雜交水稻制種中利用農用無人機噴施赤霉素技術研究

唐 榮，張海清*，劉愛民，楊永標，陳 勇，王 明，董帥廳

（1湖南農業大學農學院，長沙410128；2湖南隆平種業有限公司，長沙410006）

雜交水稻制種中利用農用無人機噴施赤霉素技術研究

唐 榮1，張海清1*，劉愛民2*，楊永標1，陳 勇1，王 明1，董帥廳1

（1湖南農業大學農學院，長沙410128；2湖南隆平種業有限公司，長沙410006）

為了探索農用無人機在雜交水稻制種中噴施赤霉素效果，以制種組合Y58S×R900、H638S×R1813和豐源A×華占為材料，在機械栽插、人工栽插或機直播條件下，研究了單旋翼電動力農用無人機在母本不同抽穗時期噴施不同劑量赤霉素的效果。結果表明，利用農用無人機噴施赤霉素時，Y58S人工栽插在抽穗率5%～35%范圍內，噴施劑量480 g／hm2時效果最佳；機插在抽穗率5%～45%范圍內3個噴施劑量處理時效果都較好，其包頸粒率在1%以下，全外露穗率在80%以上；H638S機插和機直播在抽穗率5%～45%范圍內3個噴施劑量處理效果都較好；豐源A機插在抽穗率10%～20%范圍內，噴施劑量570 g／hm2時效果最佳，機直播時3個噴施劑量處理效果都較差，其包頸粒率在1%以上，全外露穗率在70%以下。使用農用無人機對雜交水稻制種母本噴施赤霉素有廣泛的實用性。

雜交水稻；制種；農用無人機；赤霉素

Keywords：hybrid rice；seed production；agricultural unmanned aerial vehicles；gibberellin

雜交水稻制種中不育系由于自身營養器官發育不全，赤霉素含量極低，影響正常伸長抽穗，有10%～60%的穗粒被包裹在劍葉葉鞘內不能抽出［1～3］，導致母本柱頭外露率和活力降低、穗粒全外露率低、異交態勢差、病蟲害增加，從而影響制種產量和質量［4，5］，需要通過噴施外源赤霉素加以解決。目前我國雜交水稻制種的赤霉素主要以人工背負式噴霧器噴施為主，其需在抽穗期連續2～4 d內噴施2～4次，不僅勞動強度大、技術要求高、時間緊迫、作業效率低下、農藥分布不均勻，而且人工背負式噴霧器進行施藥時真正到達靶標上的藥量不到噴灑量的20%［6］。針對人工背負式噴霧器噴施赤霉素存在的問題，有人研究設計機載立管式風送噴霧機、自走式風送噴霧機和自走式高地隙噴桿噴霧機等類型噴霧機，但其噴施作業成本高，藥劑有效利用率低，下田作業困難，易損傷農作物及土壤物理結構，影響農作物后期生長［7，8］，并隨著農村勞動力的減少和雜交水稻制種規?；陌l展，各類型噴霧機難以滿足制種需求。農用無人機噴施農藥具有藥液量少、濃度高、效率高、省工省力等特點［9～11］，目前在我國發展迅速，但利用無人機在雜交水稻制種中噴施赤霉素還缺乏系統研究。本研究通過設計不同劑量、不同始噴抽穗指標等因素處理，并在制種母本不同栽插方式下探討農用無人機噴施赤霉素的效果和噴施技術。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

（1）制種組合：海南樂東基地為Y58S×R900；湖南武岡基地為豐源A×華占、H638S×R1813。

（2）供試無人機：單旋翼電動力無人機HY-B -15L，由深圳高科新農技術有限公司生產提供。

（3）供試赤霉素：赤霉酸（有效成分3%，乳油型），由湖南神隆超級稻豐產生化有限公司提供。

（4）供試插秧機和直播機：寧波協力機電制造有限公司生產的14 cm×18 cm插秧機；華南農業大學改制的14 cm×25 cm直播機。

1.2 試驗設計

試驗于2016年4～10月在海南省三亞市九所鎮抱旺村和湖南省武岡市鄧元泰鎮山嵐村進行。材料的播種及移栽日期如表1所示，父母本栽插行比均為6∶40。

表1 制種材料播插日期Table 1 Seeding and transplanting date of the female parents

1.2.1 農用無人機噴施赤霉素劑量與方法

根據Y58S、H638S和豐源A在人工噴施條件下的最佳赤霉素劑量，Y58S按80%、100%和120%設計了3種無人機噴施赤霉素劑量，H638S和豐源A按60%、80%和100%設計了3種無人機噴施赤霉素劑量，并在機械栽插、人工栽插或機直播3種栽插方式下進行噴施，各處理代號如表2。

表2 赤霉素噴施劑量和處理代號Table 2 The gibberellin doses and treatm ent code_

每個小區面積400 m2，3次重復。無人機飛行高度3～5 m，飛行速度3 m／s左右，采用XR11001VS型噴頭，分兩天噴施，第一天噴施40%劑量，第二天噴施60%劑量，赤霉素和水的混合液按15 L／hm2配比噴施。

1.2.2 赤霉素噴施時期

第一天噴施赤霉素時，Y58S群體抽穗率40%左右、豐源A群體抽穗率15%左右、H638S為20%左右。噴施前在各群體中分別選取以下5個抽穗指標的單株各9株掛牌標記，考查不同抽穗率單株的赤霉素噴施效果。

K1：Y58S為抽穗率5%～15%；豐源A為幼穗分化八期；H638S為抽穗5%以下。

K2：Y58S為抽穗率15%～25%；豐源A為抽穗0%～10%；H638S為抽穗5%～15%。

K3：Y58S為抽穗率25%～35%；豐源A為抽穗10%～20%；H638S為抽穗15%～25%。

K4：Y58S為抽穗率35%～45%；豐源A為抽穗20%～30%；H638S為抽穗25%～35%。

K5：Y58S為抽穗率45%以上；豐源A為抽穗30%～40%；H638S為抽穗35%～45%。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 對赤霉素敏感性狀的考查

授粉結束后第10天，將各處理不同抽穗率標記的單穴稻株平地割回，考查以下性狀：

①穗高。測量每穴單穗的穗高，計算出平均穗層高度。

②穗總粒數、包頸粒數，計算包頸粒率。包頸粒率＝包頸粒數÷總粒數×100%。

③全外露穗數，計算全外露穗率。全外露穗率＝全外露穗數÷總穗數×100%。

④穗層整齊度。

式中：rd為整齊度；x為樣本平均值；s為標準差；n為樣本容量（樣本個數）。

1.3.2 數據統計與分析

數據采用Excel2007和DPS7.05進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 農用無人機噴施赤霉素的效果分析

穗層高度、包頸粒率和全外露穗率是考查制種母本噴施赤霉素后效果的3個重要指標。制種父母本合理的穗層高度是保證良好異交態勢的前提，包頸粒率越低、全外露穗率越高說明噴施赤霉素的效果越好。

2.1.1 農用無人機對Y58S噴施不同劑量赤霉素的效果

Y58S人工對照區（CK）用量480 g／hm2，無人機3個噴施濃度處理分別為576、480、385 g／hm2。由表3可知，Y58S各劑量處理的穗層高度顯著低于CK，分別比CK降低9.01、11.64、13.28 cm，穗層高度隨噴施劑量的減少有下降的趨勢；A1和A2包頸粒率顯著低于CK，A3和CK無顯著差異，并在A2時有最低包頸粒率，分別比CK降低0.64%、0.83%、0.17%；全外露穗率均顯著高于CK，分別比CK高18.07%、18.91%、9.69%，在A2時有最高全外露粒率。由分析可知，Y58S利用無人機噴施各劑量赤霉素效果均優于人工噴施。

表3 母本Y58S人工栽插下無人機噴施不同劑量赤霉素的效果（2016，海南三亞）Table 3 Effect of different dose gibberellin sp rayed by unmanned aerial vehicle on female p lant artificial p lanted（2016，Sanya，Hainan）

2.1.2 人工栽插和機械栽插下農用無人機噴施相同劑量赤霉素的效果

由表4可知，Y58S在人工栽插和機械栽插下利用無人機噴施相同劑量赤霉素時，機插各劑量處理的穗層高度都顯著高于同劑量處理下人工栽插的穗層高度，包頸粒率都低于同劑量處理下人工栽插的包頸粒率，全外露穗率都高于同劑量處理下人工栽插的全外露穗率，且B3處理的全外露穗率顯著高于A3。因此，利用無人機噴施同劑量赤霉素時，母本機插較人工栽插效果更好，其中B3的包頸粒率最低（0.67%），全外露穗率最高（90.61%），在此處理時利用無人機噴施的效果最好。

表4 母本Y58S人工栽插和機插下無人機噴施同劑量赤霉素的效果（2016，海南三亞）Table 4 Effect of different dose gibberellin sprayed by unmanned aerial vehicle on female p lants which artificial p lanted or m achine-transp lanted（2016，Sanya，Hainan）

2.1.3 機插和機直播下農用無人機噴施相同劑量赤霉素的效果

由表5可知，在母本機插和機直播下利用無人機噴施相同劑量赤霉素時，H638S機插各劑量處理的穗層高度顯著高于同劑量處理下機直播的穗層高度，而其包頸粒率基本一致，機插各劑量處理的全外露穗率都高于同劑量處理下機直播的穗層高度。豐源A機插穗層高度顯著高于機直播，而機直播包頸粒率顯著高于機插，機插全外露穗率顯著高于機直播。因此，利用無人機噴施同劑量赤霉素時，H638S機插穗層高度顯著高于機直播，包頸粒率和全外露穗率效果與機直播效果基本一致，各噴施劑量之間也無明顯差異；豐源A機插效果較機直播效果更好，其中L1的包頸粒率最低（0.84%），全外露穗率最高（81.07%），在此處理時利用無人機噴施赤霉素的效果最好。

表5 母本機插和機直播下無人機噴施同劑量赤霉素的效果（2016，湖南武岡）Table 5 Effect of different dose gibberellin sprayed by unmanned aerial vehicle on female p lants which m achine-transp lanted and machinical direct seeded（2016，W ugang，Hunan）

2.2 農用無人機對母本群體中不同抽穗率單株噴施赤霉素的效果分析

2.2.1 Y58S人工栽插下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株的效果

在制種中，Y58S人工噴施赤霉素時最佳始噴抽穗指標為40%。授粉后第10天在各噴施劑量為試驗區對標記單株取樣調查赤霉素效果。由表6可知，各處理中A1K1穗層高度最高為102.43 cm，A2K5穗層高度最低為92.60 cm；對各劑量處理中不同抽穗率單株利用無人機噴施赤霉素時，A1的穗層高度最整齊（rd＝97.94），A2整齊度較差（rd＝93.98）；各處理中A2K4包頸粒率最高為2.25%，A2K2包頸粒率最低為0.32%，A3各抽穗率單株包頸粒率都在1%以上；各處理中A2K3全外露穗率最高為95.19%，A3K1包頸粒率最低為68.95%。分析可知，Y58S在處理A1K1、A2K1、A2K2、A2K3時噴施效果都較好。

表6 Y58S人工栽插下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株效果（2016，海南三亞）Table 6 Effect of different dose gibberellin on single p lant of Y58S artificial-transplanted w ith different heading rate（2016，Sanya，Hainan）

2.2.2 Y58S機械栽插下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株的效果

由表7可知，各處理中B1K1穗層高度最高為107.78 cm，B2K5穗層高度最低為89.58 cm，各劑量處理中K1、K2穗層高度顯著高于K3～K5，均在K1有最大的穗層高，分別為107.78、106.24和103.48 cm；對各劑量處理中不同抽穗率單株利用無人機噴施赤霉素時，B3的穗層高度最整齊（rd＝96.20），B2整齊度最低（rd＝93.33）。各處理中B2K5包頸粒率最高為3.28%，B2K1包頸粒率最低為0，各劑量處理中K1、K2包頸粒率均低于K3～K5，B3和B2在K1時包頸粒率最低，分別為0.02%與0，B1在K2時包頸粒率最低為0.42%。各處理中B2K1全外露穗率最高為100%，B2K5全外露穗率最低為58.70%，各劑量處理中K1、K2全外露穗率均高于K3～K5，B3和B2在K1時全外露穗率最高，分別為98.89%與100%，B1在K2時全外露穗率最高為96.82%。分析可知，Y58S在處理B2K1、B2K2、B1K1、B1K2、B3K1、B3K2時噴施效果都較好。

表7 Y58S機械栽插下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株效果（2016，海南三亞）Table 7 Effect of different dose gibberellin on single plant of Y58Smachine-transplanted w ith different heading rate（2016，Sanya，Hainan）

（續表7）

2.2.3 H638S機插下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株的效果

在制種中，H638S人工噴施赤霉素時最佳始噴抽穗指標為20%。由表8可知，各處理中C2K1穗層高度最高為115.19 cm，C1K3穗層高度最低為106.99 cm；對各劑量處理中不同抽穗率單株利用無人機噴施赤霉素時，C3的穗層高度最整齊（rd＝ 98.42），C3整齊度較差（rd＝93.58）；各處理包頸粒率都在1%以下，其中C2K2包頸粒率最高為0.86%，C3K3包頸粒率最低為0.22%；各處理全外露穗率均在75%以上，其中C1K3全外露穗率最高為93.98%，C3K1全外露穗率最低為76.31%。分析可知，無人機對機插H638S各處理所有抽穗率單株噴施效果都較好。

表8 H638S機插下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株效果（2016，湖南武岡）Table 8 Effect of different dose gibberellin on single plant of H638Smachine-transplanted w ith different heading rate（2016，W ugang，Hunan）

2.2.4 H638S機直播下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株的效果

由表9可知，各處理穗層高度在100～110 cm之間，其中D1K1穗層高度最高為109.70 cm，D2K5穗層高度最低為100.16 cm，3個劑量處理的穗層高度的整齊度都在95左右；各處理包頸粒率都在1.5%以下，其中D1K5包頸粒率最低為0.31%；D1K5全外露穗率最高為95.39%，D2K1全外露穗率最低為68.37%，除D2K1以外，其它各處理全外露穗率都在75%以上。分析可知，無人機對機直播H638S各處理所有抽穗率單株噴施效果都較好。

表9 H 638S機直播下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株效果（2016，湖南武岡）Table 9 Effect of different dose gibberellin on single plant of H638Smachine-direct seeded w ith different heading rate（2016，W ugang，Hunan）

2.2.5 豐源A機插下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株的效果

在制種中，豐源A人工噴施赤霉素時最佳始噴抽穗指標為15%左右。由表10可知，各處理中L1K1穗層高度最高為114.27 cm，L2K5穗層高度最低為92.25 cm，3個劑量處理的穗層高度的整齊度都在92左右，并隨抽穗率的增加而呈下降的趨勢；各處理中L1K2包頸粒率最高為2.09%，L3K3包頸粒率最低為0.45%；各處理中L1K3全外露穗率最高為85.60%，L1K2全外露穗率最低為53.06%。分析可知，各劑量處理在抽穗率K2時包頸粒率高于K1、K3，全外露穗率低于K1、K3。

表10 豐源A機插下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株效果（2016，湖南武岡）Table 10 Effect of different dose gibberellin on single p lant of Fengyuan A machine-transplanted w ith different heading rate（2016，Wugang，Hunan）

2.2.6 豐源A機直播下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株的效果

由表11可知，各處理中M3K1穗層高度最高為107.22 cm，M3K5穗層高度最低為88.37 cm，3個劑量處理的穗層高度的整齊度都在93左右，并隨抽穗率的增加而呈下降的趨勢；各處理中M3K2包頸粒率最高為4.99%，M1K4包頸粒率最低為1.36%；各處理中M1K5全外露穗率最高為73.71%，M3K4全外露穗率最低為38.44%。分析可知，M3與M2處理在抽穗率K2時包頸粒率高于K1、K3，全外露穗率低于K1、K3。

表11 豐源A機直播下各劑量赤霉素處理的不同抽穗率單株效果（2016，湖南武岡）Table 11 Effect of different dose gibberellin on single p lant of Fengyuan A machinical direct seeded w ith different heading rate（2016，W ugang，Hunan）

3 討論與結論

3.1 討論

前人研究表明，雜交水稻的異交態勢不僅與品種本身特性有關，還受環境因素的影響［12，13］。品種特性方面，不同不育系對赤霉素的敏感度和敏感性有差異，導致赤霉素噴施的時期和用量不一致［14，15］。Y58S屬于秈型兩用核不育系，不育性穩定，抽穗整齊，開花集中，未噴施赤霉素時包頸粒率6.7%，包頸度小，對赤霉素敏感；H638S屬于秈型溫敏兩用核不育系，不育性穩定，未噴施赤霉素時包頸粒率13.8%左右，對赤霉素敏感；豐源A屬于秈型水稻三系不育系，農藝性狀整齊一致，不育性穩定，異交性好，開花集中，對赤霉素鈍感［16～18］。本研究結果顯示，在機插條件下利用無人機噴施赤霉素時，Y58S在抽穗率5%～45%范圍內3個噴施劑量處理時效果都較好，其包頸粒率在1%以下，全外露穗率在80%以上；H638S在抽穗率5%～45%范圍內3個噴施劑量處理效果都較好；豐源A以抽穗率10%～20%，噴施劑量570 g／hm2時效果最佳。Y58S、H638S和豐源A三個品種間赤霉素噴施時期和用量不同，Y58S和H638S對赤霉素敏感，其利用無人機噴施赤霉素時，在一定始噴抽穗率和噴施劑量范圍內均可達到較好效果，而豐源A對赤霉素鈍感，要達到較好噴施效果，需嚴格掌握始噴抽穗率和噴施劑量。

噴施方式上，母本利用無人機噴施赤霉素相對人工噴施具有更廣泛的初始噴施抽穗指標和噴施劑量。本研究結果表明，Y58S人工噴施赤霉素的噴施時期以見穗40%左右，噴施量以480 g／hm2左右為最佳，利用無人機噴施時，在抽穗率5%～45%范圍內噴施576、480、385 g／hm2都可達到相同效果。這是因為植物莖葉對赤霉素的吸收在一定范圍內隨藥液濃度增加而增強［19］，而無人機噴施赤霉素相對人工噴施具有容量低、濃度高、藥液霧化程度高、霧滴小、藥劑在防治目標上分散度高等特點，能夠提高藥劑噴施的均勻性［20～22］。

栽培方式上，不同栽插方式下群體結構不同，抽穗特性有差異。機插母本相較人工栽插播始歷期延長、分蘗期長、分蘗速度快、爆發力強，易造成群體過大，成穗率降低5%左右，抽穗不整齊，但其群體結構合理，單穴有效穗多［23～25］；機直播母本相較人工栽插播始歷期縮短，中期苗峰高，莖稈纖細易倒伏，成穗率低，個體發育均勻，開花歷期縮短，花期整齊集中［26，27］。本研究結果表明，利用無人機噴施赤霉素時，Y58S機插的效果優于人工栽插，其穗層高度和全外露穗率都隨抽穗率的增加呈下降的趨勢。Y58S、H638S和豐源A機插的噴施效果較好，是由于機插母本花期長，有效分蘗多，對赤霉素劑量的適應性廣，在一定范圍內均可達到良好效果；H638S機直播噴施效果較好，而豐源A機直播在試驗劑量和抽穗期下噴施效果不好，其可能原因是直播花期整齊集中，有效分蘗少，受品種對赤霉素敏感性影響更大。

3.2 結論

雜交水稻噴施赤霉素效果的好壞由不育系本身特性、栽插方式和噴施技術共同決定。雜交水稻制種母本無論采取機插、機直播或人工移栽方式均可使用農用無人機噴施赤霉素，其效果要優于人工背負式噴霧器噴施的效果，在同劑量同始噴抽穗期時，機插的噴施效果優于機直播和人工栽插的噴施效果。不同品種在不同的栽插方式下利用無人機噴施赤霉素時，其劑量和最佳始噴期不同，Y58S、H638S與豐源A在機插時利用農用無人機噴施赤霉素可以適當減少赤霉素用量，始噴期可以提前。

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Study about the Techniques of Gibberellin Sprayed by Agricultural Unmanned Aerial Vehicle in Hybrid Rice Seed Production

TANG Rong1，ZHANG Haiqing1*，LIU Aim in2*，YANG Yongbiao1，CHEN Yong1，WANG Ming1，DONG Shuaiting1
（1 College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Hunan Longping Seed Co.Ltd.，Changsha，Hunan 410006，China）

Three hybrid combinations，Y58S×R900，H638S×R1813 and Fengyuan A×Huazhan，were used as materials with machine-transplanting，artificial transplanting and mechanical direct seeding，different doses of gibberellin were sprayed atdifferentheading stages of female parents by using single-rotor electro-dynamic-force agriculturalunmanned aerial vehicles to explore the effects ofgibberellin in the hybrid rice seed production.The results showed that the gibberellin effect on Y58Swith artificial transplanting was the best，when the earing rateswas5%-35%，and the gibberellin dose was 480 g／hm2.When the earing rates of Y58Sbymachine-transplanted were in the range of5%-45%，the gibberellin effectswere good with three spraying doses，which the package neck rate was low than 1%and the total panicle exsertion rate was over 80%.When earing rates of H638Swere in the range of 5%-45%，the gibberellin effects were good with three spraying dosages by machine-transplanted and mechanical direct seeding.When the earing rates of Fengyuan A were in the range of 10%-20%，the best results occurred at the dose of gibberellin 570 g／hm2and by machine-transplanted.The gibberellin effects on Fengyuan A were poorwith all the three spraying dosages bymechanical directseeding，which the package neck ratewas over1%and the total panicle exsertion ratewas under80%.In conclusion，spraying gibberellin on female parent by agricultural unmanned aerial vehicles could widely used in hybrid rice seed production.

S511.038

A

1001-5280（2017）04-0360-09

：10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2017.04.05

2017- 05- 03

唐 榮（1991-），男，碩士研究生，Email：297509116＠qq.com。*通信作者：張海清，教授，研究方向：種子生產原理與技術，Email：hunanhongli＠aliyun.com；劉愛民，研究員。

國家科技支撐計劃（2014BAD06B07）。