陳銳明,余 寧,李 花,劉志霞,莫祥曉,賴偉洪,古幸福,李 銳
(1.惠州市惠陽區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村綜合服務(wù)中心,廣東 惠州 516211;2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術(shù)重點實驗室/廣東省水稻工程實驗室,廣東 廣州 510640)
【研究意義】水稻是世界上最重要的糧食作物之一,不僅養(yǎng)活了世界50%以上的人口,也是我國最主要的主糧作物。為確保國家糧食安全,提高糧食自給保障,必須保持水稻單產(chǎn)的持續(xù)增長,這也是提升水稻總產(chǎn)量解決世界人口稻米消費需求的唯一出路。自1996年我國農(nóng)業(yè)部啟動“中國超級稻計劃”的20 多年來,我國境內(nèi)超級稻育種和栽培的研究受到各級政府主管部門和大專院??蒲性核母叨戎匾?,并且持續(xù)在新品種認(rèn)定、配套基礎(chǔ)研究、栽培技術(shù)研究等方面取得突破性進展,一大批超級稻新品種及其配套栽培技術(shù)被有效的投入應(yīng)用,為我國糧食生產(chǎn),特別是稻米生產(chǎn)水平的不斷提高貢獻良多[1-2]?!厩叭搜芯窟M展】從1996 年國家超級稻育種計劃實施以來,廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所已育成一批超級稻新品種,并在長江以南地區(qū)大面積推廣使用。大多新育成的超級稻成為各地水稻創(chuàng)高產(chǎn)活動的主角,不斷為當(dāng)?shù)厮井a(chǎn)量上新臺階樹立標(biāo)桿,成為大面積生產(chǎn)上高產(chǎn)超高產(chǎn)栽培示范的選擇品種[3]。由于水稻的高產(chǎn)必須有高氮肥水平保障,因此,研究高氮肥條件下產(chǎn)量與主要相關(guān)的農(nóng)藝性狀間的關(guān)系及其特性就顯得尤為重要。以往的研究表明,高氮肥條件下才能發(fā)揮超級稻的產(chǎn)量潛力,達到高產(chǎn)超高產(chǎn)水平[4-8]。但是,前人大多僅對不同的單一品種高氮肥條件的產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀表現(xiàn)進行研究,沒有對多個超級稻品種在高氮肥條件下進行比較[8-9]。除了省級新品種區(qū)試常用豐產(chǎn)性和豐產(chǎn)穩(wěn)定性分析不同品種特性外,多個超級稻品種豐產(chǎn)性和豐產(chǎn)穩(wěn)定性分析的相關(guān)報道尚不多。
【本研究切入點】本研究對廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育并在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的6 個超級稻品種(組合)進行高氮肥條件下產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的差異性及關(guān)聯(lián)性進行分析,了解各農(nóng)藝性狀在珠江三角洲地區(qū)早晚季的表現(xiàn)差異及其規(guī)律性,發(fā)現(xiàn)各農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量的回歸關(guān)系及其回歸顯著性,從而擬合早晚季兩季各農(nóng)藝性狀對豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性的最佳回歸方程,確定各品種類型在豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性上需要重點關(guān)注的性狀和品種在早晚季的適應(yīng)情況。【擬解決的關(guān)鍵問題】揭示廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育的6 個超級稻品種在高氮肥肥使用的條件下,產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)差異及其相關(guān)性,分析各品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性特性,為該批次超級稻品種的大面積推廣應(yīng)用提供參考依據(jù),也為后續(xù)超級稻育種提供參考。
參試品種為廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育的6 個超級稻品種(組合),包括五優(yōu)308、五豐優(yōu)615、金農(nóng)絲苗、合美占、玉香油占、桂農(nóng)占,均為早晚兼用型品種。
試驗于2018 年早晚兩造在廣東省惠州市惠陽區(qū)農(nóng)科中心進行。試驗地位于廣東省東南部,珠江三角洲東北端,屬珠三角沖積小平原,具有廣東大多數(shù)水稻種植區(qū)亞熱帶季風(fēng)氣候的典型特征。試驗田耕作層30 cm 以上,為沙壤偏酸性水稻土,土層深度中等,速效氮35.1 mg/kg,速效磷12.1 mg/kg,速效鉀35 mg/kg,土壤肥力中等,可以代表廣東省一般丘陵區(qū)稻田水平。
試驗采用隨機排列,3 次重復(fù),每小區(qū)40 株(穴),小區(qū)面積1.12 m2,秧苗插植5 行,每行8 株,區(qū)間過道40 cm,重復(fù)間過道40 cm,四周設(shè)保護行。田間調(diào)查測定和室內(nèi)考種讀取測量數(shù)據(jù)。
為確保田間試驗采集數(shù)據(jù)的一致性,試驗備秧采用尼龍薄膜覆蓋防寒(早季)、防曬(晚季)塑料軟盤濕潤育秧,覆蓋時間15~20 d。秧地基肥每667 m2施高效復(fù)合肥20 kg(15-4-6 三元青復(fù)肥,廣東福利龍復(fù)合肥有限公司)、有機肥200 kg(新農(nóng)科牌生物有機肥,廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所),于播種前1 周撒施秧田并旋耕均勻,同時撒施茶麩粉4 kg,毒殺福壽螺。播種當(dāng)天每667 m2用壯秧劑460 g(每盤10 g),撒施于畦溝營養(yǎng)土并耕耙均勻后上漿裝盤。移植前1 周全揭膜,移植前1 d 噴施“送嫁藥”,殺蟲防病。本田基肥每667 m2施高效復(fù)合肥70 kg,追肥施高效復(fù)合肥75 kg、分4 期施用,穗肥單施氯化鉀15 kg,本田折算每667 m2施純N 21.75 kg(不含秧田和本田田間測土已經(jīng)包含的部分)、P2O57.45 kg、K2O 19.05 kg,N、P、K 比例為1∶0.28∶0.72。
本田整地、基肥追肥、病蟲草鼠害防控及水分管理與一般生產(chǎn)大田相同。
每小區(qū)取樣10 株,按照常規(guī)測量農(nóng)藝性狀的方法,田間調(diào)查基本苗數(shù)、最高苗數(shù)、株高、抽穗期、生育期。收獲定點單株后,室內(nèi)考種分別調(diào)查每個單株有效穗數(shù)、成穗率、每穗總粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率、谷粒性狀(水分13%)和總生物量(按照地上部收獲烘干水分至恒重),計算千粒重、谷草比、小區(qū)折每667 m2產(chǎn)量等指標(biāo)。
試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 進行整理,用DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)V17.10 高級版進行差異性分析和各性狀對產(chǎn)量的回歸分析,綜合評價顯著性測驗結(jié)果。
不同超級稻品種的營養(yǎng)生長特性,在高氮肥施用的條件下有不同的響應(yīng)(表1)。大株行距插植和高氮肥條件的運用,有利于超級稻品種長勢壯旺,分蘗多,穗大粒多,生物量大的特性的發(fā)揮。從生育期來看,參試6 個品種(組合)均為早晚兼用型品種,符合早晚兼用型品種的一般生育期特性,即晚季全生育期(128.8 d)比早季(131.2 d)短,常規(guī)超級稻品種(126.4 d)較超級雜交稻組合(137.2 d)短的規(guī)律[3]。但五豐優(yōu)615 情況相反,早季全生育期130.2 d,晚季135.2 d,是該品種特有特性,生產(chǎn)上使用應(yīng)考慮這一特殊性。
表1 不同超級稻品種早晚季在高氮肥條件下的營養(yǎng)生長性狀差異Table 1 Differences in vegetative growth traits of different super rice varieties under the condition of high nitrogen fertilization at early season and late season
同等株行距及高氮肥條件下,晚季的最高苗數(shù)普遍較早季高,株高則同品種晚季比早季矮,這種規(guī)律性的表現(xiàn)估計與生長期的光溫條件直接相關(guān)。這一結(jié)果與前人的研究基本一致[2,7,10-11]。
總生物量與生育期直接正相關(guān)(r=0.701),生育期越長品種(組合)的總生物量越高,尤其是生育期較長的雜交稻組合,表明該批次的雜交稻超級稻仍然具有雜種優(yōu)勢及高生物量生長的優(yōu)勢。但從高生物量最終轉(zhuǎn)換為高產(chǎn),達成高效的源庫轉(zhuǎn)換效應(yīng)仍有待育種者的進一步努力。
從表2 可以看出,由于高氮肥施用水平的試驗條件,形成了較理想的高產(chǎn)群體結(jié)構(gòu),參試超級稻品種都獲得較高的產(chǎn)量水平,早季每667 m2產(chǎn)量(折算)表現(xiàn)為五優(yōu)308(1 344.3 kg)>金農(nóng)絲苗(1 290.7 kg)>桂農(nóng)占(1 244.7 kg)>合美占(1 234.7 kg)>五豐優(yōu)615(1 231.3 kg)>玉香油占(1 208.7 kg),晚季表現(xiàn)為桂農(nóng)占(1 757.7 kg)>合美占(1 333.3 kg)>玉香油占(1 315.0 kg)>金農(nóng)絲苗(1 295.0 kg)>五豐優(yōu)615(1 294.7 kg)>五優(yōu)308(1 284.0 kg)。早季的五優(yōu)308 和晚季的桂農(nóng)占產(chǎn)量均較當(dāng)季其他參試品種高,均達極顯著水平,說明這兩個品種對高氮肥施用量的響應(yīng)較好,產(chǎn)生了較好的產(chǎn)量水平,其他參試超級稻品種間差異均未達到極顯著水平。
表2 不同超級稻品種早晚季在高氮肥條件下的產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀差異Table 2 Differences in yield and yield traits of different super rice varieties under the condition of high nitrogen fertilization at early season and late season
晚季全生育期越短(139.1~120.9 d),單株有效穗數(shù)越多(21.9~26.3 條),產(chǎn)量越高(1 284~1 757.7 kg),這種變化趨勢與我們專業(yè)研究時觀察的結(jié)果及前人的研究結(jié)論都不一致。通常情況下,生育期短會產(chǎn)生分蘗數(shù)量少、有效穗數(shù)低的情況,因此這一結(jié)果估計是試驗誤差,由于參試品種數(shù)較少,或參試品種本身的特性導(dǎo)致的,非規(guī)律性結(jié)論。桂農(nóng)占晚季單株有效穗數(shù)(26.3條)和每穗總粒數(shù)(289.2 粒)直接對應(yīng)晚季產(chǎn)量(每667m21 757.7 kg),說明晚季穗數(shù)型品種能獲得更高的產(chǎn)量水平,也說明了桂農(nóng)占產(chǎn)量相對其他參試品種達到極顯著水平的原因。
試驗對每一性狀均進行品種間的方差分析、產(chǎn)量和互作效應(yīng)兩向列表、品種差異多重比較及兩造差異顯著性比較,由于篇幅所限,僅列出豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性測驗顯著水平以上的回歸方程。各農(nóng)藝性狀的回歸方程顯著性測驗結(jié)果(表3)表明,全生育期直接正相關(guān)的品種五優(yōu)308 變異度較低(1.4413),回歸系數(shù)(2.1818)較高,較長的全生育期有利該品種產(chǎn)量形成,表明全生育期長短與產(chǎn)量形成直接正相關(guān)。五優(yōu)308 早晚季產(chǎn)量均較高與其較長的生育期有關(guān)。這與前人在云南省高海拔地區(qū)長生長周期(一季中稻)取得最高產(chǎn)量的歷史紀(jì)錄結(jié)果一致[1,3-4]。
表3 不同超級稻品種早晚季在高氮肥條件下的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性回歸分析Table 3 Fitting regression analysis of high yield and stability in different super rice varieties under the condition of high nitrogen fertilization at early season and late season
最高苗數(shù)在豐產(chǎn)性與穩(wěn)定性回歸方程測驗顯著的是3 個常規(guī)品種合美占、桂農(nóng)占、玉香油占,也形成了常規(guī)超級稻穗數(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ),但桂農(nóng)占和玉香油占的變異系數(shù)偏大(分別為6.8301 和4.4305),穩(wěn)定性稍弱。從最高苗數(shù)這一性狀來看,合美占有較好的回歸系數(shù)(1.0787)和較小的變異系數(shù)(0.8558),是豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性較均衡的品種,田間最高苗數(shù)容易轉(zhuǎn)化為有效穗數(shù),形成產(chǎn)量。
金農(nóng)絲苗在株高、有效穗數(shù)、成穗率3 個性狀的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性回歸方程顯著以上,生產(chǎn)上容易形成較高的有效穗數(shù),從而獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),這與前人的研究和品種多年在生產(chǎn)上的表現(xiàn)一致[4]。由于成穗率變異系數(shù)較大(12.7436),表現(xiàn)對環(huán)境條件變化敏感,雖然正向回歸系數(shù)較大(3.1211),但田間生產(chǎn)管理上不易把握,應(yīng)關(guān)注環(huán)境變化對品種產(chǎn)量的影響。該品種是目前在生產(chǎn)上仍保持較大播種應(yīng)用面積(>1.67 萬hm2/年)的常規(guī)超級稻,如果生產(chǎn)條件管理得當(dāng),高肥水管理條件下是可以實現(xiàn)高產(chǎn)量的。
桂農(nóng)占是唯一總粒數(shù)和實粒數(shù)回歸方程顯著的品種,即穗大粒多,這可能是其在高氮肥條件下獲得高產(chǎn)的特性,也是前人創(chuàng)高產(chǎn)活動中應(yīng)用桂農(nóng)占時主抓大穗粒多獲得高產(chǎn)的原因[5,12]。雖然實粒數(shù)是負(fù)相關(guān)(-0.176),變異系數(shù)也較大(4.7994),說明實粒數(shù)變化較大,可能與品種在大穗時結(jié)實率不高有關(guān)。
從谷草比這一性狀來看,合美占的正向回歸系數(shù)較大(0.9053),變異系數(shù)較?。?.2824),說明谷草比對合美占正向貢獻好,而且變異小,在全部參試品種中豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)表現(xiàn)最好,田間觀察可見穗部較顯“秀美”,株型結(jié)構(gòu)較合理,生產(chǎn)上收獲期田間表現(xiàn)高產(chǎn)長相,與前人研究一致[8]。
總生物量在兩個雜交稻組合(五優(yōu)308、五豐優(yōu)615)的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性回歸方程都表現(xiàn)出極顯著水平,但由于其回歸方程的前量值為較大的負(fù)相關(guān)常量(分別為-3623.0、-4623.5),沖抵了其對產(chǎn)量的提升作用,即高生物量沒有形成高產(chǎn)量的基礎(chǔ),對產(chǎn)量的貢獻有限。
試驗結(jié)果表明,在高氮肥施用的條件下,參試的6 個品種中,五優(yōu)308 適合作為早晚兼用型創(chuàng)高產(chǎn)的品種,利用其長生育期的優(yōu)勢形成高產(chǎn),建議在高海拔光周期較長的區(qū)域使用[10];五豐優(yōu)615、合美占、玉香油占早晚季差異不大,可以發(fā)揮其生長均衡的優(yōu)勢,在珠江三角洲沖積平原地區(qū)使用[7,13-15];金農(nóng)絲苗適合珠三角地區(qū)早季使用[16];桂農(nóng)占具有晚季最好產(chǎn)量表現(xiàn)的可能,是適合晚季創(chuàng)高產(chǎn)的品種[5,12,17]。上述對該批次品種(組合)的評價均與前人的研究基本一致。
本研究所選用的參試超級稻品種(組合)均由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育,研究結(jié)論僅代表該批次品種(組合)的表現(xiàn)。從兩造各性狀的差異顯著性來看,除結(jié)實率、總生物量和谷草比沒有達到顯著性差異外,所有性狀均在早晚季之間存在極顯著的差異性。說明季節(jié)光溫水氣條件的差異,直接影響了品種在高氮肥施用條件下的表現(xiàn)[3-4,10,18-20]。超級稻的高產(chǎn)特性,除了高肥水條件外,還要兼顧能夠給予品種足夠光溫條件的環(huán)境,在良好的光溫條件下,超級稻品種才能將其超高產(chǎn)的潛力發(fā)揮出來[21-22]。這也是長生育周期的水稻品種桂朝2 號,能夠在云南獲得歷史性高產(chǎn)記錄的原因。對雜交組合五優(yōu)308 和五豐優(yōu)615,如果能夠在一季中稻區(qū)長全生育期條件環(huán)境下種植,一定能夠獲得較好的產(chǎn)量水平。這也是目前我們推薦兩品種在一季中稻區(qū)種植推廣的原因。
綜合各性狀在品種高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性的作用來看,長生育周期、高苗峰值、高有效穗數(shù)、高總粒數(shù)、高谷草比均有利形成品種的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)水平;株高、實粒數(shù)、結(jié)實率、總生物量則表現(xiàn)不一,有負(fù)相關(guān)的傾向[23-24]。大生長量和結(jié)實好沒有直接指向高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),主要原因估計與這些性狀的田間表現(xiàn)不穩(wěn)定,變異系數(shù)較大有關(guān)。因此,田間群體結(jié)構(gòu)的管理對品種的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)尤其重要。
目前生產(chǎn)上使用的超級稻品種(華南雙季稻區(qū)),基本都是早晚兼用型品種。使用早晚兼用型品種,能夠簡化生產(chǎn)流程,減少對種子管理的需要。生產(chǎn)上做好留種翻秋,不需要使用新種子,可以節(jié)省大量人力物力財力,方便了生產(chǎn)者和種植者。但是,不是所有早晚兼用型品種都能同時在早晚季發(fā)揮同樣的效能。兼用型品種對早晚季環(huán)境和人類勞動配套工作的適應(yīng)性是有差異的[25]。本試驗揭示,大部分品種早晚季間田間表現(xiàn)基本均衡,但個別品種還是有巨大差異,有的早季表現(xiàn)良好(五優(yōu)308),有的晚季表現(xiàn)好(桂農(nóng)占)。
因此,新品種選育出來之后,必須探明在高產(chǎn)栽培水肥條件下品種的豐產(chǎn)性和適用性。如果屬于特別適合某一造別或確實可以早晚季都保持較好的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性品種,在生產(chǎn)上就安排其適合的季節(jié)條件,以獲得較好的產(chǎn)量。如五優(yōu)308 在早季和桂農(nóng)占在晚季的生產(chǎn)應(yīng)用,更能發(fā)揮其增產(chǎn)潛力。這種原理,在每年各地都進行的高產(chǎn)創(chuàng)建活動中,顯得特別重要。選擇適合品種發(fā)揮高產(chǎn)潛力的季別,才能在高產(chǎn)創(chuàng)建活動中取得好成績[26-27]。
本試驗設(shè)置的高氮肥條件,是廣東省高產(chǎn)創(chuàng)建活動設(shè)置的肥水條件水平。我們就是應(yīng)用目前生產(chǎn)上使用最多的創(chuàng)高產(chǎn)活動標(biāo)準(zhǔn),考察廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所育成的超級稻品種的田間表現(xiàn)差異。由試驗結(jié)果可知,目前育成的超級雜交稻全生育期偏長,總生物量也較高。但是,雜種優(yōu)勢營養(yǎng)生長產(chǎn)生的高生物量與最終取得的產(chǎn)量不成正比,即優(yōu)勢的高生物量是長生長周期獲得的,沒有有效轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量。如果不能最終轉(zhuǎn)換為產(chǎn)量優(yōu)勢,這種長生育周期和高生物量就變成一種劣勢,會過量生長引發(fā)田間群體結(jié)構(gòu)的擁擠和病蟲害的滋生[28]。
因此,育種工作者必須改善選育材料,改變對總生物量優(yōu)勢的看法,找到雜種優(yōu)勢在新品種中能高效轉(zhuǎn)換源庫效應(yīng)的途徑,使新一代的超級稻品種(組合)能夠產(chǎn)生更好的高產(chǎn)水平。這也是有待育種者進一步努力的方面。
不同的超級稻品種(組合)對早晚兩季的生產(chǎn)環(huán)境條件是有差異性和選擇適應(yīng)性的。雖然現(xiàn)在選育的品種大多是感溫型品種,在新品種選育的過程中,在生產(chǎn)試驗示范階段還是必須探明其特性,特別是兩季的表現(xiàn)差異,為生產(chǎn)第一線的推廣應(yīng)用做準(zhǔn)備。
從本批次參試品種的情況來看,高肥水條件有利于高產(chǎn)品種特性的發(fā)揮,能夠達到高產(chǎn)示范片工作目標(biāo)的要求。超級稻品種(組合)適合在高氮肥施用的條件下進行高產(chǎn)創(chuàng)建活動。合適的品種在合適的季節(jié),高氮肥施用可以發(fā)揮出最好的產(chǎn)量水平,如桂農(nóng)占在華南晚季的應(yīng)用。試驗結(jié)果對產(chǎn)量回歸的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性回歸系數(shù),以五優(yōu)308(早晚季)和桂農(nóng)占(晚季)表現(xiàn)最好。
超級稻品種對高肥水條件的響應(yīng)比一般品種更優(yōu),應(yīng)該做更多高肥水條件下超級稻品種特性的研究工作,特別是探討高氮肥條件下,超級稻響應(yīng)好的生理生化原因,以利于超級稻品種的推廣應(yīng)用。