适宜机插的优质籼稻品种筛选及其评价指标体系

蒋明金, 李敏*, 周维佳, 罗德强, 江学海,姬广梅, 李立江, 徐文波, 秦鱼河

(1.贵州省农业科学院水稻研究所, 贵阳 550006; 2.泸州泰丰种业有限公司, 四川 泸州 646000)

水稻作为我国的主要粮食作物之一，其产量事关我国粮食安全。随着人民生活水平不断提高，人们对稻米品质和安全性的要求愈发迫切[1]。因此，水稻的优质和高产是研究的最主要目标。随着经济的快速发展，农村人口大量向城市转移，直接从事农业生产的青壮年劳动力急剧下降，水稻生产全程机械化管理是我国稻作发展的主要方向[2]。贵州地区拥有独特的气候、生态和地理环境，适合优质水稻的生产，相同水稻品种的稻米品质在贵州地区总体上优于西南其他省区[3]，但由于贵州地区特殊的地理环境，水稻种植机械化发展缓慢，在2017年贵州机插秧面积仅占水稻总播种面积的4.2%，究其原因，主要是与现阶段机插相配套栽培技术体系不完善、农机农艺融合不够有关[3]。相关研究表明，适宜的品种类型可充分发挥机插水稻的增产潜力，实现高产[4]，如何选择适宜机插的水稻品种对本地区机插栽培技术体系的构建与完善意义重大。前人研究表明，选择适宜的品种类型需要从多方面考虑，如生育期[5]、抗病性[6]、稻米品质[7]、生物产量和实际产量[8-9]等。马义虎等[10]研究认为，生育期适中，但秧苗素质差，植株过矮，生物产量过低的品种，机插产量较低，不宜机插。吕伟生等[11]进一步证实了机插条件下高产类型品种主要有分蘖能力中等、成穗率较高、中后期干物质生产能力强、穗型较大和总颖花量大等基本特征。目前，针对贵州机插水稻在育苗基质、播种量、秧龄、机插密度和施氮量等[12-15]方面已有一些研究报道，但就适宜机插优质籼稻的品种筛选及其高产机理的研究鲜见报道，以往筛选出的适宜人工移栽水稻的品种在机插条件下是否能充分发挥品种增产优势尚不明确，且近年来品种的更新替代速度加快，有必要针对机插条件下优质籼稻品种进行适宜性研究。

为此，本研究选用长江中上游近年来审定通过且在生产上广泛应用的34个优质籼稻为试验材料，主要以产量为依据进行机插优质籼稻的类型划分，进一步分析适宜机插优质籼稻的秧苗特性、生长发育特性、抗倒性及产量构成，提出贵州地区适宜机插优质籼稻品种的筛选指标和评价体系，为机插高产优质栽培和品种选育提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年在贵州省遵义市湄潭县黄家坝镇春光村进行，海拔681 m，前作油菜，土壤肥力中等偏上。选用长江上游审定通过并在生产上广泛应用的34个优质籼稻品种为试验材料，其中国标一级优质品种1个，为川优8377；国标二级优质稻品种15个，分别为川优6203、德优4727、吉优9号、晶两优1377、晶两优534、旌优127、隆两优1206、内5优39、天优华占、宜香优1108、宜香优2115、宜香3728、宜香4245、宜香优7633和五山丝苗；国标三级优质稻品种18个，分别为C两优华占、德优4923、F优498、丰优香占、繁优609、晶两优华占、花香优1618、两优2161、隆两优1146、绿优4923、蓉18优2348、Y两优1号、宜香优2168、渝香203、渝优7109、Y两优585、中优295和中9优2号。除五山丝苗为常规籼稻外，其余均为杂交籼稻，供试种子均由四川省农业科学院作物研究所和贵州省农业科学院水稻研究所提供。具体品种来源见表1。

表1 供试品种信息Table 1 Information of rice cultivars used in present study

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，3次重复，小区面积10.8 m2。塑料毯状软盘育秧，4月20日播种，播种量为70 g·盘-1，5月15日移栽。移栽机型采用久保田2ZGQ-6D1乘坐式高速插秧机(SPV-6CMD，久保田农业机械(苏州)有限公司)，机插行株距规格30 cm ×16 cm。施肥管理：施纯氮180 kg·hm-2，20%作基肥于移栽前施用，40%作分蘖肥于移栽后7和15 d分两次施用，20%作促花肥于倒4叶期施用，20%作保花肥于倒2叶期施用；施纯磷112.5 kg·hm-2，全作基肥于移栽前施用；施纯钾180 kg·hm-2，按基肥和拔节肥分两次等量施用。分蘖盛期和抽穗破口前重点防治稻纵绻叶螟和稻飞虱各1次，其他均按高产栽培措施实施。

1.3 测定项目及方法

1.3.1秧苗素质 移栽前1 d，每个处理切取10 cm ×10 cm的秧块，参照李玉祥等[16]方法调查成苗率和秧苗均匀性。另从每个处理中选取长势均匀的秧苗100株，洗净根部，将地上部和根系部分开装袋，在105 ℃下杀青1 h后，在80 ℃烘干至恒重并称重，计算百株地上部干重、百株根系干重和根冠比。

1.3.2生育期 观察记载各品种高峰苗期、拔节期、抽穗期和成熟期。

1.3.3分蘖能力和干物质积累 于拔节期、抽穗期和成熟期，定点观察各小区连续20株植株的茎蘖数(成熟期为有效穗数)，按平均茎蘖数取4株植株，于105 ℃下杀青30 min后，在80 ℃下烘干至恒重。

1.3.4株型及茎秆抗倒性状 齐穗后20 d，在田间各小区取连续10株水稻测定株高，并选择5个长势一致的主茎，参照杨志远等[17]方法测定其基部3个节间抗折力等性状，计算基部3个节间的平均抗折力和倒伏指数。

1.3.5产量及其构成 于成熟期按平均有效穗数取4株植株稻穗进行考种，用水漂法测定实粒数，计算结实率。将实粒烘干后以1 000粒为一个样本，计算千粒重，重复3次，并实收各小区测定实际产量。

1.3.6品种的分类 利用IBM SPSS 22.0软件中的两步聚类算法(Twostep Cluster Algorithm)，结合水稻生产实际，依据实际产量指标进行机插条件下优质籼稻品种的划分。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Office Excel 2016 进行数据整理与分析，Origin 2017作图。

2 结果与分析

2.1 机插条件下优质籼稻的产量及分类

2.1.1机插条件下优质籼稻产量及其构成因素

从表2可以看出，机插条件下34个优质籼稻品种的平均产量为8.42 t·hm-2，变幅为6.70～10.50 t·hm-2，变异系数为10.19%，说明优质籼稻产量在机插条件下差异较大，有必要筛选适宜机插的优质籼稻品种。除此之外，就产量构成因素来看，机插条件下34个优质籼稻品种的有效穗数平均为261.56×104hm-2，变幅为217×104～317.3×104hm-2，极差高达100.3×104hm-2，变异系数为11.78%；每穗粒数平均为167.9，变幅为115.40～210.2，品种间每穗差异最高可达94.8粒，变异系数为11.08%；结实率平均为75.8%，变幅为61.4%～86.0%，变异系数为7.18%；千粒重平均为27.2 g，变幅为22.0～33.4 g，变异系数为11.41%。由此可以看出，机插条件下优质籼稻品种的产量、有效穗数、每穗粒数和千粒重的差异均较大，变异系数均大于10%，而结实率的差异相对较小。

表2 机插条件下优质籼稻产量及其构成Table 2 Grain yield and its components of rice in mechanized transplanting rice

2.1.2机插条件下优质籼稻的品种类型 品种类型的划分根据不同目的而有所差异，本研究中机插条件下优质籼稻品种的筛选主要依据实际产量指标进行划分。将34个优质籼稻品种划分为两类：适宜机插(suitable for mechanized transplanting rice，SMTR)和不适宜机插(unsuitable for mechanized transplanting rice，UMTR)(图1)。其中，适宜机插籼稻品种共计15个，包括川优8377、蓉18优2348、F优498、德优4727、晶两优534、Y两优1号、繁优609、宜香优2115、隆两优1146、晶两优1377、中优295、旌优127、晶两优华占、隆两优1206和宜香优1108，产量均大于8.25 t·hm-2，平均产量为9.2 t·hm-2；不适宜机插籼稻品种共计19个，包括天优华占、绿优4923、川优6203、丰优香占、C两优华占、德优4923、花香优1618、Y两优585、吉优9号、宜香4245、两优2161、中9优2号、宜香优7633、五山丝苗、内5优39、宜香优2168、渝香203、渝优7109和宜香3728，产量均小于8.25 t·hm-2，平均产量为7.8 t·hm-2。

图1 基于机插的优质籼稻品种类型Fig.1 Types of rice cultivars based on mechanized transplanting

2.2 机插条件下两种类型优质籼稻的生长发育特性

2.2.1秧苗素质 由表3可知，机插条件下两种类型优质籼稻的秧苗素质差异较大。适宜机插优质籼稻类型的平均成苗率、秧苗均匀性、百株地上部干重、百株根系干重和根冠比均高于不适宜机插类型。具体而言，适宜机插优质籼稻类型成苗率变幅为85.9%～91.1%，比不适宜机插籼稻类型变幅小，整体成苗率高；适宜机插优质籼稻类型秧苗均匀性变幅为1.51～1.96株·cm-2，整体高于不适宜机插类型变幅(1.33～1.95株·cm-2)，秧苗均匀性好；适宜机插优质籼稻类型百株地上部干重变幅为1.56～2.32 g，变幅小于不适宜机插优质籼稻(1.41～2.51 g)，百株地上部干重较大，植株健壮；适宜机插优质籼稻百株根系干重变幅为0.62～1.05 g，整体高于不适宜机插优质籼稻(0.50～0.93 g)，百株根系干重整体较大，根系发达；适宜机插优质籼稻根冠比平均值为0.37，变幅为0.32～0.43，均高于不适宜机插优质籼稻。可见，适宜机插优质籼稻品种出苗好、成苗率高、植株健壮、根系发达，地上部和地下部分配合理，为机插条件下优质籼稻移栽后的生长提供了良好的基础。

2.2.2分蘖特性 机插条件下两种类型优质籼稻的分蘖特性结果见表4，可见，适宜机插优质籼稻的平均高峰苗数、拔节期分蘖数、抽穗前分蘖数和有效分蘖数均高于不适宜机插优质籼稻类型，但成穗率略较低。其中，适宜机插优质籼稻的高峰苗数平均为368.8×104hm-2，比不适宜机插优质籼稻类型高5.25%，且变幅范围小；适宜机插优质籼稻拔节期分蘖数、抽穗期分蘖数和有效穗数分别比不适宜机插优质籼稻类型高11.13%、3.93%和4.30%，变幅范围相对较大；适宜机插优质籼稻成穗率平均为72.8%，略低于不适宜机插优质籼稻类型，但差异不大。可见，适宜机插优质籼稻品种的生育前期分蘖早生快发，较易形成充足的分蘖数量，尽管成穗率略低，但也能保证较高的有效穗数，进而保证机插条件下优质籼稻的稳产甚至高产。

表4 机插条件下优质籼稻的分蘖特性Table 4 Tillering characteristics of rice cultivars under mechanized transplanting

2.2.3干物质积累 由表5可知，机插条件下两种类型优质籼稻主要生育时期的干物质积累及收获指数差异较大。适宜机插优质籼稻类型在拔节期、抽穗期和成熟期的干物质积累均分别高于4.5、9.0和15.0 t·hm-2，分别比不适宜机插优质籼稻类型高8.93%、10.53%和9.26%。具体来看，适宜机插优质籼稻类型除拔节期干物质积累的变幅小于不适宜机插优质籼稻外，机插条件下两种类型优质籼稻抽穗期和成熟期的干物质积累变幅差异不大，但适宜机插优质籼稻类型的最低干物质积累量与最高干物质积累量，均高于不适宜机插优质籼稻类型。此外，适宜机插优质籼稻的收获指数变幅为0.46～0.57，平均值为0.52，比不适宜机插优质籼稻类型提高了8.33%。由此可见，适宜机插优质籼稻类型能够获得较高的花前干物质积累量和花后干物质积累量，同时亦能将更多的干物质积累向籽粒分配，提高收获指数，获得较高的产量。

表5 机插条件下优质籼稻的干物质积累Table 5 Dry matter accumulation of rice cultivars under mechanized transplanting

2.2.4抗倒性 机插条件下两种类型优质籼稻的主要抗倒性指标结果(表6)显示，适宜机插优质籼稻类型的株高平均为116.2 cm，与不适宜机插优质籼稻类型差异不大，且适宜机插优质籼稻类型普遍株高适中，变幅较小；适宜机插优质籼稻基部3个节间的平均抗折力为2 185 g，比不适宜机插优质籼稻类型高35.55%，且适宜机插优质籼稻类型基部3个节间的平均抗折力均高于1 650 g；适宜机插优质籼稻类型倒伏指数变幅为110%～141%，平均值为132%，比不适宜机插优质籼稻低20.00%。由此可以看出，适宜机插优质籼稻的株高适中，基部3个节间平均抗折力较高，倒伏指数较低，抗倒伏性较强，能降低机插条件下优质籼稻生长后期的倒伏风险，确保稳产。

表6 机插条件下优质籼稻的抗倒伏性Table 6 The lodging resistance traits of rice cultivars in mechanized transplanting rice

2.2.5产量构成因素 由表7可见，机插条件下两种类型优质籼稻的有效穗数、每穗粒数、颖花量和结实率均有较大差异，而千粒重差异不大。具体而言，适宜机插优质籼稻有效穗数变幅为226.7×104～317.3×104hm-2，平均为267.7×104hm-2，比不适宜机插优质籼稻类型高4.29%；适宜机插优质籼稻每穗粒数和颖花量变幅分别为141.3～210.2和3 540×104～5 530×104hm-2，平均值为171.1粒和4 560×104hm-2，比不适宜机插优质籼稻类型分别高3.51%和7.29%；适宜机插优质籼稻的结实率变幅为75.1～86.0%，平均为78.7%，比不适宜机插优质籼稻提高了7.07%；两种类型优质籼稻的千粒重变幅和平均值均无较大差异。综合来看，适宜机插优质籼稻品种具有相对较多的有效穗数和每穗粒数，同时能够保持较高的结实率，最终可为机插条件下优质籼稻的稳产或高产提供保障。

表7 机插条件下优质籼稻的产量构成因素Table 7 Yield components of rice cultivars in mechanized transplanting rice

2.3 适宜机插优质籼稻品种的关键评价指标体系

以机插条件下优质籼稻的产量为标准，划分出适宜机插和不适宜机插两种优质籼稻类型。通过在机插条件下将这两种类型优质籼稻的秧苗素质、分蘖特性、干物质积累、抗倒性和产量构成因素等生长特性进行比较发现，不适宜机插优质籼稻类型一般具有1个或多个生长发育特性难以满足水稻生产需求，而适宜机插的优质籼稻类型一般具有能符合机插条件下优质籼稻生长的共性生育指标。据此，本研究从水稻秧苗素质、抗倒伏性和稳产性三方面提出了适宜机插优质籼稻品种的关键评价指标体系(表8)，即秧苗素质要求成苗率>85%，成苗均匀性>1.5苗·cm-2，根冠比>0.3；抗倒伏性要求倒伏指数<150%，株高中等，但基部3节间平均抗折力>1 500 g；稳产性要求产量>8.25 t·hm-2，有效穗数应在225×104～300×104hm-2，每穗粒数>140粒，结实率>75%，成熟期干物质积累量>15 t·hm-2，收获指数>0.45。

表8 适宜机插优质籼稻品种的关键评价指标体系Table 8 Key evaluation index system for mechanized transplanting rice

3 讨论

3.1 机插条件下优质籼稻的适宜性

高产优质一直是水稻育种和栽培的研究主题，而良种良法配套才能充分发挥品种的潜力，达到稳产、高产、高效和安全的目的[18]，筛选适宜机插的优质籼稻品种不但能获得优质稻米，更能进一步发挥优质水稻产量潜力，提高稻米产量。关于品种适宜性的确定，郭长春等[19]以籽粒产量为指标将机械化直播优质杂交籼稻分为高产、中产和低产三个类型，且认为籽粒充实度是筛选适宜机械化直播优质杂交籼稻高产类型品种的关键。何连华等[20]通过34个中籼杂交水稻品种为材料，结合聚类等多种分析方法，得出日产量较高的品种，机插适宜性应较强，并提出以日产量作为适宜机插的中籼杂交水稻品种筛选指标。本研究中，机插条件下34个优质籼稻品种的产量变幅较大，极差高达3.8 t·hm-2，表明贵州地区不同优质籼稻品种在机插条件下适宜性差异较大。结合两步聚类算法，以产量8.25 t·hm-2为临界点作为适宜性筛选标准，这与吕伟生等[21]研究中机插稻高产群体的产量标准一致，也与贵州省优质水稻生产目标[3]吻合。水稻生产的主要目标是高产与优质，据朱大伟等[22]研究表明，不同种植方式下优质稻品种的稻米品质和RVA谱特征值有显著差异。因此，筛选出的适宜机插的优质籼稻品种是否还能保持较高的稻米品质，仍有待进一步研究证实。

3.2 适宜机插优质籼稻的评价指标体系

培育壮秧是机插高产栽培的首要环节，秧苗质量差，不利于水稻高产[23]。本研究中，适宜机插优质籼稻类型成苗率高、秧苗均匀度好、百株地上部干重和百株根系干重均较高，这与胡雅杰等[24]研究结果一致，说明适宜机插优质籼稻类型幼苗粗壮，成苗率和秧苗均匀度较好，能够减小机插过程中漏插率，保证足够的基本苗数。机插水稻的高产与群体茎蘖动态及干物质积累量也有较大关系，机插后分蘖早生快发，形成合理的茎蘖动态、生育中后期较高的群体干物质生产与积累，提高成熟期干物质积累量，可为高产或超高产打下基础[24-25]。本研究中，适宜机插优质籼稻类型植株分蘖早生快发，高峰苗数多，成穗率较低，这与彭长青等[26]研究结果一致。但也有研究认为，机插条件下高产粳稻的分蘖成穗率更高[27]，结果有所差异的主要原因在于茎蘖消亡特性不同[28]，本研究中适宜机插优质籼稻类型品种高峰苗到拔节期茎蘖消亡率相对较小，拔节到抽穗期茎蘖消亡率较大，但由于群体茎蘖起点高，成穗率降低，有效穗数较高。同时，本研究中适宜机插优质籼稻类型从移栽到拔节期、拔节期到抽穗期和抽穗期到成熟期各阶段干物质积累量均较高，符合机插水稻高产群体特征[24]。倒伏是影响水稻产量和品质的重要因素之一，而抗折力和倒伏指数是评价水稻抗倒性的重要指标[29]。本研究结果表明，适宜机插的优质籼稻类型株高适中，基部3个节间的平均抗折力大，抗倒伏指数相对较低，这与姜元华等[30]研究结果一致，说明在水稻机插种植条件下，选用株高适宜、抗倒伏能力强的优质品种是高产的保障。此外，充足的有效穗数、较多的每穗粒数、较高的结实率和千粒重都是高产形成的先决条件。本研究中适宜机插优质籼稻类型每穗粒数多、结实率高、千粒重适中，这与杜永林等[31]认为机插水稻增产的共性是协调好穗数、穗粒数和粒重三者矛盾的研究结果一致，说明适宜机插的优质籼稻类型能够在保持较高的有效穗数基础上，充分发挥大穗潜力，达到增产效果。

综上所述，机插条件下优质籼稻产量差异较大，适宜机插的优质籼稻品种出苗好，成苗率高，幼苗健壮且根系发达，分蘖早生快发，分蘖数多，成穗率低但有效穗数高，干物质生产能力强，茎秆粗壮，抗倒能力强，每穗实粒数和结实率均较高，高产潜力能充分发挥。适宜贵州地区的机插优质籼稻类型秧苗素质的成苗率需高于85%且秧苗均匀性高于1.5苗·cm-2，株高适中，倒伏指数低于150%，成熟期干物质积累量高于15 t·hm-2，有效穗数225×104～300×104hm-2，每穗粒数大于140，结实率高于75%，产量高于8.25 t·hm-2。总体来看，优质籼稻川优8377、蓉18优2348、F优498、德优4727、晶两优534、Y两优1号、繁优609、宜香优2115、隆两优1146、晶两优1377、中优295、旌优127、晶两优华占、隆两优1206和宜香优1108适宜在贵州地区机插种植。