双季机械直播早籼稻品种的丰产性和稳产性

2020-02-27陈丽明周燕芝谭义青吴自明谭雪明曾勇军石庆华潘晓华曾研华

中国农业科学 2020年2期

陈丽明，周燕芝，谭义青，吴自明，谭雪明，曾勇军，石庆华，潘晓华，曾研华

双季机械直播早籼稻品种的丰产性和稳产性

陈丽明，周燕芝，谭义青，吴自明，谭雪明，曾勇军，石庆华，潘晓华，曾研华

（江西农业大学/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/双季稻现代化生产协同创新中心，南昌 330045）

【】探明双季机械直播早稻品种的丰产和稳产特征，筛选出一批适宜在江西双季稻区机械直播的早籼稻品种，为南方双季机械直播稻品种选育和栽培提供理论依据。以21个早籼稻品种为试验材料，在江西省3个不同生态区（赣北、赣中、赣南）进行人工模拟机械直播种植，通过聚类分析、联合方差分析和GGE双标图等方法，对双季机械直播早籼稻品种的丰产稳产特征进行系统研究。各品种的产量存在较大差异，受基因型、环境及其互作效应的影响显著。各生态区供试品种的产量聚类分析显示，赣北、赣中与赣南高产类型品种分别占总数的38.10%、19.05%与23.81%，其中，潭两优83产量最高且稳定性最好，五丰优286及株两优171品种次之，永3优华占产量最低，而两优287丰产性好但稳产性差。与中、低产类型品种相比，高产类型品种有效穗、每穗粒数与总颖花量显著增加，且千粒重与日产量具有显著优势；呈现较好的早生快发能力，分蘖增长率、高峰苗数与成穗率显著提高，且分蘖下降率显著降低；抽穗期和成熟期干物质生产量均最高且高产类型品种在干物质输出率、表观转换率和表观转化率具有显著的增加优势。机直播条件下，丰产稳产早籼稻品种具有生育期适中、分蘖成穗率高、总颖花量大、花后干物质生产量大、干物质输出与转运效率高、日产量高等特点。综合来看，潭两优83、五丰优286、株两优171、永优9380丰产性和稳定性好，熟期也适中，适合在江西双季稻区作早稻直播。

早籼稻；生态区；机械直播；丰产性；稳产性

0 引言

【研究意义】直播稻因其省时省力省工[1-2]、合理栽培管理易获得高产[3]、节本增效等突出优势，已在全国超过12个省份地区推广应用[1, 3-4]。江西省作为我国双季稻主产区，近年来也在迅速推广应用机械直播生产方式，特别是早稻机械直播面积逐年增加，但各地区适宜机械直播的丰产、稳产性较好的早籼稻品种缺乏，已成为制约该项技术大面积推广的重要限制因素。开展机械直播早籼稻品种的生态适应性研究，对于促进双季稻区早籼稻机械直播的发展具有重要意义。【前人研究进展】研究表明，选育高产稳产适宜大规模机械化生产的直播优良品种，配套集成机械直播稻相应的栽培技术，是促进直播稻安全高效生产的前提[3,5-7]。但直播稻品种的丰产性及稳产性除了受基因型决定，同时还受种植环境与栽培措施等诸多因素的影响[8]。关于直播稻高产栽培措施已有大量报道，李木英等[9]研究认为，直播早稻适宜的播种量为35—45 kg·hm-2，施氮量160—180 kg·hm-2、钾素（K2O）需180 kg·hm-2以上适宜[10]。王文霞等[11]研究表明，提早播种导致南方双季直播早籼稻品种产量显著降低，同时降低了稻米加工品质和食味品质。许轲等[12]研究发现，一季常规水稻直播点播方式植株抗倒伏能力高于条播方式。【本研究切入点】前人研究主要集中于播种量[9]、肥料运筹[10]、播期[11]、播种方式[12]、抗倒伏[12]等栽培措施对直播稻产量和群体发育的影响，但关于直播下不同类型品种的生态适应性研究较少。精量穴直播技术为水稻机械化直播提供了便利，而早籼稻品种机械化直播的适应性研究显得不足。【拟解决的关键问题】本研究利用近年来江西省主推的21个早籼稻品种，基于不同生态区（赣北、赣中、赣南），通过人工模拟机械直播方式，系统比较不同生态区供试品种的产量与群体形成特征，明确不同机械直播早籼稻品种生态适应的丰产及稳产特征，以期为南方双季机械直播早籼稻品种的选育和高产栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验在前期研究结果的基础上[13]，于2018年在江西省赣北（鄱阳县）、赣中（上高县）、赣南（兴国县）3个不同生态区进一步深入研究。各地区试验田土壤理化性状、地理及气象条件见表1—2。

1.2 供试材料

选择江西主推的早籼稻品种21个，其中杂交稻17个，常规稻4个，见表3。

1.3 试验设计

各品种田间采用随机区组排列，播种量均为37.5 kg·hm-2，3个试验点均于4月6日播种，采用人工模拟机械直播，模拟直播机机型为2BDXZ-10SC(25)，播种株行距为14 cm×25 cm，每穴4—7粒。施纯氮量为165 kg·hm-2，其中m（基肥）﹕m（分蘖肥）﹕m（穗肥）= 5﹕2﹕3；磷肥（P2O5）施用量为90 kg·hm-2，作基肥一次性施入；钾肥（K2O）施用量为150 kg·hm-2，其中m（基肥）﹕m（穗肥）=7﹕3。每个小区面积20 m2，3次重复。播前保持田间畦面湿润无积水，三叶期浅水灌溉施苗肥促分蘖，够苗时晒田，田间严格控制病虫草害。栽培措施同一般高产栽培进行。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 茎蘖动态水稻三叶一心时每小区定苗20穴，每7 d调查一次茎蘖数，同时结合田间观察记载生育进程。

1.4.2 干物质生产于抽穗期、成熟期，按5点取样法选取代表性的植株5穴，剪根洗净后按茎鞘、叶、穗分开包扎，在干燥箱内105℃杀青30 min，80℃烘至恒重，冷却至室温后称重。

1.4.3 产量及产量构成于成熟期每小区选取连续的150株，调查有效穗数。按平均数取5穴进行考种，调查每穗粒数、千粒重，计算结实率。在每小区避开取样区，选取连续5 m2进行实割测产，3次重复。

表1 3个生态区试验田土壤理化性状

表2 3个生态区试验田地理及气象条件

表3 供试水稻品种情况

IIR：常规籼稻Indica inbred rice；IHR：杂交籼稻Indica hybrid rice

1.4.4 茎鞘物质输出及转化计算

茎鞘物质输出率（MOR）（%）=（抽穗期茎鞘干重-成熟期茎鞘干重）/抽穗期茎鞘干重×100%；

茎鞘物质表观转换率(ACR)（%）=（抽穗期茎鞘干重-成熟期茎鞘干重）/成熟期穗重×100%；

茎鞘物质表观转化率（ATR）（%）=（抽穗期茎鞘干重-成熟期茎鞘干重）/穗增重×100%。

1.5 数据处理

2018年在2017年初选的基础上，在江西省3个生态区同步开展机直播试验，由于2年数据趋势较为一致，本文仅以2018年数据进行分析。试验数据利用Microsoft Excel 2007、SPSS 19.0软件进行统计和分析处理，绘图采用Origin 9.0软件、R语言。

2 结果

2.1 不同生态区的产量分析

2.1.1 不同生态区直播早稻产量及生育期不同品种在各生态区的产量表现和生育期差异较大（表4），供试品种平均产量变幅为6.51—8.21 t·hm-2，平均为7.22 t·hm-2，最高（潭两优83）达8.21 t·hm-2，最低（永3优华占）仅为6.51 t·hm-2，平均产量的变异系数为6.85%。3个试验点各品种的产量变异系数中，兴国点达到最大（10.47%），鄱阳点次之（8.21%），上高点最低（8.11%）。供试品种全生育期范围为96.3—104.3 d，平均为98.21 d，最长的（永3优华占）达104.3 d，最短的（株两优819）为96.3 d；永优9380、鄱优364、优Ⅰ156、永3优华占的全生育期均超过100 d，其余品种低于100 d。

表4 3个生态区各品种稻谷产量及生育期

表中数据为平均值±标准误差。同一列中不同小写字母表示在＜0.05水平差异显著。下同

The data in the table are average values±standard error. Different lowercase letters in the same column are significant at< 0.05. The same as below

以品种产量为指标，采用欧式距离长短法进行聚类分析，将产量水平分成高产、中产与低产3种类型（图1）。结果表明，常规稻品种均归于中、低产类型，高产品种均为杂交稻。鄱阳点高产类型品种占总数的38.10%，上高点占19.05%，兴国点占23.81%。虽然3个生态区各品种产量的归属类型有所差异，但仍有较多品种归属在同一产量水平，说明各生态区的实际产量可作为品种归属类型的划分依据。

2.1.2 不同生态区直播早稻品种产量联合方差分析及线性回归 3个生态区各品种产量联合方差分析结果显示（表5），基因型（G）、环境（E）及其互作（G×E）均达到极显著水平（＜0.01），说明直播早稻品种间的产量存在真实差异，同时环境因素对产量的影响较大。因此有必要分析各品种产量的丰产性和稳定性。

利用线性回归模型分析显示（表5），基因型与环境的联合回归呈显著差异（＜0.05），占G×E交互作用平方和的3.96%；基因型回归呈极显著差异，且占G×E交互作用平方和的50.61%；环境回归无显著差异，说明大多数品种对环境的反应不呈线性关系。

2.1.3 不同生态区各直播品种产量的丰产性及稳产性分析应用GGE（基因型和基因与环境互作效应）双标图分析各品种丰产性和稳产性，品种图标在平均环境轴上的垂足距离箭头方向越近表示丰产性越好，垂线长度越短表示稳定性越好[14]。由图2可知，潭两优83（6号）产量最高，五丰优286（9号）次之，永3优华占（21号）产量最低，鄱优364（12号）的平均产量接近总平均产量；同时潭两优83（6号）稳定性最好，株两优171（15号）次之，两优287（5号）稳定性最差，而优Ⅰ156（8号）和嘉育948（14号）较稳定但低产。综合考虑品种产量的丰产性和稳定性，丰产性且稳产性最好的为潭两优83（6号），其次为五丰优286（9号）、株两优171（15号）、永优9380（20号）。

表5 3个生态区产量联合方差分析及线性回归

a表示占总平方和的百分比；b表示占G×E交互作用平方和的百分比

In the table, a represents percentage of total sum of squares; b represents the percentage of the sum of squares of G×E interactions

2.2 直播早稻产量及其产量构成因素分析（上高）

由表6可知，与中、低产品种相比，高产品种具有较高的有效穗数、每穗粒数、总颖花量、千粒重、日产量；聚类分析（图1）显示上高试点高产品种有4个，产量变幅为7.69—8.31 t·hm-2，变异系数为3.44%；中产品种有11个，产量变幅为6.83—7.38 t·hm-2，变异系数达2.90%；低产品种有6个，产量变幅为6.22—6.52 t·hm-2，变异系数达2.04%。其中各产量类型品种的有效穗、每穗粒数、总颖花量均呈现为高产＞中产＞低产，且差异性达显著水平。千粒重表现为高产品种显著高于中产品种，因各类型品种生育期天数存在差异，其中，高产品种与低产品种日产量之间的差异达显著水平，与中产品种日产量差异不显著。各类型品种结实率无显著性差异，且无明显变化规律。

图1 3个生态区直播早稻品种产量聚类分析

图中的数字表示表3中的品种序号 The numbers in the figure indicate the serial numbers of varieties in Table 3

表6 不同产量类型直播早稻产量及其构成

HY：高产品种；MY：中产品种；LY：低产品种。M：平均值；AV：变幅；S：标准差；CV：变异系数。数据分析为上高试验点的数据。下同

HY：High yield；MY：Middle yield；LY：Low yield. M: Arithmetic mean; AV: Amplitude of variation; S: Standard of deviation; CV: Coefficient of variation. Data analysis for shanggao test site data. The same as below

相关分析表明（表7），高、中、低产品种产量与有效穗、每穗粒数、总颖花量、日产量均呈极显著性正相关，高产品种各相关系数均大于中、低产品种。说明有效穗数、每穗粒数、总颖花量与日产量是直播早稻获得高产的基础。

表7 不同产量类型直播早稻产量构成因素的相关性

“*”，“**”分别表示0.05和0.01水平上显著相关。下同

“*”, “**” indicate significant correlation at 0.05 and 0.01 levels, respectively. The same as below

2.3 直播早稻茎蘖动态分析（上高）

各产量类型品种分蘖成穗特性存在显著差异（表8），不同产量类型品种的成穗率、高峰苗数、分蘖增长率均呈高产＞中产＞低产的趋势，且差异显著，而高产品种分蘖下降率显著降低，中、低产品种间无明显差异。

相关分析显示，各产量类型成穗率、分蘖增长率、高峰苗数与产量呈极显著正相关。说明直播稻高产品种具有早发性快，成穗率高的分蘖成穗特征。

2.4 直播早稻干物质积累量（上高）

高产品种抽穗期和成熟期干物质积累总量显著提高，均表现为高产＞中产＞低产，均达显著水平；各类型品种抽穗期—成熟期干物质积累量未达显著水平（图3）。由此可见，各生育期阶段较高干物质积累量是直播早稻取得高产的重要基础。

2.5 直播早稻茎鞘物质输出及转化（上高）

直播早稻高产品种、中产品种和低产品种的物质输出率、表观转换率和表观转化率均表现为高产＞中产＞低产，且差异均达显著水平（表9）。由此可见，直播早稻高产品种具有较高的物质输出率、表观转换率和表观转化率。

HS：抽穗期 Heading stage；MS: 成熟期 Maturity stage；HS-MS：抽穗—成熟 Heading stage- Maturity stage

表8 不同产量类型直播早稻的分蘖特性

表9 不同产量类型直播早稻茎鞘物质输出及转化特征

MOR：物质输出率matter output rate；ACR：表观转换率appearance convert rate；ATR：表观转化率appearance transform rate

3 讨论

3.1 机械直播早籼稻丰产稳产品种的产量形成特性

不同生态区的生态条件、品种特性和养分供给对直播稻的丰产和稳产都有很大影响[15]。前人关于直播稻高产品种特征研究结论不一。池忠志等[16]研究发现，机械直播产量的提高主要是有效穗数显著增加。程建平等[17]研究指出，机械穴直播稻高产品种的结实率和千粒重具有显著优势。张洪程等[18]认为直播稻进一步获得高产的途径是在足够穗数的前提下攻大穗并提高成穗率。而钱银飞等[19]认为，中穗型水稻品种显著增加总颖花量，在直播栽培条件下更易获得高产。本研究表明，机械直播条件下，早籼稻产量与有效穗数、每穗粒数、总颖花量、日产量、分蘖成穗率显著相关。与低产品种相比，高产品种的有效穗、每穗粒数、总颖花量、日产量、分蘖增长与成穗率、各时期干物质生产量、茎鞘物质输出与转化优势明显。因此，机械直播早籼稻高产类型品种应为穗粒结构协调型，具有穗数和粒数多、库大源足等特点。这与张洪程等[18]多穗多粒的增产途径相近，但与蔡仁祥等[20]的大穗重粒增产途径不尽相同。这可能是由于供试品种类型和种植环境不同。因此，因品种和生态区而异制定相应的栽培策略，机械直播早籼稻可以获得较高产量。

3.2 双季直播早籼稻丰产品种的群体形成特征

与普通品种相比，高产水稻品种一般具有早发性好、低节位分蘖成穗率高、全生育期干物质生产能力强、群体质量高等特征[20-21]。本研究也发现分蘖力强、成穗率较高、花后高干物质生产量是双季直播早稻品种获得高产的基础。凌启鸿等[22]研究表明，水稻高产群体需同时注重保持足够的个体数量和提高群体内的个体质量。在确保够苗的前提下，通过控制无效分蘖的发生，提高低节位分蘖成穗率是塑造直播稻高质量群体的有效途径[23]。本研究表明高产品种早发性好，前期分蘖增长率显著高于中、低产品种，分蘖下降率也较低。前人研究指出控制或减少无效分蘖并不能显著提高水稻产量[24]。而本研究表明产量与分蘖增长率、高峰苗数和成穗率有显著正相关，说明通过控制无效分蘖并提高成穗率，机械直播稻可获得较高产量。这可能与品种特性、种植环境和栽培措施等因素有关。水稻籽粒产量来源于抽穗前累积的干物质和抽穗后的光合产物[25]，提高抽穗后干物质积累量及提高其在总生物量中的占比是实现高产的主要途径[26]。在本研究中，各产量类型品种抽穗至成熟期干物质积累量无显著差异，但高产类型品种的干物质输出率、表观转换率和表观转化率均显著高于中、低产类型品种。说明双季直播稻生产中，可通过优化栽培措施，着重提高抽穗后期的群体干物质积累量而进一步提升高产品种的丰产性。

3.3 双季机械直播稻品种丰产稳产的基础

水稻的丰产性反映了品种的单产潜力，稳产性是作物品种为适应环境变动，通过自我调节基因表达使生长发育和主要性状保持相对稳定的能力[14, 27]。俞世蓉[28]研究认为，高产而稳定的品种更有利用于生产应用和推广。本研究表明，机械直播早籼稻的稳产性主要受基因型控制，但同时也受到生态区的影响；其丰产性同时受种植环境和栽培措施等诸多因素的影响。这与曾勇军等[29]研究结果基本一致。本研究发现潭两优83品种在各生态区具有较好的丰产与稳定性，而两优287、柒两优2012、陵两优7108等品种可实现丰产但产量稳定性较差。表明选择适宜的品种是水稻直播获得丰产稳产的基础。水稻品种的丰产和稳定特性与品种差异、种植区域及栽培措施等因素的影响有关[25, 30-31]，生产中应依据各品种特性采用相应的栽培技术，挖掘品种丰产稳产的潜力。与移栽稻相比，直播稻生育期普遍缩短，主要是营养生长天数缩短[31]。本研究结果显示，各品种生育期差异较大，最长的达104.3 d，最短的仅为96.7 d。而双季直播早稻成熟时期正值双季稻区“双抢”茬口期，因此要求直播早稻品种生育期不宜超过110 d[32]，以保证双季稻区早、晚稻茬口衔接和晚稻安全齐穗。说明选择适宜生育期的早籼稻品种对于实现双季机械直播稻的丰产与稳产显得尤为重要。

4 结论

潭两优83、五丰优286、株两优171、永优9380等品种丰产性和稳产性好，较适宜在江西稻区做早稻直播种植。双季直播早稻高产稳产品种具有熟期适中，分蘖成穗高、干物质积累量大、穗粒协调、日产量高、适应性广等特性。

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High and Stable Yield of Early Indica Rice Varieties with Double-season Mechanical Direct Seeding

CHEN LiMing, ZHOU YanZhi, TAN YiQing, WU ZiMing, TAN XueMing, ZENG YongJun, SHI QingHua, PAN XiaoHua, ZENG YanHua

(Jiangxi Agricultural University/Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education/Innovation Center for the Modernization Production of Double Cropping Rice, Nanchang 330045)

【】The study aimed to explore the characteristics of high and stable yield of double-season mechanical direct seeding early rice varieties, and to screen out a batch of early indica rice varieties suitable for mechanical direct seeding in Jiangxi double-season rice region, which provided theoretical basis for breeding and cultivation of southern double-season mechanical direct seeding rice varieties.【】With 21 early indica rice varieties as experimental materials, artificial mechanical direct seeding was carried out in three different ecological regions of Jiangxi province (North Jiangxi, Central Jiangxi and South Jiangxi). Cluster analysis, combined variance analysis and GGE biplot were used to systematically study the high and stable yield characteristics of double-season mechanical direct seeding early indica rice varieties. 【】The yield of different cultivars was significantly affected by genotype, environment and interaction effect. Cluster analysis of yield of tested varieties in each ecological region showed that high-yield varieties in North, Middle and South Jiangxi accounted for 38.10%, 19.05% and 23.81% of the total, respectively. Tan Liangyou 83 had the highest yield and the best stability, followed by Wufengyou 286 and Zhuliangyou 171 varieties, and Yong 3 Youhua had the lowest yield, while Liangyou 287 had good high yield but poor stable yield. Compared with medium and low yield varieties, the effective panicle, grain number per panicle and total spikelet number of high yield varieties increased significantly, and 1000-grain weight and daily output had significant advantages. It showed better ability of early growth and rapid development. The tiller growth rate, peak seedling number and panicle formation rate were significantly increased, and the tiller decline rate was significantly reduced. Dry matter production at heading stage and maturity stage was significantly higher for high-yield varieties than that for medium and low-yield varieties, and high-yield varieties have significant advantages in dry matter output rate, apparent conversion rate and apparent conversion rate.【】Under the condition of machine direct seeding, the early indica rice varieties with high and stable yield had the characteristics of moderate growth period, good early onset, high tillering and ear formation rate, large total spikelet number, large dry matter production after flowering, high dry matter output and transportation efficiency, and high daily output, etc. According to the comprehensive characteristics of various varieties, Tan Liangyou 83, Wu Fengyou 286, Zhu Liangyou 171 and Yong You 9380 had good high yield and stability, and moderate maturity, which was suitable for direct seeding of early rice in Jiangxi double cropping rice region.

early indica rice; ecological areas;mechanical direct seeding; productivity; stability

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.02.004