潘竹棟 朱孔志 陳錦珠 丁世峰 馮明輝 盧霞

0 引言

雜交水稻技術(shù)是一項(xiàng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高新技術(shù)，其推廣與應(yīng)用，為解決中國(guó)乃至世界的糧食安全問(wèn)題做出了卓越的貢獻(xiàn)[1-2]。制種是雜交水稻生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，要實(shí)現(xiàn)水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，首先要生產(chǎn)出充足且優(yōu)質(zhì)的種子[3]。水稻是自花授粉作物，而雜交水稻制種因不育系自身花粉的完全敗育，成為異花授粉的異交栽培，必須依靠父本的花粉受精結(jié)實(shí)。雜交水稻輔助授粉技術(shù)是制種的關(guān)鍵技術(shù)，但由于多年來(lái)一直采用人工輔助授粉的方法，作業(yè)效率低、成本高，影響了雜交水稻技術(shù)推廣應(yīng)用，雜交水稻機(jī)械化輔助授粉已成為亟待解決的技術(shù)難題[4]。

小行比制種授粉配套父母本相間種植行比為1～2:8～12。父本單行種植幅寬約為60 cm，雙行幅寬約為75 cm；母本廂種植幅寬為160～185 cm。此法在制種上應(yīng)用最多，有較高的授粉效率，但是對(duì)勞動(dòng)力素質(zhì)要求較高。為此，2021 年江蘇金色農(nóng)業(yè)股份有限公司選擇3 個(gè)雜交水稻制種組合，開展農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)輔助水稻制種授粉技術(shù)研究。該技術(shù)利用農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)旋翼產(chǎn)生的風(fēng)力輔助制種授粉，使花粉傳播得更遠(yuǎn)，將父母本之間的種植行比擴(kuò)大至4～6:24～40，廂寬擴(kuò)大至725 ～1 185 cm，有利于實(shí)現(xiàn)父母本機(jī)械化種植和收割，保證制種產(chǎn)量和效益[5-6]。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 基地概況

試驗(yàn)基地在鹽城市大豐區(qū)劉莊鎮(zhèn)良好村，供試地為黏性土壤，土地平整、肥力均勻、排灌方便、形狀規(guī)整，前茬作物為小麥。土壤有機(jī)質(zhì)含量為23.7 g/kg，全氮含量為1.48 g/kg，有效磷含量為11.8 mg/kg，速效鉀含量為 165.0 mg/kg[7]，pH 值為7.4。

1.2 試驗(yàn)制種組合

供試組合：荃9311A/五山絲苗、晶4155S/R534、晶4155S/R1212。

1.3 農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)及飛行參數(shù)

本研究選用大疆T20 農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)。該機(jī)可定時(shí)、定速、定高、定距全自主飛行，并帶有仿地飛行、全自主智能作業(yè)、飛行方向全方位避障、斷點(diǎn)續(xù)航功能，防塵防水，堅(jiān)固耐用。

飛行參數(shù)：飛行速度4.0～4.5 m/s；離稻株冠層高度2.0～2.4 m；負(fù)重（水）3～5 L；高仿地飛行作業(yè)。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試的3 個(gè)制種組合荃9311A/五山絲苗、晶4155S/R534、晶4155S/R1212 分別采用父母本行比1:8 和6:28 兩種種植方式。其中：父母本行比為1:8 的采用人工授粉的方式，父本機(jī)插密度22 cm×30 cm（每穴 1～2 苗），母本機(jī)插密度 12 cm×20 cm（每穴2～3 苗），父母本廂間距30 cm，廂寬220 cm。父母本行比為6:28 的采用農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)輔助授粉的方式，父本機(jī)插密度22 cm×30 cm（每穴2～3 苗），母本機(jī)插密度12 cm×25 cm（每穴3～4 苗），父母本廂間距30 cm，廂寬885 cm。

1.5 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.5.1 母本異交結(jié)實(shí)率測(cè)定方法

每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)連續(xù)取3 穴，測(cè)定總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)，計(jì)算母本群體異交結(jié)實(shí)率，并調(diào)查單位面積母本有效穗數(shù)[8]。

1.5.2 測(cè)產(chǎn)

選用割幅寬2.0～2.5 m 的水稻聯(lián)合收割機(jī)收獲。母本收割前1～2 d，在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)取3點(diǎn)（重復(fù)3 次），每點(diǎn)實(shí)收面積為1～1.5 m×廂寬的母本，脫粒干燥并風(fēng)選后，按照母本占地比例，測(cè)算制種產(chǎn)量[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 父母本生育期

2021 年試驗(yàn)基地全程機(jī)械化制種父、母本的播種期、移栽期、始穗期等生育期情況見(jiàn)表1。由表1 可看出，示范制種組合的父、母本花期均相遇良好。

表1 2021 年示范基地全程機(jī)械化制種父、母本生育期

2.2 農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)輔助授粉效果

在全程機(jī)械化制種示范區(qū)和示范區(qū)周邊的傳統(tǒng)人工制種區(qū)隨機(jī)選點(diǎn)，調(diào)查母本單位面積有效穗數(shù)、總穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率，并實(shí)割測(cè)產(chǎn)，結(jié)果見(jiàn)表2[7]。分析表2 可知，大行比機(jī)械化制種示范區(qū)母本采用機(jī)插秧方式的，有效穗數(shù)和總穎花數(shù)均高于人工栽插方式。其中，有效穗數(shù)高出10.90%～16.54% ，總穎花數(shù)高出11.43%～12.64%。而小行比人工授粉較大行比無(wú)人機(jī)輔助授粉母本異交結(jié)實(shí)率高1.8%～4.3%；大行比制種母本的異交結(jié)實(shí)率和單產(chǎn)略低于傳統(tǒng)小行比（1:8）人工授粉制種方式，但是大行比無(wú)人機(jī)輔助授粉的母本采用機(jī)插秧方式，可顯著增加畝有效穗數(shù)和總穎花量，從而保證大行比和小行比制種產(chǎn)量基本相當(dāng)。

表2 農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)輔助授粉試驗(yàn)結(jié)果

2.3 雜交水稻制種成本分析

對(duì)2021 年示范區(qū)全程機(jī)械化制種各環(huán)節(jié)的作業(yè)成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與傳統(tǒng)人工作業(yè)的成本進(jìn)行分析比較，結(jié)果見(jiàn)表3。表3 中僅分析了各環(huán)節(jié)的作業(yè)成本，不包括種子、農(nóng)藥化肥等生產(chǎn)資料成本。

由表3 可知，全程機(jī)械化制種各環(huán)節(jié)作業(yè)成本為5 660 元/hm2，比傳統(tǒng)人工作業(yè)少2 515元/hm2，節(jié)省30.76%[7]。另外，大行比機(jī)械化制種除減少作業(yè)成本外，還可增加收入。全程機(jī)械化制種可收獲父本稻谷1 350 kg/hm2，作為商品稻谷出售，可獲收入2 835 元/hm2（價(jià)格按2.1元/kg 計(jì)算），扣除收割、轉(zhuǎn)運(yùn)、干燥等費(fèi)用1 200元/hm2后，還可增收1 635 元/hm2。試驗(yàn)結(jié)果表明，雜交水稻全程機(jī)械化制種比傳統(tǒng)人工制種可節(jié)本增收 4 150 元/hm2[7]。

表3 雜交水稻制種作業(yè)成本分析 單位：元/hm2

3 小結(jié)與討論

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)輔助授粉關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成熟，該技術(shù)既可保障制種穩(wěn)產(chǎn)，又能直接或間接降低生產(chǎn)成本[7]。從示范效果來(lái)看，農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)輔助授粉技術(shù)母本采用機(jī)插秧方式，可顯著增加有效穗數(shù)和總穎花數(shù)，保證了不育系的異交結(jié)實(shí)率。對(duì)于不同行比的異交結(jié)實(shí)率考查和產(chǎn)量實(shí)收測(cè)產(chǎn)可看出，大行比無(wú)人機(jī)輔助授粉機(jī)械化制種與人工制種相比，異交結(jié)實(shí)率沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明大行比不會(huì)影響不育系的異交結(jié)實(shí)率，兩種制種方式的最終產(chǎn)量水平相當(dāng)。從成本角度分析，雜交水稻全程機(jī)械化制種較人工制種在無(wú)人機(jī)輔助授粉環(huán)節(jié)作業(yè)成本較高，但采用大行比農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)輔助授粉技術(shù)可增收節(jié)支4 150 元/hm2。

農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)操作方便，機(jī)械適應(yīng)性好，可以在各種地形條件下進(jìn)行授粉作業(yè)，是十分重要的雜交水稻機(jī)械化制種機(jī)械。目前，植保無(wú)人機(jī)授粉需要解決的主要問(wèn)題如下：一是要提高續(xù)航能力?，F(xiàn)有的農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間普遍在15 min 以內(nèi)，影響作業(yè)效率和機(jī)械設(shè)備使用壽命[8]。未來(lái)需要發(fā)展全自主飛行、一控多機(jī)等飛控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)植保無(wú)人機(jī)智能化集群化的高效作業(yè)，大幅提高植保無(wú)人機(jī)的授粉效率。二是需加快推進(jìn)不同機(jī)型（四旋翼、六旋翼、八旋翼等）植保無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)以及配套的父母本行比設(shè)置的研究[9]。三是要做好適宜無(wú)人機(jī)授粉的父母本群體構(gòu)建及品種選育。無(wú)人機(jī)作業(yè)所產(chǎn)生的風(fēng)力大，花粉飄散距離遠(yuǎn)，要求父本抗倒伏能力強(qiáng)，花粉量大，因而，需篩選適應(yīng)無(wú)人機(jī)授粉的水稻品種[10]。