膜下滴灌旱种水稻适应品种及其评价指标的筛选

吕艳东， 孙立明， 周 健， 姜玉伟， 姜红芳， 郑桂萍*

(1.黑龙江八一农垦大学 农学院/黑龙江省教育厅寒地作物种质改良与栽培重点实验室， 黑龙江 大庆 163319； 2.黑龙江省嫩江农场， 黑龙江 九三 161431)

膜下滴灌旱种水稻适应品种及其评价指标的筛选

吕艳东1， 孙立明2， 周 健1， 姜玉伟1， 姜红芳1， 郑桂萍1*

(1.黑龙江八一农垦大学 农学院/黑龙江省教育厅寒地作物种质改良与栽培重点实验室， 黑龙江 大庆 163319； 2.黑龙江省嫩江农场， 黑龙江 九三 161431)

为筛选适宜寒地膜下滴灌旱种的水稻品种，明确膜下滴灌旱种水稻农艺性状及品质性状适应性评价指标，以94份寒地早粳稻为材料，采用随机区组试验设计，利用膜下滴灌旱种适应性系数、膜下滴灌旱种适应性指数和综合适应能力，结合主成分分析方法对水稻旱种适应性进行综合评价。结果表明：长白15号、长白17号、吉旱1号和农大1025在膜下滴灌旱种适应性系数、膜下滴灌旱种适应性指数和综合适应能力上均表现为中度或高度适应。水稻农艺性状和品质性状对膜下滴灌旱种适应性反应指数综合评价表明，理论产量、穗数、经济系数、成粒率和千粒重5个因子可作为膜下滴灌旱种水稻农艺性状适应性评价指标，精米粒长、精米率、精米长宽比、蛋白质含量和粗脂肪含量5个因子可作为膜下滴灌旱种水稻品质性状适应性评价指标。

膜下滴灌； 旱种； 寒地水稻； 适应性

近年来，由于气候全球性恶性变化，导致干旱发生的周期缩短、程度加重，对粮食生产构成了严重的威胁，干旱成为影响作物产量的主要障碍因素之一[1]。传统稻作生产正面临越来越严重的干旱威胁，因此，在水资源日益缺乏的今天，如何提高水稻品种的耐旱能力，以降低稻作栽培用水量，已成为育种家关注的主要课题之一。滴灌是当前世界最先进的微灌技术之一，把工艺节水和农艺措施进行有机结合，是缺水地区有效利用水资源的灌水方式[2]。作物节水灌溉推广面积与日俱增，近年来有关水稻高效节水灌溉方面的研究很多[3-5]，关于水稻膜下滴灌旱种效果在新疆、宁夏初见成效[6-7]，但是有关膜下滴灌旱种适应品种筛选方面的研究很少[8]，尤其是在寒地稻区的相关研究鲜见报道。为此，本研究引用水稻抗旱性的评定方法[9-15]评定水稻膜下滴灌旱种适应性，同时以水稻农艺性状和品质性状为对象对水稻膜下滴灌旱种适应性进行综合评价，试图解决在旱种适应性评价过程中使用单一指标进行评价的片面性和不稳定性，同时为筛选适合膜下滴灌旱种的水稻品种和评价指标提供参考。

表1 膜下滴灌旱种水稻适应性试验供试材料名称及编号

1 材料与方法

1.1 供试材料

选取黑龙江八一农垦大学水稻研究中心收藏的寒地早粳稻品种资源材料94个作为试验对象，编号及品种(系)名称见表1。

1.2 试验设计

试验以旱种为对照(CK)，以膜下滴灌(M)为处理对象，对两者进行比较。对照(CK)：3叶一心后撤膜，常规生产水分管理；膜下滴灌(M)：旱种覆膜，3叶一心后，当田面以下15 cm体积含水量低于对照70%时灌水，全生育期重复进行(期间降雨则要马上排水)。使用MPM-160B型水分仪测定土壤水分，5点测定法测定田面下15 cm处土壤含水量。供试土壤为草甸土，其理化性质为：碱解氮175.01 mg/kg，有效磷26.45 mg/kg，速效钾90.62 mg/kg，有机质3.05%，pH 8.38。

试验于2012年在大庆市王家围子水田基地进行，5月4日整地、施底肥。5月6日浸种，5月12日人工播种(膜宽90 cm，膜上种4行)。采用宽窄行栽培(宽行距30 cm ，窄行距15 cm)，穴距13 cm。小区横向间距40 cm，纵向间距20 cm。旱直播芽谷，单穴点播5～7粒，出苗后单穴超过7株的间苗。每品种4行，每行10穴。按品种熟期分类，随机区组排列，3次重复。5月13日覆膜，5月22日出苗，6月6日施分蘖肥。

1.3 调查指标及评价方法

考种：水稻成熟时每个品种各处理选取有代表性的植株2穴，带回室内考察农艺性状和产量性状，测定株高、穗数、穗长、穗重、生物产量、一次枝梗数、二次枝梗数、实粒数、空秕粒数和粒重，计算结实率和千粒重。

品质测定内容与方法：收获后风干2-3月，按《中国农业标准汇编-粮油作物卷》标准测定品质。用FC-2 K型实验砻谷机(YAMAMOTO，离心式)加工糙米，用日本公司生产的VP-32型实验碾米机(YAMAMOTO，直立式)加工精米；外观品质用日本静冈机械株式会社生产的ES-1000便携式品质分析仪测定，测定精米粒长、粒宽、垩白率、垩白度和精米白度等；用FOSS 1241近红外谷物分析仪测定糙米的直链淀粉含量、脂肪含量、蛋白质含量；食味品质用日本佐竹公司(SATAKE)生产的米饭食味计(STA1A)进行测定。

1.4 寒地水稻膜下滴灌旱种适应性鉴定方法

作物抗旱性是由多种因素相互作用而构成的复杂综合性状，致使作物的实际抗旱性目前尚无统一的指标评定。但一般说来，作物在干旱条件下，长势和形成产量的能力是鉴定抗旱性的可靠指标，故通常以水稻单株产量的抗旱系数作为水稻实际抗旱性的评定依据[16-17]。

1) 直接鉴定。引用目前被广泛认可和采用的产量抗旱系数(DC)和抗旱指数(DI)，并应用于膜下滴灌旱种适应性的鉴定，相应的为膜下滴灌旱种适应性系数(AC)和膜下滴灌旱种适应性指数(AI)，因其极差较小，给定性分级带来一定的困难，则采用模糊隶属函数法，将各品种膜下滴灌旱种适应性系数和指数扩展到[0,1]闭区间，根据模糊隶属函数值u(x)对其进行等级划分。品种膜下滴灌旱种适应性分级标准：u(x)≥0.7为高度适应，0.4≤u(x) <0.7为中度适应，u(x) < 0.4为低度适应。

式中，xj表示第j个综合指标，xjmin表示第j个综合指标的最小值，xjmax表示第j个综合指标的最大值。

AC =膜下滴灌旱种处理单株产量/对照区处理单株产量。

AI = AC×膜下滴灌旱种处理单株产量/所有品种膜下滴灌旱种处理单株产量平均值。

膜下滴灌旱种适应性反应指数(ARI) =(膜下滴灌旱种处理区性状表型值/对照区性状表型值)×100%。ARI值越大，说明对膜下滴灌旱种的反应比较迟钝，否则相反。

2) 间接鉴定。用穗长、单穗重、一次枝梗数、二次枝梗数、穗数、穗粒数、结实率和千粒重8个指标计算某一品种在膜下滴灌旱种条件下的综合适应能力(D)，根据D值进行抗旱等级的综合间接评定。

1.5 数据分析

利用EXCEL和DPS统计软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 膜下滴灌旱种水稻适应品种的筛选

不同评定方法水稻膜下滴灌旱种适应性的次数分布不同。从表2看出，94个参试水稻品种中，膜下滴灌旱种适应系数和适应指数评价结果表现为：低度适应性品种分别为40个和78个，中度适应性品种分别为41个和14个，高度适应性品种分别为13个和2个。综合适应能力法评价结果表现为：低度适应和中度适应的品种分别有41个和53个，无高度适应的品种。

综合膜下滴灌旱种适应系数、适应指数和综合适应能力评价结果，在3种评价方法中均表现为中度或高度适应的水稻品种有长白15号、长白17号、吉旱1号和农大1025。说明，这4份材料适应膜下滴灌旱种，能保证其产量的稳定发挥。

表2 不同评定方法水稻膜下滴灌旱种适应性的次数分布

Table 2 Adaptability frequency distribution of upland rice under mulch drip irrigation by using differen tevaluation methods

项目Items膜下滴灌旱种适应系数法Mulchdripirrigationadaptationcoefficient膜下滴灌旱种适应指数法Mulchdripirrigationadaptationindex综合适应能力法Integratedadaptabilitymethod低度适应Weakadaptation407841中度适应Moderateadaptation411453高度适应Higheradaptation1320

2.2 膜下滴灌旱种水稻农艺性状适应性评价指标的筛选

为充分反应膜下滴灌旱种水稻农艺性状的信息，对株高、穗长、单穗重、一次枝梗数、二次枝梗数、穗数、穗粒数、结实率、千粒重、生物产量、经济系数和理论产量12个农艺性状的ARI进行主成分分析结果(表3)表明，农艺性状ARI 5个主成分的方差贡献率分别为37.793% 、15.574%、13.590%、10.303%和7.057%，累计贡献率达84.318%。说明，用这5个主成分能较好地反映12个农艺性状对寒地水稻膜下滴灌旱种的适应性。

第一主成分的特征根值为 4.535，贡献率为37.793%，特征向量以理论产量最大(0.399)，其次是生物产量(0.383)、单穗重(0.346)、株高(0.343)和穗长(0.334)。说明，第一主成分大的材料，其理论产量、生物产量、单穗重、株高、穗长对膜下滴灌旱种反应敏感。

第二主成分的特征根值为 1.869，贡献率为15.574%，特征向量以穗数最大(-0.543)，其次是穗粒数(0.388)、生物产量(-0.365)和一次枝梗数(0.312)。说明，第二主成分大的材料，其穗数、穗粒数及生物产量对膜下滴灌旱种反应敏感。

表3 膜下滴灌旱种水稻农艺性状主成分分析的主成分因子及其贡献率

第三主成分的特征根值为 1.631，贡献率为13.590%，特征向量以经济系数最大(0.723)，其次是千粒重(0.486)。说明，第三主成分大的材料，其经济系数和千粒重对膜下滴灌旱种适应性的反应敏感。

第四主成分的特征根值为 1.236，贡献率为10.303%，特征向量以结实率为最大(0.738)，其次是单穗重(0.379)和二次枝梗数(-0.312)。说明，第四主成分大的材料，其结实率和单穗重对膜下滴灌旱种反应敏感。

第五主成分的特征根值为 0.847，贡献率为7.057%，特征向量以千粒重最大(0.594)，其次是穗粒数(-0.570)。说明，第五主成分大的材料，其千粒重对膜下滴灌旱种适应性的反应敏感，穗粒数对膜下滴灌旱种反应迟钝。

通过对膜下滴灌旱种水稻农艺性状适应性反应指数(ARI)的主成分分析表明，在对水稻农艺性状膜下滴灌旱种适应性进行综合评价时，其中的理论产量、穗数、经济系数、结实率和千粒重5个因子凝聚了水稻农艺性状的绝大部分信息量，即评价水稻膜下滴灌旱种适应性时，应主要以理论产量、穗数、经济系数、结实率和千粒重的表现作为评价指标。

2.3 膜下滴灌旱种水稻品质性状适应性评价指标的筛选

对膜下滴灌旱种水稻品种的13个品质性状ARI进行主成分分析结果(表4)表明，品质性状ARI 5个主成分的方差贡献率分别为19.703%、18.829%、15.056%、13.785%和8.785%，累计贡献率达76.157%。说明，这5个主成分能较好地代替参加分析的13个品质性状ARI对寒地水稻对膜下滴灌旱种的反应进行评价。

表4 膜下滴灌旱种水稻品质性状主成分分析的主成分因子及其贡献率

第一主成分的特征根值为 2.561，贡献率为19.703%，特征向量精米粒长最大(0.416)，其次是精米米粒宽(0.398)、精米垩白粒率(0.383)和精米垩白度(0.371)。说明，第一主成分大的材料，精米粒长、精米粒宽、精米垩白粒率和精米垩白度对膜下滴灌旱种反应敏感。

第二主成分的特征根值为 2.448，贡献率为18.829%，特征向量以精米率最大(0.449)，其次是整精米率(0.444)、精米白度(-0.438)、蛋白质(0.315)和米饭食味评分(-0.315)。说明，第二主成分大的材料，精米率、蛋白质含量、整精米率对膜下滴灌旱种反应敏感。

第三主成分的特征根值为1.957，贡献率为15.056%，特征向量以精米长宽比最大(0.437)，其次是精米垩白粒率(-0.429)和精米垩白度(-0.425)。说明，第三主成分大的材料，精米长宽比对膜下滴灌旱种的反应敏感。

第四主成分的特征根值为 1.792，贡献率为13.785%，特征向量以蛋白质含量最大(0.548)，其次是精米粒宽(0.428)、粗脂肪含量(0.382)和精米粒长(0.337)。说明，第四主成分大的材料，蛋白质含量、米粒宽、粗脂肪含量和精米粒长对膜下滴灌旱种反应敏感。

第五主成分的特征根值为 1.142，贡献率为8.785%，特征向量以粗脂肪含量最大(0.582)，其次是直链淀粉含量(0.494)、糙米率(0.396)和精米白度(0.300)。说明，第五主成分大的材料，粗脂肪含量、直链淀粉含量、糙米率和精米白度对膜下滴灌旱种反应敏感。

通过对膜下滴灌旱种水稻品质性状适应性反应指数(ARI)的主成分分析表明，在对膜下滴灌旱种水稻品质性状适应性进行综合评价时，其中的精米粒长、精米率、精米长宽比、蛋白质含量和粗脂肪含量5个因子凝聚了水稻农艺性状的绝大部分信息量，即可选择该5个性状作为膜下滴灌旱种水稻品质性状适应性的评价指标。

3 结论与讨论

1) 在膜下滴灌旱种适应性系数、膜下滴灌旱种适应性指数和综合适应能力上均表现为中度适应或高度适应的材料有长白15号、长白17号、吉旱1号和农大1025。在寒地对水稻农艺和品质性状对膜下滴灌旱种适应性的反应进行综合评价时理论产量、穗数、经济系数、结实率、千粒重的ARI因子和精米粒长、精米率、精米长宽比、蛋白质含量、粗脂肪含量的ARI因子分别凝聚了农艺和品质性状的绝大部分信息量。利用膜下滴灌旱种适应性系数、膜下滴灌旱种适应性指数和综合适应能力，结合主成分分析的方法进行对水稻的旱种适应性进行综合评价，可以避免单一指标的片面性和不稳定性。

2) 作物的抗旱性主要体现在产量上，产量也是育种过程和生产中最终追求的目标[18]，为众多栽培、育种、生理学家以及生产者所关心和重视，实践中对产量及其构成因素的研究也最多，这充分说明其有效性和实用性。针对水稻品种的旱种适应性，前人已经从产量及其构成因素、生理或形态指标上进行研究，但要确切地鉴定一个品种的旱种适应性强弱，不能片面地以某个指标进行判定，而应对多个指标进行综合分析。本研究通过对94个不同水稻品种(系)在膜下滴灌旱种条件下相应指标的测定，利用模糊隶属函数法，得到AC、AI和综合抗旱能力D值，最终筛选出适合膜下滴灌旱种的品种4份。

3) 关于抗旱性的评价指标目前主要有干旱伤害指数、抗旱指数、敏感指数、抗旱系数等。然而，上述所有指标均只考查了水分胁迫对作物产量的影响。关于旱种对稻米品质的影响目前往往只从加工品质、外观品质、蒸煮食味品质、营养品质等方面的单一指标进行评价，很难对品质进行客观的综合评价。本研究共获得了糙米率、精米率、整精米率、糙米粒长、糙米粒宽、糙米长宽比、精米垩白粒率、精米垩白度、精米白度、直链淀粉含量、脂肪含量、蛋白质含量和米饭食味评分13个指标，用这13个指标采用主成分分析对品种进行品质膜下滴灌旱种适应性评定，最终筛选出精米粒长、精米率、精米长宽比、蛋白质含量、粗脂肪含量能全面地反映水稻品种品质的旱种适应性。

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(责任编辑： 姜 萍)

Screening of Upland Rice Varieties with Good Adaptability of Mulch Drip Irrigation and its Evaluation Indexes

LV Yandong1, SUN Liming2, ZHOU Jian1, JIANG Yuwei1, JIANG Hongfang1, ZHENG Guiping1*

(1.CollegeofAgriculture/Heilongjiang,KeyLaboratoryofCropsGermplasmImprovementandCultivationinColdRegion,HeilongjiangEducationDepartment,HeilongjiangBayAgriculturalUniversity,Daqing,Heilongjiang163319; 2.NengjiangFarm,Jiusan,Heilongjiang161431,China)

The adaptability of 94 upland japonica rice varieties was evaluated by using mulch drip irrigation adaptation coefficient, mulch drip irrigation adaptation index, integrated adaptive capacity and principal component analysis based on the randomized block design to screen upland rice varieties with the good adaptability of mulch drip irrigation and discuss the adaptability evaluation indexes for agronomic and quality characters of upland rice under the mulch drip irrigation condition. Results: The mulch drip irrigation adaptation coefficient, mulch drip irrigation adaptation index and integrated adaptive capacity of Changbai 15, Changbai 17, Jihan 1 and Nongda 1025 performance moderate or higher level. The integrated evaluation of agronomic and quality characters to mulch drip irrigation adaptability response indexes shows that 5 factors of theoretical yield, panicles, economic coefficient, setting percentage and 1000-grain weight can be used as the evaluation indexes of agronomic characters' adaptability in upland rice under the mulch drip irrigation condition and 5 factors of milled rice length, milled rice rate, length/width ratio of milled rice, protein content and crude fat content can be used as the evaluation indexes of quality characters' adaptability in upland rice under the mulch drip irrigation condition.

dry-cultivated under drip irrigation with plastic film; Rice in cold region; variety; adaptability

2015-03-25； 2015-12-04修回

国家公益性行业(农业)科研专项“本地与引进种质资源高效结合与利用研究”(201303007)；国家科技支撑计划项目“东北平原北部(黑龙江)春玉米水稻持续丰产高效技术集成创新与示范，东北平原北部(黑龙江)水稻玉米丰产节水节肥技术集成与示范”(2011BAD16B11，2013BAD07B01)；黑龙江省博士后资助经费项目“寒地水稻膜下滴灌旱种效果研究”(LBH-Z13167，201310223009)；黑龙江省农垦总局科研项目“盐碱地水稻高产优质综合生产技术研究与示范”(HNK12A-02-18)；黑龙江八一农垦大学省作物学重点学科学术骨干科研启动金项目“膜下滴灌对寒地水稻产量和品质影响的研究”(ZWXQDJ-8)；黑龙江八一农垦大学博士启动金项目“耐旱水稻种质资源筛选及资源创新”(XDB 2012-03)

吕艳东(1978-)，男，副研究员，博士，从事水稻节水栽培研究。E-mail: luyandong336@sohu.com

*通讯作者：郑桂萍(1960-)，女，教授，博士，从事水稻生理生态研究。E-mail: dqzgp@163.com

1001-3601(2016)01-0014-0047-05

S511.2+2

A