雜交水稻機械化制種技術的研究

黃建良，徐國娥

（南城縣建昌鎮(zhèn)便民服務中心，江西 南城 344700）

水稻是很多普通民眾生活當中必需的糧食，作為主糧之一，需求量巨大。我國是糧食消耗大國，在我國糧食穩(wěn)定以及糧食總體增產上，雜交水稻的研發(fā)以及推廣和應用，都起到了巨大的促進作用，讓我國在糧食安全方面得到了更有力的保障。隨著科技的進步，我國糧食產量也隨之得到了穩(wěn)定的增長，其中雜交水稻品種起到了較大的作用。這幾年，雜交水稻在全國種植的總面積出現了降低的趨勢，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行，其手工操作的整體程序非常復雜，同時需要高強度的勞動，導致其總體成本較高；其次是隨著生產方式的優(yōu)化，水稻在生產上趨向于機械化以及輕簡化的模式，這就使得用種量明顯增加，讓用種的成本持續(xù)增加，這對雜交水稻的推廣造成了巨大的負面影響。因此需要在雜交水稻種子的機械化制種方向進行研發(fā)，讓雜交水稻的制種成本得以持續(xù)下降，由此來維持我國雜交水稻的總體種植面積[1-4]。

1 雜交水稻機械化制種技術的研究現狀

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

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

在我國雜交水稻制種流程當中，實行機械化制種的方式有兩種。分植法中，需要將父本和母本進行分開種植，隨后，在合適的時間點進行花粉收集和傳粉等操作，進行機械栽插，栽插時需要按照行比來進行，在完成了授粉的環(huán)節(jié)后，需要將父本植株進行人工去除，再進行機械收割，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行組合，按照一定的比例來進行機械直播；同時還可以將父本和母本分開種植，等待父本生長至盛花期時，進行機械采粉，用冷凍的方式進行儲存，而當母本處于盛花期的時期，對母本進行機械授粉?；熘品ㄊ菍⒏副竞湍副净旌戏N植，在后期進行混合收割，隨后采取措施將父本自交種進行去除。例如可以在水稻的恢復系當中，導入除草劑的敏感基因，同時將對應的抗性基因導入到不育系，讓父本植株和母本植株可以在對應的除草劑上，產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。

在對種子進行分選的技術研發(fā)中，林夢倩等[7]研究得出，利用圓孔篩來對種子進行篩選，當粒寬具有0.7 mm 以上的差異時，能夠達到較好的分選效果；日本研發(fā)出的恢復系，具有Ph 基因，這就讓其種子在經過分類化合物的處理之后，會改變顏色，變成黑色，因此可以利用這一特點來對種子進行分選。我國在這方面也進行了諸多研究。余應弘等[8]混合了大粒以及小粒品種，再對其進行分離測試，發(fā)現利用圓孔篩（3.5 mm）對混合種子篩選3 次，可以將不同大小的籽粒進行分離，處理之后，其純度可以達到99%以上，達到國家純度的標準。吳明亮等[9]利用水稻籽粒長度的不同，設計出了相應的分選機，能夠對籽粒長短有差異的種子進行機械化篩選。

2 雜交水稻機械化制種存在的問題

在機械化制種中，對于整個流程當中涉及的多個環(huán)節(jié)，都有諸多學者進行了對應的研究，但是大多數的研發(fā)成果都還處于研究階段，并未大規(guī)模地應用到產業(yè)當中。在目前的產業(yè)市場內進行大面積推廣的模式當中，存在著一系列問題，例如制種量不高，種子的質量難以得到保證，以及生產效益還需進一步提升等。總結來說，主要在以下三個方面存在問題。

2.1 缺少適合機械化制種的組合

水稻育種的主要目標為優(yōu)質、高產以及多抗等特性，而在進行農機農藝結合的過程中，對于培育適合機械化制種組合的重視程度不夠。適合機械化制種的組合有其相應的要求：其父母本需要有較小的播差期，較好的授粉態(tài)勢，光溫反應鈍感，同時對赤霉素敏感；在選擇父母本的過程中，考慮了多個關鍵特征。前提條件是選擇矮壯的母本，這有助于提高整個植株結構的穩(wěn)定性，減少倒伏的風險，并使得農田的機械化操作更為順利。父本的選擇需要具備一定的抗倒伏能力，以應對可能出現的枯秧現象。這有助于保證父本在生長過程中的穩(wěn)定性，從而避免不良條件對結實率的影響。父本需要具有較長的花期，并且產生較多的花粉量。這樣可以增加與母本之間的花粉交流機會，并提高異交結實率。在全程機械化操作上，采用了水稻直播機或插秧機進行父母本的種植。這種方式能夠提高種植效率和作業(yè)質量，同時適應不同的栽培環(huán)境和行間距設置。在生長過程中的管理方面，需注重父母本的適應性，通過科學的施肥、病蟲害防治和灌溉等措施，保證父母本的健康生長，并最大限度地發(fā)揮其特性和潛力。

2.2 缺乏大規(guī)模的機械化制種基地

在雜交水稻種植過程中，對于環(huán)境溫度、濕度以及光照的要求都較高，而我國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，難以實現機械化生產。而一些地形條件較佳、可以實現機械化制種的區(qū)域，往往在植株處于授粉環(huán)節(jié)時，出現持續(xù)高溫天氣，或者晝夜溫差不大，由此嚴重影響制種的效率。

2.3 缺乏配套的機械設備

在大規(guī)模制種中，要實現機械化，就需要在各個環(huán)節(jié)中應用多種農用機械，實現包括整地、育秧、移栽或直播過程的機械化，以及后期除草、施肥、趕粉、收割與分選等環(huán)節(jié)的機械化。由于田塊的不規(guī)整性以及其大小不一等一系列因素，都對機械的應用提出了較高的要求，而我國尚對農用機械設備的研究不足，特別是在混播種植中，對混收后的種子進行機械分選的機械設備較少。

3 雜交水稻機械化制種流程

3.1 雜交水稻的品種以及機械設備

材料：蜀優(yōu)217 組合；主要農機具為直播機、農用無人機、平地機、旋耕機以及收割機。

3.2 田間規(guī)劃及行比設置

田間規(guī)劃方面，采用了8 行的栽插方式進行水稻種植。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會，其栽插的效率較佳，在整體栽插的過程當中，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，提高產量。同時，父母本之間的距離較近，有利于機械插秧和機械收割的操作。

3.3 確定播差期

對于播始歷期較為靠近的組合，可以同時對父本以及母本進行播種。差別為25 ～30 d 的，在對父本進行機插的時候，秧齡對于始穗的時間不會有過大的影響，而對于秧齡較長，且采取手栽方式的父本，始穗的時間會加長，延長4 d 左右；對于采取機插方式的母本，秧齡對于母本的始穗時間可以造成較為明顯的影響，對于采取了機插方式種植的長秧齡的母本，其與采取手栽方式的短秧齡母本相對比，始穗的時間會延后，約為2 d 左右。因此對于這些組合，采取機插方式種植的母本和采取人工移栽方式種植的母本相比，播種的時間需要提前7 d，讓父母本的花期可以及時相遇，在進行父本育秧時，其葉齡增長的速度為0.2 葉/d，因此在進行母本播種的時候，機插方式和人工方式相比，其葉差大約為少1.4 葉。不同播栽方式的對比結果見表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 內進行保濕，1 葉1 心期需灌淺水。在營養(yǎng)生長期間，采取干濕交替方式，促進植株分蘗。在授粉期需灌深水，后期排水進行曬田。

3.5 機械化育秧

在父母本進行育秧時，采用商品基質育秧方式，能夠防止泥漿或者營養(yǎng)土將雜株帶入，對種子的質量造成影響。其主要的技術點如下：分量播種秧田中的播種量需要依據平均單位面積內的成苗數來進行計算，在第1 期父本材料當中，單位面積之內的成苗數：1 ～1.2 株/cm2；在第2 期父本材料當中，單位面積之內的成苗數是第1 期的1.3 ～1.5 倍。機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 個硬盤。具體的播種粒數：第1 期父本材料中每個盤內為1700 ～1900 粒種子，約50 ～80 g/盤，第2期父本材料中每個盤內為2200 ～2800 粒種子，約60 ～120 g/盤，母本材料播種的粒數為每個盤內為3400 ～3600 粒種子，約75 ～120 g/盤。

3.6 插秧

插秧時，每行需要和田塊的邊緣平行，可以將效率提升，先對內部廂插秧，最后在對外圍廂進行插秧。按照制種的最終目標，在基本苗的數量上：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，施復合肥以及尿素；對于父本，需施用尿素以及復合肥，促進父本植株的分蘗和壯蔸。

3.8 噴施赤霉酸和人工輔助授粉

采取無人機噴灑的方式，進行赤霉酸的噴施，在飛行過程中，需和植株冠層保持2 ～3 m 的差距，在無人機持續(xù)飛行的過程當中，其速度維持在3 ～5 m/s。赤霉酸的總體用量依據抽穗指標來制定，持續(xù)時間為2 ～3 d，噴灑次數為2 ～3 次。而對于父本植株表現為鈍感，或者父本植株矮于母本植株的，需要對父本進行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，且不出現倒伏情況；在噴施的過程中，無人機兩側的1 ～2個噴嘴需要處于關閉的狀態(tài)，確保無人機的噴施范圍在父本植株上。在授粉的過程當中，無人機在父本植株上方持續(xù)飛行，需要對其飛行的姿態(tài)以及方向進行把控，控制無人機飛行的范圍。無人機不同的飛行速度以及飛行高度都會對結實率產生一定程度的影響。

3.9 父母本機械分收

在85%的母本種子成熟時，對母本進行機收，在父本種子完全成熟后，對父本進行機收。

4 結果及分析

4.1 播差期

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

4.2 結實率

在不同的行比中，需給無人機設置不同的飛行速度以及高度。當父本與母本行比為1 ∶6 時，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；對應的植株結實率分別為：36.08%、29.62%、28.96%、30.28%；當父本母本行比為3 ∶18 時，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；對應的植株結實率分別為：21.50%、28.03%、26.44%、25.52%，因此在不同的行比當中，無人機的飛行高度維持在2 ～3 m，飛行的速度維持在3 ～5 m/s 的時候，植株的結實率都較高。

4.3 病蟲害防治

在整個生育期，需要依據當地田塊當中歷年的病蟲害情況進行預報，及時地采取有效措施來對稻飛虱、稻瘟病、稻螟蟲等病蟲害予以防治。對于稻螟蟲的防治，需施用阿維·氯苯酰懸浮劑，施用量為600 ～750 mL/hm2；對于紋枯病的防治，需施用苯甲·丙環(huán)唑乳油；對于稻瘟病的防治，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。在整個過程當中，對于異形籽粒和育秧后父本母本在各個生育環(huán)節(jié)中的異形株，都需要及時地進行清除。

5 小結

機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，大大降低了勞動強度，且作業(yè)的速度大幅提升，經濟效益好。