2个再生稻品种机械化生产的产量构成分析

廖海林,郑景生,李小萍,解振兴,黄信恩,李义珍,黄育民,王侯聪

(1.福建省南平市建阳区种子管理站,福建建阳354200; 2.厦门大学生命科学学院,福建厦门361102;3.福建省农业科学院水稻研究所,福建福州350019)

2个再生稻品种机械化生产的产量构成分析

廖海林1,郑景生2*,李小萍3,解振兴3,黄信恩1,李义珍3,黄育民2,王侯聪2

(1.福建省南平市建阳区种子管理站,福建建阳354200; 2.厦门大学生命科学学院,福建厦门361102;3.福建省农业科学院水稻研究所,福建福州350019)

为探索再生稻机械化生产的增产途径,在潭香稻谷专业合作社对甬优2640和佳辐占两品种的双季产量及其构成进行分析,结果表明:甬优2640矮秆抗倒,穗大粒密,双季产量分别为(10 598±1 433)和(10 126±1 527)kg/hm2;佳辐占熟期短,适应闽北安全生长期短的气候生态,双季产量分别为(7 006±1 399)和(6 443±1 357)kg/hm2.再生稻产量由单位面积(m2)穗数、每穗粒数、结实率和千粒质量4个因素构成.2个品种的结实率和千粒质量变异小,与产量无显著相关性;单位面积穗数和每穗粒数变异大,与产量呈显著或极显著正相关,且由此二者组成的单位面积总粒数的变异更大,与产量的相关性更高,对增产的贡献率＞0.97,是决定产量的主要因素;而单位面积总粒数与单位面积穗数、每穗粒数呈显著或极显著正相关,其中头季与单位面积穗数的相关度更高,再生季与单位面积穗数、每穗粒数的相关度差距不大.因此,提高再生稻机械化生产的产量主攻方向是扩增单位面积总粒数,而扩增单位面积总粒数必先扩增单位面积穗数和每穗粒数,其中头季侧重扩增单位面积穗数,再生季兼顾扩增单位面积穗数和每穗粒数.

再生稻;产量构成;相关分析;机械化生产

再生稻利用头季收割后稻桩上的腋芽萌发成穗,一次播栽,两次收成,是一种资源节约型的稻作.20世纪80年代末,随着具有强再生力的杂交稻品种问世,利用杂交稻蓄养再生稻成为一种新的种植方式,在南方各省推广,1997年种植面积达75万hm2[1].目前再生稻生产存在以下两方面的问题:1)再生季大多管理粗放,单产量为2～3 t/hm2,在种粮效益比较低的情势下,种植面积缩减大半;2)籼型水稻具有明显的顶端优势,高节位腋芽萌发率高,为保留高节位腋芽,头季成熟时采用高桩手割,每公顷需花费约45个工日,在当前大量中青年农民进城务工、劳力紧缺条件下,再生稻生产有进一步萎缩之势.

为了提高再生稻劳动生产率,各地都在探索机械化生产,其中首先探索的是头季机割.头季机割存在三方面的问题:1)头季倒伏妨碍机割.现有主栽品种为晚熟型杂交稻系中秆品种,弯曲力矩大,抗倒力差,一些早中熟苗头品种抗折力中等,求取更高产量时也频现倒伏.2)机割高度问题.初始推行高桩机割,出现1/3株行稻桩遭链轨碾轧中折,靠基部分蘗成穗,而2/3株行靠上部分蘗成穗,二者熟期相差15 d.3)头季改为低桩机割,再生季依靠基部分蘗成穗,抽穗成熟期推迟15 d,必须选用熟期较短的品种才能确保再生季在当地安全齐穗期前齐穗.近几年,在永安、建阳、龙海等地开展再生稻机械化生产研究,推广了熟期短、米质优、再生力强的佳辐占为主栽品种,研究了头季机割适宜高度及相关栽培技术[1-6],并开展品种筛选试验,重点筛选头季矮秆抗倒、再生季大穗高产的品种.为进一步提高机械化生产的产量和效益,有必要深入田间调查主栽品种及苗头品种不同产量水平田的产量构成,通过相关性分析,揭示限制高产的主要构成因素,然后集中全力研究扩增主要构成因素的技术.

1923年英国科学家Engledow首先推行产量构成分析法用于禾谷类育种,将产量分解为单位面积穗数、每穗粒数和粒质量3个构成因素,试图通过杂交将优异的构成因素组合为一体,育出新品种[7].1959年日本科学家松岛省三完善了产量构成分析法,将水稻产量分解为单位面积穗数、每穗粒数、结实率和粒质量4个构成因素,追踪观察了各构成因素的形成过程,并研究其调控措施[8].经过长期研究和生产实践,松岛省三又推出“V字型”高产栽培法和高产诊断技术[9],指出决定产量的主要因素是结实率以及穗数与每穗粒数组成的单位面积总粒数,在产量构成分析时必须首先关注结实率,因为在结实率低于75%和高于85%的情况下,改进的栽培方法完全不同.国内研究一致认为,在正常气候条件下,结实率和千粒质量变异小,而单位面积总粒数变异最大,是决定产量的主要因素;但单位面积总粒数由单位面积穗数和每穗粒数构成,哪一个因素对扩增单位面积总粒数更有作用则报道不一[10-15].

为此,本研究在2015年头季和再生季成熟期,对潭香稻谷专业合作社的主栽品种佳辐占和苗头品种甬优2640,各选10坵不同产量水平田取样考查产量及产量构成,进行相关性分析,为揭示再生稻机械化生产的高产主攻方向和改进栽培技术提供科学依据.

1 材料与方法

1.1种植概况

研究地点为福建省南平市建阳区潭香稻谷专业合作社.供试再生稻品种为常规稻佳辐占和杂交稻甬优2640.头季3月13—14日播种,硬盘育秧,4月9—11日机插,行距30 cm,株距20 cm,单位面积插植16.67丛.佳辐占头季于6月25日齐穗,7月27日成熟机割,割桩高度12 cm,再生季于9月22日齐穗,10月26日成熟机割.佳辐占忌惮头季倒伏,头季只于插后7 d施生物有机肥1 200 kg/hm2;再生季于头季割后1 d施尿素150 kg/hm2,头季割后30 d施复合肥255 kg/hm2,折合为N 107 kg/hm2、P 17 kg/hm2、K 32 kg/hm2.甬优2640头季于6月25日齐穗,8月8日成熟,8月3日机割,割桩高度12 cm,再生季于10月5日齐穗,11月24日成熟机割.头季于插后7 d施尿素150 kg/hm2,插后20 d施尿素75 kg/hm2,插后30 d施复合肥300 kg/hm2,折合为N 149 kg/hm2、P 20 kg/hm2、K 37 kg/hm2;再生季于头季割后1 d施尿素150 kg/hm2,头季割后30 d施复合肥300 kg/hm2,折合为N 114 kg/hm2、P 20 kg/hm2、K 37 kg/hm2.2个品种的水分管理方法相同,即头季耙平田面后排水湿润机插,插后3 d开始浅水灌溉,插后25 d排水烤田,结合挖四周边沟,烤至田面微裂,足踏不陷入且无水渗出.成熟前10～15 d再清沟排水烤田,确保机械干田收割.再生季于头季机割后次日灌一次浅水,待土面湿润排去积水后第3天开始浅水灌溉,渗干再灌,直至成熟前10 d排水干田.

1.2产量及其构成调查

在头季和再生季成熟期,2个品种各定10坵不同产量水平田,每坵割取2个点共20丛稻穗,装入网袋晒干,考查穗数后脱粒,分开实粒和空秕粒,分别计数,称总实粒数晒干质量.由调查所得数据计算每坵田产量及各构成因素数值.

1.3分析方法

为了查明单位面积穗数、每穗粒数、结实率和千粒质量4个产量构成因素对产量变异所起作用的大小,根据2个品种两季各10坵田调查所得产量及其构成的数据,计算产量与各构成因素及构成因素间的相关系数,进而进行通径分析.据莫惠栋[16]著述,在通径分析中,产量的总变异等于各构成因素(xi)对产量(y)的直接通径系数与相关系数(riy)的乘积之和,再加剩余因素对产量的决定系数(p2e),并标准化为1,即式中R2为4个构成因素对产量的总决定系数为4个构成因素对引发产量总变异的各自贡献率为剩余因素对产量的决定系数,表示随机误差的大小.

2 结果与分析

2.1佳辐占和甬优2640的产量水平及产量构成特征

佳辐占和甬优2640 2个品种头季(表1)和再生季(表2)的产量及其构成数据显示:

佳辐占头季10坵田平均产量为(7 006±1 399) kg/hm2,再生季10坵田平均产量为(6 443±1 357)kg/ hm2,产量变异系数分别为20.0%和21.1%.对比表1和2的数据可看出:单位面积穗数变异最大,变异系数分别为18.3%和17.0%;每穗粒数次之,变异系数分别为4.4%和14.6%;结实率和千粒质量则高而稳定,结实率的变异系数分别为1.4%和3.0%,千粒质量的变异系数分别为2.5%和2.1%.显然,单位面积穗数和每穗粒数变异大,是引发产量差异的主要因素.

甬优2640头季10坵田平均产量为(10 598± 1 433)kg/hm2,再生季10坵田平均产量为(10 126±1 527)kg/hm2,产量变异系数分别为12.9%和15.1%.对比表1和2的数据可看出:单位面积穗数变异系数分别为9.8%和8.3%,每穗粒数的变异系数分别为6.8%和11.1%,结实率的变异系数分别为0.5%和4.0%,千粒质量的变异系数均为1.2%.显然,单位面积穗数和每穗粒数的变异较大,是引发产量差异的主要因素.

表1　头季2个品种不同田坵的产量及其构成Tab.1 Yield and its components in the first crop of two rice cultivars in different paddy fields

表2　再生季2个品种不同田坵的产量及其构成Tab.2 Yield and its components in the second crop of two rice cultivars in different paddy fields

综上可见,不同田坵间产量的差异源于产量构成的差异,2个品种不同田坵间由单位面积穗数和每穗粒数组成的单位面积总粒数的差异都更大,引发产量差异的作用也更大.

佳辐占再生季的穗粒结构特征与头季的有明显不同,穗数较多、穗头较小,10坵田平均的再生季单位面积穗数为头季的165%,每穗粒数为头季的55%.鉴于这一特性,提高再生季产量必须促进萌发比头季更多的穗数.甬优2640再生季的穗粒结构特征与头季的差异不大,10坵田平均的再生季单位面积穗数为头季的108%,每穗粒数为头季的80%.由于再生季保留了头季的大穗特性(甬优2640每穗达(186.0±20.7)粒,而原主栽的晚熟型杂交稻品种再生季每穗粒数只为头季的一半左右),再生季产量才达到10 126 kg/hm2的高产水平(世界再生稻再生季最高产量为埃塞俄比亚于1969年的8 692.5 kg/hm2[1]).

2.2产量与构成因素及构成因素间的相关性

如表3所示:在4个产量构成因素中,2个品种两季均以单位面积穗数与产量的相关度最高,呈极显著相关;每穗粒数与产量的相关度次之,呈显著相关;结实率和千粒质量均与产量无显著相关性.

表3　产量构成因素之间及与产量的相关性Tab.3 Correlation among various yield components and with yield

构成因素与产量的相关度与其变异度呈正相关趋势,变异系数高的因素与产量的相关度也较高,是提高产量的主攻因素;变异系数低的因素与产量的相关度也较低,不能作为提高产量的主攻因素.不过结实率稳定性是相对的,在良好气候和正常栽培条件下高而稳定,在不良气候和施氮肥过量条件下可能大幅降低而成为减产主因,在这种情况下,设法提高结实率可能成为增产的主攻方向.

4个构成因素之间存在一定程度的相关性,但只有结实率与千粒质量呈显著正相关,其他因素之间的相关性均不显著.

由单位面积穗数和每穗粒数组成的单位面积总粒数与产量的相关度更高,呈极显著正相关.因此,提高产量必须扩增单位面积总粒数.而单位面积总粒数又与单位面积穗数、每穗粒数呈显著或极显著正相关,其中头季的单位面积总粒数与单位面积穗数的相关度更高,再生季的单位面积总粒数与单位面积穗数、每穗粒数的相关度差距明显缩小,佳辐占中其与单位面积穗数的相关度略高,而甬优2640再生季中则与每穗粒数的相关度略高.为此,扩增单位面积总粒数必先扩增单位面积穗数和每穗粒数,其中头季侧重扩增单位面积穗数,再生季兼顾扩增单位面积穗数和每穗粒数.

2.3各产量构成因素对增产的贡献率

表4列出了各构成因素对产量的直接通径系数(pi),并由直接通径系数乘以与产量的相关系数(riy),计算出对引发产量总变异的各自贡献率,即对增产的贡献率(piriy).由结果看出:4个构成因素对增产的总决定系数(R2)达0.997 1～0.998 8,随机误差(p2e)＜0.01.头季以单位面积穗数对增产的贡献率最高(佳辐占为0.843 3,甬优2640为0.741 9),每穗粒数对增产的贡献率次高(佳辐占为0.162 5,甬优2640为0.361 4),单位面积穗数是决定产量的主要因素;再生季单位面积穗数和每穗粒数对增产的贡献率差距缩小,佳辐占中分别为0.661 8和0.443 9,甬优2640中分别为0.463 8和0.513 9,二者都是决定产量的主要因素.不管是头季还是再生季,单位面积穗数和每穗粒数合计对增产的贡献率＞0.97,表明单位面积总粒数是决定产量的最主要因素;结实率和千粒质量比较稳定(变异系数≤4.0%)(表1和2),对增产贡献不大,结实率的贡献率为-0.086 0～0.026 7,千粒质量的贡献率为-0.028 2～0.020 5.显然,在现有生产生态条件下,提高2个品种的产量主要依靠适当增加单位面积穗数和每穗粒数,形成更多的单位面积总粒数.

稻谷产量(^y)与单位面积总粒数(x)的数量依存关系见图1.根据回归方程,可由田间调查所得的单位面积总粒数预测产量,也可由目标产量确定所需的单位面积总粒数,进而及早采取措施调控穗数和每穗粒数.

表4　各构成因素对增产的贡献率Tab.4 The contribution rates of various components to yield increase

3 讨 论

3.12个再生稻品种评价

再生稻头季实行机械收割,再生季抽穗成熟期比高桩手割推迟15 d,若继续种植晚熟的杂交稻品种,其花期往往难于避过秋寒危害.为此,生育期短、米质优、再生力强的佳辐占成为福建省多地再生稻机械化生产的主推品种.佳辐占为优质常规稻,头季产量不如杂交稻,但再生力强,再生季穗数多,产量与杂交稻主栽品种不相上下.根据本研究同时开展的调查,潭香合作社2015年种植的佳辐占,与邻近种植晚熟杂交稻品种而采用人力生产的再生稻相比,头季产量低1 500 kg/hm2,再生季产量持平,但米质优,总产值相近;而由于机械化生产大幅节省用工,工本费相对较低,经济效益显著提高.佳辐占的缺点是头季茎秆抗倒力中等,群体偏大的田坵遇大风雨袭击,有倒伏风险.本课题组及时开展了佳辐占头季抗倒性状及与施氮量关系的研究[2],提出适量施氮、调控群体、增强抗倒力的实用化技术.依据对再生季形态发育的研究结果,指出再生季植株矮,叶片短直,茎秆弯曲力矩小,无倒伏风险,加之再生力强,具有比头季更高产量的潜力.

甬优2640于2014年在潭香稻谷专业合作社试种,2015年作为再生稻栽培6 hm2,表现出双季高产,平均产量超10 000 kg/hm2,头季产量与晚熟杂交稻品种相当.甬优2640头季矮秆抗倒,适应机械化生产,再生季保持了头季的大穗性状(10坵田平均每穗186粒,为头季的80%,比晚熟型杂交稻主栽品种多2倍),这是其再生季产量高产的原因.长期以来,再生稻主栽种为晚熟型杂交稻品种,头季产量虽高,但抗倒力差,再生季则穗小,产量在5 000～6 000 kg/hm2,几经攻关才使得小面积产量突破9 000 kg/hm2.头季矮秆抗倒、再生季大穗高产的甬优2640,是筛选适应再生稻机械化生产品种的重要进展,但甬优2640米质一般.因此,今后在此基础上,还需兼顾筛选生育期短、米质优、再生力强的优异性状水稻品种.

3.2再生稻机械化生产提高产量的主攻方向

产量由单位面积穗数、每穗粒数、结实率和千粒质量4个因素构成.松岛省三[8-9]指出千粒质量是品种的稳定性状,而决定产量的主要因素是结实率和单位面积穗数与每穗粒数组成的单位面积总粒数.Yoshida[17]报道在热带的菲律宾地区无论旱季或雨季,结实率都稳定在85%左右,决定产量的主要因素是单位面积总粒数.国内很多研究[10-12]也一致认为单位面积总粒数是决定产量的主要因素,但是关于单位面积穗数还是每穗粒数对扩增单位面积总粒数更有作用则报道不一.而以晚熟杂交稻为主栽品种的再生稻产量构成研究[12-15]却一致认为,再生稻头季以每穗粒数与单位面积总粒数的相关性较高,对增产的贡献最大,是决定产量的主要因素;再生季则以单位面积穗数与单位面积总粒数的相关性较高,对增产的贡献最大,是决定产量的主要因素.

本研究结果表明,机械化生产的再生稻的产量构成特征显然不同:头季以单位面积穗数与单位面积总粒数的相关度显著更高,对产量的贡献最大;再生季则单位面积穗数、每穗粒数与单位面积总粒数的相关度差距不大,二者对增产的贡献率也差距不大.产量通径分析结果清晰地表明:头季的单位面积穗数对增产的贡献率明显高于每穗粒数,因此单位面积穗数是决定产量的主要因素;再生季单位面积穗数和每穗粒数对增产的贡献率差距缩小,二者都是决定产量的主要因素.但不管是头季还是再生季,单位面积穗数和每穗粒数合计对增产的贡献率均大于0.97,又表明二者组成的单位面积总粒数对增产的贡献最大.因此,今后提高机械化生产再生稻产量的主攻方向是扩增单位面积总粒数,其中头季侧重扩增单位面积穗数,再生季兼顾扩增单位面积穗数和每穗粒数.

综上可见,再生稻机械化高产生产不仅要选育头季矮秆抗倒、再生季大穗、生育期短、米质优、再生力强的优异再生稻新品种,而且在生产上需要按机械化高产主攻方向即扩增单位面积总粒数来进行栽培管理,以获得高产,也有利于进一步扩大再生稻机械化生产的推广应用,对提高国家粮食产量具有重要意义.

图1　稻谷产量与单位面积总粒数间的关系Fig.1 The relationships between grain yield and the total spikelets per square meter

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Analysis of Yield Components of Two Ratoon Rice Cultivars Through Mechanized Production

LIAO Hailin1,ZHENG Jingsheng2*,LI Xiaoping3,XIE Zhenxing3, HUANG Xinen1,LI Yizhen3,HUANG Yumin2,WANG Houcong2

(1.Jianyang District Seed Administrative Station of Nanping City of Fujian Province,Jianyang 354200,China; 2.School of Life Sciences,Xiamen University,Xiamen 361102,China;3.Rice Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences,Fuzhou 350019,China)

Grain yield and its components were investigated and analyzed for two rice cultivars Yongyou 2640 and Jiafuzhan planted at Jianyang District Tanxiang Rice Cooperative in order to explore the method of yield increase of ratoon rice through mechanized production.The results showed that Yongyou 2640 exhibited dwarfism,lodging resistance,large panicle and high spikelet density,and yielded(10 598±1 433)kg/hm2in the first crop and(10 126±1 527)kg/hm2in the second crop respectively.Jiafuzhan with short growth duration was able to adapt to climatic ecological conditions with short safe growth period in Northern Fujian,and yielded (7 006±1 399)kg/hm2in the first crop and(6 443±1 357)kg/hm2in the second crop,respectively.Ratoon rice yield was composed of panicle numbers per square meter,spikelets per panicle,seed setting rate and 1 000-grain weight.Seed setting rate and 1 000-grain weight of two rice cultivars both showed little variation,which both had no significant correlation with the yield,while panicle numbers per square meter and spikelets per panicle both exhibited large variations,which had significant or almost significant positive relation to the yield.The total spikelets per square meter composed of panicle numbers per square meter and spikelets per panicle had a larger variation,which was highly related to the yield,with more than 0.97 of the contribution rate,and was a key factor of yield components.The total spikelets per square meter had significant or extremely significant positive relation to panicle numbers per square meter and spikelets per panicle.Among them,the correlation coefficient between the total spikelets per square meter and panicle numbers per square meter in the first crop was very high,but the difference of correlation coefficient between the total spikelets per square meter and panicle numbers per square meter or spikelets per panicle in the second crop was small.Thus,a major method for increasing the yield of ratoon rice through mechanized production is enhancing the total spikelets per square meter,including panicle numbers per square meter and spikelets per panicle,which focuses on raising panicle numbers per square meter in the first crop and the combination of panicle numbers per square meter and spikelets per square meter in the second crop.

ratoon rice;yield components;correlation analysis;mechanized production

S 511

A

0438-0479(2016)06-0853-07

10.6043/j.issn.0438-0479.201603045

2016-03-29 录用日期:2016-07-04

福建省科技重大专项(2013NZ0002-2);国际原子能机构合作项目(CRP17031)

zheng21006@xmu.edu.cn

廖海林,郑景生,李小萍,等.2个再生稻品种机械化生产的产量构成分析[J].厦门大学学报(自然科学版),2016,55 (6):853-859.

LIAO H L,ZHENG J S,LI X P,et al.Analysis of yield components of two ratoon rice cultivars through mechanized production[J].Journal of Xiamen University(Natural Science),2016,55(6):853-859.(in Chinese)