按基蘖肥∶穗肥=6∶4,其中基蘖肥以基肥∶分蘖肥=2∶1、穗肥以促花肥∶保花肥=5∶5施用。按N∶P2O5∶K2O=2∶1∶2确定磷、钾肥施用量,磷肥作基肥一次性施用,钾肥按基肥∶穗肥(促花肥)=5∶5施用,两年主要生育期的气象条件见表2。机直播分蘖肥于四叶一心期施用,基肥和穗肥的施用与机插处理一致,其他管理措施按当地高产栽培要求实施。1.3穗部形态特征调查栽插后5d(直播四叶期)从每小区选取长势较一致的连续20株,用红绳圈定并标记叶龄,对水稻植株分蘖的发生情况挂牌追踪。每个主茎及分蘖挂上标签,在标签上写好分蘖的次级和叶位,每5d挂牌和标记叶龄一次。于抽穗期和成熟期2013年按平均茎数取样4株,2012年取抽穗一致的主茎8茎。按叶位测定各单茎株高和茎蘖夹角(分蘖与主茎的夹角),所有绿叶的叶长和叶宽,上三叶叶基角(叶片基部挺直部分与茎秆的夹角)、叶开角(叶枕至叶尖连线与茎秆的夹角)和叶枕距地面高度;成熟期测定穗长、穗弯曲度(穗颈与穗间连线与茎秆的夹角)和穗颈节距地面高度,并按叶位测定各叶片的干重。成熟期根据分蘖的标签将各级分蘖分开,单独收获和考种,测定穗长、穗粒数等穗部性状,并测定结实率和粒重,单独称重。以各小区调查60穴计穗数,并实收核产。叶面积(cm2)=0.75×叶长(cm)×叶宽(cm);比叶重(mgcm-2)=叶片干重(g)/叶面积(cm2)×1000;披垂度(°)=叶开角(°)-叶基角(°);穗颈长度(cm)=穗颈节距地面高度(cm)-剑叶叶枕距地面高度(cm);着粒密度(graincm-1)=穗粒数/穗长(cm)。1.4数据处理分析应用MicrosoftExcel2007整理、处理数据,SAS9.0软件进行其他统计分析。用LSD(leastsignificantdifferencetests)比较样本平均数的差异显著性。2结果与分析2.1机直播和机插对叶片基本特征的影响2.1.1叶形由表3可见,2012年水稻上三叶叶长均表现为机直播>机插>手插,2013年水稻的剑叶和倒二叶则以手插最长,机插倒三叶显著长于机直播和手插处理。机直播的剑叶和倒三叶长度随播期延迟明显增长,倒二叶略有减小,机插与机直播趋势相反,手插的上三叶随之增长。从叶宽来看,2012年机直播上三叶显著大于机插和手插处理,2013年水稻上三叶叶宽均以机插处理最大,剑叶以机直播最小,倒二、倒三叶以手插最小。叶宽随播期延迟和穴苗数降低均呈增大的趋势,种植方式与播期的互作对剑叶宽度有显著影响,机插和手插随播期延迟显著增大,手插反而减小。手插上三叶比叶重显著高于机直播和机插处理,机直播与机插差异不显著。随播期延迟,3种种植方式的比叶重均显著降低。种植方式和播期对倒二叶比叶重存在显著的交互效应,机直播和机插随播期延迟显著减小,手插反而略有增加。一次分蘖叶形的变化趋势与主茎基本一致。综合来看,机直播和机插的叶片宽大,手插处理比叶重高;播期延迟使叶片变大,但比叶重显著降低。2.1.2叶姿叶姿是影响水稻捕获和利用太阳光能力的重要因素,主要表现为叶片的高度与直立性等。表4表明,手插的株高显著低于机直播和机插处理,机直播与机插差异不显著。种植方式与播期的互作对株高影响显著,机插和手插均随播期延迟显著增大,机直播反而减小。剑叶着生高度随株高增加而增加,2012年剑叶着生高度表现为机直播>机插>手插,其中机直播显著高于机插和手插;2013年以机插最高,主茎以手插最低,一次分蘖以机直播最低。不同种植方式间剑叶与倒二叶间距差异不显著,差异主要表现在倒二叶与倒三叶间距上,2012年表现为手插高于机插和机直播,2013年则是机插显著大于机直播和手插。种植方式和播期对倒二叶与倒三叶间距存在显著的交互效应,机插和手插随播期延迟显著减小,机直播反而有所增大。虽然推迟播期使株高增加,但倒二叶与倒三叶间距却显著减小。从叶片的直立性来看,2012年机直播处理剑叶叶基角显著高于机插和手插,倒二、倒三叶叶基角均是手插>机插>机直播;2013年种植方式对叶片上三叶叶基角影响不显著,随着播期延迟,机直播和手插主茎的叶基角增大,机插反而减小,一次分蘖叶基角总体呈减小的趋势。从披垂度来看,机直播剑叶显著低于机插和手插,2012年倒二、三叶均为机直播>机插>手插,其中机直播倒三叶显著高于手插;2013年倒二、三叶以机插最大。随播期延迟,机直播上三叶披垂度呈增大的趋势,机插和手插有所减低。综合来看,机直播和机插株高和上三叶叶位高,叶片间距大,但直立性偏差;手插株高较低,叶片间距偏小,叶片短而厚,直立性好,有利于下部叶片受光。2.1.3叶面积指数和粒叶比表5表明,机直播单株穗数显著低于机插和手插处理,且随播期延迟显著降低。茎蘖夹角以机插最大,手插次之,机直播最小,其中机插显著高于机直播,且随播期延迟显著减小。手插总叶数显著高于机插,机插显著高于机直播,手插较机直播和机插分别多1.73叶和0.84叶,晚播较迟播处理少1.03叶。不同种植方式抽穗期的LAI差异不显著,随播期延迟显著增大。种植方式对倒三叶至剑叶的LAI影响也不显著,播期对倒三叶的LAI有显著影响,随播期延迟显著增加,但不同播期间倒二叶和剑叶的LAI差异不显著。因此,播期延迟主要增大低叶位的叶面积,对倒二叶和剑叶影响很小。不同种植方式间高效叶面积率和粒叶比差异不显著,但随播期延迟均显著降低。种植方式与播期的互作对粒叶比存在显著的交互作用,机插和手插随播期延迟显著降低,机直播反而增加。虽然迟播处理增大了LAI,但粒叶比低,播期延迟仍会显著影响群体质量和群体光合生产力。2.2机直播和机插、手插期间的互对华粒重和穗部性状的变化两年机直播产量均显著低于机插和手插(表6),机插与手插差异不显著,2012年手插高于机插,2013年机插产量略高于手插。不同种植方式产量随播期延迟而减少,随穴苗数增加而增加。两年穗数分别为机插>手插>机直播和机直播>手插>机插,差异均不显著;每穗粒数则以机插最高,手插次之,机直播最低,种植方式与播期的互作对每穗粒数影响显著,机插和手插均随播期延迟显著降低,机直播反而增加;机直播的结实率显著低于机插和手插,且随播期延迟显著降低;种植方式和播期对粒重存在显著的交互效应,推迟播期使机直播的粒重显著降低,机插和手插却有所增加。从穗部性状来看,2012年手插穗长显著长于机直播和机插处理,2013年表现却相反;穗颈长度均表现为机直播>机插>手插,种植方式与播期的互作对穗颈长度影响显著,机直播随播期延迟而减小,机插和手插处理显著增加。穗弯曲度和每穗粒数机直播均小于机插和手插处理。2013年着粒密度表现为机直播显著低于机插和手插,说明机直播穗长粒少,籽粒分布相对松散;机插与手插枝梗和籽粒多,籽粒分布较为集中;2012年呈相反的趋势,这可能与气象条件影响穗长形成有关。不同种植方式主茎单穗重差异不显著,一次分蘖却表现为机插>手插>机直播,随穴苗数增加和播期延迟均显著减小。2.3叶片形态与产量的关系表7表明,上三叶叶长、茎蘖夹角和株高与穗长、每穗粒数、着粒密度和单穗重呈显著或极显著正相关,剑叶长与穗颈长度呈负相关,与颈穗弯曲度呈显著正相关,倒二、倒三叶的相关性表现相反。上三叶叶宽与穗颈长度呈正相关,剑叶宽度与穗长、颈穗弯曲度、每穗粒数、着粒密度和单穗重呈显著或极显著负相关,倒二、倒三叶与这些穗部性状呈正相关。穗长、颈穗弯曲度、每穗粒数、着粒密度和单穗重与剑叶和倒二叶叶基角大都呈显著或极显著正相关,与倒三叶叶基角呈显著或极显著负相关。上三叶披垂度与穗长和单穗重呈显著或极显著负相关。穗长、颈穗弯曲度、每穗粒数、着粒密度和单穗重与剑叶着生高度呈极显著负相关,倒二、三叶表现相反。结果表明,适当增大上三叶叶长、叶宽,增加株高、倒二、三叶着生高度,减小披垂度,有利于增加穗长和穗粒数从而提高单穗重。从表8可知,产量与上三叶叶长、叶宽、披垂度和着生高度呈负相关,多数达显著或极显著水平。穗数与上三叶叶宽、叶基角、着生高度和株高呈负相关。每穗粒数与上三叶叶长、叶宽和株高呈负相关,与着生高度和茎蘖夹角多呈正相关。结实率和粒重与上三叶叶宽、叶基角、株高和着生高度呈正相关,与上三叶叶长呈负相关。群体LAI与上三叶叶长、叶宽、着生高度和株高多呈显著或极显著正相关,与叶基角、披垂度和茎蘖夹角大都呈显著或极显著负相关。粒叶比与上三叶叶长、叶宽、着生高度和株高均呈显著或极显著负相关。总叶片数与产量呈极显著正相关,与穗数、每穗粒数、结实率、粒重、LAI和粒叶比均呈负相关。说明,上三叶叶长、叶宽和着生高度对产量的影响是负向的,茎蘖夹角对产量影响是正向的;上三叶叶长和叶宽对LAI影响是正向的,叶基角、披垂度和着生高度对群体LAI影响是负向的。叶片过长,虽能增大群体叶面积,但会减小粒叶比,降低产量,适宜的叶片大小更有助于提高群体产量;适宜的茎蘖夹角有利于增大粒叶比,从而提高产量。3讨论3.1机插和手插对叶位和产量的影响水稻株型结构与产量关系密切,受遗传因子、栽培措施和生态条件的制约。优良的株型结构是高产的骨架,水稻的长势主要体现在群体叶片数量和质量上。上三叶生长发育与穗分化同步进行,高效叶面积与穗部性状密切相关。马均等认为理想的重穗型杂交稻剑叶、倒二叶、倒三叶长度分别达到40~45cm、50~55cm、50~60cm,宽度分别为2.0~2.2cm、1.6~1.8cm、1.4~1.6cm。本试验两年上三叶叶长表现不同,2012年机直播>机插>手插,2013年手插显著长于机直播和机插,手插处理基本符合该范围,推迟播期和降低穴苗数叶长显著增长;两年分别表现为机直播和手插处理叶片宽大,其原因可能是不同种植方式生育进程不同,上三叶生长期的气象条件有明显差异,2012年机直播和迟播处理这一时期降雨量均显著增加。比叶重高有利于扩大叶源量且直立性好,袁隆平认为上三叶应挺直、窄、凹、厚,上三叶比叶重以机直播最低,机插次之,手插最高,且随播期延迟均显著降低。理想株型着眼于塑造优良的受光姿态,一般认为剑叶叶角小,倒二、倒三叶叶角顺次增大的宝塔形叶层结构,其光合利用率高。叶间距影响下层的通风受光条件,株高增加,着生高度也随之增加,但叶间距表现不一,机插处理倒二叶与倒三叶间距最大,有助于基部叶片受光。适宜的LAI能提高叶片的光能利用率,达到强源的作用,本试验的机插和手插群体LAI略低于机直播,但高效LAI差异不显著,最终并未减产,说明适中的LAI有利于改善田间通透条件。水稻穗部性状是水稻能否高产的重要表现,马均等认为重穗型品种理想的穗部性状为单穗重4.8g以上,每穗粒数180~240粒,千粒重28~30g。李红宇等的研究表明,东北高产品种穗型直立或半直立(颈穗弯曲度<60°),收获指数>0.52。袁隆平发现弯曲穗型可避免后期穗遮蔽冠层对群体光能利用的不利影响。本试验以杂交籼稻为供试品种,与粳稻穗型差异大,结果表明,主茎穗长以手插最长,一次分蘖以机插最长,推迟播期使穗长显著增长;穗颈长度表现为机直播>机插>手插,随播期延迟而增加;机插和手插穗粒数多、颈穗弯曲度大,推迟播期使穗粒数和单穗重明显降低,这可能与抽穗后积温显著降低有关。综合来看,机插上三叶叶长、叶宽和叶间距大,植株和叶位高,茎集散度适中,但叶片直立性偏差;机直播叶宽、比叶重和总叶片数小,株高和叶片着生高度较大,单穗重较小;手插植株稍矮,叶片大小适宜,比叶重高,直立性好。理想的水稻株型结构可以最大限度提高群体的光能利用率,从而增加产量。一般认为,上三叶长而宽且叶角小、增大比叶重和株高有利于高产。本研究发现,产量与上三叶叶长和叶宽均呈负相关,推迟播期使叶片增长变薄,不利于下部叶片受光;高苗处理使叶片减小,产量得以显著提高。叶基角与产量呈正相关,与前人结论有所差异,这可能与品种不同有关,本试验3种种植方式的剑叶、倒二叶、倒三叶叶基角分别小于10°、15°、20°,低于适宜的10°、20°、30°,适当增大叶基角有利于提高光能利用率。产量与株高和叶片着生高度呈负相关,机直播和迟播处理株高和叶片着生高度均较高,产量显著降低,这主要因为增加叶位高度时叶间距反而减小。茎蘖夹角和总叶片数与产量均呈极显著正相关,说明在植株较高时,适度松散有利于叶冠层的空间分布,机插和手插处理茎蘖夹角显著高于机直播;产量随生育期和积温增长而增加。高产是穗数与大穗的有机结合,本研究中最高产处理的穗数均不是最高,说明足穗条件下大穗是高产的重要原因。穗粒数与上三叶长度和株高呈负相关,与着生高度和茎蘖夹角正相关;单穗重与上三叶叶长、株高和茎蘖夹角多呈显著或极显著正相关;与倒二、三叶叶宽、着生高度呈显著或极显著正相关,与剑叶则呈显著或极显著负相关;与剑叶叶基角和披垂度呈正相关,与倒三叶呈显著或极显著负相关。机插上三叶叶长适宜,叶宽和着生高度大,茎集散度较松散,穗粒数和单穗重高;机直播和迟播处理茎蘖夹角偏小,叶片较大,比叶重低,披垂度大,穗粒数和单穗重明显降低。机插与手插早播处理产量和单穗重均较好,说明适中的株高、茎集