雙季直播晚稻品種篩選及抗倒伏能力研究

何汛鋒，李祖軍，田雪飛，李辰彥，曾研華，曾勇軍，吳自明，李輝婕

(1.作物生理生態(tài)遺傳育種教育部重點實驗室/江西農業(yè)大學江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點實驗室，江西 南昌 330045；2.江西農業(yè)大學人文與公共管理學院，江西 南昌 330045)

【研究意義】近年來，隨著農村勞動力大量向城市轉移，傳統(tǒng)的水稻栽培模式已難以適應農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展[1]。直播稻因其節(jié)水、省工、節(jié)本、增效等特點而受到廣大農民的歡迎[2-3]，同時也適應我國現(xiàn)代農業(yè)和水稻規(guī)?；陌l(fā)展[4]。江西省作為我國重要的雙季稻產區(qū)，水稻種植面積居全國第二，在保障我國糧食安全可見一斑[5]。近年來早稻直播面積不斷擴大，晚稻直播面積也不斷增加，但因季節(jié)緊張，晚稻直播風險大，產量穩(wěn)定性較低。因此，加強雙季直播晚稻品種篩選及豐產性、抗倒伏能力分析尤為重要?！厩叭搜芯窟M展】關于直播栽培對晚稻產量的影響已有不少研究報道，直播晚稻因為沒有拔秧植傷和栽后返青過程，所以生殖生長期較移栽來看并沒有縮短，從而在灌漿期有充足的物質積累，有利于籽粒灌漿和形成大穗[6-8]。陳良林等[9]研究也認為，與移栽相比，直播晚稻在灌漿結實期干物質積累量與生物產量的比例是增加的。對于直播稻高產特性的研究，前人的研究結果不盡相同。吳桂成等[10]研究表明，水稻直播在抽穗后具有干物質積累多，成熟期生物學產量高的特點。楊光等[11]也認為，水稻直播日生產量顯著高于移栽，他們一生積累的干物質總量相近，產量較移栽來看不低。此外，晚稻直播具有能夠促進分蘗成穗，提高粒重的特點[12]。從產量來看，池忠志等[13]通過對不同的栽培方式進行研究發(fā)現(xiàn)，機械直播的產量表現(xiàn)較機械移栽和人工移栽產量高。Peng等[14]對越南低洼和印度深水淹水狀態(tài)下種植水稻發(fā)現(xiàn)，移栽稻的產量潛力較直播稻低。張耗等[15]對不同直播方式對水稻產量的影響研究發(fā)現(xiàn)，從產量性狀來看，直播稻產量的提高得益于有效穗數(shù)增多，獲得高且穩(wěn)定的產量庫容(總穎花量)，從而實現(xiàn)直播稻高產。前人就播期[16]、播種量[17-18]、播種方式[19]、肥料運籌[20]和抗倒伏[21]等栽培措施對直播稻產量和群體發(fā)育的影響進行了大量研究，但關于直播晚稻品種豐產性的研究較少。【本研究切入點】因此開展直播晚稻品種篩選及豐產性分析，為雙季直播晚稻品種選育和遺傳改良提供參考，對提高江西省水稻產業(yè)綜合生產能力具有重要意義。本研究基于贛北雙季稻區(qū)，選用江西省贛北地區(qū)主推的23個晚稻品種和1個江西農大選育的品系(昌粳225)開展大田直播試驗。分析比較不同品種的產量形成和群體質量特征以及抗倒伏分析。【擬解決的關鍵問題】旨在篩選出適宜在贛北地區(qū)作為直播種植的高產、穩(wěn)產的優(yōu)質晚稻品種，為直播晚稻品種的選育和改善水稻栽培措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗地概況

選用江西省贛北地區(qū)主推的23個晚稻品種和1個江西農業(yè)大學選育的品系(昌粳225)，共24個水稻品種，其中常規(guī)稻6個，雜交稻18個(表1)。

試驗于2019年7月至11月在江西農業(yè)大學科技園水稻試驗基地(115.95°N，28.68°E)進行，試驗田耕作層土壤理化性質：pH 5.07、有機質44.998 g/kg、堿解氮3 mg/kg、速效磷14.475 mg/kg、速效鉀65 mg/kg。

1.2 試驗設計

田間采用隨機區(qū)組排列，設3次重復，小區(qū)面積為20 m2。人工模擬機械精量穴播(2BD系列水稻精量穴直播機，規(guī)格為25 cm×14 cm)，早稻收獲后，整地播種，播種量為37.5 kg·hm-2。氮肥施用量為195 kg·hm-2，其在m(基肥)∶m(分蘗肥)∶m(穗肥)=4∶2∶4；鉀肥肥施用量為170 kg·hm-2，其在m(基肥)∶m(穗肥)=7∶3；磷肥施用量為90 kg·hm-2，全部作基肥。播種后保持田間低畦面無積水，播種3 d后噴施直播保封殺除草，3葉期淺水灌溉施肥促分蘗，夠苗時曬田，孕穗期淺水保胎，抽穗后干濕交替灌溉，收割前5 d斷水，待溝中水自然落干。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 生育期 記載播種日期、抽穗日期和成熟日期，計算播種至抽穗、抽穗至成熟歷期。

1.3.2 干物質生產及葉片SPAD值 于分蘗盛期、孕穗期(二次枝梗分化期)、抽穗期(50 %水稻植株抽穗)、成熟期(95 %水稻穎殼變黃)取樣，每個小區(qū)隨機調查30株莖蘗數(shù)，計算出平均值，按均值取 3 株，避開測產區(qū)和邊行。按莖鞘、葉、穗分開包扎，在干燥箱內105 ℃殺青20 min，再用80 ℃烘至恒質量，冷卻至室溫后稱量。利用SPAD-502葉綠素儀于分蘗盛期、孕穗期、抽穗期、成熟期測定葉片SPAD值；每個小區(qū)隨機選擇10穴(沿小區(qū)對角線方向各選擇5穴)，每穴選擇主莖的頂1葉至頂3葉的SPAD平均值作為該植株的SPAD值，10穴主莖葉片的平均值作為該小區(qū)的SPAD值。

表1 試驗材料

1.3.3 莖鞘、葉片物質輸出率及物質轉換率計算

莖鞘(葉片)表觀輸出量(g/株)=抽穗期莖鞘(葉片)干重-成熟期莖鞘(葉片)干重；

莖鞘(葉片)物質輸出率( %)= [抽穗期莖鞘(葉片) 干重-成熟期莖鞘(葉片)干重]/抽穗期莖鞘(葉片)干重 × 100 % ；

莖鞘(葉片)表觀轉換率( %)= [抽穂期莖鞘(葉片)干重-成熟期莖鞘(葉片)干重]/籽粒干重× 100 %。

1.3.4 產量與產量構成 于成熟期每個小區(qū)避開邊行隨機取30蔸水稻，調查平均穗數(shù)，按得出的平均穗數(shù)取5蔸水稻對有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、結實率、千粒重等農藝性狀進行考察，然后每個小區(qū)中心收割3 m2，測定實際產量。

1.3.5 倒伏相關指標測定 在水稻齊穗后22 d后，調查小區(qū)莖數(shù)，計算出平均莖數(shù)，每個小區(qū)選取代具有表性的水稻10株，每株取1個主莖，共10個主莖，作為1個樣本，3次重復，測定株高、重心高度和基部各個節(jié)間的長度、內徑和外徑、抗折力，并計算節(jié)間粗度和莖壁厚度、節(jié)間基部至穗頂長度以及節(jié)間基部至穗頂鮮重。

(1)株高(H)：測量地表到穗部頂端的長度，即為株高(cm)。

(2)重心高度(H)和單莖鮮質量(M)：將莖稈剪去地下部分后置于一個支點上，左右方向移動莖稈使其保持水平，支點到莖稈第1 節(jié)間末端長度為重心高度(cm)，用天平稱量單莖鮮質量(g)。

(3)節(jié)間粗度(d)和莖壁厚度(D)：將節(jié)間從中部截斷，用游標卡尺測量長軸和短軸外徑，取平均值為節(jié)間粗度 (mm)，莖壁厚度為長軸和短軸與莖壁4個交點處的平均厚度(mm)。

(4)抗折力：采用莖稈強度測量儀(浙江托普儀器有限公司，YY-1 型)測定節(jié)間抗折力，把節(jié)間兩端水平放置在兩支點上，在節(jié)間中點施力下壓莖稈，直至莖稈折斷時記載讀數(shù)，即為該節(jié)間抗折力。

(5)節(jié)間長度 (L)和節(jié)間鮮質量(W)：從節(jié)點處剪斷莖稈使其分成獨立節(jié)間，用直尺測量莖稈基部向上第1、2、3節(jié)間長度 (cm) 并稱量每個節(jié)間鮮質量(g)。

彎曲力矩(cm·g)=節(jié)間基部至穗頂長度(cm)×該節(jié)間基部至穗頂鮮重(g)。

倒伏指數(shù)(cm·g·g-1) =彎曲力矩(cm·g)/抗折力×100，倒伏指數(shù)越大，表明越容易倒伏。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本試驗采用Microsoft Excel 2007和SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結果與分析

2.1 雙季直播稻品種的產量聚類分析

以供試的24個水稻品種(品系)的產量為指標進行聚類分析。由圖1可知，將24個水稻品種分為高、中、低3個產量類型，其中，高產類型的水稻品種有永3優(yōu)華占、甬優(yōu)1538、盛泰優(yōu)9712和岳優(yōu)27，低產類型有玉針香、隆晶優(yōu)8129、玉晶91、原香優(yōu)361、美香占2號和五山絲苗，其余為中產類型。

圖1 供試直播晚稻品種產量系統(tǒng)聚類分析

2.2 不同產量類型品種的生育期及成穗率分析

由表1可知，各水稻品種的全生育期、播抽歷期和抽穗至成熟歷期長短不同，全生育期變動幅度為107～118 d；安全齊穗期不同，最早的品種播種后60 d齊穗，最遲的品種在播種后77 d才齊穗；抽穗至成熟歷期不同，變動幅度在37～58 d，高產品種抽穗至成熟歷期長于中產和低產品種。從全生育期來看，甬優(yōu)1538生育期最長(118 d)，其余品種生育期均小于118 d，其中泰優(yōu)398和玉針香生育期最短(107 d)。不同直播稻品種的最高苗數(shù)、有效穗數(shù)和成穗率有所不同。不同品種類型間的成穗率差異顯著，表現(xiàn)為高產品種>中產品種>低產品種。

表2 雙季直播晚稻品種生育期及成穗率分析

續(xù)表2 Continued table 2

2.3 不同產量類型品種的產量構成因子分析

由表3可知，24個晚稻品種(品系)在產量構成上存在差異，不同產量類型的水稻品種在有效穗、每穗粒數(shù)、結實率、總穎花量、千粒重、日產量上，高產、中產品種顯著高于低產品種，表現(xiàn)為高產品種>中產品種>低產品種；在千粒重上高產品種顯著高于低產品種，而中產品種與高產差異不顯著。在高產品種中，永3優(yōu)華占在一定有效穗的基礎上，總穎花量大，日產量高，從而獲得高產；甬優(yōu)1538由于每穗粒數(shù)多，從而獲得高產；岳優(yōu)27結實率較高，從而使產量提高。低產品種總體上由于結實率低限制了產量提高。從產量構成來看，高產品種在有效穗、每穗粒數(shù)、結實率、總穎花量、千粒重重和日產量上均顯著高于低產品種。高產品種的產量分別比中產和低產品種增產了16.21 %和44.13 %。

表3 供試直播晚稻品種產量與產量構成

續(xù)表3 Continued table 3

2.4 雙季直播稻品種產量與產量構成因子通徑分析

各個產量因子對產量的影響不同，經通徑分析(表4)可知，雙季直播晚稻各產量因子對產量形成所起的決定性作用的大小依次為：日產量>總穎花量>千粒重重>結實率>每穗總粒數(shù)>有效穗數(shù)，說明在一定總穎花量的基礎上提日產量有助于雙季直播晚稻高產。

表4 供試直播稻品種產量與產量構成因子通徑分析

表5 雙季直播稻品種產量性狀相關分析

表6 直播晚稻莖葉物質輸出及轉化

表7 產量與干物質相關分析

2.5 雙季直播稻品種產量性狀相關分析

從表4可知，雙季直播晚稻產量與總穎花量、結實率、日產量、成穗率呈顯著正相關，說明穎花量大、結實率高、日產量和成穗率的提高有利于雙季直播晚稻高產。雙季直播晚稻產量與總穎花量、結實率和成穗率呈極顯著正相關，與最高苗和生育期呈負相關。說明在栽培過程中提高直播晚稻的總穎花量、結實率和成穗率，選擇生育較短的品種，有利于保證雙季直播晚稻高產。

2.6 不同產量類型品種的干物質積累及莖葉物質輸出及轉化

由圖2可知，不同產量類型品種的干物質積累量有差異，在分蘗期和孕穗期3種產量類型的水稻品種干物質積累量差異不顯著。抽穗期和成熟期高產類型品種的干物質積累量均高于中產和低產類型品種，高產和中產類型品種在抽穗期差異不顯著。從各生育階段來看，各產量類型品種在分蘗至孕穗階段的積累量差異不顯著，孕穗至抽穗和抽穗至成熟階段高產類型品種的積累量顯著高于低產類型品種。對不同產量類型品種莖葉物質輸出及轉化分析來看(表6)，高產類型品種的莖鞘和葉片的表觀輸出量、物質輸出率和表觀轉換率都高于中產和低產類型品種，其中與低產品種差異顯著。從表7可知，雙季直播晚稻產量與抽穗期、成熟期干物質積累以及抽穗至成熟階段的干物質積累增量呈顯著正相關，與分蘗期和孕穗期干物質積累以及分蘗至孕穗和孕穗至抽穗干物質增量相關不顯著，說明提高雙季直播晚稻中后期干物質的積累有助于水稻高產。

2.7 不同產量類型品種SPAD值比較

由圖3可知，高產品種葉片SPAD值在各時期都高于中產和低產品種，其中高產和中產品種在各生育時期高于低產品種，高產品種與低產品種差異顯著。說明高產品種在各生育階段水稻葉綠素含量較高，有利于提高光合產物的積累，為水稻增產提供保證，從而實現(xiàn)水稻高產。

圖2 不同產量水平干物質積累

圖3 不同產量水平葉片SPAD值

表8 供試直播稻品種株高、重心高度、節(jié)間長度、節(jié)間粗度及莖稈壁厚

圖4 不同產量水平倒伏指數(shù)

2.8 不同產量類型品種的莖稈抗倒伏能力分析

2.8.1 不同產量類型品種莖稈形態(tài) 由表8可知，24個晚稻品種(品系)株高、重心高度、節(jié)間長度、節(jié)間粗度及莖稈壁厚有所差異。高產和中產品種的株高、重心高度以及各節(jié)間長度均顯著低于低產品種，各產量類型品種I1節(jié)間粗度無顯著差異，I2、I3節(jié)間粗度高產品種顯著高于中低產品種。各節(jié)間莖壁厚度表現(xiàn)高產品種>中產品種>低產品種，但差異不顯著。高產品種植株較低，重心高度低，I1、I2、I3節(jié)間莖壁較厚。

2.8.2 不同產量類型品種倒伏指數(shù)分析 由圖4可知，不同產量類型品種的I1、I2、I3節(jié)間倒伏指數(shù)有所差異，具體表現(xiàn)為高產品種<中產品種<低產品種。其中高產品種各節(jié)間倒伏指數(shù)顯著低于中產和低產品種，中產和低產I3節(jié)間差異不顯著。高產品種各節(jié)間倒伏指數(shù)分別比中低產品種降低幅度不同，I1節(jié)間分別降低14.90 %和44.26 %，I2降低16.69 %和34.11 %，I3降低7.98 %和12.38 %。

3 討 論

當前我國的水稻種植大部分還是采用手工或機插的插秧方式，這兩種方式對勞動強度的需求較大，效率較低，耗費成本相對嚴重，不利于水稻種植生產的發(fā)展[22-23]。而水稻直播技術則省去了育秧、運秧以及移栽等冗雜的工序，節(jié)約了人力成本，大幅度提高了水稻種植效率，所以在我國的水稻種植中逐漸得到廣泛應用[24]。與移栽稻相比，直播稻生育期縮短，但抽穗揚花及灌漿成熟期均較遲[25-26]。劉仁梅[27]認為，直播稻進入分蘗期提前，能更好地利用低位分蘗，有利于高產群體形成。本試驗結果表明，不同雙季直播晚稻品種全生育期變動幅度為107～118 d；安全齊穗期不同，最早的品種播種后60 d齊穗，最遲的品種在播種后77 d才齊穗；抽穗至成熟歷期不同，變動幅度在37～58 d，高產品種抽穗至成熟歷期長于中產和低產品種。通過調查發(fā)現(xiàn)，生育期延長主要是齊穗期至成熟期這段時期，在這段時期水稻充分利用熱、光、水資源，水稻植株的干物質積累量大，這也是各處理早晚稻產量較對照高的原因之一，與劉敏等[28-30]研究結果相一致。

直播稻整生長發(fā)育期都生長于大田環(huán)境下，播種較淺，有利于各節(jié)位發(fā)生的次生根系的生長，因而可以充分有效地吸收養(yǎng)分，促進光合產物的積累[31]。盡管直播稻生育期短，但日產量相對較高，與移栽稻無顯著差異；同時，轉化力較強，干物質積累量較多[27]。水稻干物質積累反映了其利用養(yǎng)分的狀況，是影響產量形成的主要因素之一。前人對水稻干物質生產特性與產量關系的研究一致認為，后期干物質積累量對產量的直接作用最大，抽穗至成熟階段的干物質積累量越多，其產量也越高[32-34]。本研究表明，隨著生育期的推進，各處理的群體干物質積累逐漸增加，尤其在抽穗期至成熟期這個階段群體干物質積累增長速度較快，抽穗期和成熟期的干物質積累高產品種都顯著高于低產品種，與產量相關分析表明雙季直播晚稻產量與抽穗期、成熟期干物質積累以及抽穗至成熟階段的干物質積累增量呈顯著正相關。此外，高產類型品種的莖鞘和葉片的表觀輸出量、物質輸出率和表觀轉換率顯著高于低產類型品種。

直播稻根系主要集中在土壤表層，分蘗節(jié)入土和根系分布均較淺，易造成水稻倒伏[35]。因此，對抗倒伏能力較強的直播稻品種篩選迫在眉睫。本研究結果表明，高產品種植株較低，重心高度低，節(jié)間莖壁較厚，抗倒各節(jié)間倒伏指數(shù)減低，抗倒伏能力強。這與郭長春等[36]對29個水稻品種進行篩選得出高產品種的抗倒伏能力較強相一致。陳鴿等[37-39]研究認為，水稻在獲得一定穗數(shù)的基礎上獲得更多的穗粒數(shù)和群體穎花量，同時有較高的千粒重和結實率而增產。本研究表明，不同產量類型的水稻品種在有效穗、每穗粒數(shù)、結實率、總穎花量、千粒重重、日產量上，高產、中產品種顯著高于低產品種，表現(xiàn)為高產品種> 中產品種> 低產品種。雙季直播晚稻各產量因子對產量形成所起的決定性作用的大小依次為：日產量>總穎花量> 千粒重重> 結實率> 每穗總粒數(shù)> 有效穗數(shù)，說明在一定總穎花量的基礎上提日產量有助于雙季直播晚稻高產。產量構成因素與產量相關分析表明，在栽培過程中提高直播晚稻的總穎花量、結實率和成穗率，有利于保證雙季直播晚稻高產。從產量來看，高產品種分別比中產和低產品種增產了16.21 %和44.13 %。

4 結 論

本試驗綜合分析不同水稻品種的生育期、產量構成、群體質量形成特征及抗倒伏能力，認為永3優(yōu)華占、甬優(yōu)1538、盛泰優(yōu)9712和岳優(yōu)27等品種生育期適宜、總穎花量大、日產量高、抽穗后干物質積累量大，產量高，抗倒伏能力強，可作為江西雙季稻區(qū)直播晚稻品種種植。雙季直播晚稻高產穩(wěn)產品種具有成穗率高、穗大、總穎花量大、結實率和日產量高、各生育期SPAD值高、抽穗至成熟期干物質積累量大、莖鞘和葉片物質輸出及轉化率高、抗倒伏能力較強等特性。