適宜機插的優質秈稻品種篩選及其評價指標體系

蔣明金, 李敏*, 周維佳, 羅德強, 江學海,姬廣梅, 李立江, 徐文波, 秦魚河

(1.貴州省農業科學院水稻研究所, 貴陽 550006; 2.瀘州泰豐種業有限公司, 四川 瀘州 646000)

水稻作為我國的主要糧食作物之一，其產量事關我國糧食安全。隨著人民生活水平不斷提高，人們對稻米品質和安全性的要求愈發迫切[1]。因此，水稻的優質和高產是研究的最主要目標。隨著經濟的快速發展，農村人口大量向城市轉移，直接從事農業生產的青壯年勞動力急劇下降，水稻生產全程機械化管理是我國稻作發展的主要方向[2]。貴州地區擁有獨特的氣候、生態和地理環境，適合優質水稻的生產，相同水稻品種的稻米品質在貴州地區總體上優于西南其他省區[3]，但由于貴州地區特殊的地理環境，水稻種植機械化發展緩慢，在2017年貴州機插秧面積僅占水稻總播種面積的4.2%，究其原因，主要是與現階段機插相配套栽培技術體系不完善、農機農藝融合不夠有關[3]。相關研究表明，適宜的品種類型可充分發揮機插水稻的增產潛力，實現高產[4]，如何選擇適宜機插的水稻品種對本地區機插栽培技術體系的構建與完善意義重大。前人研究表明，選擇適宜的品種類型需要從多方面考慮，如生育期[5]、抗病性[6]、稻米品質[7]、生物產量和實際產量[8-9]等。馬義虎等[10]研究認為，生育期適中，但秧苗素質差，植株過矮，生物產量過低的品種，機插產量較低，不宜機插。呂偉生等[11]進一步證實了機插條件下高產類型品種主要有分蘗能力中等、成穗率較高、中后期干物質生產能力強、穗型較大和總穎花量大等基本特征。目前，針對貴州機插水稻在育苗基質、播種量、秧齡、機插密度和施氮量等[12-15]方面已有一些研究報道，但就適宜機插優質秈稻的品種篩選及其高產機理的研究鮮見報道，以往篩選出的適宜人工移栽水稻的品種在機插條件下是否能充分發揮品種增產優勢尚不明確，且近年來品種的更新替代速度加快，有必要針對機插條件下優質秈稻品種進行適宜性研究。

為此，本研究選用長江中上游近年來審定通過且在生產上廣泛應用的34個優質秈稻為試驗材料，主要以產量為依據進行機插優質秈稻的類型劃分，進一步分析適宜機插優質秈稻的秧苗特性、生長發育特性、抗倒性及產量構成，提出貴州地區適宜機插優質秈稻品種的篩選指標和評價體系，為機插高產優質栽培和品種選育提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年在貴州省遵義市湄潭縣黃家壩鎮春光村進行，海拔681 m，前作油菜，土壤肥力中等偏上。選用長江上游審定通過并在生產上廣泛應用的34個優質秈稻品種為試驗材料，其中國標一級優質品種1個，為川優8377；國標二級優質稻品種15個，分別為川優6203、德優4727、吉優9號、晶兩優1377、晶兩優534、旌優127、隆兩優1206、內5優39、天優華占、宜香優1108、宜香優2115、宜香3728、宜香4245、宜香優7633和五山絲苗；國標三級優質稻品種18個，分別為C兩優華占、德優4923、F優498、豐優香占、繁優609、晶兩優華占、花香優1618、兩優2161、隆兩優1146、綠優4923、蓉18優2348、Y兩優1號、宜香優2168、渝香203、渝優7109、Y兩優585、中優295和中9優2號。除五山絲苗為常規秈稻外，其余均為雜交秈稻，供試種子均由四川省農業科學院作物研究所和貴州省農業科學院水稻研究所提供。具體品種來源見表1。

表1 供試品種信息Table 1 Information of rice cultivars used in present study

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，3次重復，小區面積10.8 m2。塑料毯狀軟盤育秧，4月20日播種，播種量為70 g·盤-1，5月15日移栽。移栽機型采用久保田2ZGQ-6D1乘坐式高速插秧機(SPV-6CMD，久保田農業機械(蘇州)有限公司)，機插行株距規格30 cm ×16 cm。施肥管理：施純氮180 kg·hm-2，20%作基肥于移栽前施用，40%作分蘗肥于移栽后7和15 d分兩次施用，20%作促花肥于倒4葉期施用，20%作?；ǚ视诘?葉期施用；施純磷112.5 kg·hm-2，全作基肥于移栽前施用；施純鉀180 kg·hm-2，按基肥和拔節肥分兩次等量施用。分蘗盛期和抽穗破口前重點防治稻縱綣葉螟和稻飛虱各1次，其他均按高產栽培措施實施。

1.3 測定項目及方法

1.3.1秧苗素質 移栽前1 d，每個處理切取10 cm ×10 cm的秧塊，參照李玉祥等[16]方法調查成苗率和秧苗均勻性。另從每個處理中選取長勢均勻的秧苗100株，洗凈根部，將地上部和根系部分開裝袋，在105 ℃下殺青1 h后，在80 ℃烘干至恒重并稱重，計算百株地上部干重、百株根系干重和根冠比。

1.3.2生育期 觀察記載各品種高峰苗期、拔節期、抽穗期和成熟期。

1.3.3分蘗能力和干物質積累 于拔節期、抽穗期和成熟期，定點觀察各小區連續20株植株的莖蘗數(成熟期為有效穗數)，按平均莖蘗數取4株植株，于105 ℃下殺青30 min后，在80 ℃下烘干至恒重。

1.3.4株型及莖稈抗倒性狀 齊穗后20 d，在田間各小區取連續10株水稻測定株高，并選擇5個長勢一致的主莖，參照楊志遠等[17]方法測定其基部3個節間抗折力等性狀，計算基部3個節間的平均抗折力和倒伏指數。

1.3.5產量及其構成 于成熟期按平均有效穗數取4株植株稻穗進行考種，用水漂法測定實粒數，計算結實率。將實粒烘干后以1 000粒為一個樣本，計算千粒重，重復3次，并實收各小區測定實際產量。

1.3.6品種的分類 利用IBM SPSS 22.0軟件中的兩步聚類算法(Twostep Cluster Algorithm)，結合水稻生產實際，依據實際產量指標進行機插條件下優質秈稻品種的劃分。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Office Excel 2016 進行數據整理與分析，Origin 2017作圖。

2 結果與分析

2.1 機插條件下優質秈稻的產量及分類

2.1.1機插條件下優質秈稻產量及其構成因素

從表2可以看出，機插條件下34個優質秈稻品種的平均產量為8.42 t·hm-2，變幅為6.70～10.50 t·hm-2，變異系數為10.19%，說明優質秈稻產量在機插條件下差異較大，有必要篩選適宜機插的優質秈稻品種。除此之外，就產量構成因素來看，機插條件下34個優質秈稻品種的有效穗數平均為261.56×104hm-2，變幅為217×104～317.3×104hm-2，極差高達100.3×104hm-2，變異系數為11.78%；每穗粒數平均為167.9，變幅為115.40～210.2，品種間每穗差異最高可達94.8粒，變異系數為11.08%；結實率平均為75.8%，變幅為61.4%～86.0%，變異系數為7.18%；千粒重平均為27.2 g，變幅為22.0～33.4 g，變異系數為11.41%。由此可以看出，機插條件下優質秈稻品種的產量、有效穗數、每穗粒數和千粒重的差異均較大，變異系數均大于10%，而結實率的差異相對較小。

表2 機插條件下優質秈稻產量及其構成Table 2 Grain yield and its components of rice in mechanized transplanting rice

2.1.2機插條件下優質秈稻的品種類型 品種類型的劃分根據不同目的而有所差異，本研究中機插條件下優質秈稻品種的篩選主要依據實際產量指標進行劃分。將34個優質秈稻品種劃分為兩類：適宜機插(suitable for mechanized transplanting rice，SMTR)和不適宜機插(unsuitable for mechanized transplanting rice，UMTR)(圖1)。其中，適宜機插秈稻品種共計15個，包括川優8377、蓉18優2348、F優498、德優4727、晶兩優534、Y兩優1號、繁優609、宜香優2115、隆兩優1146、晶兩優1377、中優295、旌優127、晶兩優華占、隆兩優1206和宜香優1108，產量均大于8.25 t·hm-2，平均產量為9.2 t·hm-2；不適宜機插秈稻品種共計19個，包括天優華占、綠優4923、川優6203、豐優香占、C兩優華占、德優4923、花香優1618、Y兩優585、吉優9號、宜香4245、兩優2161、中9優2號、宜香優7633、五山絲苗、內5優39、宜香優2168、渝香203、渝優7109和宜香3728，產量均小于8.25 t·hm-2，平均產量為7.8 t·hm-2。

圖1 基于機插的優質秈稻品種類型Fig.1 Types of rice cultivars based on mechanized transplanting

2.2 機插條件下兩種類型優質秈稻的生長發育特性

2.2.1秧苗素質 由表3可知，機插條件下兩種類型優質秈稻的秧苗素質差異較大。適宜機插優質秈稻類型的平均成苗率、秧苗均勻性、百株地上部干重、百株根系干重和根冠比均高于不適宜機插類型。具體而言，適宜機插優質秈稻類型成苗率變幅為85.9%～91.1%，比不適宜機插秈稻類型變幅小，整體成苗率高；適宜機插優質秈稻類型秧苗均勻性變幅為1.51～1.96株·cm-2，整體高于不適宜機插類型變幅(1.33～1.95株·cm-2)，秧苗均勻性好；適宜機插優質秈稻類型百株地上部干重變幅為1.56～2.32 g，變幅小于不適宜機插優質秈稻(1.41～2.51 g)，百株地上部干重較大，植株健壯；適宜機插優質秈稻百株根系干重變幅為0.62～1.05 g，整體高于不適宜機插優質秈稻(0.50～0.93 g)，百株根系干重整體較大，根系發達；適宜機插優質秈稻根冠比平均值為0.37，變幅為0.32～0.43，均高于不適宜機插優質秈稻?？梢?，適宜機插優質秈稻品種出苗好、成苗率高、植株健壯、根系發達，地上部和地下部分配合理，為機插條件下優質秈稻移栽后的生長提供了良好的基礎。

2.2.2分蘗特性 機插條件下兩種類型優質秈稻的分蘗特性結果見表4，可見，適宜機插優質秈稻的平均高峰苗數、拔節期分蘗數、抽穗前分蘗數和有效分蘗數均高于不適宜機插優質秈稻類型，但成穗率略較低。其中，適宜機插優質秈稻的高峰苗數平均為368.8×104hm-2，比不適宜機插優質秈稻類型高5.25%，且變幅范圍??；適宜機插優質秈稻拔節期分蘗數、抽穗期分蘗數和有效穗數分別比不適宜機插優質秈稻類型高11.13%、3.93%和4.30%，變幅范圍相對較大；適宜機插優質秈稻成穗率平均為72.8%，略低于不適宜機插優質秈稻類型，但差異不大?？梢?，適宜機插優質秈稻品種的生育前期分蘗早生快發，較易形成充足的分蘗數量，盡管成穗率略低，但也能保證較高的有效穗數，進而保證機插條件下優質秈稻的穩產甚至高產。

表4 機插條件下優質秈稻的分蘗特性Table 4 Tillering characteristics of rice cultivars under mechanized transplanting

2.2.3干物質積累 由表5可知，機插條件下兩種類型優質秈稻主要生育時期的干物質積累及收獲指數差異較大。適宜機插優質秈稻類型在拔節期、抽穗期和成熟期的干物質積累均分別高于4.5、9.0和15.0 t·hm-2，分別比不適宜機插優質秈稻類型高8.93%、10.53%和9.26%。具體來看，適宜機插優質秈稻類型除拔節期干物質積累的變幅小于不適宜機插優質秈稻外，機插條件下兩種類型優質秈稻抽穗期和成熟期的干物質積累變幅差異不大，但適宜機插優質秈稻類型的最低干物質積累量與最高干物質積累量，均高于不適宜機插優質秈稻類型。此外，適宜機插優質秈稻的收獲指數變幅為0.46～0.57，平均值為0.52，比不適宜機插優質秈稻類型提高了8.33%。由此可見，適宜機插優質秈稻類型能夠獲得較高的花前干物質積累量和花后干物質積累量，同時亦能將更多的干物質積累向籽粒分配，提高收獲指數，獲得較高的產量。

表5 機插條件下優質秈稻的干物質積累Table 5 Dry matter accumulation of rice cultivars under mechanized transplanting

2.2.4抗倒性 機插條件下兩種類型優質秈稻的主要抗倒性指標結果(表6)顯示，適宜機插優質秈稻類型的株高平均為116.2 cm，與不適宜機插優質秈稻類型差異不大，且適宜機插優質秈稻類型普遍株高適中，變幅較??；適宜機插優質秈稻基部3個節間的平均抗折力為2 185 g，比不適宜機插優質秈稻類型高35.55%，且適宜機插優質秈稻類型基部3個節間的平均抗折力均高于1 650 g；適宜機插優質秈稻類型倒伏指數變幅為110%～141%，平均值為132%，比不適宜機插優質秈稻低20.00%。由此可以看出，適宜機插優質秈稻的株高適中，基部3個節間平均抗折力較高，倒伏指數較低，抗倒伏性較強，能降低機插條件下優質秈稻生長后期的倒伏風險，確保穩產。

表6 機插條件下優質秈稻的抗倒伏性Table 6 The lodging resistance traits of rice cultivars in mechanized transplanting rice

2.2.5產量構成因素 由表7可見，機插條件下兩種類型優質秈稻的有效穗數、每穗粒數、穎花量和結實率均有較大差異，而千粒重差異不大。具體而言，適宜機插優質秈稻有效穗數變幅為226.7×104～317.3×104hm-2，平均為267.7×104hm-2，比不適宜機插優質秈稻類型高4.29%；適宜機插優質秈稻每穗粒數和穎花量變幅分別為141.3～210.2和3 540×104～5 530×104hm-2，平均值為171.1粒和4 560×104hm-2，比不適宜機插優質秈稻類型分別高3.51%和7.29%；適宜機插優質秈稻的結實率變幅為75.1～86.0%，平均為78.7%，比不適宜機插優質秈稻提高了7.07%；兩種類型優質秈稻的千粒重變幅和平均值均無較大差異。綜合來看，適宜機插優質秈稻品種具有相對較多的有效穗數和每穗粒數，同時能夠保持較高的結實率，最終可為機插條件下優質秈稻的穩產或高產提供保障。

表7 機插條件下優質秈稻的產量構成因素Table 7 Yield components of rice cultivars in mechanized transplanting rice

2.3 適宜機插優質秈稻品種的關鍵評價指標體系

以機插條件下優質秈稻的產量為標準，劃分出適宜機插和不適宜機插兩種優質秈稻類型。通過在機插條件下將這兩種類型優質秈稻的秧苗素質、分蘗特性、干物質積累、抗倒性和產量構成因素等生長特性進行比較發現，不適宜機插優質秈稻類型一般具有1個或多個生長發育特性難以滿足水稻生產需求，而適宜機插的優質秈稻類型一般具有能符合機插條件下優質秈稻生長的共性生育指標。據此，本研究從水稻秧苗素質、抗倒伏性和穩產性三方面提出了適宜機插優質秈稻品種的關鍵評價指標體系(表8)，即秧苗素質要求成苗率>85%，成苗均勻性>1.5苗·cm-2，根冠比>0.3；抗倒伏性要求倒伏指數<150%，株高中等，但基部3節間平均抗折力>1 500 g；穩產性要求產量>8.25 t·hm-2，有效穗數應在225×104～300×104hm-2，每穗粒數>140粒，結實率>75%，成熟期干物質積累量>15 t·hm-2，收獲指數>0.45。

表8 適宜機插優質秈稻品種的關鍵評價指標體系Table 8 Key evaluation index system for mechanized transplanting rice

3 討論

3.1 機插條件下優質秈稻的適宜性

高產優質一直是水稻育種和栽培的研究主題，而良種良法配套才能充分發揮品種的潛力，達到穩產、高產、高效和安全的目的[18]，篩選適宜機插的優質秈稻品種不但能獲得優質稻米，更能進一步發揮優質水稻產量潛力，提高稻米產量。關于品種適宜性的確定，郭長春等[19]以籽粒產量為指標將機械化直播優質雜交秈稻分為高產、中產和低產三個類型，且認為籽粒充實度是篩選適宜機械化直播優質雜交秈稻高產類型品種的關鍵。何連華等[20]通過34個中秈雜交水稻品種為材料，結合聚類等多種分析方法，得出日產量較高的品種，機插適宜性應較強，并提出以日產量作為適宜機插的中秈雜交水稻品種篩選指標。本研究中，機插條件下34個優質秈稻品種的產量變幅較大，極差高達3.8 t·hm-2，表明貴州地區不同優質秈稻品種在機插條件下適宜性差異較大。結合兩步聚類算法，以產量8.25 t·hm-2為臨界點作為適宜性篩選標準，這與呂偉生等[21]研究中機插稻高產群體的產量標準一致，也與貴州省優質水稻生產目標[3]吻合。水稻生產的主要目標是高產與優質，據朱大偉等[22]研究表明，不同種植方式下優質稻品種的稻米品質和RVA譜特征值有顯著差異。因此，篩選出的適宜機插的優質秈稻品種是否還能保持較高的稻米品質，仍有待進一步研究證實。

3.2 適宜機插優質秈稻的評價指標體系

培育壯秧是機插高產栽培的首要環節，秧苗質量差，不利于水稻高產[23]。本研究中，適宜機插優質秈稻類型成苗率高、秧苗均勻度好、百株地上部干重和百株根系干重均較高，這與胡雅杰等[24]研究結果一致，說明適宜機插優質秈稻類型幼苗粗壯，成苗率和秧苗均勻度較好，能夠減小機插過程中漏插率，保證足夠的基本苗數。機插水稻的高產與群體莖蘗動態及干物質積累量也有較大關系，機插后分蘗早生快發，形成合理的莖蘗動態、生育中后期較高的群體干物質生產與積累，提高成熟期干物質積累量，可為高產或超高產打下基礎[24-25]。本研究中，適宜機插優質秈稻類型植株分蘗早生快發，高峰苗數多，成穗率較低，這與彭長青等[26]研究結果一致。但也有研究認為，機插條件下高產粳稻的分蘗成穗率更高[27]，結果有所差異的主要原因在于莖蘗消亡特性不同[28]，本研究中適宜機插優質秈稻類型品種高峰苗到拔節期莖蘗消亡率相對較小，拔節到抽穗期莖蘗消亡率較大，但由于群體莖蘗起點高，成穗率降低，有效穗數較高。同時，本研究中適宜機插優質秈稻類型從移栽到拔節期、拔節期到抽穗期和抽穗期到成熟期各階段干物質積累量均較高，符合機插水稻高產群體特征[24]。倒伏是影響水稻產量和品質的重要因素之一，而抗折力和倒伏指數是評價水稻抗倒性的重要指標[29]。本研究結果表明，適宜機插的優質秈稻類型株高適中，基部3個節間的平均抗折力大，抗倒伏指數相對較低，這與姜元華等[30]研究結果一致，說明在水稻機插種植條件下，選用株高適宜、抗倒伏能力強的優質品種是高產的保障。此外，充足的有效穗數、較多的每穗粒數、較高的結實率和千粒重都是高產形成的先決條件。本研究中適宜機插優質秈稻類型每穗粒數多、結實率高、千粒重適中，這與杜永林等[31]認為機插水稻增產的共性是協調好穗數、穗粒數和粒重三者矛盾的研究結果一致，說明適宜機插的優質秈稻類型能夠在保持較高的有效穗數基礎上，充分發揮大穗潛力，達到增產效果。

綜上所述，機插條件下優質秈稻產量差異較大，適宜機插的優質秈稻品種出苗好，成苗率高，幼苗健壯且根系發達，分蘗早生快發，分蘗數多，成穗率低但有效穗數高，干物質生產能力強，莖稈粗壯，抗倒能力強，每穗實粒數和結實率均較高，高產潛力能充分發揮。適宜貴州地區的機插優質秈稻類型秧苗素質的成苗率需高于85%且秧苗均勻性高于1.5苗·cm-2，株高適中，倒伏指數低于150%，成熟期干物質積累量高于15 t·hm-2，有效穗數225×104～300×104hm-2，每穗粒數大于140，結實率高于75%，產量高于8.25 t·hm-2?？傮w來看，優質秈稻川優8377、蓉18優2348、F優498、德優4727、晶兩優534、Y兩優1號、繁優609、宜香優2115、隆兩優1146、晶兩優1377、中優295、旌優127、晶兩優華占、隆兩優1206和宜香優1108適宜在貴州地區機插種植。