雜交水稻機(jī)械化制種技術(shù)的研究

黃建良，徐國(guó)娥

（南城縣建昌鎮(zhèn)便民服務(wù)中心，江西 南城 344700）

水稻是很多普通民眾生活當(dāng)中必需的糧食，作為主糧之一，需求量巨大。我國(guó)是糧食消耗大國(guó)，在我國(guó)糧食穩(wěn)定以及糧食總體增產(chǎn)上，雜交水稻的研發(fā)以及推廣和應(yīng)用，都起到了巨大的促進(jìn)作用，讓我國(guó)在糧食安全方面得到了更有力的保障。隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)糧食產(chǎn)量也隨之得到了穩(wěn)定的增長(zhǎng)，其中雜交水稻品種起到了較大的作用。這幾年，雜交水稻在全國(guó)種植的總面積出現(xiàn)了降低的趨勢(shì)，其原因較多，首先是雜交稻在制種上，主要采取人力方式來進(jìn)行，其手工操作的整體程序非常復(fù)雜，同時(shí)需要高強(qiáng)度的勞動(dòng)，導(dǎo)致其總體成本較高；其次是隨著生產(chǎn)方式的優(yōu)化，水稻在生產(chǎn)上趨向于機(jī)械化以及輕簡(jiǎn)化的模式，這就使得用種量明顯增加，讓用種的成本持續(xù)增加，這對(duì)雜交水稻的推廣造成了巨大的負(fù)面影響。因此需要在雜交水稻種子的機(jī)械化制種方向進(jìn)行研發(fā)，讓雜交水稻的制種成本得以持續(xù)下降，由此來維持我國(guó)雜交水稻的總體種植面積[1-4]。

1 雜交水稻機(jī)械化制種技術(shù)的研究現(xiàn)狀

在對(duì)雜交水稻進(jìn)行推廣的過程當(dāng)中，需要保障其種子的高效生產(chǎn)。在傳統(tǒng)的水稻制種流程當(dāng)中，母本都是雄性不育系，父本材料都采用恢復(fù)系，將不育系和恢復(fù)系按照相應(yīng)的比例來進(jìn)行種植，在植株生長(zhǎng)的過程當(dāng)中，對(duì)其施用赤霉酸來抑制藥害，利用人工進(jìn)行輔助趕粉，由此可以最終分別得到父本與母本。在制種過程當(dāng)中，為了保證其質(zhì)量，在制種的整個(gè)流程當(dāng)中，都需要在種子混雜問題上引起高度重視，整個(gè)制種過程需耗費(fèi)巨大的人力以及物力[5-6]。

在機(jī)械化制種方面，有諸多國(guó)家都進(jìn)行了深入的研究。美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家均耕地較多，在種植業(yè)發(fā)展的過程中，為了適應(yīng)大規(guī)模集約化經(jīng)營(yíng)所需的大型高效農(nóng)業(yè)機(jī)械，在英、法、意、德等國(guó)也完成了中等規(guī)模的集約化經(jīng)營(yíng)，其中包括了：父本母本種植中的機(jī)械旱條播技術(shù)；在施肥以及噴藥環(huán)節(jié)，利用機(jī)械來完成；利用直升機(jī)進(jìn)行趕粉；采取機(jī)械收獲等技術(shù)進(jìn)行制種。隨后日本、韓國(guó)等國(guó)在生產(chǎn)雜交種子的過程中，以及在翻耕、收割以及種子干燥等環(huán)節(jié)中，都基本運(yùn)用機(jī)械來進(jìn)行生產(chǎn)。馬來西亞在制種中，也實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化制種，包括在整地、插秧、噴藥、施肥、收割以及包裝等環(huán)節(jié)實(shí)行機(jī)械化，在選擇的雜交稻組合當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其進(jìn)行機(jī)械化制種，將秈型雜交水稻和粳型三系雜交水稻的產(chǎn)量提高到1.2 t/hm2以及1.8 t/hm2。

在我國(guó)雜交水稻制種流程當(dāng)中，實(shí)行機(jī)械化制種的方式有兩種。分植法中，需要將父本和母本進(jìn)行分開種植，隨后，在合適的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行花粉收集和傳粉等操作，進(jìn)行機(jī)械栽插，栽插時(shí)需要按照行比來進(jìn)行，在完成了授粉的環(huán)節(jié)后，需要將父本植株進(jìn)行人工去除，再進(jìn)行機(jī)械收割，得到的種子為F1 代雜交種子；還可以在組合中，將有相同生育期的父本母本進(jìn)行組合，按照一定的比例來進(jìn)行機(jī)械直播；同時(shí)還可以將父本和母本分開種植，等待父本生長(zhǎng)至盛花期時(shí)，進(jìn)行機(jī)械采粉，用冷凍的方式進(jìn)行儲(chǔ)存，而當(dāng)母本處于盛花期的時(shí)期，對(duì)母本進(jìn)行機(jī)械授粉。混制法是將父本和母本混合種植，在后期進(jìn)行混合收割，隨后采取措施將父本自交種進(jìn)行去除。例如可以在水稻的恢復(fù)系當(dāng)中，導(dǎo)入除草劑的敏感基因，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的抗性基因?qū)氲讲挥担尭副局仓旰湍副局仓昕梢栽趯?duì)應(yīng)的除草劑上，產(chǎn)生敏感以及有抗性的差異，在授粉完成之后，噴施除草劑，就可以除去父本植株，只留存母本的F1 代雜交種子。

在對(duì)種子進(jìn)行分選的技術(shù)研發(fā)中，林夢(mèng)倩等[7]研究得出，利用圓孔篩來對(duì)種子進(jìn)行篩選，當(dāng)粒寬具有0.7 mm 以上的差異時(shí)，能夠達(dá)到較好的分選效果；日本研發(fā)出的恢復(fù)系，具有Ph 基因，這就讓其種子在經(jīng)過分類化合物的處理之后，會(huì)改變顏色，變成黑色，因此可以利用這一特點(diǎn)來對(duì)種子進(jìn)行分選。我國(guó)在這方面也進(jìn)行了諸多研究。余應(yīng)弘等[8]混合了大粒以及小粒品種，再對(duì)其進(jìn)行分離測(cè)試，發(fā)現(xiàn)利用圓孔篩（3.5 mm）對(duì)混合種子篩選3 次，可以將不同大小的籽粒進(jìn)行分離，處理之后，其純度可以達(dá)到99%以上，達(dá)到國(guó)家純度的標(biāo)準(zhǔn)。吳明亮等[9]利用水稻籽粒長(zhǎng)度的不同，設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的分選機(jī)，能夠?qū)ψ蚜ｉL(zhǎng)短有差異的種子進(jìn)行機(jī)械化篩選。

2 雜交水稻機(jī)械化制種存在的問題

在機(jī)械化制種中，對(duì)于整個(gè)流程當(dāng)中涉及的多個(gè)環(huán)節(jié)，都有諸多學(xué)者進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的研究，但是大多數(shù)的研發(fā)成果都還處于研究階段，并未大規(guī)模地應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)當(dāng)中。在目前的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行大面積推廣的模式當(dāng)中，存在著一系列問題，例如制種量不高，種子的質(zhì)量難以得到保證，以及生產(chǎn)效益還需進(jìn)一步提升等。總結(jié)來說，主要在以下三個(gè)方面存在問題。

2.1 缺少適合機(jī)械化制種的組合

水稻育種的主要目標(biāo)為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)以及多抗等特性，而在進(jìn)行農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合的過程中，對(duì)于培育適合機(jī)械化制種組合的重視程度不夠。適合機(jī)械化制種的組合有其相應(yīng)的要求：其父母本需要有較小的播差期，較好的授粉態(tài)勢(shì)，光溫反應(yīng)鈍感，同時(shí)對(duì)赤霉素敏感；在選擇父母本的過程中，考慮了多個(gè)關(guān)鍵特征。前提條件是選擇矮壯的母本，這有助于提高整個(gè)植株結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少倒伏的風(fēng)險(xiǎn)，并使得農(nóng)田的機(jī)械化操作更為順利。父本的選擇需要具備一定的抗倒伏能力，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的枯秧現(xiàn)象。這有助于保證父本在生長(zhǎng)過程中的穩(wěn)定性，從而避免不良條件對(duì)結(jié)實(shí)率的影響。父本需要具有較長(zhǎng)的花期，并且產(chǎn)生較多的花粉量。這樣可以增加與母本之間的花粉交流機(jī)會(huì)，并提高異交結(jié)實(shí)率。在全程機(jī)械化操作上，采用了水稻直播機(jī)或插秧機(jī)進(jìn)行父母本的種植。這種方式能夠提高種植效率和作業(yè)質(zhì)量，同時(shí)適應(yīng)不同的栽培環(huán)境和行間距設(shè)置。在生長(zhǎng)過程中的管理方面，需注重父母本的適應(yīng)性，通過科學(xué)的施肥、病蟲害防治和灌溉等措施，保證父母本的健康生長(zhǎng)，并最大限度地發(fā)揮其特性和潛力。

2.2 缺乏大規(guī)模的機(jī)械化制種基地

在雜交水稻種植過程中，對(duì)于環(huán)境溫度、濕度以及光照的要求都較高，而我國(guó)氣候條件與雜交水稻種植要求相符的區(qū)域大多為丘陵地帶或者是山區(qū)，存在田塊的面積不大，海拔高度各不相同，規(guī)模相對(duì)較小等一系列問題，較為合適的種植方式為小規(guī)模種植，或者是以家庭為單位種植，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)。而一些地形條件較佳、可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化制種的區(qū)域，往往在植株處于授粉環(huán)節(jié)時(shí)，出現(xiàn)持續(xù)高溫天氣，或者晝夜溫差不大，由此嚴(yán)重影響制種的效率。

2.3 缺乏配套的機(jī)械設(shè)備

在大規(guī)模制種中，要實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，就需要在各個(gè)環(huán)節(jié)中應(yīng)用多種農(nóng)用機(jī)械，實(shí)現(xiàn)包括整地、育秧、移栽或直播過程的機(jī)械化，以及后期除草、施肥、趕粉、收割與分選等環(huán)節(jié)的機(jī)械化。由于田塊的不規(guī)整性以及其大小不一等一系列因素，都對(duì)機(jī)械的應(yīng)用提出了較高的要求，而我國(guó)尚對(duì)農(nóng)用機(jī)械設(shè)備的研究不足，特別是在混播種植中，對(duì)混收后的種子進(jìn)行機(jī)械分選的機(jī)械設(shè)備較少。

3 雜交水稻機(jī)械化制種流程

3.1 雜交水稻的品種以及機(jī)械設(shè)備

材料：蜀優(yōu)217 組合；主要農(nóng)機(jī)具為直播機(jī)、農(nóng)用無人機(jī)、平地機(jī)、旋耕機(jī)以及收割機(jī)。

3.2 田間規(guī)劃及行比設(shè)置

田間規(guī)劃方面，采用了8 行的栽插方式進(jìn)行水稻種植。這種栽插方式具有較高的效率和靈活性，能夠在整個(gè)栽插過程中保持父母本的良好狀態(tài)。相比傳統(tǒng)的10-12 行栽插方式，8 行栽插能夠減少行間距，使得父母本之間的距離更近，從而提高了花粉交流的機(jī)會(huì)，其栽插的效率較佳，在整體栽插的過程當(dāng)中，可以使父母本維持良好狀態(tài)。8 行栽插方式還能夠保持田間的整潔和系統(tǒng)性。行間距較窄，種植密度更高，能夠有效利用土地資源，提高產(chǎn)量。同時(shí)，父母本之間的距離較近，有利于機(jī)械插秧和機(jī)械收割的操作。

3.3 確定播差期

對(duì)于播始?xì)v期較為靠近的組合，可以同時(shí)對(duì)父本以及母本進(jìn)行播種。差別為25 ～30 d 的，在對(duì)父本進(jìn)行機(jī)插的時(shí)候，秧齡對(duì)于始穗的時(shí)間不會(huì)有過大的影響，而對(duì)于秧齡較長(zhǎng)，且采取手栽方式的父本，始穗的時(shí)間會(huì)加長(zhǎng)，延長(zhǎng)4 d 左右；對(duì)于采取機(jī)插方式的母本，秧齡對(duì)于母本的始穗時(shí)間可以造成較為明顯的影響，對(duì)于采取了機(jī)插方式種植的長(zhǎng)秧齡的母本，其與采取手栽方式的短秧齡母本相對(duì)比，始穗的時(shí)間會(huì)延后，約為2 d 左右。因此對(duì)于這些組合，采取機(jī)插方式種植的母本和采取人工移栽方式種植的母本相比，播種的時(shí)間需要提前7 d，讓父母本的花期可以及時(shí)相遇，在進(jìn)行父本育秧時(shí)，其葉齡增長(zhǎng)的速度為0.2 葉/d，因此在進(jìn)行母本播種的時(shí)候，機(jī)插方式和人工方式相比，其葉差大約為少1.4 葉。不同播栽方式的對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 不同栽插方式下花期相遇情況

3.4 分水管理

播種前1 d 排水，對(duì)于有低洼積水的地方，需要重新開溝將水排出。在播種7 d 內(nèi)進(jìn)行保濕，1 葉1 心期需灌淺水。在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期間，采取干濕交替方式，促進(jìn)植株分蘗。在授粉期需灌深水，后期排水進(jìn)行曬田。

3.5 機(jī)械化育秧

在父母本進(jìn)行育秧時(shí)，采用商品基質(zhì)育秧方式，能夠防止泥漿或者營(yíng)養(yǎng)土將雜株帶入，對(duì)種子的質(zhì)量造成影響。其主要的技術(shù)點(diǎn)如下：分量播種秧田中的播種量需要依據(jù)平均單位面積內(nèi)的成苗數(shù)來進(jìn)行計(jì)算，在第1 期父本材料當(dāng)中，單位面積之內(nèi)的成苗數(shù)：1 ～1.2 株/cm2；在第2 期父本材料當(dāng)中，單位面積之內(nèi)的成苗數(shù)是第1 期的1.3 ～1.5 倍。機(jī)插育秧硬盤的大小為58 cm×28 cm×2.5 cm，每公頃大田使用310 ～390 個(gè)硬盤。具體的播種粒數(shù)：第1 期父本材料中每個(gè)盤內(nèi)為1700 ～1900 粒種子，約50 ～80 g/盤，第2期父本材料中每個(gè)盤內(nèi)為2200 ～2800 粒種子，約60 ～120 g/盤，母本材料播種的粒數(shù)為每個(gè)盤內(nèi)為3400 ～3600 粒種子，約75 ～120 g/盤。

3.6 插秧

插秧時(shí)，每行需要和田塊的邊緣平行，可以將效率提升，先對(duì)內(nèi)部廂插秧，最后在對(duì)外圍廂進(jìn)行插秧。按照制種的最終目標(biāo)，在基本苗的數(shù)量上：母本材料為90 萬～105 萬株/hm2，父本材料為13.5 萬～15.0 萬株/hm2。

3.7 施肥

播種前需施底肥(375 kg/hm2)，在播種12 d 之后，在田塊中灌淺水，施復(fù)合肥以及尿素；對(duì)于父本，需施用尿素以及復(fù)合肥，促進(jìn)父本植株的分蘗和壯蔸。

3.8 噴施赤霉酸和人工輔助授粉

采取無人機(jī)噴灑的方式，進(jìn)行赤霉酸的噴施，在飛行過程中，需和植株冠層保持2 ～3 m 的差距，在無人機(jī)持續(xù)飛行的過程當(dāng)中，其速度維持在3 ～5 m/s。赤霉酸的總體用量依據(jù)抽穗指標(biāo)來制定，持續(xù)時(shí)間為2 ～3 d，噴灑次數(shù)為2 ～3 次。而對(duì)于父本植株表現(xiàn)為鈍感，或者父本植株矮于母本植株的，需要對(duì)父本進(jìn)行1 ～2 次噴施，噴施完成之后，需要維持父本植株和母本植株高度較為一致，且不出現(xiàn)倒伏情況；在噴施的過程中，無人機(jī)兩側(cè)的1 ～2個(gè)噴嘴需要處于關(guān)閉的狀態(tài)，確保無人機(jī)的噴施范圍在父本植株上。在授粉的過程當(dāng)中，無人機(jī)在父本植株上方持續(xù)飛行，需要對(duì)其飛行的姿態(tài)以及方向進(jìn)行把控，控制無人機(jī)飛行的范圍。無人機(jī)不同的飛行速度以及飛行高度都會(huì)對(duì)結(jié)實(shí)率產(chǎn)生一定程度的影響。

3.9 父母本機(jī)械分收

在85%的母本種子成熟時(shí)，對(duì)母本進(jìn)行機(jī)收，在父本種子完全成熟后，對(duì)父本進(jìn)行機(jī)收。

4 結(jié)果及分析

4.1 播差期

首先，父本以及母本都采取機(jī)插的方式，機(jī)插母本材料的具體時(shí)間是父本植株處于4.5 葉時(shí)，其結(jié)果為花期相遇的效果良好；其次采取的是父本以及母本都采取手栽的方式，插父本時(shí)，要在父本行的頭尾留出空地做為插母本時(shí)，插秧機(jī)行走路，在插完母本后，再將父本補(bǔ)插上。通過父本和母本的手栽方式，既保持了人工操作的靈活性，又能夠達(dá)到較好的花期相遇效果；而父本機(jī)插與母本直播的方式相比，推遲的時(shí)間為4 d，最終讓父本材料比母本材料晚2 d 始穗。

4.2 結(jié)實(shí)率

在不同的行比中，需給無人機(jī)設(shè)置不同的飛行速度以及高度。當(dāng)父本與母本行比為1 ∶6 時(shí)，飛行高度（m）分別為2、2、3、3；飛行的速度（m·s-1）分別為：3、5、3、5；對(duì)應(yīng)的植株結(jié)實(shí)率分別為：36.08%、29.62%、28.96%、30.28%；當(dāng)父本母本行比為3 ∶18 時(shí)，飛行高度（m）分別為2、2、3、3；飛行的速度（m·s-1）分別為：3、5、3、5；對(duì)應(yīng)的植株結(jié)實(shí)率分別為：21.50%、28.03%、26.44%、25.52%，因此在不同的行比當(dāng)中，無人機(jī)的飛行高度維持在2 ～3 m，飛行的速度維持在3 ～5 m/s 的時(shí)候，植株的結(jié)實(shí)率都較高。

4.3 病蟲害防治

在整個(gè)生育期，需要依據(jù)當(dāng)?shù)靥飰K當(dāng)中歷年的病蟲害情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，及時(shí)地采取有效措施來對(duì)稻飛虱、稻瘟病、稻螟蟲等病蟲害予以防治。對(duì)于稻螟蟲的防治，需施用阿維·氯苯酰懸浮劑，施用量為600 ～750 mL/hm2；對(duì)于紋枯病的防治，需施用苯甲·丙環(huán)唑乳油；對(duì)于稻瘟病的防治，需施用吡唑醚菌酯微囊懸浮劑，施用量為840 ～1095 mL/hm2；對(duì)于稻曲病的防治，需施用三唑酮乳油，施用量為600 ～750 mL/hm2。在整個(gè)過程當(dāng)中，對(duì)于異形籽粒和育秧后父本母本在各個(gè)生育環(huán)節(jié)中的異形株，都需要及時(shí)地進(jìn)行清除。

5 小結(jié)

機(jī)械化制種在雜交水稻的推廣中起到了重要作用，其與傳統(tǒng)模式相比，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，且作業(yè)的速度大幅提升，經(jīng)濟(jì)效益好。