膜下滴灌旱種水稻適應品種及其評價指標的篩選

呂艷東， 孫立明， 周 健， 姜玉偉， 姜紅芳， 鄭桂萍*

(1.黑龍江八一農墾大學 農學院/黑龍江省教育廳寒地作物種質改良與栽培重點實驗室， 黑龍江 大慶 163319； 2.黑龍江省嫩江農場， 黑龍江 九三 161431)

膜下滴灌旱種水稻適應品種及其評價指標的篩選

呂艷東1， 孫立明2， 周 健1， 姜玉偉1， 姜紅芳1， 鄭桂萍1*

(1.黑龍江八一農墾大學 農學院/黑龍江省教育廳寒地作物種質改良與栽培重點實驗室， 黑龍江 大慶 163319； 2.黑龍江省嫩江農場， 黑龍江 九三 161431)

為篩選適宜寒地膜下滴灌旱種的水稻品種，明確膜下滴灌旱種水稻農藝性狀及品質性狀適應性評價指標，以94份寒地早粳稻為材料，采用隨機區(qū)組試驗設計，利用膜下滴灌旱種適應性系數(shù)、膜下滴灌旱種適應性指數(shù)和綜合適應能力，結合主成分分析方法對水稻旱種適應性進行綜合評價。結果表明：長白15號、長白17號、吉旱1號和農大1025在膜下滴灌旱種適應性系數(shù)、膜下滴灌旱種適應性指數(shù)和綜合適應能力上均表現(xiàn)為中度或高度適應。水稻農藝性狀和品質性狀對膜下滴灌旱種適應性反應指數(shù)綜合評價表明，理論產量、穗數(shù)、經(jīng)濟系數(shù)、成粒率和千粒重5個因子可作為膜下滴灌旱種水稻農藝性狀適應性評價指標，精米粒長、精米率、精米長寬比、蛋白質含量和粗脂肪含量5個因子可作為膜下滴灌旱種水稻品質性狀適應性評價指標。

膜下滴灌； 旱種； 寒地水稻； 適應性

近年來，由于氣候全球性惡性變化，導致干旱發(fā)生的周期縮短、程度加重，對糧食生產構成了嚴重的威脅，干旱成為影響作物產量的主要障礙因素之一[1]。傳統(tǒng)稻作生產正面臨越來越嚴重的干旱威脅，因此，在水資源日益缺乏的今天，如何提高水稻品種的耐旱能力，以降低稻作栽培用水量，已成為育種家關注的主要課題之一。滴灌是當前世界最先進的微灌技術之一，把工藝節(jié)水和農藝措施進行有機結合，是缺水地區(qū)有效利用水資源的灌水方式[2]。作物節(jié)水灌溉推廣面積與日俱增，近年來有關水稻高效節(jié)水灌溉方面的研究很多[3-5]，關于水稻膜下滴灌旱種效果在新疆、寧夏初見成效[6-7]，但是有關膜下滴灌旱種適應品種篩選方面的研究很少[8]，尤其是在寒地稻區(qū)的相關研究鮮見報道。為此，本研究引用水稻抗旱性的評定方法[9-15]評定水稻膜下滴灌旱種適應性，同時以水稻農藝性狀和品質性狀為對象對水稻膜下滴灌旱種適應性進行綜合評價，試圖解決在旱種適應性評價過程中使用單一指標進行評價的片面性和不穩(wěn)定性，同時為篩選適合膜下滴灌旱種的水稻品種和評價指標提供參考。

表1 膜下滴灌旱種水稻適應性試驗供試材料名稱及編號

1 材料與方法

1.1 供試材料

選取黑龍江八一農墾大學水稻研究中心收藏的寒地早粳稻品種資源材料94個作為試驗對象，編號及品種(系)名稱見表1。

1.2 試驗設計

試驗以旱種為對照(CK)，以膜下滴灌(M)為處理對象，對兩者進行比較。對照(CK)：3葉一心后撤膜，常規(guī)生產水分管理；膜下滴灌(M)：旱種覆膜，3葉一心后，當田面以下15 cm體積含水量低于對照70%時灌水，全生育期重復進行(期間降雨則要馬上排水)。使用MPM-160B型水分儀測定土壤水分，5點測定法測定田面下15 cm處土壤含水量。供試土壤為草甸土，其理化性質為：堿解氮175.01 mg/kg，有效磷26.45 mg/kg，速效鉀90.62 mg/kg，有機質3.05%，pH 8.38。

試驗于2012年在大慶市王家圍子水田基地進行，5月4日整地、施底肥。5月6日浸種，5月12日人工播種(膜寬90 cm，膜上種4行)。采用寬窄行栽培(寬行距30 cm ，窄行距15 cm)，穴距13 cm。小區(qū)橫向間距40 cm，縱向間距20 cm。旱直播芽谷，單穴點播5～7粒，出苗后單穴超過7株的間苗。每品種4行，每行10穴。按品種熟期分類，隨機區(qū)組排列，3次重復。5月13日覆膜，5月22日出苗，6月6日施分蘗肥。

1.3 調查指標及評價方法

考種：水稻成熟時每個品種各處理選取有代表性的植株2穴，帶回室內考察農藝性狀和產量性狀，測定株高、穗數(shù)、穗長、穗重、生物產量、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、實粒數(shù)、空秕粒數(shù)和粒重，計算結實率和千粒重。

品質測定內容與方法：收獲后風干2-3月，按《中國農業(yè)標準匯編-糧油作物卷》標準測定品質。用FC-2 K型實驗礱谷機(YAMAMOTO，離心式)加工糙米，用日本公司生產的VP-32型實驗碾米機(YAMAMOTO，直立式)加工精米；外觀品質用日本靜岡機械株式會社生產的ES-1000便攜式品質分析儀測定，測定精米粒長、粒寬、堊白率、堊白度和精米白度等；用FOSS 1241近紅外谷物分析儀測定糙米的直鏈淀粉含量、脂肪含量、蛋白質含量；食味品質用日本佐竹公司(SATAKE)生產的米飯食味計(STA1A)進行測定。

1.4 寒地水稻膜下滴灌旱種適應性鑒定方法

作物抗旱性是由多種因素相互作用而構成的復雜綜合性狀，致使作物的實際抗旱性目前尚無統(tǒng)一的指標評定。但一般說來，作物在干旱條件下，長勢和形成產量的能力是鑒定抗旱性的可靠指標，故通常以水稻單株產量的抗旱系數(shù)作為水稻實際抗旱性的評定依據(jù)[16-17]。

1) 直接鑒定。引用目前被廣泛認可和采用的產量抗旱系數(shù)(DC)和抗旱指數(shù)(DI)，并應用于膜下滴灌旱種適應性的鑒定，相應的為膜下滴灌旱種適應性系數(shù)(AC)和膜下滴灌旱種適應性指數(shù)(AI)，因其極差較小，給定性分級帶來一定的困難，則采用模糊隸屬函數(shù)法，將各品種膜下滴灌旱種適應性系數(shù)和指數(shù)擴展到[0,1]閉區(qū)間，根據(jù)模糊隸屬函數(shù)值u(x)對其進行等級劃分。品種膜下滴灌旱種適應性分級標準：u(x)≥0.7為高度適應，0.4≤u(x) <0.7為中度適應，u(x) < 0.4為低度適應。

式中，xj表示第j個綜合指標，xjmin表示第j個綜合指標的最小值，xjmax表示第j個綜合指標的最大值。

AC =膜下滴灌旱種處理單株產量/對照區(qū)處理單株產量。

AI = AC×膜下滴灌旱種處理單株產量/所有品種膜下滴灌旱種處理單株產量平均值。

膜下滴灌旱種適應性反應指數(shù)(ARI) =(膜下滴灌旱種處理區(qū)性狀表型值/對照區(qū)性狀表型值)×100%。ARI值越大，說明對膜下滴灌旱種的反應比較遲鈍，否則相反。

2) 間接鑒定。用穗長、單穗重、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)、結實率和千粒重8個指標計算某一品種在膜下滴灌旱種條件下的綜合適應能力(D)，根據(jù)D值進行抗旱等級的綜合間接評定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用EXCEL和DPS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 膜下滴灌旱種水稻適應品種的篩選

不同評定方法水稻膜下滴灌旱種適應性的次數(shù)分布不同。從表2看出，94個參試水稻品種中，膜下滴灌旱種適應系數(shù)和適應指數(shù)評價結果表現(xiàn)為：低度適應性品種分別為40個和78個，中度適應性品種分別為41個和14個，高度適應性品種分別為13個和2個。綜合適應能力法評價結果表現(xiàn)為：低度適應和中度適應的品種分別有41個和53個，無高度適應的品種。

綜合膜下滴灌旱種適應系數(shù)、適應指數(shù)和綜合適應能力評價結果，在3種評價方法中均表現(xiàn)為中度或高度適應的水稻品種有長白15號、長白17號、吉旱1號和農大1025。說明，這4份材料適應膜下滴灌旱種，能保證其產量的穩(wěn)定發(fā)揮。

表2 不同評定方法水稻膜下滴灌旱種適應性的次數(shù)分布

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

項目Items膜下滴灌旱種適應系數(shù)法Mulchdripirrigationadaptationcoefficient膜下滴灌旱種適應指數(shù)法Mulchdripirrigationadaptationindex綜合適應能力法Integratedadaptabilitymethod低度適應Weakadaptation407841中度適應Moderateadaptation411453高度適應Higheradaptation1320

2.2 膜下滴灌旱種水稻農藝性狀適應性評價指標的篩選

為充分反應膜下滴灌旱種水稻農藝性狀的信息，對株高、穗長、單穗重、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)、結實率、千粒重、生物產量、經(jīng)濟系數(shù)和理論產量12個農藝性狀的ARI進行主成分分析結果(表3)表明，農藝性狀ARI 5個主成分的方差貢獻率分別為37.793% 、15.574%、13.590%、10.303%和7.057%，累計貢獻率達84.318%。說明，用這5個主成分能較好地反映12個農藝性狀對寒地水稻膜下滴灌旱種的適應性。

第一主成分的特征根值為 4.535，貢獻率為37.793%，特征向量以理論產量最大(0.399)，其次是生物產量(0.383)、單穗重(0.346)、株高(0.343)和穗長(0.334)。說明，第一主成分大的材料，其理論產量、生物產量、單穗重、株高、穗長對膜下滴灌旱種反應敏感。

第二主成分的特征根值為 1.869，貢獻率為15.574%，特征向量以穗數(shù)最大(-0.543)，其次是穗粒數(shù)(0.388)、生物產量(-0.365)和一次枝梗數(shù)(0.312)。說明，第二主成分大的材料，其穗數(shù)、穗粒數(shù)及生物產量對膜下滴灌旱種反應敏感。

表3 膜下滴灌旱種水稻農藝性狀主成分分析的主成分因子及其貢獻率

第三主成分的特征根值為 1.631，貢獻率為13.590%，特征向量以經(jīng)濟系數(shù)最大(0.723)，其次是千粒重(0.486)。說明，第三主成分大的材料，其經(jīng)濟系數(shù)和千粒重對膜下滴灌旱種適應性的反應敏感。

第四主成分的特征根值為 1.236，貢獻率為10.303%，特征向量以結實率為最大(0.738)，其次是單穗重(0.379)和二次枝梗數(shù)(-0.312)。說明，第四主成分大的材料，其結實率和單穗重對膜下滴灌旱種反應敏感。

第五主成分的特征根值為 0.847，貢獻率為7.057%，特征向量以千粒重最大(0.594)，其次是穗粒數(shù)(-0.570)。說明，第五主成分大的材料，其千粒重對膜下滴灌旱種適應性的反應敏感，穗粒數(shù)對膜下滴灌旱種反應遲鈍。

通過對膜下滴灌旱種水稻農藝性狀適應性反應指數(shù)(ARI)的主成分分析表明，在對水稻農藝性狀膜下滴灌旱種適應性進行綜合評價時，其中的理論產量、穗數(shù)、經(jīng)濟系數(shù)、結實率和千粒重5個因子凝聚了水稻農藝性狀的絕大部分信息量，即評價水稻膜下滴灌旱種適應性時，應主要以理論產量、穗數(shù)、經(jīng)濟系數(shù)、結實率和千粒重的表現(xiàn)作為評價指標。

2.3 膜下滴灌旱種水稻品質性狀適應性評價指標的篩選

對膜下滴灌旱種水稻品種的13個品質性狀ARI進行主成分分析結果(表4)表明，品質性狀ARI 5個主成分的方差貢獻率分別為19.703%、18.829%、15.056%、13.785%和8.785%，累計貢獻率達76.157%。說明，這5個主成分能較好地代替參加分析的13個品質性狀ARI對寒地水稻對膜下滴灌旱種的反應進行評價。

表4 膜下滴灌旱種水稻品質性狀主成分分析的主成分因子及其貢獻率

第一主成分的特征根值為 2.561，貢獻率為19.703%，特征向量精米粒長最大(0.416)，其次是精米米粒寬(0.398)、精米堊白粒率(0.383)和精米堊白度(0.371)。說明，第一主成分大的材料，精米粒長、精米粒寬、精米堊白粒率和精米堊白度對膜下滴灌旱種反應敏感。

第二主成分的特征根值為 2.448，貢獻率為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)、蛋白質(0.315)和米飯食味評分(-0.315)。說明，第二主成分大的材料，精米率、蛋白質含量、整精米率對膜下滴灌旱種反應敏感。

第三主成分的特征根值為1.957，貢獻率為15.056%，特征向量以精米長寬比最大(0.437)，其次是精米堊白粒率(-0.429)和精米堊白度(-0.425)。說明，第三主成分大的材料，精米長寬比對膜下滴灌旱種的反應敏感。

第四主成分的特征根值為 1.792，貢獻率為13.785%，特征向量以蛋白質含量最大(0.548)，其次是精米粒寬(0.428)、粗脂肪含量(0.382)和精米粒長(0.337)。說明，第四主成分大的材料，蛋白質含量、米粒寬、粗脂肪含量和精米粒長對膜下滴灌旱種反應敏感。

第五主成分的特征根值為 1.142，貢獻率為8.785%，特征向量以粗脂肪含量最大(0.582)，其次是直鏈淀粉含量(0.494)、糙米率(0.396)和精米白度(0.300)。說明，第五主成分大的材料，粗脂肪含量、直鏈淀粉含量、糙米率和精米白度對膜下滴灌旱種反應敏感。

通過對膜下滴灌旱種水稻品質性狀適應性反應指數(shù)(ARI)的主成分分析表明，在對膜下滴灌旱種水稻品質性狀適應性進行綜合評價時，其中的精米粒長、精米率、精米長寬比、蛋白質含量和粗脂肪含量5個因子凝聚了水稻農藝性狀的絕大部分信息量，即可選擇該5個性狀作為膜下滴灌旱種水稻品質性狀適應性的評價指標。

3 結論與討論

1) 在膜下滴灌旱種適應性系數(shù)、膜下滴灌旱種適應性指數(shù)和綜合適應能力上均表現(xiàn)為中度適應或高度適應的材料有長白15號、長白17號、吉旱1號和農大1025。在寒地對水稻農藝和品質性狀對膜下滴灌旱種適應性的反應進行綜合評價時理論產量、穗數(shù)、經(jīng)濟系數(shù)、結實率、千粒重的ARI因子和精米粒長、精米率、精米長寬比、蛋白質含量、粗脂肪含量的ARI因子分別凝聚了農藝和品質性狀的絕大部分信息量。利用膜下滴灌旱種適應性系數(shù)、膜下滴灌旱種適應性指數(shù)和綜合適應能力，結合主成分分析的方法進行對水稻的旱種適應性進行綜合評價，可以避免單一指標的片面性和不穩(wěn)定性。

2) 作物的抗旱性主要體現(xiàn)在產量上，產量也是育種過程和生產中最終追求的目標[18]，為眾多栽培、育種、生理學家以及生產者所關心和重視，實踐中對產量及其構成因素的研究也最多，這充分說明其有效性和實用性。針對水稻品種的旱種適應性，前人已經(jīng)從產量及其構成因素、生理或形態(tài)指標上進行研究，但要確切地鑒定一個品種的旱種適應性強弱，不能片面地以某個指標進行判定，而應對多個指標進行綜合分析。本研究通過對94個不同水稻品種(系)在膜下滴灌旱種條件下相應指標的測定，利用模糊隸屬函數(shù)法，得到AC、AI和綜合抗旱能力D值，最終篩選出適合膜下滴灌旱種的品種4份。

3) 關于抗旱性的評價指標目前主要有干旱傷害指數(shù)、抗旱指數(shù)、敏感指數(shù)、抗旱系數(shù)等。然而，上述所有指標均只考查了水分脅迫對作物產量的影響。關于旱種對稻米品質的影響目前往往只從加工品質、外觀品質、蒸煮食味品質、營養(yǎng)品質等方面的單一指標進行評價，很難對品質進行客觀的綜合評價。本研究共獲得了糙米率、精米率、整精米率、糙米粒長、糙米粒寬、糙米長寬比、精米堊白粒率、精米堊白度、精米白度、直鏈淀粉含量、脂肪含量、蛋白質含量和米飯食味評分13個指標，用這13個指標采用主成分分析對品種進行品質膜下滴灌旱種適應性評定，最終篩選出精米粒長、精米率、精米長寬比、蛋白質含量、粗脂肪含量能全面地反映水稻品種品質的旱種適應性。

[1] 王 敏，張從宇，馬同富，等．大豆品種苗期抗旱性研究[J]．中國油料作物學報，2004，26(3)：29-32．

[2] 郭慶人，陳 林．水稻膜下滴灌栽培技術在我國發(fā)展的優(yōu)勢及前景分析[J].中國稻米，2012，18(4)：36-39．

[3] 呂艷東，鄭桂萍，錢永德，等．土壤水分對水、陸稻品質的影響[J]．黑龍江八一農墾大學學報，2005，17(1)：22-26．

[4] 郭曉紅，呂艷東，鄭桂萍，等．土壤水分對稻米品質影響的研究進展[J]．黑龍江八一農墾大學學報，2005，17(2)：33-36．

[5] 呂艷東，鄭桂萍，郭曉紅，等．土壤水勢下限對寒地水稻品質的影響[J]．中國水稻科學，2011，25(5)：515-522．

[6] 李 東．新疆旱作水稻膜下滴灌技術與栽培技術探析[J]．中國農業(yè)信息，2013(11)：57

[7] 銀永安，陳 林，王永強．膜下滴灌水稻技術優(yōu)勢及在寧夏推廣前景分析[J]．北方水稻，2013，43(5)：34-36．[8] 林志清，嚴淑華，李 冬，等．新疆水稻“膜下滴灌旱作”品種研究進展及思路[J]．農業(yè)科技通訊，2013(10)：12-16．

[9] 程建峰，潘曉云，劉宜柏，等．水稻抗旱性鑒定的形態(tài)指標[J]．生態(tài)學報，2005，25(5)：3117-3125．

[10] 褚旭東，李仕貴，王 志，等．不同干旱脅迫條件下水稻品種的抗旱性比較研究[J]．中國稻米，2006(5)：9-11．

[11] 胡標林，李名迪，萬 勇，等．我國水稻抗旱性鑒定方法與指標研究進展[J]．江西農業(yè)學報，2005，17(2)：56-60．

[12] 胡運高，王 志，黃廷友，等．水稻品種耐旱性鑒定的形態(tài)學評價指標研究[J]．西南科技大學學報，2006，21(1)：102-108．

[13] 孟憲梅，黃義德，李奕松．水稻若干生理指標與品種抗旱性關系的研究[J]．安徽農業(yè)大學學報，2003，30(1)：15-22．

[14] 鄭桂萍，郭曉紅，陳書強，等．水分脅迫對水稻產量和食味品質抗旱系數(shù)的影響[J]．中國水稻科學，2005，19(2)：142-146．

[15] Venuprasad R,Lafitte H R,Atlin G N.Response to direct selection for grain yield under drought stress in rice[J].Crop Science,2007(47):285-293.

[16] 孫彩霞，沈秀瑛．作物抗旱性鑒定指標及數(shù)量分析方法的研究進展[J]．中國農學通報，2002，18(1)：49-51．

[17] 栗雨勤，張文英，王有增，等．作物抗旱性鑒定指標研究及進展[J]．河北農業(yè)科學，2004，8(1)：58-61．

[18] 張燕之，鄒吉承，周毓珩．水稻抗旱性鑒定方法與指標研究-旱作時水稻的主要農藝性狀與其抗旱性指標[J]．遼寧農業(yè)科學，1996(2)：6-8．

(責任編輯： 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

國家公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項“本地與引進種質資源高效結合與利用研究”(201303007)；國家科技支撐計劃項目“東北平原北部(黑龍江)春玉米水稻持續(xù)豐產高效技術集成創(chuàng)新與示范，東北平原北部(黑龍江)水稻玉米豐產節(jié)水節(jié)肥技術集成與示范”(2011BAD16B11，2013BAD07B01)；黑龍江省博士后資助經(jīng)費項目“寒地水稻膜下滴灌旱種效果研究”(LBH-Z13167，201310223009)；黑龍江省農墾總局科研項目“鹽堿地水稻高產優(yōu)質綜合生產技術研究與示范”(HNK12A-02-18)；黑龍江八一農墾大學省作物學重點學科學術骨干科研啟動金項目“膜下滴灌對寒地水稻產量和品質影響的研究”(ZWXQDJ-8)；黑龍江八一農墾大學博士啟動金項目“耐旱水稻種質資源篩選及資源創(chuàng)新”(XDB 2012-03)

呂艷東(1978-)，男，副研究員，博士，從事水稻節(jié)水栽培研究。E-mail: luyandong336@sohu.com

*通訊作者：鄭桂萍(1960-)，女，教授，博士，從事水稻生理生態(tài)研究。E-mail: dqzgp@163.com

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

S511.2+2

A