江西超级早稻的丰产性和稳产性分析

曾勇军，吴建富，潘晓华，石庆华，朱德峰，王盛亮，吕伟生，谭雪明，黄 山，商庆银

(1.江西农业大学 作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室/江西省双季稻现代化生产协同创新中心，江西 南昌 330045;2.中国水稻研究所，浙江 杭州 310006)

推广丰产稳产型超级稻品种是增加水稻产量的重要途径，水稻的丰产性是反映水稻单产潜力的重要指标［1］，而作物产量的稳定性最早由Yates 和Cochran［2］于1938 年提出，是指作物自我调节其遗传型或表现型的状态，以适应变动的环境，使产量保持相对稳定的能力，它与作物自身对环境的缓冲性有关。在水稻品种产量潜力越来越高，品种地域性越来越强［3］，广适性品种越来越少，水稻小面积生产与大面积栽培产量反差越来越大的情况下，水稻的丰产性和稳产性研究也越来越受到重视。

关于水稻的丰产性和稳产性过去一般采用多年多点试验，利用不同年份、不同种植地区在气候、土壤方面的差异来研究作物产量的变化进而评价其产量的高低及稳定性。由于作物产量的变化不仅受到生态条件的影响，还跟栽培措施关系密切［4-5］，因此相关研究存在一定的局限性。谷粒产量为典型的数量性状，表型受环境影响大，在较短时间内客观评价其品种基因型的优劣，不仅需要科学严密的试验设计，还需要准确可靠的分析方法及统计模型［6-7］。如向平摘［8］早在1995 年就详细阐述了稳定性参数在评价水稻适应性中的作用，刘大群等［9］通过比较研究发现，回归法比非回归法在评价品种稳定性方面更精确。近年来自从张泽等［10］探讨了加性主效和乘积交互作用模型(AMMI)在分析作物品种稳定性方面的意义及应用后，这种模型先后在小麦［11］、谷子［12］和水稻［13-14］等作物的研究上得到广泛应用。

江西是水稻的主要产区，在保障国家粮食安全方面起着重要作用，推广高产稳产型水稻品种是进一步提高江西水稻单产，确保江西粮食主产省地位不动摇的重要措施。本研究通过在江西省不同纬度进行种植以及设置不同氮肥施用量处理来研究双季超级早稻产量的变化，旨在对江西近年来生产上应用的超级早稻品种的丰产性和稳产性进行科学评价，为双季稻生产的发展提供理论上的依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

选用江西生产中应用的9 个超级稻品种(组合)为材料，包括中早35、中早39、中嘉早17 等3 个常规超级稻品种以及陵两优268、03 优66、金优458、淦鑫203、株两优819、春光1 号(由于应用面积达不到要求2013 年被农业部取消了超级稻冠名)等6 个杂交超级稻组合，以杂交组合金优463 为对照。

1.2 试验设计

试验于2013 年早季分别在江西省兴国县(东经115°17'、北纬26°25')、新干县(东经115°22'、北纬27°42')、进贤县(东经116°01'、北纬28°23')和都昌县(东经116°25'、北纬29°21')进行。

采用大区试验，氮肥设2 个处理，施纯氮量分别为165 kg/hm2和210 kg/hm2，1 次重复，大区面积66.7 m2，大区间用塑料薄膜包裹，防止串水串肥。施K2O 量统一为165 kg/hm2，按基肥∶穗肥为7∶3施用;施P2O5的量为90 kg/hm2，做基肥在移栽前一次性施入。杂交稻每蔸插2～3 粒谷苗，常规稻每蔸插4～5 粒谷苗，栽插株行距统一为13.33 cm×23.33 cm，其它措施按常规高产栽培管理进行。成熟期实收测定实际产量。

1.3 统计分析方法

利用AMMI 模型分析各品种的稳定性，其模型为:

其中yge是环境e 中基因型g 的平均产量值，μ 是所有试点、所有品种产量的平均值，αg是基因型平均偏差，βe是环境的平均偏差，λn是第n 个主成分分析的特征值，δen是第n 个主成分的基因型主成分得分，γgn是第n 个主成分的环境主成分得分，n 是AMMI 模型中基因型与环境交互作用主成分的个数，公式右第4 项即为估算的基因型与环境交互作用的总和，其中为第i 基因型与环境交互作用的第n个主成分值，记为iPCAn。θge为提取过n 次iPCA 后留下的残差。

本研究取PCA1 和PCA2 在多维空间离原点的距离作为基因型稳定性的评价指标，记为Di，其值越小，则品种稳定性越高。

以各基因型的产量表型值、产量的Di 值和生育期为指标，采用欧氏距离法对所有基因型进行系统聚类分析，并根据聚类结果对供试品种的丰产性和稳产性进行综合评价。

上述所有分析均采用DPS 统计软件完成。

2 结果与分析

2.1 各试点超级早稻品种的产量和生育期表现

表1 显示，不同品种在不同地点和不同施氮量条件下的产量均有差异。两种施氮水平下各超级早稻品种的产量均高于对照金优463。除春光1 号外，高施氮处理各水稻品种在各试验点的平均产量均高于低施氮处理。在施氮水平为165 kg/hm2条件下，各品种产量由高到低依次为:中早35、中早39、淦鑫203、陵两优268、中嘉早17、春光1 号、株两优819、03 优66、金优458;在施氮水平为210 kg/hm2条件下，各品种产量由高到低依次为:淦鑫203、中早39、中嘉早17、陵两优268、中早35、金优458、03 优66、株两优819、春光1 号。各品种的生育期在107.11～114.74，增加氮肥施用量生育期呈增加的趋势，平均生育期在111.5 d 左右。

表1 各品种的产量及生育期表现Tab.1 The grain yield and growth duration of early rice cultivars

2.2 各试点超级早稻品种的产量稳定性方差分析

对不同施氮量条件下各品种在各试验点的产量进行联合方差分析表明(表2、3)，基因型以及基因型和环境互作的方差均达到显著或极显著水平。在不同施氮量条件下交互作用的平方和分别占到总平方和的38.97%和39.89%，因此有必要进一步分析互作效应的特点，以了解各超级早稻品种的产量稳定性。

利用AMMI 模型进行品种稳定性分析，结果表明，在高施氮和低施氮条件下基因型与环境互作效应中的PCA1 主成分均达到了显著水平，PCA2 虽然没有达到显著水平，但所占比重分别达到28.57%和30.64%，PCA1 和PCA2 这两2 个主成分分别解释了89.98%和75.93%的互作效应。

表2 低施氮条件下超级早稻品种的产量联合方差分析及稳定性方差分析Tab.2 Pooled ANOVA and AMMI analysis for grain yield data of super early rice cultivars under low nitrogen level

表3 高施氮条件下超级早稻品种的联合方差分析及稳定性方差分析Tab.3 Pooled ANOVA and AMMI analysis for grain yield data of super early rice cultivars under high nitrogen level

2.3 各试点超级早稻品种的稳定性分析

利用PCA1 和PCA2 的特征值计算水稻产量的稳定性参数Di，结果表明(表4、5)，在低施氮量条件下，产量稳定性表现较好的有中早39、中早35 和春光1 号，表现较差的有株两优819、陵两优268 和中嘉早17;在高施氮量条件下，产量稳定性表现较好的有中早39、春光1 号和中早35，表现较差的有株两优819、中嘉早17 和金优463。两种不同的施氮条件下，超级早稻品种的产量稳定性表现基本一致，说明超级早稻产量的稳定性主要受基因型控制。

表4 低施氮条件下早稻品种产量的稳定性参数Tab.4 Yield stability parameter of the early rice cultivars under low nitrogen level

表5 高施氮条件下早稻品种产量的稳定性参数Tab.5 Yield stability parameter of the early rice cultivars under high nitrogen level

2.4 各试点超级早稻品种的聚类分析

图1 低施氮条件下早稻品种聚类分析Fig.1 Cluster analysis of early rice cultivars under low nitrogen level

图2 高施氮条件下早稻品种聚类分析Fig.2 Cluster analysis of early rice cultivars under high nitrogen level

AMMI 模型从多维空间分解基因型×环境的互作效应，能对品种的稳定性做出合理分析。但是仅根据AMMI 分析结果，尚不能对供试品种做出全面而合理的评价。品种的推广利用价值如何，受其稳产性和丰产性好坏和生育期长短等综合因素的影响，为此，本研究以品种产量、稳定性参数(Di)和生育期为指标，采用欧氏距离法对供试品种进行系统聚类(图1、2)。低施氮条件下，取阈值T=239 可以将10 个品种分为4 类，第1 类品种产量最高，稳产性也较好，生育期适中，包括中早35、陵两优268、中嘉早17、中早39 和淦鑫203 等5 个品种;第2 类品种稳产性较好、产量中等，生育期适中，包括春光1 号;第3 类品种产量较低，稳产性一般，生育期适中，包括03 优66 和株两优819;第4 类品种产量最低，稳产性一般，生育期较长，包括金优458 和金优463。

高施氮条件下，取阈值T=300 也可以将10 个品种分为4 类，第1 类品种产量最高，稳产性也较好，生育期适中，包括中早39 和淦鑫203;第2 类品种产量较高，稳产性较好，生育期适中，包括中早35、陵两优268 和中嘉早17;第3 类品种产量较低，稳产性一般，生育期适中，包括03 优66、金优458、株两优819 和春光1 号;第4 类品种产量最低，稳产性也较差，生育期较长，包括金优463。

3 结论与讨论

关于水稻丰产性和稳产性的研究，过去一般采用不同年份、不同地点的相关数据进行评价［15-18］，没有结合不同栽培措施进行分析。本研究结果表明，不同超级早稻的稳产性主要受基因型控制，但在不同的施氮水平下，其稳产性略有差异，而超级早稻品种的丰产性除了受种植地点影响外还受到栽培措施的影响，少数超级稻品种如春光1 号、中早35 等在施氮水平相对较低条件下丰产性较好，但在增施氮肥条件下其丰产性表现则并不突出，可能与这类品种耐肥性较差有关;而有的品种如金优458 在低肥水平下丰产性较差，而在增施氮肥条件下其丰产性则有明显改善，可能这类品种属耐肥品种，增加施氮量有利于其产量水平的发挥。因此，对于水稻丰产性和稳产性的评价必需结合不同环境、不同栽培措施等多因素进行综合评价，所得结论才更加可靠。

综合本试验的结果，中早39 和淦鑫203 无论在高施氮水平还是低施氮水平其丰产性和稳产性均较好，属典型的高产稳产型品种，值得进一步大力推广;而中早35、中嘉早17、陵两优268 等在较低的施氮水平下丰产性较好，因此适宜在施肥水平中等的地区种植;而金优463 等品种由于年代较为久远，丰产性和稳产性均相对较差，所以生产中应及时推陈出新，稳步提高水稻品种的产量潜力。

由于本研究为一年的试验数据，而水稻品种的丰产性和稳定性又是个十分复杂的问题，因此相关研究结果还有待于进一步验证。

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