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        廣東省適宜機插水稻品種篩選與評價體系研究

        2022-11-21 07:39:40鄒積祥劉妍張彬伍龍梅楊陶陶包曉哲陳青春
        廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022年9期
        關(guān)鍵詞:水稻產(chǎn)量評價

        張 悅,鄒積祥,劉妍,張彬,黃 慶,伍龍梅,楊陶陶,包曉哲,陳青春

        (1.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/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南優(yōu)質(zhì)稻遺傳育種重點實驗室,廣東 廣州 510640;2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院,廣東 廣州 510225)

        【研究意義】水稻是我國重要的糧食作物之一,是全國60%以上人口的主食[1]。隨著社會進步和城市化進程的發(fā)展,我國鄉(xiāng)村人口結(jié)構(gòu)占比由2000 年的63.8%下降至2020 年的36.1%,減少29 747 萬人[2-3]。水稻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亟需生產(chǎn)效率高、勞作強度低的輕簡機械化種植技術(shù)。機械化插植水稻(機插水稻)具有減輕勞動強度、提高插植效率、生產(chǎn)規(guī)?;忍攸c,近年來在我國得到快速發(fā)展。2020 年全國水稻耕種收綜合機械化率已達84.4%,廣東省起步較晚,但水稻機種占比也近20%[4-5]。選育適宜機插水稻品種應(yīng)用于生產(chǎn),對水稻豐產(chǎn)增收、保障我國糧食安全具有重要意義。【前人研究進展】相較于傳統(tǒng)的人工插秧和拋秧,機插水稻插植秧齡小2 葉左右,返青期長3~5 d,基本苗每穴多2~3 苗,齊穗和收獲期推遲3~5 d,主莖分蘗顯著減少,且產(chǎn)量會顯著下降[6-8]。有研究發(fā)現(xiàn),機插水稻產(chǎn)量降低的主要原因有結(jié)實率降低、千粒重下降、穗粒數(shù)減少等[9]。也有研究發(fā)現(xiàn),機插、手插兩種插植方式稻米的糙米率、精米率差異不大,但機插的整精米率卻高于手插和拋秧,堊白粒率、堊白度則低于手插[10-11]。此外,孫嘉威等[12-14]研究發(fā)現(xiàn)機插水稻的鉀肥利用效率顯著高于手插水稻。徐一蘭等[6-8,15]研究發(fā)現(xiàn)機插水稻的產(chǎn)量低于手插水稻,但機插移栽成本低,效益高。曾勇軍等[16]也發(fā)現(xiàn)機插水稻的干物質(zhì)積累量低于手插。有學(xué)者研究了不同稻作區(qū)品種機插適宜特性差異,如吳小文等[17]發(fā)現(xiàn)中組143、株兩優(yōu)120、陵兩優(yōu)7713 和豐兩優(yōu)香1 號適宜沿江地區(qū)機插再生稻種植;唐中興等[18]發(fā)現(xiàn)望兩優(yōu)511 等12 個品種在江淮中北部地區(qū)機插綜合表現(xiàn)優(yōu)異?!颈狙芯壳腥朦c】機插水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量及其形成、養(yǎng)分利用和品質(zhì)等特征與其他插植方式存在差異,不同品種機插適宜性也表現(xiàn)不同。但目前在華南稻作區(qū),相關(guān)研究還相對較少,廣東更鮮有報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究選擇廣東主栽或應(yīng)用較廣的14 個水稻品種,以手插為對照,連續(xù)兩年三季開展機插水稻試驗,構(gòu)建機插水稻適宜性產(chǎn)量和品質(zhì)評價體系,比較分析2 種插植方式下水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成、稻米品質(zhì)等,篩選適宜機插的水稻品種,探討機插水稻適宜性選育關(guān)鍵指標,為適宜機插水稻品種選育及評價體系構(gòu)建奠定基礎(chǔ)和提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 試驗品種

        供試品種14 個(表1),包括雜交稻5 個、常規(guī)稻9 個,皆為南方典型的感溫型秈稻,其中11 個品種于2010—2022 年共43 次入選廣東省農(nóng)業(yè)主導(dǎo)品種。

        表1 供試水稻品種概況Table 1 Overview of tested rice varieties

        1.2 試驗設(shè)計

        試驗于2018—2019 年連續(xù)三季在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所白云基地(23°17'N、113°23'E)進行,年均氣溫21.8 ℃,全年無霜,年降雨量1 694 mm,試驗田土壤為壤土,有機質(zhì)含量2.23%,全氮含量0.11%,全磷含量0.04%,全鉀含量0.95%。每個品種插植方式均設(shè)置機插和手插兩種,每個品種機插種植30 m2,手插種植28 m2,隨機區(qū)組設(shè)計,3 次重復(fù)。2018 晚季7 月21 日播種,8 月13 日機插和手插;2019 早季3 月5 日播種,3 月29 日機插和手插;2019晚季7 月22 日播種,8 月13 日機插和手插。機插基本苗3~5 苗,行株距30 cm×14 cm,種植6行,每行10 m,共426 穴;手插2 苗插,株行距17 cm×23 cm,插植8 行,30 穴,共240 株。尿素、氯化鉀和過磷酸鈣施肥總量每667 m2分別為21.6、20、25 kg。其中,尿素按基肥:返青肥:分蘗肥:穗肥=3:2:3:2 進行運籌,鉀肥按基肥:分蘗肥:穗肥=4:4:2 進行運籌,磷肥作基肥一次施用。施肥時間:基肥于插秧前;返青肥:早季和晚季分別于插后7、5 d;分蘗肥:早季和晚季分別于插后11、9 d;穗肥:早季和晚季分別于插后35、30 d。

        1.3 測定項目及方法

        1.3.1 物質(zhì)積累 在成熟期,根據(jù)各小區(qū)莖蘗平均數(shù)選取3 個代表性的點,各點取5 穴植株地上部分作為一個樣本帶回實驗室,烘箱中105℃殺青30 min 后,80℃烘干至恒重,考察植株生物量積累。

        1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成 收獲前7 d,調(diào)查2 行×20 穴的有效穗數(shù);成熟前,于田間隨機選取3 個代表性的點,每個點取5 穴穗為一個樣本,帶回,脫粒、烘干,考察每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重。同時在每個點各品種連續(xù)割50 穴,脫粒、風(fēng)干、除雜,用谷物水分儀測定稻谷水分含量,測定水稻產(chǎn)量。

        1.3.3 稻米品質(zhì) 按照GB/T 5495、GB/T 21719、GB/T 17891、NY/T 2334 考察測產(chǎn)后稻谷的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)。

        1.4 評價體系

        參考《廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所水稻品種的量化評價標準》構(gòu)建評價體系,根據(jù)14 個水稻品種的機插較手插的產(chǎn)量、品質(zhì)差值的正態(tài)分布特征,建立機插水稻適宜性評價評分標準。以產(chǎn)量和品質(zhì)為一級評價指標,設(shè)置權(quán)重均為50%;加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)為二級評價指標。其中,加工品質(zhì)包括糙米率、精米率和整精米率3 個指標,外觀品質(zhì)包括透明度、堊白粒率和堊白度3個指標。機插水稻適宜性評價指標體系見表2。

        表2 機插水稻適宜性評價指標體系Table 2 Suitability evaluation index system of machine transplanting rice

        采用Microsoft Excel 2020 進行數(shù)據(jù)處理和繪圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 水稻產(chǎn)量及機插適宜性評價

        由圖1 可知,兩種插植方式兩年三季水稻的產(chǎn)量表現(xiàn)一致,即機插<手插。14 個水稻品種機插和手插3 季的平均產(chǎn)量每667 m2分別為420.8、500.5 kg,機插水稻的產(chǎn)量較手插平均低16.3%,且存在季節(jié)間差異,相對于手插,14 個品種機插處理三季的產(chǎn)量平均分別低11.1%、18.8%和17.3%。表3 顯示:相對于手插,14 個品種中,五豐優(yōu)615、五山絲苗和美香占2號減產(chǎn)幅度最大,三季減產(chǎn)幅度都達20%以上,減產(chǎn)幅度較大的有7 個品種,減產(chǎn)幅度達15.7%~19.4%;粵禾絲苗和粵銀軟占減產(chǎn)幅度較小,僅分別減產(chǎn)10.5%和11.3%;合豐絲苗、黃華占減產(chǎn)幅度最小,僅為4.9%和8.8%。

        根據(jù)三季減產(chǎn)百分率的正態(tài)分布構(gòu)建評分標準(表3):減產(chǎn)百分率≤4.9%,評分100 分;4.9%~12.2%,評分90分;12.2%~19.5%,評分80分;19.5%~26.8%,評分70 分;>26.8%,評分60 分。綜合評分顯示粵禾絲苗、粵銀軟占、合豐絲苗和黃華占綜合評分最高,皆達90 分以上。

        2.2 稻米品質(zhì)及機插處理適宜性評價

        2.2.1 加工品質(zhì)及外觀品質(zhì) 從表4 可以看出,除美香占2 號、合豐絲苗外,2019 年早、晚季不同品種糙米率和精米率表現(xiàn)為:機插>手插(平均高1.3、1.4 個百分點),分別為79.3%、78.3%和71.1%和70.1%。7 個品種機插種植方式下的整精米率均低于手插,平均低2.37 個百分點;另外7 個品種表現(xiàn)為機插>手插,但除廣8 優(yōu)金占外,粵禾絲苗、粵銀軟占、固廣油占、合豐絲苗、五山絲苗和黃華占僅平均高0.9 個百分點。

        外觀品質(zhì)顯示(表5),除粵銀軟占和固廣油占外,機插種植下水稻的透明度好于手插,平均高0.1;堊白粒率和堊白度比較發(fā)現(xiàn),堊白粒率分別為14.7%、11.3%,堊白度分別為4.8%、3.9%,即機插水稻稻米的堊白粒率和堊白度分別較手插高3.47、0.89 個百分點。

        將14 個水稻品種機插和手插種植下加工品質(zhì)及外觀品質(zhì)的差值做正態(tài)分布圖(圖2),根據(jù)正態(tài)分布表現(xiàn)差異程度將評分標準定為5 類并進行評分(表6)。由表7 可知,機插處理下,糙米率以粵禾絲苗、固廣油占、南秀軟占、南晶香占和黃華占5 個品種表現(xiàn)最優(yōu),精米率和整精米率以粵銀軟占和廣8 優(yōu)2168 兩個品種表現(xiàn)最優(yōu),透明度以深優(yōu)9516、五豐優(yōu)615、粵禾絲苗3 個品種表現(xiàn)最優(yōu),堊白粒率以深優(yōu)9516、廣8優(yōu)金占、粵銀軟占、美香占2 號4 個品種表現(xiàn)最優(yōu),堊白度以深優(yōu)9516、廣8 優(yōu)金占、南晶香占和五山絲苗4 個品種表現(xiàn)最優(yōu)。

        表6 稻米加工品質(zhì)及外觀品質(zhì)評分標準Table 6 Scoring criteria for rice processing and appearance quality

        表7 不同水稻品種加工品質(zhì)及外觀品質(zhì)評分Table 7 Scoring of processing and appearance quality of different rice varieties

        2.3 機插水稻適宜性綜合評價

        14 個水稻品種的機插適宜性綜合評分(圖3)顯示,五豐優(yōu)615、美香占2 號、五山絲苗評分分別為74.3、74.3、75.0 分,機插適宜性最差;粵禾絲苗、粵銀軟占、合豐絲苗和黃華占綜合評價評分分別為86.8、86.5、86.0、85.8 分,在14個品種中排名前四位,適宜機插。

        2.4 機插適宜性產(chǎn)量形成關(guān)鍵指標相關(guān)分析

        由表8 可知,產(chǎn)量評分與產(chǎn)量形成因子達顯著正相關(guān)關(guān)系,其中干物質(zhì)積累量和結(jié)實率達極顯著水平;品質(zhì)評分與干物質(zhì)積累量、結(jié)實率和千粒重呈顯著正相關(guān)關(guān)系;除穗粒數(shù)外,機插適宜性綜合評分與干物質(zhì)積累量、有效穗數(shù)、結(jié)實率呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

        表8 水稻產(chǎn)量構(gòu)成和品質(zhì)因子差值與評分指標相關(guān)性Table 8 Correlation analysis of yield components and quality with scoring indexes

        3 討論

        3.1 種植方式對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)形成影響

        稻米產(chǎn)量和品質(zhì)受多因素影響,其中遺傳因素和栽培環(huán)境影響較大[19-20]。不同插植方式因光照和養(yǎng)分吸收情況不同而影響光合作用,進而影響干物質(zhì)量積累及產(chǎn)量形成[21-22]。前人研究結(jié)果顯示,手栽稻的干物質(zhì)積累量極顯著高于機插稻[23]。本試驗顯示水稻手插干物質(zhì)積累量均大于機插種植,同前人研究結(jié)論一致,原因可能為:一方面經(jīng)過手插水稻為大苗移栽,成苗率高、返青快,移栽后水稻的生長一致且群體光合效率較高,利于干物質(zhì)的積累;另一方面是由于機插水稻育秧質(zhì)量差、移栽機械損傷重、漏秧率高、返青時間長、分蘗期縮短、干物質(zhì)積累時間縮短等導(dǎo)致水稻機插產(chǎn)量低于手插[24]。

        水稻品質(zhì)的形成既是光合產(chǎn)物生產(chǎn)的過程,也是光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運與分配的過程[25]。本研究發(fā)現(xiàn),機插處理下,不同品種稻米的糙米率、精米率均高于手插,說明機插處理在保證水稻碾米品質(zhì)方面更具有優(yōu)勢;但外觀品質(zhì)方面,透明度機插較手插水稻平均高0.1,除深優(yōu)9516、合豐絲苗、美香占2 號外,堊白粒率和堊白度機插分別較手插高3.47 和0.89 個百分點,表明機插水稻的灌漿特征存在品種差異,說明適宜機插水稻品種選育具有重要生產(chǎn)意義。

        3.2 適宜機插水稻品種選擇

        選擇適宜機插的水稻品種是機插生產(chǎn)的關(guān)鍵。本研究選取14 個廣東省主栽水稻品種進行機插適宜性評價,以產(chǎn)量和品質(zhì)(外觀品質(zhì)、碾米品質(zhì))特征為評價指標,進行加權(quán)評分法分析,發(fā)現(xiàn)在不同處理方式下,機插較手插水稻產(chǎn)量有一定下降,但粵禾絲苗、粵銀軟占、合豐絲苗、黃華占減產(chǎn)幅度較小,加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)略有提高或下降幅度較小,適宜機插。干物質(zhì)積累量比較發(fā)現(xiàn)泰優(yōu)208,合豐絲苗、黃華占、美香占2 號的機插干物質(zhì)積累量與手插相比下降差值較小,在機插處理下具有較高的生產(chǎn)潛力。同時,產(chǎn)量和品質(zhì)機插適宜性評價評分與各產(chǎn)量構(gòu)成因子的相關(guān)分析顯示,干物質(zhì)積累量、結(jié)實率與產(chǎn)量評分及干物質(zhì)積累量與品質(zhì)評分有極顯著正相關(guān)關(guān)系,對后續(xù)機插試驗有借鑒意義。

        本試驗僅對14 個水稻品種不同插植方式的適宜性做了初步研究,篩選出粵禾絲苗、粵銀軟占、合豐絲苗、黃華占4 個品種適宜機插。其中,粵禾絲苗和粵銀軟占表現(xiàn)優(yōu)異,適合兼顧產(chǎn)量及品質(zhì)的機插生產(chǎn),合豐絲苗與黃華占則是有較高的產(chǎn)量水平,適合重點注重產(chǎn)量的機插生產(chǎn)。

        3.3 適宜機插水稻品種評價體系建立

        評價體系的建立有助于選擇或育成適宜機插的水稻品種。關(guān)于品種評價方法的選擇,前人多采取主成分分析法[26-28]、模糊綜合評價法[28-29]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[30-31]、專家打分法[27]、多重比較法[26]。在選擇方法時應(yīng)注意結(jié)合評價指標及試驗數(shù)據(jù)進行選擇,同時各指標權(quán)重的確認對衡量評價指標影響重大。本試驗評價體系方法參考前人主成分分析法及模糊綜合評價法,結(jié)合計量經(jīng)濟學(xué)問卷統(tǒng)計評價方法,最終確定多層次模糊綜合評價法構(gòu)建量化評價指標體系[32-35],采用機插與手插比較的方式,做正態(tài)分布圖,加權(quán)選出機插處理綜合性狀表現(xiàn)最優(yōu)的品種。對比傳統(tǒng)篩選方法,這種方式的優(yōu)點在于:首先可以更好區(qū)分出適宜機插的品種,實現(xiàn)機插水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn);其次通過建立正態(tài)分布圖確定性狀表現(xiàn)評分標準,并參考廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所專家標準選擇指標權(quán)重制定標準來篩選品種,區(qū)域特征明顯,適宜機插水稻品種選育體系參考價值針對性強。但本試驗評價體系也有待完善:首先正態(tài)分布圖確定標準對數(shù)據(jù)的依賴性較強,客觀性強、精度較高,但若組內(nèi)數(shù)據(jù)變化過大,則對標準制定有一定的影響;其次本研究僅就產(chǎn)量和品質(zhì)進行評價,對品種評價維度不夠全面,因此還需進一步試驗研究。

        綜合來說,本試驗評價體系在方法上具有新穎性,且選擇產(chǎn)量和稻米品質(zhì)進行篩選,后續(xù)可加入其他指標進行更加全面的評價。

        4 結(jié)論

        對廣東14 個水稻品種的機插適宜評價研究發(fā)現(xiàn),在產(chǎn)量方面合豐絲苗、粵禾絲苗、粵銀軟占、黃華占機插較手插減產(chǎn)幅度較小,量化評分分別以100、90、90、90 分,位列前四,適宜進行機插;在加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)方面,廣8 優(yōu)金占、粵禾絲苗、粵銀軟占、南晶香占綜合評分分別以84.0、83.5、83.0、83.0 分居于前列,機插處理下品質(zhì)最優(yōu)。根據(jù)評價體系進行加權(quán)評分綜合評價,篩選出適宜華南稻區(qū)機插種植的品種有4 個:粵禾絲苗、粵銀軟占、合豐絲苗、黃華占。本研究構(gòu)建的評價體系對機插水稻的適宜性品種選育有參考意義。

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