不同雜交秈型水稻品種長江流域麥茬直播的適宜性分析與評價

李興華，王 歡，蔡星星，張 盛，周 強(qiáng)，呂銳玲，周 楠

(黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,湖北 黃岡 438000)

水稻是世界主要糧食作物之一，是全球近50%人口的主要食物來源[1]，我國作為全球人口大國，是水稻需求量最大的國家，其需求量占全球總需求量的40%以上[2]。我國水稻種植主要分布于東北三省、長江流域地區(qū)以及東部和南部的沿海地帶，其中，長江流域地區(qū)水稻生產(chǎn)的集中度、稻田的基礎(chǔ)地力均高于其他主產(chǎn)區(qū)，是我國最大的水稻生產(chǎn)區(qū)和重要的商品糧基地，其種植面積和產(chǎn)量均占到全國50%以上[3]，但近50年來，該地區(qū)的中稻和一季晚稻的播種面積顯著增加，雙季稻的播種面積呈下降趨勢[4]。

據(jù)長期的生產(chǎn)實(shí)踐來看，大規(guī)模、集約化種植水稻，育秧移栽的生產(chǎn)方式暴露出用工多、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低等缺陷[5]，新型種植合作社、家庭農(nóng)場及種糧大戶更青睞于輕簡化、機(jī)械化的水稻種植方式[6]。直播則以其省時、省工、節(jié)本、利于機(jī)械化種植等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到人們的重視。目前，全球23%的水稻采用直播的方式進(jìn)行[7]。水稻直播是不進(jìn)行育秧、拔秧、移栽等繁瑣環(huán)節(jié)而直接將種子播于大田的一種栽培方式[8]，它改變了育秧移栽的育秧、拔秧和插秧等繁重工作。與育秧移栽相比直播水稻可節(jié)約15.3%水資源[9]。Farooq等研究發(fā)現(xiàn)，麥茬直播水稻營養(yǎng)生長期縮短，全生育期較育秧移栽縮短7～10 d[10]，這不僅減輕了秈型晚稻后期遭遇低溫、干旱等的危害，也利于冬季作物的種植，特別是小麥的提早播種[11]。通常麥茬直播水稻由于雜草多、倒伏等原因，產(chǎn)量低于育秧移栽[12]；但也有研究表明，在管理良好的條件下，直播水稻的產(chǎn)量高于育秧移栽，主要是因為直播水稻有較多的單位面積有效穗數(shù)、較高的千粒重和結(jié)實(shí)率[13]。此外，陶詩順[14]研究發(fā)現(xiàn)，麥茬直播有利于提高雜交水稻的稻米品質(zhì)。

近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村勞動力不足，促進(jìn)了我國水稻直播的應(yīng)用與發(fā)展。但我國水稻種植長期以來一直以育秧移栽為主，在品種選育上基本按育秧移栽的需求進(jìn)行品種選育工作[15]。目前我國真正可用作直播栽培的雜交稻品種基本沒有，當(dāng)前用于直播的雜交稻品種多數(shù)是從移栽品種中篩選出來的[16]。金千瑜等[17]指出，作為直播稻品種應(yīng)滿足發(fā)芽較好、根系活力強(qiáng)、根入土深、莖稈半矮、粗壯等。為此，本研究以12個雜交秈型晚稻品種為材料，分析了不同品種長江流域麥茬直播的生育期、產(chǎn)量和稻米外觀等差異，通過主成分分析和逐步回歸方法分析該地區(qū)麥茬直播水稻品種的主要要求性狀和產(chǎn)量的主要限制因素，再結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際對供試品種該地區(qū)麥茬直播的適宜性進(jìn)行評價，以期為長江流域麥茬直播水稻適宜品種選育、篩選及其高產(chǎn)栽培提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試點(diǎn)概況

試驗于2018年6～9月在黃岡市農(nóng)科院梅家墩農(nóng)場(30°27′ N，114°5′ E)進(jìn)行，氣候為典型的亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候。試驗地前茬種植小麥，土壤為砂壤土，地勢平坦，排灌方便。0～20 cm耕層土壤含有機(jī)質(zhì)26.2 g/kg、總氮0.48 g/kg、全磷0.63 g/kg、全鉀4.84 g/kg、堿解氮88.9 mg/kg、速效磷(Olsen-P)14.4 mg/kg、有效鉀91.5 mg/kg、pH值7.3(水∶土=2.5∶1)。試驗期間日平均氣溫28.2 ℃(24.5～33.1 ℃)，平均日降水量2.75 mm。

1.2 材料

選用雜交秈型晚稻品種33優(yōu)447、133優(yōu)651、133優(yōu)650、33優(yōu)442、51優(yōu)447、金優(yōu)207、133優(yōu)168、133優(yōu)447、33優(yōu)441、133優(yōu)442、巨風(fēng)優(yōu)441和133優(yōu)169為材料，均由黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻所中稻室提供。

1.3 試驗設(shè)計與方法

采用小區(qū)試驗法，在當(dāng)?shù)亓?xí)慣種植模式下，以不同雜交水稻品種為試驗因素，共設(shè)12個處理。隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積18 m2(3 m×6 m)。

各品種于2018年6月8日播種(干谷)，播種量為37.5 kg/hm2。播種前1 d，施水稻專用復(fù)合肥(15% N、7% P2O5、8% K2O)750 kg/hm2作底肥，之后，將田塊分成18 m2(3 m×6 m)的小塊36塊，每個小塊之間開挖寬30 cm的淺溝，并用農(nóng)具將小區(qū)內(nèi)土壤拌勻、刮平。播種時人工將種子(67 g/區(qū))均勻的撒在小區(qū)內(nèi)，播種后用農(nóng)具輕輕的將種子壓入泥土中，之后田面灌水3 cm，24 h后排干田面明水。之后水分管理按照芽期(1.1葉期前)保持土壤充分濕潤，幼苗期(1.1～3.1葉期)露田與淺灌相結(jié)合，淺水分蘗，夠苗曬田，足水保胎，薄水壯籽，干濕交替灌漿的管理原則進(jìn)行。播后第6天(6月13日)打封閉草藥防治雜草，第12天(6月20日)追施尿素(含N量46%)90 kg/hm2，第15天(6月23日)打藥防治稻薊馬，第30天(7月7日)追施復(fù)合肥(16% N、16% P2O5、16% K2O)375 kg/hm2。種植期間治蟲不治病，其余管理措施按照常規(guī)高產(chǎn)栽培方式進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)收集

播后第35天(7月12日)對各品種出苗情況進(jìn)行統(tǒng)計，每小區(qū)2次重復(fù)，每重復(fù)統(tǒng)計1 m2。田間記錄每個品種的始穗期、齊穗期和成熟期。收獲前1 d，每小區(qū)選取代表性植株15蔸，對株高進(jìn)行測量，之后取5蔸分穗進(jìn)行考種，包括穗總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和千粒重等，并計算結(jié)實(shí)率。收獲時，各小區(qū)單收單打，曬干后稱取稻谷產(chǎn)量，折算得到單位面積產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用SPSS 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Duncans多重比較檢驗處理間差異顯著性，數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示；應(yīng)用SAS 8.0軟件進(jìn)行逐步回歸和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同雜交秈型水稻品種長江流域麥茬直播的田間表現(xiàn)

2.1.1 出苗數(shù) 供試12個雜交秈型晚稻品種長江流域麥茬直播的出苗數(shù)之間差異顯著(F11,35=3.694,P=0.004)(圖1)。其中，R9(33優(yōu)441)最高，R5(51優(yōu)447)、R11(巨風(fēng)優(yōu)441)和R12(133優(yōu)169)較高，4個品種之間的差異不顯著，而均顯著高于R4(33優(yōu)442)和R10(133優(yōu)442)；其余品種之間差異不顯著(圖1)。

品種代號R1～R12分別代表品種33優(yōu)447、133優(yōu)651、133優(yōu)650、33優(yōu)442、51優(yōu)447、金優(yōu)207、133優(yōu)168、133優(yōu)447、33優(yōu)441、133優(yōu)442、巨風(fēng)優(yōu)441和133優(yōu)169。不同小寫字母表示品種間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.1.2 生育期 供試12個雜交秈型晚稻品種長江流域麥茬直播的始穗期和成熟期分別集中在8月中旬和9月中下旬(表1)。巨風(fēng)優(yōu)441的全生育期最長，達(dá)到110 d，其余各品種全生育期均在105 d左右(表1)。

表1 不同雜交秈型水稻品種長江流域麥茬直播的生育期

2.1.3 株高 供試12個雜交秈型晚稻品種長江流域麥茬直播成熟期株高之間差異顯著(F11,35=9.607,P<0.001)(圖2)。其中，R6(金優(yōu)207)最高，顯著高于除R7(133優(yōu)168)、R8(133優(yōu)447)和R12(133優(yōu)169)之外的其余各品種；R1(33優(yōu)447)最低，與R2(133優(yōu)651)之間差異不顯著，而顯著低于其他各品種(圖2)。

2.1.4 產(chǎn)量構(gòu)成與產(chǎn)量 成熟期考種結(jié)果表明，供試12個品種的單位面積有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量之間差異顯著(P<0.01)，而穗長和單穗總粒數(shù)之間差異不顯著(P>0.05)(表2)。133優(yōu)651和33優(yōu)441的單位面積有效穗數(shù)較多，顯著高于33優(yōu)447、33優(yōu)442、133優(yōu)447和133優(yōu)442；33優(yōu)447、51優(yōu)447、金優(yōu)207、133優(yōu)442和巨風(fēng)優(yōu)441的結(jié)實(shí)率之間差異不顯著，且均在80%以上，顯著高于其余各品種；133優(yōu)168的千粒重顯著高于其他各品種，而金優(yōu)207和33優(yōu)447較小(表2)。133優(yōu)651、133優(yōu)650、51優(yōu)447和巨風(fēng)優(yōu)441的產(chǎn)量較高，顯著高于除133優(yōu)168和133優(yōu)169之外的其余各品種(表2)。

以穗長、單位面積有效穗數(shù)、單穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重為自變量，產(chǎn)量為因變量進(jìn)行逐步回歸分析，得到了具有統(tǒng)計學(xué)意義的產(chǎn)量預(yù)測方程：Y=13.48X1+55.62X2+213.94X3-5426.21(R2=0.812,P=0.003)，其中，Y為產(chǎn)量(kg/hm2)，X1、X2和X3分別為單位面積有效穗數(shù)(個/m2)、結(jié)實(shí)率(%)和千粒重(g)。通過預(yù)測方程可以看出，雜交秈型晚稻品種長江流域麥茬直播的產(chǎn)量主要由單位面積有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重決定。

2.1.5 外觀品質(zhì) 供試12個雜交秈型晚稻品種長江流域麥茬直播稻米的堊白粒率和直鏈淀粉含量之間都存在顯著差異(P<0.001)(圖3)。其中，R5(51優(yōu)447)和R6(金優(yōu)207)的堊白粒率和直鏈淀粉含量都顯著高于其他品種(圖3)。R2(133優(yōu)651)、R3(133優(yōu)650)、R8(133優(yōu)447)和R12(133優(yōu)169)的堊白粒率都在10%以下，且顯著低于R1(33優(yōu)447)、R5(51優(yōu)447)、R6(金優(yōu)207)和R11(巨風(fēng)優(yōu)441)；R3(133優(yōu)650)的直鏈淀粉含量最低，顯著低于除R10(133優(yōu)442)和R11(巨風(fēng)優(yōu)441)以外的其他各品種(圖3)。

圖2 不同雜交秈型水稻品種長江流域麥茬直播的成熟期株高

表2 不同雜交秈型水稻品種長江流域麥茬直播的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

圖3 不同雜交秈型水稻品種長江流域麥茬直播稻米的堊白粒率和直鏈淀粉含量

2.2 不同雜交水稻品種長江流域麥茬直播主要性狀的主成分分析

由主成分分析結(jié)果可知(表3)，前4個主成分的累積貢獻(xiàn)百分率為85.42%，可保存和說明原有的全部信息，基本上能代表所有供試品種試驗性狀的數(shù)據(jù)信息。第1主成分的貢獻(xiàn)百分率為47.25%，設(shè)定為稻米外觀品質(zhì)因子，荷載系數(shù)較大的堊白粒率和直鏈淀粉含量均為正向。第2和3主成分的貢獻(xiàn)百分率分別為19.51%和11.20%，設(shè)定為產(chǎn)量因子，出苗數(shù)、單位面積有效穗數(shù)和千粒重具有較大的正荷載系數(shù)，而穗總粒數(shù)和結(jié)實(shí)率具有較大的負(fù)荷載系數(shù)。第4主成分的貢獻(xiàn)百分率為7.45%，設(shè)定為全生育期與株高結(jié)合因子，全生育期和株高分別具有較大的正和負(fù)荷載系數(shù)。

表3 不同雜交水稻品種麥茬直播主要性狀主成分特征向量值

3 討論與結(jié)論

長江流域糧食主產(chǎn)區(qū)，稻麥兩熟種植面積正在逐年擴(kuò)大，2005年已達(dá)到8×106hm2，為此實(shí)現(xiàn)稻麥周年高產(chǎn)在保證我國糧食安全的決策中占有重要地位[18]。麥茬直播的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都是顯而易見的，大幅度節(jié)省生產(chǎn)用工、減輕勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)率是明顯的優(yōu)點(diǎn)，而茬口銜接難、出苗差、易倒伏、產(chǎn)量不高等問題是明顯的缺點(diǎn)[10-12,19]。郭曉藝等研究表明，不同水稻品種在耐高溫、抗倒伏等方面存在明顯差異[20]。因此，分析、評價不同水稻品種長江流域麥茬直播的適宜性，對該地區(qū)麥茬直播水稻生產(chǎn)至關(guān)重要。雖然本研究所涉及的品種數(shù)較少，仍具有一定的局限性，但可為后續(xù)的研究提供借鑒。

主成分分析法是將眾多指標(biāo)性狀轉(zhuǎn)化為少數(shù)綜合指標(biāo)的一種分析方法，將復(fù)雜問題通過降維方式變得簡單直觀[21]。本研究采用主成分分析方法分析了長江流域麥茬直播水稻品種的主要要求性狀。前4個主成分的累積貢獻(xiàn)百分率為85.42%，為稻米外觀品質(zhì)因子、產(chǎn)量因子和全生育期與株高結(jié)合因子。本研究通過逐步回歸分析得到長江流域麥茬直播水稻產(chǎn)量的主要限制因素為單位面積有效穗數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率，這與Sarkar等的研究結(jié)果一致[13]，而本研究主成分分析發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量構(gòu)成因素因子還應(yīng)注重出苗數(shù)和穗總粒數(shù)；此外，還要注重全生育期、株高、稻米堊白粒率和直鏈淀粉含量等性狀，這與生產(chǎn)上所注重性狀一致。

熱量資源限制和茬口時間緊張是影響麥后直播水稻生產(chǎn)的主要因素，作物生育期是影響茬口銜接的關(guān)鍵指標(biāo)。姚義等研究認(rèn)為，麥茬直播稻應(yīng)盡量早播易取得高產(chǎn)，隨著播期的推遲，每穗穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量顯著下降[22]，這主要是因為水稻生育期過長，后期易遇到低溫的影響，致使結(jié)實(shí)率下降[11]。馬樹慶等[23]研究發(fā)現(xiàn)在水稻幼穗形成期，低溫持續(xù)5 d，期間平均氣溫每降低1 ℃，水稻空殼率上升4.3個百分點(diǎn)。為避免后期低溫的危害，長江流域雜交晚稻的安全齊穗期應(yīng)在9月10日之前[24]。此外，長江流域地區(qū)小麥一般在5月25～30日收獲[6]。本研究發(fā)現(xiàn)，供試12個雜交秈型晚稻品種長江流域6月8日直播，齊穗期均在8月25日之前?？梢?，在該栽培條件下，供試各品種的生育期均適宜于長江流域麥茬直播。

麥茬直播水稻后期容易出現(xiàn)倒伏也是制約其進(jìn)一步發(fā)展的主要因素之一[17]。林鴻宣等[25]研究表明：水稻株高與抗倒伏能力呈顯著負(fù)相關(guān)，提高抗倒伏性最有效的措施是降低株高。本研究在成熟期對株高的測定發(fā)現(xiàn)，33優(yōu)447和133優(yōu)651的株高較矮，金優(yōu)207、133優(yōu)168、133優(yōu)447和133優(yōu)169的株高均高于126 cm，且據(jù)本研究田間觀察發(fā)現(xiàn)，僅金優(yōu)207有少量倒伏，其余各品種均未見倒伏(數(shù)據(jù)未列出)?？梢?，水稻抗倒伏能力除與株高有關(guān)外，也可能與莖稈粗度等有關(guān)，其相關(guān)機(jī)理仍需要進(jìn)一步研究。就后期倒伏情況而言，在該栽培條件下，除金優(yōu)207外，其他供試品種均適宜于長江流域麥茬直播。

產(chǎn)量和品質(zhì)是水稻育種的兩大重要目標(biāo)，一直受到國內(nèi)研究學(xué)者的關(guān)注與重視[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，長江流域麥茬直播133優(yōu)650、133優(yōu)651、51優(yōu)447、133優(yōu)168、巨風(fēng)優(yōu)441和133優(yōu)169的產(chǎn)量較高，均在8500 kg/hm2以上。據(jù)湖北省主要農(nóng)作物品種審定標(biāo)準(zhǔn)要求，晚稻品種的結(jié)實(shí)率應(yīng)大于70%[27]，而本研究發(fā)現(xiàn)133優(yōu)650和133優(yōu)651的結(jié)實(shí)率小于69%。稻米品質(zhì)要求堊白粒率越低要好，而本研究表明：51優(yōu)447和巨風(fēng)優(yōu)441的堊白粒率較高。綜上所述，在該栽培條件下，12個供試雜交秈型晚稻品種中133優(yōu)168和133優(yōu)169為長江流域麥茬直播較適宜的品種。