2個再生稻品種機械化生產的產量構成分析

廖海林,鄭景生,李小萍,解振興,黃信恩,李義珍,黃育民,王侯聰

(1.福建省南平市建陽區種子管理站,福建建陽354200; 2.廈門大學生命科學學院,福建廈門361102;3.福建省農業科學院水稻研究所,福建福州350019)

2個再生稻品種機械化生產的產量構成分析

廖海林1,鄭景生2*,李小萍3,解振興3,黃信恩1,李義珍3,黃育民2,王侯聰2

(1.福建省南平市建陽區種子管理站,福建建陽354200; 2.廈門大學生命科學學院,福建廈門361102;3.福建省農業科學院水稻研究所,福建福州350019)

為探索再生稻機械化生產的增產途徑,在潭香稻谷專業合作社對甬優2640和佳輻占兩品種的雙季產量及其構成進行分析,結果表明:甬優2640矮稈抗倒,穗大粒密,雙季產量分別為(10 598±1 433)和(10 126±1 527)kg/hm2;佳輻占熟期短,適應閩北安全生長期短的氣候生態,雙季產量分別為(7 006±1 399)和(6 443±1 357)kg/hm2.再生稻產量由單位面積(m2)穗數、每穗粒數、結實率和千粒質量4個因素構成.2個品種的結實率和千粒質量變異小,與產量無顯著相關性;單位面積穗數和每穗粒數變異大,與產量呈顯著或極顯著正相關,且由此二者組成的單位面積總粒數的變異更大,與產量的相關性更高,對增產的貢獻率＞0.97,是決定產量的主要因素;而單位面積總粒數與單位面積穗數、每穗粒數呈顯著或極顯著正相關,其中頭季與單位面積穗數的相關度更高,再生季與單位面積穗數、每穗粒數的相關度差距不大.因此,提高再生稻機械化生產的產量主攻方向是擴增單位面積總粒數,而擴增單位面積總粒數必先擴增單位面積穗數和每穗粒數,其中頭季側重擴增單位面積穗數,再生季兼顧擴增單位面積穗數和每穗粒數.

再生稻;產量構成;相關分析;機械化生產

再生稻利用頭季收割后稻樁上的腋芽萌發成穗,一次播栽,兩次收成,是一種資源節約型的稻作.20世紀80年代末,隨著具有強再生力的雜交稻品種問世,利用雜交稻蓄養再生稻成為一種新的種植方式,在南方各省推廣,1997年種植面積達75萬hm2[1].目前再生稻生產存在以下兩方面的問題:1)再生季大多管理粗放,單產量為2～3 t/hm2,在種糧效益比較低的情勢下,種植面積縮減大半;2)秈型水稻具有明顯的頂端優勢,高節位腋芽萌發率高,為保留高節位腋芽,頭季成熟時采用高樁手割,每公頃需花費約45個工日,在當前大量中青年農民進城務工、勞力緊缺條件下,再生稻生產有進一步萎縮之勢.

為了提高再生稻勞動生產率,各地都在探索機械化生產,其中首先探索的是頭季機割.頭季機割存在三方面的問題:1)頭季倒伏妨礙機割.現有主栽品種為晚熟型雜交稻系中稈品種,彎曲力矩大,抗倒力差,一些早中熟苗頭品種抗折力中等,求取更高產量時也頻現倒伏.2)機割高度問題.初始推行高樁機割,出現1/3株行稻樁遭鏈軌碾軋中折,靠基部分蘗成穗,而2/3株行靠上部分蘗成穗,二者熟期相差15 d.3)頭季改為低樁機割,再生季依靠基部分蘗成穗,抽穗成熟期推遲15 d,必須選用熟期較短的品種才能確保再生季在當地安全齊穗期前齊穗.近幾年,在永安、建陽、龍海等地開展再生稻機械化生產研究,推廣了熟期短、米質優、再生力強的佳輻占為主栽品種,研究了頭季機割適宜高度及相關栽培技術[1-6],并開展品種篩選試驗,重點篩選頭季矮稈抗倒、再生季大穗高產的品種.為進一步提高機械化生產的產量和效益,有必要深入田間調查主栽品種及苗頭品種不同產量水平田的產量構成,通過相關性分析,揭示限制高產的主要構成因素,然后集中全力研究擴增主要構成因素的技術.

1923年英國科學家Engledow首先推行產量構成分析法用于禾谷類育種,將產量分解為單位面積穗數、每穗粒數和粒質量3個構成因素,試圖通過雜交將優異的構成因素組合為一體,育出新品種[7].1959年日本科學家松島省三完善了產量構成分析法,將水稻產量分解為單位面積穗數、每穗粒數、結實率和粒質量4個構成因素,追蹤觀察了各構成因素的形成過程,并研究其調控措施[8].經過長期研究和生產實踐,松島省三又推出“V字型”高產栽培法和高產診斷技術[9],指出決定產量的主要因素是結實率以及穗數與每穗粒數組成的單位面積總粒數,在產量構成分析時必須首先關注結實率,因為在結實率低于75%和高于85%的情況下,改進的栽培方法完全不同.國內研究一致認為,在正常氣候條件下,結實率和千粒質量變異小,而單位面積總粒數變異最大,是決定產量的主要因素;但單位面積總粒數由單位面積穗數和每穗粒數構成,哪一個因素對擴增單位面積總粒數更有作用則報道不一[10-15].

為此,本研究在2015年頭季和再生季成熟期,對潭香稻谷專業合作社的主栽品種佳輻占和苗頭品種甬優2640,各選10坵不同產量水平田取樣考查產量及產量構成,進行相關性分析,為揭示再生稻機械化生產的高產主攻方向和改進栽培技術提供科學依據.

1 材料與方法

1.1種植概況

研究地點為福建省南平市建陽區潭香稻谷專業合作社.供試再生稻品種為常規稻佳輻占和雜交稻甬優2640.頭季3月13—14日播種,硬盤育秧,4月9—11日機插,行距30 cm,株距20 cm,單位面積插植16.67叢.佳輻占頭季于6月25日齊穗,7月27日成熟機割,割樁高度12 cm,再生季于9月22日齊穗,10月26日成熟機割.佳輻占忌憚頭季倒伏,頭季只于插后7 d施生物有機肥1 200 kg/hm2;再生季于頭季割后1 d施尿素150 kg/hm2,頭季割后30 d施復合肥255 kg/hm2,折合為N 107 kg/hm2、P 17 kg/hm2、K 32 kg/hm2.甬優2640頭季于6月25日齊穗,8月8日成熟,8月3日機割,割樁高度12 cm,再生季于10月5日齊穗,11月24日成熟機割.頭季于插后7 d施尿素150 kg/hm2,插后20 d施尿素75 kg/hm2,插后30 d施復合肥300 kg/hm2,折合為N 149 kg/hm2、P 20 kg/hm2、K 37 kg/hm2;再生季于頭季割后1 d施尿素150 kg/hm2,頭季割后30 d施復合肥300 kg/hm2,折合為N 114 kg/hm2、P 20 kg/hm2、K 37 kg/hm2.2個品種的水分管理方法相同,即頭季耙平田面后排水濕潤機插,插后3 d開始淺水灌溉,插后25 d排水烤田,結合挖四周邊溝,烤至田面微裂,足踏不陷入且無水滲出.成熟前10～15 d再清溝排水烤田,確保機械干田收割.再生季于頭季機割后次日灌一次淺水,待土面濕潤排去積水后第3天開始淺水灌溉,滲干再灌,直至成熟前10 d排水干田.

1.2產量及其構成調查

在頭季和再生季成熟期,2個品種各定10坵不同產量水平田,每坵割取2個點共20叢稻穗,裝入網袋曬干,考查穗數后脫粒,分開實粒和空秕粒,分別計數,稱總實粒數曬干質量.由調查所得數據計算每坵田產量及各構成因素數值.

1.3分析方法

為了查明單位面積穗數、每穗粒數、結實率和千粒質量4個產量構成因素對產量變異所起作用的大小,根據2個品種兩季各10坵田調查所得產量及其構成的數據,計算產量與各構成因素及構成因素間的相關系數,進而進行通徑分析.據莫惠棟[16]著述,在通徑分析中,產量的總變異等于各構成因素(xi)對產量(y)的直接通徑系數與相關系數(riy)的乘積之和,再加剩余因素對產量的決定系數(p2e),并標準化為1,即式中R2為4個構成因素對產量的總決定系數為4個構成因素對引發產量總變異的各自貢獻率為剩余因素對產量的決定系數,表示隨機誤差的大小.

2 結果與分析

2.1佳輻占和甬優2640的產量水平及產量構成特征

佳輻占和甬優2640 2個品種頭季(表1)和再生季(表2)的產量及其構成數據顯示:

佳輻占頭季10坵田平均產量為(7 006±1 399) kg/hm2,再生季10坵田平均產量為(6 443±1 357)kg/ hm2,產量變異系數分別為20.0%和21.1%.對比表1和2的數據可看出:單位面積穗數變異最大,變異系數分別為18.3%和17.0%;每穗粒數次之,變異系數分別為4.4%和14.6%;結實率和千粒質量則高而穩定,結實率的變異系數分別為1.4%和3.0%,千粒質量的變異系數分別為2.5%和2.1%.顯然,單位面積穗數和每穗粒數變異大,是引發產量差異的主要因素.

甬優2640頭季10坵田平均產量為(10 598± 1 433)kg/hm2,再生季10坵田平均產量為(10 126±1 527)kg/hm2,產量變異系數分別為12.9%和15.1%.對比表1和2的數據可看出:單位面積穗數變異系數分別為9.8%和8.3%,每穗粒數的變異系數分別為6.8%和11.1%,結實率的變異系數分別為0.5%和4.0%,千粒質量的變異系數均為1.2%.顯然,單位面積穗數和每穗粒數的變異較大,是引發產量差異的主要因素.

表1　頭季2個品種不同田坵的產量及其構成Tab.1 Yield and its components in the first crop of two rice cultivars in different paddy fields

表2　再生季2個品種不同田坵的產量及其構成Tab.2 Yield and its components in the second crop of two rice cultivars in different paddy fields

綜上可見,不同田坵間產量的差異源于產量構成的差異,2個品種不同田坵間由單位面積穗數和每穗粒數組成的單位面積總粒數的差異都更大,引發產量差異的作用也更大.

佳輻占再生季的穗粒結構特征與頭季的有明顯不同,穗數較多、穗頭較小,10坵田平均的再生季單位面積穗數為頭季的165%,每穗粒數為頭季的55%.鑒于這一特性,提高再生季產量必須促進萌發比頭季更多的穗數.甬優2640再生季的穗粒結構特征與頭季的差異不大,10坵田平均的再生季單位面積穗數為頭季的108%,每穗粒數為頭季的80%.由于再生季保留了頭季的大穗特性(甬優2640每穗達(186.0±20.7)粒,而原主栽的晚熟型雜交稻品種再生季每穗粒數只為頭季的一半左右),再生季產量才達到10 126 kg/hm2的高產水平(世界再生稻再生季最高產量為埃塞俄比亞于1969年的8 692.5 kg/hm2[1]).

2.2產量與構成因素及構成因素間的相關性

如表3所示:在4個產量構成因素中,2個品種兩季均以單位面積穗數與產量的相關度最高,呈極顯著相關;每穗粒數與產量的相關度次之,呈顯著相關;結實率和千粒質量均與產量無顯著相關性.

表3　產量構成因素之間及與產量的相關性Tab.3 Correlation among various yield components and with yield

構成因素與產量的相關度與其變異度呈正相關趨勢,變異系數高的因素與產量的相關度也較高,是提高產量的主攻因素;變異系數低的因素與產量的相關度也較低,不能作為提高產量的主攻因素.不過結實率穩定性是相對的,在良好氣候和正常栽培條件下高而穩定,在不良氣候和施氮肥過量條件下可能大幅降低而成為減產主因,在這種情況下,設法提高結實率可能成為增產的主攻方向.

4個構成因素之間存在一定程度的相關性,但只有結實率與千粒質量呈顯著正相關,其他因素之間的相關性均不顯著.

由單位面積穗數和每穗粒數組成的單位面積總粒數與產量的相關度更高,呈極顯著正相關.因此,提高產量必須擴增單位面積總粒數.而單位面積總粒數又與單位面積穗數、每穗粒數呈顯著或極顯著正相關,其中頭季的單位面積總粒數與單位面積穗數的相關度更高,再生季的單位面積總粒數與單位面積穗數、每穗粒數的相關度差距明顯縮小,佳輻占中其與單位面積穗數的相關度略高,而甬優2640再生季中則與每穗粒數的相關度略高.為此,擴增單位面積總粒數必先擴增單位面積穗數和每穗粒數,其中頭季側重擴增單位面積穗數,再生季兼顧擴增單位面積穗數和每穗粒數.

2.3各產量構成因素對增產的貢獻率

表4列出了各構成因素對產量的直接通徑系數(pi),并由直接通徑系數乘以與產量的相關系數(riy),計算出對引發產量總變異的各自貢獻率,即對增產的貢獻率(piriy).由結果看出:4個構成因素對增產的總決定系數(R2)達0.997 1～0.998 8,隨機誤差(p2e)＜0.01.頭季以單位面積穗數對增產的貢獻率最高(佳輻占為0.843 3,甬優2640為0.741 9),每穗粒數對增產的貢獻率次高(佳輻占為0.162 5,甬優2640為0.361 4),單位面積穗數是決定產量的主要因素;再生季單位面積穗數和每穗粒數對增產的貢獻率差距縮小,佳輻占中分別為0.661 8和0.443 9,甬優2640中分別為0.463 8和0.513 9,二者都是決定產量的主要因素.不管是頭季還是再生季,單位面積穗數和每穗粒數合計對增產的貢獻率＞0.97,表明單位面積總粒數是決定產量的最主要因素;結實率和千粒質量比較穩定(變異系數≤4.0%)(表1和2),對增產貢獻不大,結實率的貢獻率為-0.086 0～0.026 7,千粒質量的貢獻率為-0.028 2～0.020 5.顯然,在現有生產生態條件下,提高2個品種的產量主要依靠適當增加單位面積穗數和每穗粒數,形成更多的單位面積總粒數.

稻谷產量(^y)與單位面積總粒數(x)的數量依存關系見圖1.根據回歸方程,可由田間調查所得的單位面積總粒數預測產量,也可由目標產量確定所需的單位面積總粒數,進而及早采取措施調控穗數和每穗粒數.

表4　各構成因素對增產的貢獻率Tab.4 The contribution rates of various components to yield increase

3 討 論

3.12個再生稻品種評價

再生稻頭季實行機械收割,再生季抽穗成熟期比高樁手割推遲15 d,若繼續種植晚熟的雜交稻品種,其花期往往難于避過秋寒危害.為此,生育期短、米質優、再生力強的佳輻占成為福建省多地再生稻機械化生產的主推品種.佳輻占為優質常規稻,頭季產量不如雜交稻,但再生力強,再生季穗數多,產量與雜交稻主栽品種不相上下.根據本研究同時開展的調查,潭香合作社2015年種植的佳輻占,與鄰近種植晚熟雜交稻品種而采用人力生產的再生稻相比,頭季產量低1 500 kg/hm2,再生季產量持平,但米質優,總產值相近;而由于機械化生產大幅節省用工,工本費相對較低,經濟效益顯著提高.佳輻占的缺點是頭季莖稈抗倒力中等,群體偏大的田坵遇大風雨襲擊,有倒伏風險.本課題組及時開展了佳輻占頭季抗倒性狀及與施氮量關系的研究[2],提出適量施氮、調控群體、增強抗倒力的實用化技術.依據對再生季形態發育的研究結果,指出再生季植株矮,葉片短直,莖稈彎曲力矩小,無倒伏風險,加之再生力強,具有比頭季更高產量的潛力.

甬優2640于2014年在潭香稻谷專業合作社試種,2015年作為再生稻栽培6 hm2,表現出雙季高產,平均產量超10 000 kg/hm2,頭季產量與晚熟雜交稻品種相當.甬優2640頭季矮稈抗倒,適應機械化生產,再生季保持了頭季的大穗性狀(10坵田平均每穗186粒,為頭季的80%,比晚熟型雜交稻主栽品種多2倍),這是其再生季產量高產的原因.長期以來,再生稻主栽種為晚熟型雜交稻品種,頭季產量雖高,但抗倒力差,再生季則穗小,產量在5 000～6 000 kg/hm2,幾經攻關才使得小面積產量突破9 000 kg/hm2.頭季矮稈抗倒、再生季大穗高產的甬優2640,是篩選適應再生稻機械化生產品種的重要進展,但甬優2640米質一般.因此,今后在此基礎上,還需兼顧篩選生育期短、米質優、再生力強的優異性狀水稻品種.

3.2再生稻機械化生產提高產量的主攻方向

產量由單位面積穗數、每穗粒數、結實率和千粒質量4個因素構成.松島省三[8-9]指出千粒質量是品種的穩定性狀,而決定產量的主要因素是結實率和單位面積穗數與每穗粒數組成的單位面積總粒數.Yoshida[17]報道在熱帶的菲律賓地區無論旱季或雨季,結實率都穩定在85%左右,決定產量的主要因素是單位面積總粒數.國內很多研究[10-12]也一致認為單位面積總粒數是決定產量的主要因素,但是關于單位面積穗數還是每穗粒數對擴增單位面積總粒數更有作用則報道不一.而以晚熟雜交稻為主栽品種的再生稻產量構成研究[12-15]卻一致認為,再生稻頭季以每穗粒數與單位面積總粒數的相關性較高,對增產的貢獻最大,是決定產量的主要因素;再生季則以單位面積穗數與單位面積總粒數的相關性較高,對增產的貢獻最大,是決定產量的主要因素.

本研究結果表明,機械化生產的再生稻的產量構成特征顯然不同:頭季以單位面積穗數與單位面積總粒數的相關度顯著更高,對產量的貢獻最大;再生季則單位面積穗數、每穗粒數與單位面積總粒數的相關度差距不大,二者對增產的貢獻率也差距不大.產量通徑分析結果清晰地表明:頭季的單位面積穗數對增產的貢獻率明顯高于每穗粒數,因此單位面積穗數是決定產量的主要因素;再生季單位面積穗數和每穗粒數對增產的貢獻率差距縮小,二者都是決定產量的主要因素.但不管是頭季還是再生季,單位面積穗數和每穗粒數合計對增產的貢獻率均大于0.97,又表明二者組成的單位面積總粒數對增產的貢獻最大.因此,今后提高機械化生產再生稻產量的主攻方向是擴增單位面積總粒數,其中頭季側重擴增單位面積穗數,再生季兼顧擴增單位面積穗數和每穗粒數.

綜上可見,再生稻機械化高產生產不僅要選育頭季矮稈抗倒、再生季大穗、生育期短、米質優、再生力強的優異再生稻新品種,而且在生產上需要按機械化高產主攻方向即擴增單位面積總粒數來進行栽培管理,以獲得高產,也有利于進一步擴大再生稻機械化生產的推廣應用,對提高國家糧食產量具有重要意義.

圖1　稻谷產量與單位面積總粒數間的關系Fig.1 The relationships between grain yield and the total spikelets per square meter

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Analysis of Yield Components of Two Ratoon Rice Cultivars Through Mechanized Production

LIAO Hailin1,ZHENG Jingsheng2*,LI Xiaoping3,XIE Zhenxing3, HUANG Xinen1,LI Yizhen3,HUANG Yumin2,WANG Houcong2

(1.Jianyang District Seed Administrative Station of Nanping City of Fujian Province,Jianyang 354200,China; 2.School of Life Sciences,Xiamen University,Xiamen 361102,China;3.Rice Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences,Fuzhou 350019,China)

Grain yield and its components were investigated and analyzed for two rice cultivars Yongyou 2640 and Jiafuzhan planted at Jianyang District Tanxiang Rice Cooperative in order to explore the method of yield increase of ratoon rice through mechanized production.The results showed that Yongyou 2640 exhibited dwarfism,lodging resistance,large panicle and high spikelet density,and yielded(10 598±1 433)kg/hm2in the first crop and(10 126±1 527)kg/hm2in the second crop respectively.Jiafuzhan with short growth duration was able to adapt to climatic ecological conditions with short safe growth period in Northern Fujian,and yielded (7 006±1 399)kg/hm2in the first crop and(6 443±1 357)kg/hm2in the second crop,respectively.Ratoon rice yield was composed of panicle numbers per square meter,spikelets per panicle,seed setting rate and 1 000-grain weight.Seed setting rate and 1 000-grain weight of two rice cultivars both showed little variation,which both had no significant correlation with the yield,while panicle numbers per square meter and spikelets per panicle both exhibited large variations,which had significant or almost significant positive relation to the yield.The total spikelets per square meter composed of panicle numbers per square meter and spikelets per panicle had a larger variation,which was highly related to the yield,with more than 0.97 of the contribution rate,and was a key factor of yield components.The total spikelets per square meter had significant or extremely significant positive relation to panicle numbers per square meter and spikelets per panicle.Among them,the correlation coefficient between the total spikelets per square meter and panicle numbers per square meter in the first crop was very high,but the difference of correlation coefficient between the total spikelets per square meter and panicle numbers per square meter or spikelets per panicle in the second crop was small.Thus,a major method for increasing the yield of ratoon rice through mechanized production is enhancing the total spikelets per square meter,including panicle numbers per square meter and spikelets per panicle,which focuses on raising panicle numbers per square meter in the first crop and the combination of panicle numbers per square meter and spikelets per square meter in the second crop.

ratoon rice;yield components;correlation analysis;mechanized production

S 511

A

0438-0479(2016)06-0853-07

10.6043/j.issn.0438-0479.201603045

2016-03-29 錄用日期:2016-07-04

福建省科技重大專項(2013NZ0002-2);國際原子能機構合作項目(CRP17031)

zheng21006@xmu.edu.cn

廖海林,鄭景生,李小萍,等.2個再生稻品種機械化生產的產量構成分析[J].廈門大學學報(自然科學版),2016,55 (6):853-859.

LIAO H L,ZHENG J S,LI X P,et al.Analysis of yield components of two ratoon rice cultivars through mechanized production[J].Journal of Xiamen University(Natural Science),2016,55(6):853-859.(in Chinese)