水稻超高產(chǎn)栽培研究進(jìn)展

水稻超高產(chǎn)栽培研究進(jìn)展

中國(guó)約60%的人口主要從事水稻，水稻產(chǎn)量增加是中國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保障食品安全的重要課題。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),我國(guó)作物增產(chǎn)主要依賴單產(chǎn)的提高,其貢獻(xiàn)率已達(dá)60%以上。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織預(yù)測(cè),未來(lái)世界糧食增產(chǎn)總量約80%需要來(lái)自單產(chǎn)的提高。因此,通過開展水稻超高產(chǎn)栽培研究與應(yīng)用來(lái)推動(dòng)大面積增產(chǎn),成為我國(guó)水稻生產(chǎn)的研究熱點(diǎn)與生產(chǎn)實(shí)踐的亮點(diǎn)。自1980年日本在水稻育種的“逆7.5.3計(jì)劃”中首次提出超高產(chǎn)概念以來(lái),我國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)相繼開展了水稻超多收、超高產(chǎn)栽培研究與實(shí)踐。特別是1996年,我國(guó)農(nóng)業(yè)部啟動(dòng)了“中國(guó)超級(jí)稻選育及栽培體系”的研究專項(xiàng),更推動(dòng)了我國(guó)水稻超高產(chǎn)的研究與應(yīng)用,獲得了諸多重要成果。在理論與技術(shù)方面,凌啟鴻等提出的“小群體、壯個(gè)體、高積累”的途徑與“群體質(zhì)量調(diào)控理論”,蔣彭炎等提出的“稀少平”與“三高一穩(wěn)”途徑,陶詩(shī)順等提出的超多蘗壯秧超稀植途徑,鄒應(yīng)斌等提出的“旺壯重”栽培途徑等。形成了各具特色的模式,例如有精確定量栽培、“三圍”栽培、寒地“三超”栽培等。世界各國(guó)農(nóng)業(yè)界在水稻超高產(chǎn)品種選育上已有明確的產(chǎn)量指標(biāo),日本提出的指標(biāo)是單位面積產(chǎn)量超過對(duì)照品種秋光50%;國(guó)際水稻研究所提出的指標(biāo)是稻谷產(chǎn)量潛力達(dá)到800kg/667m2;中國(guó)農(nóng)業(yè)部對(duì)超高產(chǎn)的定義是:2000年水稻單產(chǎn)穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)700kg/667m2,2005年突破800kg/667m2,2015年達(dá)到900kg/667m2;袁隆平院士提出了每667m2稻田日產(chǎn)稻谷≥6.7kg的日產(chǎn)量指標(biāo)。那什么是超高產(chǎn)栽培呢?根據(jù)作者的實(shí)踐與理解有兩種意義上的概念:一種是指創(chuàng)造世界最高單產(chǎn)或達(dá)到接近這種最高單產(chǎn)的栽培實(shí)踐;另一種比較切合廣大生產(chǎn)實(shí)際,是指在各生態(tài)區(qū)自然條件與代表性種植制度及栽培方式下,最大限度地協(xié)調(diào)水稻生產(chǎn)中的各種矛盾,充分發(fā)揮其增產(chǎn)潛力,產(chǎn)量提高30%以上,并降低化學(xué)品投入和生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)高額豐產(chǎn)與稻米質(zhì)量安全、生產(chǎn)高效、生態(tài)環(huán)境友好相協(xié)同的栽培實(shí)踐。簡(jiǎn)而言之,是指創(chuàng)造本生態(tài)區(qū)代表性種植制度及栽培方式的最高單產(chǎn)或接近最高單產(chǎn)的栽培實(shí)踐。我國(guó)不同生態(tài)地區(qū)水稻生產(chǎn)條件千差萬(wàn)別,同一品種在不同生態(tài)區(qū)栽培產(chǎn)量不同,以及在同一生態(tài)區(qū)不同栽培制度下的產(chǎn)量也有較大差別。因此,不同生態(tài)區(qū)、不同種植制度與方式等條件下,超高產(chǎn)的具體指標(biāo)應(yīng)有所不同,所以,把超高產(chǎn)栽培的增產(chǎn)指標(biāo),因地制宜地建立在本生態(tài)區(qū)同一種種植制度(包括栽培方式)下現(xiàn)有最優(yōu)品種最高產(chǎn)量達(dá)到的相對(duì)增產(chǎn)幅度上(如增產(chǎn)30%左右),可能更具有現(xiàn)實(shí)意義。不同地區(qū)應(yīng)根據(jù)具體情況,制定切實(shí)可行的超高產(chǎn)栽培指標(biāo),方便示范與實(shí)際應(yīng)用。例如,江蘇稻麥(油)復(fù)種條件下的單季粳稻區(qū),常年水稻均產(chǎn)550kg/667m2,增產(chǎn)30%,產(chǎn)量達(dá)715kg/667m2,超高產(chǎn)栽培產(chǎn)量指標(biāo)可因地因栽培制度定為700~800kg/667m2。以此類推,在南方雙季稻區(qū)超高產(chǎn)目標(biāo)可為兩季1100~1250kg/667m2。1現(xiàn)在，我國(guó)高產(chǎn)水養(yǎng)殖的發(fā)展1.1解決糧食安全問題的根本出路我國(guó)人多地少,加上經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展,耕地不斷減少,人口不斷增加,糧食安全問題越來(lái)越突出。解決問題的根本出路在于堅(jiān)持穩(wěn)定播種面積,千方百計(jì)提高單產(chǎn),增加總產(chǎn)?？梢?我們的國(guó)情迫切需要加緊研究并應(yīng)用水稻超高產(chǎn)栽培技術(shù)。1.2水稻生產(chǎn)規(guī)模建國(guó)以來(lái),我國(guó)農(nóng)學(xué)界在總結(jié)群眾經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)我國(guó)不同稻區(qū)的稻作原理與實(shí)踐進(jìn)行了大量研究,形成了具有我國(guó)特色的多種高產(chǎn)栽培理論與技術(shù),帶動(dòng)了我國(guó)水稻單產(chǎn)從建國(guó)初126kg/667m2上升到現(xiàn)在的437kg/667m2。各地高產(chǎn)典型紛紛涌現(xiàn),不少地區(qū)已從中產(chǎn)上升到高產(chǎn)水平,例如長(zhǎng)江下游的江浙滬地區(qū),東北的遼吉地區(qū)。部分地區(qū)正在由高產(chǎn)向更高產(chǎn)邁進(jìn),例如江蘇200多萬(wàn)hm2水稻常年單產(chǎn)在550kg/667m2左右,其中已有十幾個(gè)縣、市單產(chǎn)超過600kg/667m2。由此可見,我國(guó)已經(jīng)有不少地區(qū)的水稻生產(chǎn)達(dá)到較高水平。在此基礎(chǔ)上要進(jìn)一步持續(xù)發(fā)展,需要水稻超高產(chǎn)栽培理論與技術(shù)來(lái)引領(lǐng)。1.3超高產(chǎn)指標(biāo)檢測(cè)10多年來(lái),我國(guó)已培育出一大批超級(jí)稻品種(83個(gè)),它們?cè)诔?jí)稻認(rèn)定驗(yàn)收過程中,在百畝連片上都達(dá)到相應(yīng)的超高產(chǎn)指標(biāo),例如單季稻達(dá)到780~800kg/667m2。但從目前大面積實(shí)際應(yīng)用來(lái)看,產(chǎn)量?jī)H達(dá)到500~600kg/667m2,尚有30%的潛力未發(fā)揮出來(lái),急待加強(qiáng)研究因種配套的超高產(chǎn)栽培實(shí)用技術(shù),推而廣之,以進(jìn)一步發(fā)揮超級(jí)稻的增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。1.4大規(guī)模的超高產(chǎn)栽培開展高產(chǎn)創(chuàng)建是推動(dòng)我國(guó)作物大面積增產(chǎn)的重大抓手。要求在萬(wàn)畝連片上實(shí)現(xiàn)單季稻700kg/667m2,雙季稻1000kg/667m2,這是在較大規(guī)模上的超高產(chǎn)栽培實(shí)踐,也是一種全國(guó)性的超高產(chǎn)栽培競(jìng)賽。這種全國(guó)性的大規(guī)模的栽培實(shí)踐尤其需要超高產(chǎn)栽培理論的直接指導(dǎo),各地更需要有本土化的超高產(chǎn)栽培技術(shù)的示范應(yīng)用?？傊?大力加強(qiáng)超高產(chǎn)栽培與應(yīng)用勢(shì)在必行,它是我國(guó)水稻生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的客觀要求,是水稻生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的基本方向。2江蘇級(jí)稻栽培工作回顧自上世紀(jì)80年代以來(lái),特別是進(jìn)入新世紀(jì)以后,揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院以國(guó)家糧食豐產(chǎn)科技工程、超級(jí)稻栽培等項(xiàng)目的實(shí)施為依托,立足江蘇,對(duì)水稻超高產(chǎn)的規(guī)律與栽培技術(shù)進(jìn)行不斷的探索與研究,創(chuàng)造了稻麥兩熟條件下百畝連片單產(chǎn)898.9kg/667m2、攻關(guān)田單產(chǎn)937.2kg/667m2的新紀(jì)錄,栽培理論和實(shí)踐上均取得重要進(jìn)展,現(xiàn)將研究工作扼要總結(jié)如下。2.1群體總穎花量的顯著增加目前我國(guó)各地高產(chǎn)實(shí)踐表明,當(dāng)產(chǎn)量600~700kg/667m2時(shí),每667m2穎花數(shù)為2500~3000萬(wàn);當(dāng)產(chǎn)量700~800kg/667m2時(shí),每667m2穎花數(shù)為2800~3800萬(wàn);江蘇、福建、湖南、云南等地單產(chǎn)900~1000kg/667m2甚至更高的田塊,其每667m2穎花數(shù)達(dá)到4000~4500萬(wàn)?？梢?產(chǎn)量隨穎花量增加而增加。2006年,對(duì)江蘇興化百畝攻關(guān)方中單產(chǎn)750kg/667m2以上田塊的分析表明(表1),平均產(chǎn)量較CK增加10.8%?？梢钥闯?顯著增產(chǎn)的主要原因是群體總穎花量的顯著增加,同時(shí)保持良好的結(jié)實(shí)性狀。2008-2009年,江蘇興化百畝攻關(guān)方單產(chǎn)900kg/667m2左右甬優(yōu)8號(hào),2007-2009年,姜堰百畝攻關(guān)方單產(chǎn)900kg/667m2左右甬優(yōu)8號(hào),產(chǎn)量及其構(gòu)成均表現(xiàn)上述規(guī)律。一般單產(chǎn)900kg/667m2需穎花量3500萬(wàn)以上,單產(chǎn)900kg/667m2需穎花量4000萬(wàn)以上(表2)。秈型雜交稻,如兩優(yōu)培九,也是通過增加單位面積穎花量、保持正常結(jié)實(shí)率與千粒重獲得超高產(chǎn)(表3)。國(guó)家豐產(chǎn)工程江蘇項(xiàng)目實(shí)施的60多個(gè)水稻千畝方驗(yàn)收結(jié)果,16個(gè)千畝試驗(yàn)方平均產(chǎn)量達(dá)700kg/667m2以上,并有3個(gè)800kg/667m2超高產(chǎn)試驗(yàn)攻關(guān)方(連片1hm2)。以常優(yōu)1號(hào)、甬優(yōu)8號(hào)分析(圖1),不同產(chǎn)量等級(jí)差異主要在于穎花量。在安全結(jié)實(shí)條件下,群體總穎花量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),表明穎花量越高產(chǎn)量越高。在增加穎花量的兩個(gè)因素中,理論上增穗或增粒均可超高產(chǎn),但均以二者協(xié)同增長(zhǎng)較易實(shí)現(xiàn)(表4、表5)。每667m2產(chǎn)量要達(dá)到800kg,或再向上提高到900kg,則是在適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上,主要靠每穗穎花量的增加(表6)。2.2優(yōu)化集體物質(zhì)生產(chǎn)積累的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，準(zhǔn)確穩(wěn)定初始生長(zhǎng)量，合理增加中期高效光緒產(chǎn)量，全面增強(qiáng)后續(xù)物質(zhì)生產(chǎn)積累能力2.2.1超高產(chǎn)農(nóng)田干物質(zhì)量變化顯著由圖2可以看出,對(duì)于常優(yōu)1號(hào)來(lái)說(shuō),每667m2產(chǎn)量750kg以上與700kg左右相比,生育前期大致相當(dāng);抽穗期及其抽穗后各時(shí)期,超高產(chǎn)田干物質(zhì)量均顯著高于一般田塊。對(duì)于甬優(yōu)8號(hào)(9塊田)來(lái)說(shuō),每667m2產(chǎn)量接近900kg與產(chǎn)量800kg左右比較,表現(xiàn)出類似規(guī)律。2.2.2生育中期拔節(jié)抽穗期高效干物質(zhì)積累量和葉面積指數(shù)的變化由表7可以看出,對(duì)于常優(yōu)1號(hào)來(lái)說(shuō),與單產(chǎn)700kg/667m2左右相比,單產(chǎn)750kg/667m2以上的,拔節(jié)~抽穗期干物質(zhì)積累量顯著提高,其占成熟期干物質(zhì)積累量的比例亦是如此(從36.0%提高到40.2%);同時(shí),抽穗期的葉面積指數(shù)、有效葉面積率、高效葉面積率以及單位面積承載的穎花量均顯著提高。甬優(yōu)8號(hào)單產(chǎn)接近900kg/667m2與單產(chǎn)800kg/667m2左右相比,亦有類似規(guī)律。適當(dāng)提高生育中期(拔節(jié)~抽穗期)群體高效干物質(zhì)積累量是進(jìn)一步增加后期光合生產(chǎn)量的前提。從水稻生長(zhǎng)發(fā)育過程來(lái)看,生育后期群體干物質(zhì)積累是以抽穗期足量適宜干物質(zhì)量為基礎(chǔ)的,而抽穗期適宜的物質(zhì)積累又是通過生育前中期系統(tǒng)的合理調(diào)控達(dá)到的;再?gòu)脑耘嘟嵌葋?lái)看,生育前中期群體生長(zhǎng)的人為可調(diào)性大。因此,在進(jìn)行超高產(chǎn)栽培時(shí),不僅要重視前期的精確定量化管理,更要注重生育中期的精確定量?jī)?yōu)化調(diào)控,而且這方面技術(shù)性更強(qiáng)。2.2.3抽穗后干物質(zhì)積累由表8可以看出,對(duì)于常優(yōu)1號(hào)來(lái)說(shuō),與單產(chǎn)700kg/667m2(每667m2干物質(zhì)量481.0kg)相比,單產(chǎn)750kg/667m2以上的,抽穗后干物質(zhì)積累量(每667m2干物質(zhì)量523.7kg)顯著提高,其占成熟期干物質(zhì)量的比重相當(dāng),均在40.0%以上。其干物質(zhì)積累多,是因?yàn)閱萎a(chǎn)750kg/667m2以上田塊抽穗后光合生產(chǎn)力大,具體表現(xiàn)為葉面積衰減率顯著小,光合勢(shì)、凈同化率以及相應(yīng)的粒葉比(實(shí)粒/葉、粒重/葉)均顯著高。甬優(yōu)8號(hào)亦表現(xiàn)出類似趨勢(shì)。2.3在水稻品種良好和集體結(jié)構(gòu)的配合下，形成一個(gè)大結(jié)構(gòu)，通常豐富，能夠良好的集體支撐能力2.3.1最佳群體及穎花量2008年,在興化百畝攻關(guān)方上,調(diào)查不同群體類型的田塊,分析表明,有效穗數(shù)與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系,即成熟期群體穗數(shù)存在一個(gè)適宜值,常優(yōu)1號(hào)為19.5萬(wàn)/667m2,甬優(yōu)8號(hào)為14.5萬(wàn)/667m2(圖3)。據(jù)此最適宜值,將常優(yōu)1號(hào)15塊田劃分成不足、適宜、偏大3類群體,各自產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)表明,3類群體結(jié)實(shí)率與千粒重相同,產(chǎn)量上的差異主要在群體穎花量上(表9)。適宜群體一般表現(xiàn)為穗數(shù)足,穗型大,群體穎花量高;不足群體為穗數(shù)少,穗型不大,群體穎花量少;偏大群體為穗數(shù)多,但穗型小,群體穎花量仍不及適宜群體,部分群體雖然穎花量較大,但會(huì)因發(fā)生倒伏而不能高產(chǎn)。因此,在進(jìn)行超高產(chǎn)栽培時(shí),必須以品種安全抗倒的適宜穗數(shù)來(lái)構(gòu)成群體大庫(kù)容。2.3.2葉的生長(zhǎng)生長(zhǎng)為6個(gè)月的表現(xiàn)抽穗期株型特征表明(表10),無(wú)論是常優(yōu)1號(hào)還是甬優(yōu)8號(hào),均隨產(chǎn)量水平的提高,株高稍增,但基部節(jié)間更粗,單莖莖鞘更重,上三葉稍長(zhǎng)而葉片增厚,葉基角、葉開角與披垂度小,株型更挺拔。即個(gè)體生長(zhǎng)量加大且株型結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,表明中期增加的是高效生長(zhǎng)量。前述的群體高效葉面積率與粒葉比均高也證明了這一點(diǎn)。2.3.3水平群體回運(yùn)和灌漿期的特點(diǎn)由表11可以看出,在抽穗至乳熟期,常優(yōu)1號(hào)單產(chǎn)750kg/667m2以上的單莖莖鞘物質(zhì)輸出量、輸出率以及輸出物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)率均顯著高于單產(chǎn)700kg/667m2左右的;在乳熟至成熟期,兩品種產(chǎn)量水平群體單莖莖鞘物質(zhì)的輸出量都為負(fù)值,均表現(xiàn)出物質(zhì)回運(yùn)的現(xiàn)象,并以單產(chǎn)750kg/667m2以上群體的回運(yùn)最顯著;在抽穗至成熟期,單產(chǎn)750kg/667m2以上田塊單莖莖鞘物質(zhì)輸出量、輸出率和輸出物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)率均顯著低于單產(chǎn)700kg/667m2左右田塊。可見,常優(yōu)1號(hào)單產(chǎn)750kg/667m2以上田塊灌漿期有如下特點(diǎn):在籽粒灌漿前、中期(抽穗-乳熟期),以較高莖鞘貯藏物質(zhì)的輸出與轉(zhuǎn)運(yùn),滿足籽粒庫(kù)容的有效充實(shí);在籽粒灌漿后期(乳熟-成熟期),以較多的光合物質(zhì),進(jìn)一步滿足籽粒充實(shí)之需,還能以充足的物質(zhì)供莖鞘再度充實(shí)之需,保持后期莖稈支撐強(qiáng)度。甬優(yōu)8號(hào)亦表現(xiàn)出類似規(guī)律。3擴(kuò)大群體結(jié)構(gòu),增加相應(yīng)群體建設(shè)通過上述幾方面超高產(chǎn)形成規(guī)律的揭示,本研究得出了超高產(chǎn)栽培根本在于“強(qiáng)支撐、擴(kuò)庫(kù)容、促充實(shí)”的結(jié)論。即以形成抗倒伏的高光效群體結(jié)構(gòu)為支撐,用適量大穗擴(kuò)大群體庫(kù)容,提高生育后期物質(zhì)生產(chǎn)力,促進(jìn)庫(kù)容的有效充實(shí)。為了應(yīng)用上述超高產(chǎn)形成的基本規(guī)律來(lái)指導(dǎo)超高產(chǎn)栽培實(shí)踐,提高超高產(chǎn)栽培的重演率(成功率),筆者根據(jù)總結(jié)出的規(guī)律與10多年的攻關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),把超高產(chǎn)栽培較為實(shí)用的途徑(模式)概括為“精苗穩(wěn)前-控蘗優(yōu)中-大穗強(qiáng)后”的可量化把握的系統(tǒng)過程,以便于指導(dǎo)生產(chǎn)(圖4)。3.1栽苗、同伸、種子同伸的量測(cè)精準(zhǔn)的苗數(shù)是指在個(gè)體分蘗充分發(fā)生的前提下,群體于有效分蘗臨界葉齡期準(zhǔn)時(shí)夠苗(圖5)。精良的苗質(zhì)是指依靠帶蘗壯秧建立合理群體起點(diǎn),促進(jìn)個(gè)體分蘗早生快發(fā),以足量大分蘗提高夠苗時(shí)的群體質(zhì)量。根據(jù)作者闡明的在有效分蘗臨界葉齡期前個(gè)體分蘗量越多,單株與單莖產(chǎn)量越高的規(guī)律,即要求移栽時(shí)的秧苗能基本保持葉蘗同伸[靠秧田期精種精播旱(濕)育精管來(lái)實(shí)現(xiàn)],栽到本田后除因植傷活棵期分蘗較少發(fā)生外,有效分蘗80%能按同伸規(guī)則發(fā)生。以這兩方面的精苗指標(biāo)精確設(shè)計(jì)出的群體起點(diǎn)數(shù)量,并通過合理調(diào)控準(zhǔn)時(shí)夠苗,也就能在生育前期各葉齡期穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)群體的精準(zhǔn)苗數(shù)與精良的苗質(zhì)。3.2優(yōu)化群體結(jié)構(gòu),建成足量安全庫(kù)容所謂“控蘗優(yōu)中”,即在“精苗穩(wěn)前”的基礎(chǔ)之上,通過有效分蘗期末適當(dāng)減肥,并提前在群體80%夠苗即斷水?dāng)R田,及早控制無(wú)效分蘗,約束高峰苗在適宜穗數(shù)的1.3~1.4倍,調(diào)節(jié)形成合理群體動(dòng)態(tài)及其規(guī)模,育壯稈,攻大穗,以良好的株型優(yōu)化群體結(jié)構(gòu),在滿足群體抽穗期適宜干物質(zhì)積累量的同時(shí)建成足量安全庫(kù)容的高光效群體。3.3抽穗對(duì)個(gè)體物質(zhì)積累的影響即以大穗構(gòu)成大庫(kù)容的群體來(lái)增強(qiáng)后期的物質(zhì)生產(chǎn)力。由于莖稈節(jié)間的伸長(zhǎng)、充實(shí)以及莖稈上部3張高效功能葉的伸出,總體上均是與幼穗分化發(fā)育及形成同步進(jìn)行的。因此,大穗的形成必然存在壯稈與高效葉片合理配置的基礎(chǔ),而這三方面的協(xié)同形成就為增強(qiáng)后期群體生產(chǎn)力提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和群體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。同時(shí),以適量大穗來(lái)滿足超高產(chǎn)所需的庫(kù)容量,與中穗或小穗構(gòu)成的群體相比,顯著減少了單位面積上所承載的莖稈數(shù)、葉片數(shù)、穗數(shù),有利于群體內(nèi)的通風(fēng)透光,增厚群體光合層,提高群體的光合生產(chǎn)力。另外,適量大穗構(gòu)成的群體,后期根系活力強(qiáng),吸肥多,增強(qiáng)了后期群體地下部的功能與作用。由于以上多方面的“強(qiáng)后”因素,就可使抽穗后LAI下降較為平穩(wěn),使群體具有較大的光合勢(shì),每667m2可凈產(chǎn)出500kg左右干物質(zhì)量,確保大庫(kù)容有效充實(shí)度較高,達(dá)到85%,乃至于90%(表12)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一途徑的可行性,2005年以武粳15、常優(yōu)1號(hào)為供試材料,設(shè)置了前促、優(yōu)中(穩(wěn)前優(yōu)中強(qiáng)后)與常規(guī)栽培三種途徑的比較試驗(yàn)(表13)。結(jié)果(表14)表明,兩個(gè)品種“優(yōu)中”途徑的群體庫(kù)容量與產(chǎn)量均極顯著高于“前促”與對(duì)照,武粳15與常優(yōu)1號(hào)每667m2產(chǎn)量分別達(dá)764.1kg及752.8kg。不同途徑處理群體的物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)(表15)表明,“優(yōu)中”處理恰好體現(xiàn)了“穩(wěn)前、優(yōu)中、強(qiáng)后”模式的特征,移栽至拔節(jié)期每667m2干物質(zhì)積累量明顯少于“前促”與對(duì)照,而生育中、后期的物質(zhì)積累量則均較高,所以最終總生物產(chǎn)量極顯著增加并保持較高經(jīng)濟(jì)系數(shù),獲得超高產(chǎn)。這一試驗(yàn)結(jié)果證明了本研究所提出的栽培途徑具有良好的可操作性與重演性。同時(shí),分析江蘇興化、高郵、姜堰、如東等地出現(xiàn)的單產(chǎn)750~800kg/667m2田塊群體的形成軌跡,均很大程度與“精苗穩(wěn)前、控蘗優(yōu)中、大穗強(qiáng)后”相吻合。4實(shí)施精細(xì)定量栽培超高產(chǎn)栽培,筆者認(rèn)為實(shí)質(zhì)上是利用適合當(dāng)?shù)氐淖顑?yōu)水稻品種,通過全程精確調(diào)控,使水稻充分利用本地自然資源與生產(chǎn)條件,最充分地表達(dá)品種的高產(chǎn)潛力,能達(dá)到頂級(jí)水平的產(chǎn)量。因此,超高產(chǎn)栽培必須實(shí)施精確定量栽培。精確定量水平越高,獲得的產(chǎn)量就越高。4.1選用穗粒及用量本研究的實(shí)踐表明,選用具有超高產(chǎn)潛力的品種應(yīng)遵循以下標(biāo)準(zhǔn):(一)選擇可確保安全成熟、生育期長(zhǎng)且與季節(jié)進(jìn)程優(yōu)化同步的品種;(二)選擇穗粒(包括粒重較大)協(xié)調(diào)的大穗型品種;(三)選用株高適中、株型較緊湊、葉片挺立、抗倒伏、抗病害(特別是抗條紋葉枯病、黑條矮縮病、稻瘟病等)的高效品種。4.2優(yōu)化曲線生產(chǎn)效率實(shí)踐表明,即使選用了超級(jí)稻品種,并確定了最佳播期,若培育不出壯秧,要實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)是根本不可能的。因此,超高產(chǎn)栽培對(duì)壯秧要求十分嚴(yán)格,其中有兩個(gè)根本的量化精確指標(biāo)。首先是適齡,即秧齡符合生育進(jìn)程與季節(jié)進(jìn)程優(yōu)化同步的要求。如兩優(yōu)培九在揚(yáng)州地區(qū)麥茬條件下,以主莖葉的中大苗利于在8月下旬抽穗實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn),且可提高肥料生產(chǎn)效率(表16)。其次是保持葉蘗基本同伸(一次分蘗80%以上同伸),即4葉期至少平均帶蘗0.8個(gè),5葉期至少帶蘗1.6個(gè),6葉期至少帶蘗2.4個(gè),7葉期至少帶蘗3.2個(gè),而8葉、9葉期秧苗至少帶蘗5個(gè)以上。例如兩優(yōu)培九7葉期,單株帶蘗3~4個(gè)的處理穗大粒多,能超高產(chǎn),而單株帶1~2個(gè)蘗或不帶蘗的處理根本不能高產(chǎn)(表17)。4.3適度稀植條件對(duì)稻米生長(zhǎng)、產(chǎn)量的影響在超高產(chǎn)栽培中,精確栽植的原則是:強(qiáng)化個(gè)體有效分蘗形成群體足量大穗,以群體結(jié)構(gòu)與株型結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào),有效地提高群體抗倒伏能力與庫(kù)容量。精確栽植包括多方面的內(nèi)容,其中首先要根據(jù)超高產(chǎn)的適宜穗數(shù),合理確定移栽的基本苗數(shù)量。具體可用凌啟鴻等提出的基本苗公式進(jìn)行計(jì)算。1999-2001年,筆者以兩優(yōu)培九與武運(yùn)粳8號(hào)為對(duì)象,連續(xù)3年的稀植生產(chǎn)力比較試驗(yàn)表明,適度稀植相對(duì)有利于構(gòu)建抗倒伏的超高產(chǎn)群體(表18)。具體為:(1)以每667m2插1.0萬(wàn)叢、每叢1本或2本的適度稀植,比每667m2插1.5萬(wàn)叢及2.0萬(wàn)叢的處理有利于塑造抗倒的株型。首先,地上部伸長(zhǎng)節(jié)間配置相對(duì)合理,基部節(jié)間短而粗壯,穗下1節(jié)和穗下2節(jié)占株高比例大,一般二者之和可占50%以上;其次,莖生葉特別是上三葉直立性較好,莖稈上綠葉鞘多,至抽穗時(shí)綠葉鞘可與伸長(zhǎng)節(jié)間數(shù)相等,成熟期仍有3~4個(gè),同時(shí)莖稈充實(shí)度高,彈性好。(2)適度稀植的群體密度與生產(chǎn)量分布均勻,冠層通風(fēng)透光良好,基部光強(qiáng)可達(dá)光補(bǔ)償點(diǎn)以上。(3)適度稀植條件下,武運(yùn)粳8號(hào)、兩優(yōu)培九單株成穗數(shù)較多,穗型較大,不僅能協(xié)調(diào)地形成較大的群體庫(kù)容量,而且由于群體結(jié)構(gòu)與株型結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào),使群體具有相對(duì)較強(qiáng)的抗風(fēng)雨抗倒伏的能力,故可以超高產(chǎn)。在適度稀植中改革了原來(lái)方形勻栽的密植型插秧方式(20cm×20cm或20cm×16.7cm,每叢4~6株或更多),向?qū)捫姓甑纳俦緞蛑?30cm×20cm或33.3cm×16.7cm,每叢1~2株)的栽培方式發(fā)展。前面述及的兩優(yōu)培九試驗(yàn)表明(表19),在適當(dāng)闊行稀植栽培方式下(667m2插1.0~1.5萬(wàn)叢,每叢1~2本),比較容易獲得超高產(chǎn),且安全生產(chǎn)性好(抗倒伏性較強(qiáng))。同時(shí),對(duì)兩優(yōu)培九稀植栽培的稻米加工、外觀品質(zhì)分析表明(圖6),在667m2所栽叢數(shù)一定時(shí),隨栽插本數(shù)的增加,稻米整精米率呈下降趨勢(shì),堊白率呈增加的趨勢(shì);栽插本數(shù)相同,隨著栽插叢數(shù)的增加,稻米的整精米率呈現(xiàn)出下降趨勢(shì),堊白率則無(wú)明顯變化規(guī)律。與常規(guī)栽插對(duì)照相比,兩優(yōu)培九稻米加工品質(zhì)在稀植處理下均高于對(duì)照處理,稻米堊白率除1/1(每667m2插1.0萬(wàn)叢,每叢插1本)處理外均較高。因此,總體上看,1/1處理可以獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的統(tǒng)一。進(jìn)一步分析稀植栽培條件下的稻米R(shí)VA譜特征值的變化趨勢(shì)表明,隨著栽插叢數(shù)的增加,栽插本數(shù)間的差異值變小。兩優(yōu)培九在0.5萬(wàn)叢/667m2、1.0萬(wàn)叢/667m2單本栽插時(shí),消減值下降,RVA譜特征得到了明顯的優(yōu)化。處理中,以0.5萬(wàn)叢和1萬(wàn)叢單本栽插時(shí)RVA譜較優(yōu)(表19)。綜合1995年以來(lái)的超高產(chǎn)栽培試驗(yàn)實(shí)踐,總結(jié)出較適宜的稀植指標(biāo)是在采用器官基本同伸的壯秧前提下,大穗型雜交稻每667m2插1±0.2萬(wàn)叢,每叢插1株(粳型可2株);穗粒兼顧型的常規(guī)粳稻每667m2栽1.2±0.3萬(wàn)叢,每叢插1~2株;秧苗素質(zhì)稍差,或地力稍差條件下,每叢宜插2株。4.4精確定量施肥4.4.1施肥對(duì)土壤養(yǎng)分水平不穩(wěn)定的影響施用有機(jī)肥不僅可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,而且能增強(qiáng)土壤的通透性,改良土壤結(jié)構(gòu),使水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn);長(zhǎng)期單施化肥,土壤板結(jié),土壤養(yǎng)分水平不穩(wěn)定,不利水稻穩(wěn)定超高產(chǎn)。超高產(chǎn)實(shí)踐表明,采用有機(jī)肥20%~30%、化肥70%~80%的有機(jī)肥、無(wú)機(jī)肥比例,可使土壤有一個(gè)良好的養(yǎng)分供應(yīng)系統(tǒng),利于超高產(chǎn)。同時(shí),堅(jiān)持前茬麥(油)或稻秸稈全量還田是地力持續(xù)增長(zhǎng)的重要措施,超高產(chǎn)栽培體系中必須堅(jiān)持實(shí)施好這一環(huán)節(jié)。4.4.2施氮量、氮素、穗肥比及用量水稻優(yōu)質(zhì)超高產(chǎn)需要各種養(yǎng)分元素,養(yǎng)分的短缺和過量均是不利的。各種必需營(yíng)養(yǎng)元素之間的比例平衡和某一種水稻必需元素的數(shù)量充足同樣重要,養(yǎng)分平衡是保持水稻超高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的重要基礎(chǔ)。氮、磷、鉀、硅是水稻營(yíng)養(yǎng)的四大要素,它們?cè)谒倔w內(nèi)的作用并非獨(dú)立的,而是通過有機(jī)物的形成與轉(zhuǎn)化得到相互聯(lián)系。只有當(dāng)大量元素供給已經(jīng)滿足,產(chǎn)量和品質(zhì)才能提高到高水平上。由此可見,應(yīng)因土確定超高產(chǎn)的N、P、K、Si施用配比。關(guān)于氮肥定量,本課題近幾年研究表明,用Stanford差值法設(shè)計(jì)超高產(chǎn)總用N量利于施肥精確化。依此超高產(chǎn)施氮總量(kg/667m2)=(目標(biāo)產(chǎn)量的需氮量-土壤的供氮量)/氮肥的當(dāng)季利用率。實(shí)踐中用該公式計(jì)算總用氮量是否準(zhǔn)確,關(guān)鍵在于公式中目標(biāo)產(chǎn)量的需氮量、土壤的供氮量及肥料當(dāng)季利用率3個(gè)參數(shù)的合理取值。首先是目標(biāo)產(chǎn)量需氮量的確定。目標(biāo)產(chǎn)量需氮量=目標(biāo)產(chǎn)量×目標(biāo)產(chǎn)量下的每100kg稻谷需氮量。綜合本課題多年超高產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果,江蘇700~750kg/667m2產(chǎn)量水平下每百kg稻谷需氮量單季粳稻為2.1kg,中秈稻為1.9kg。即單產(chǎn)700~750kg/667m2水平下,每667m2需氮量中秈為13.30~14.25kg,單季粳稻為14.70~15.75kg。其次是土壤供氮量的確定。由于地區(qū)、土類和地力不同,土壤的綜合供氮量(包括灌溉水、降雨的氮及生物固氮的氮)亦不同。多點(diǎn)試驗(yàn)表明,不同地力等級(jí)(基礎(chǔ)產(chǎn)量)下每100kg籽粒吸N量與土壤供氮量見表20。最后是氮素當(dāng)季利用率的確定。通過產(chǎn)量與氮素利用率關(guān)系的分析表明(圖7),大致40.0%的氮素當(dāng)季利用率是奪取超高產(chǎn)的臨界指標(biāo)值。根據(jù)眾多700kg高產(chǎn)田的氮素利用率(38.0%~45.7%)平均值為42.5%,故可用42.5%作為計(jì)算時(shí)的參數(shù)值(最低為40.0%)。根據(jù)上述3個(gè)參數(shù)的實(shí)用求取法,以興化市某一塊田基礎(chǔ)地力產(chǎn)量420kg為例,相應(yīng)的百kg籽粒需N量為1.7kg,即算出土壤供N量為7.2kg/667m2。單產(chǎn)700kg/667m2的粳稻,每百kg籽粒需氮量為2.1kg,算出需N量為14.7kg/667m2;若以N肥利用率40%計(jì)算,則求出總施N量為18.7kg/667m2。單產(chǎn)700kg/667m2的秈稻總施N量計(jì)算方法亦是如此。然而,氮素要精確定量施用,必須與品種、基本苗、行株距、氮磷鉀比例和其他栽培技術(shù)實(shí)行合理的配套,使綜合措施的配合關(guān)系符合超高產(chǎn)栽培的要求。同時(shí),基蘗肥和穗肥的比例以及施用時(shí)期均要符合“精苗穩(wěn)前、控蘗攻中、大穗強(qiáng)后”的要求。關(guān)于基蘗肥與穗肥比的確定,以常優(yōu)1號(hào)為材料,每667m2施15kg純氮條件下的不同運(yùn)籌處理試驗(yàn)表明,前、中期不同施氮比例與產(chǎn)量呈二次曲線關(guān)系(Y=-0.0745X2+7.465X+494.42,R=0.8389*)。說(shuō)明要獲得超高產(chǎn)更需要適宜的施氮比例,即前期施氮量占總施氮量50.1%時(shí),產(chǎn)量最高,過高過低都不利于超高產(chǎn)。在本試驗(yàn)條件下,前、中期施氮比例為5∶5時(shí)產(chǎn)量最高,為704.4kg/667m2,顯著高于6∶4處理的681.2kg/667m2,極顯著高于其他處理。產(chǎn)量排序?yàn)?∶5>6∶4>4∶6>7∶3>3∶7>2∶8。常優(yōu)1號(hào)每667m2施15kg純氮的處理,前、中、后期不同施氮比例與氮素利用率也存在拋物線關(guān)系(Y=-0.0037X2+0.4006X+35.124,R=0.968**)(圖8)。前期施氮量占總施氮量54.13%時(shí),氮素利用率最高,即前中期施氮比例為5∶5~6∶4左右時(shí)氮肥當(dāng)季利用率最高。此外,筆者以武運(yùn)粳7號(hào)、武香粳14、早豐9號(hào)類似的試驗(yàn)亦得到相同的結(jié)論。通過多年不同品種中期不同葉齡期追肥試驗(yàn)表明,倒4葉及前后1個(gè)葉齡期是穗肥高效施用的時(shí)期。如常優(yōu)1號(hào)不同葉齡期追施穗肥試驗(yàn)表明,追肥葉齡期與產(chǎn)量的關(guān)系可用二次方程y=-5.1542X2+18.091X+707.79(R=0.9934**)來(lái)擬合,倒4葉期追肥,可獲得最高產(chǎn)量。武香粳14、武運(yùn)粳7號(hào)等多個(gè)品種類似試驗(yàn)結(jié)果也佐證了此觀點(diǎn)(圖9)。綜合以上結(jié)果看出,本研究提出的前、中期施氮比例5∶5或6∶4,且中期追肥重點(diǎn)在倒4葉,改變了傳統(tǒng)高產(chǎn)氮肥運(yùn)籌“重前控中補(bǔ)后”方式(即基蘗肥占70%~80%,嚴(yán)格控制無(wú)效分蘗期施氮,余下的20%~30%在倒2葉至結(jié)實(shí)初期補(bǔ)施)。創(chuàng)立的“穩(wěn)前優(yōu)中”這一氮肥運(yùn)籌新方式,不僅對(duì)超高產(chǎn)形成具有合理性,而且在實(shí)踐上有很強(qiáng)的可操作性。4.5群體80%嗎高效用水是水稻超高產(chǎn)健身栽培的關(guān)鍵。近幾年的反復(fù)實(shí)踐表明,筆者提出的“淺擱濕”灌溉模式運(yùn)用于超高產(chǎn)栽培過程中,能有效地調(diào)節(jié)水稻植株器官生長(zhǎng)和群體結(jié)構(gòu),控制無(wú)效分蘗,降低高峰苗數(shù),控制節(jié)間長(zhǎng)度和改善冠層葉面積的分布狀況,塑造高光效的庫(kù)源結(jié)構(gòu),并且能有效地協(xié)調(diào)土壤內(nèi)肥、水、氣、溫之間的矛盾,更新根系的生態(tài)環(huán)境,提高根系活力,增強(qiáng)抗逆能力,提高成穗率、結(jié)實(shí)率和千粒重。其技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是群體80%夠苗時(shí)(群體莖蘗苗達(dá)預(yù)期穗數(shù)的80%左右時(shí)),即“不夠苗”提早斷水?dāng)R田,改變了以往夠苗或超苗擱田的方式。一般在有效分蘗臨界葉齡期(N-n)前一個(gè)葉齡開始擱田,可及時(shí)有效的控制無(wú)效分蘗的過量發(fā)生,確保高峰苗出現(xiàn)在拔節(jié)葉齡期,峰值苗約為穗數(shù)的1.3~1.4倍(機(jī)插、拋秧為1.4~1.5倍)。而擱田后則始終采取保持田間土壤沉實(shí)硬板的干濕交替灌溉。具體操作如下:(1)移栽至有效分蘗階段,田面保持淺水層,既生態(tài)控草,更使土壤中有效氮以銨態(tài)存在,滿足水稻分蘗期喜氮特性和前期促葉蘗同伸的需要。(2)當(dāng)群體80%夠苗后自然斷水?dāng)R田。(3)擱田至土壤沉實(shí)后直至成熟前一周,每次灌入3cm水層,當(dāng)田水消退為20cm土層土壤水勢(shì)在-15kPa時(shí)復(fù)水,即約為深度15cm豐產(chǎn)溝底無(wú)水層后再?gòu)?fù)水。周而復(fù)始直至成熟前一周(圖10)。相配套的這種“淺-擱-濕”定量灌溉,其實(shí)質(zhì)是前期以促進(jìn)有效分蘗、控制無(wú)效分蘗、提高分蘗成穗率為重點(diǎn),中后期以全面提高群體質(zhì)量、增強(qiáng)結(jié)實(shí)群體光合生產(chǎn)率為目標(biāo)。本灌溉方式通過灌水時(shí)間、灌水層深度、灌水間歇期三方面的實(shí)用定量,指標(biāo)直觀,實(shí)用性較強(qiáng)。揚(yáng)州大學(xué)在水泥池土培專題驗(yàn)證試驗(yàn)表明,“淺-擱-濕”灌溉比常規(guī)灌溉節(jié)水28.58%(表21)。4.6超高產(chǎn)定量栽培技術(shù)例如,筆者據(jù)近5年糧食豐產(chǎn)工程項(xiàng)目的研究,將常優(yōu)1號(hào)(≥750kg/667m2)、甬優(yōu)8號(hào)超高產(chǎn)(≥800kg/667m2)群體生育指標(biāo)量化于表22。在此基礎(chǔ)上,總結(jié)雜交粳稻超高產(chǎn)精確定量栽培技術(shù),因地因栽培方式及品種制定技術(shù)規(guī)范,并繪制成模式圖。2007-2009年,在江蘇興化、常熟、高郵、姜堰等地豐產(chǎn)方中應(yīng)用該技術(shù),均表現(xiàn)出良好的超高產(chǎn)穩(wěn)定性。如2008年,興化、常熟常優(yōu)1號(hào)攻關(guān)方分別獲得了667m2產(chǎn)量814.4kg、808.6kg的結(jié)果。據(jù)不同地區(qū)不同栽培方式及品種特性改進(jìn)的技術(shù),在生產(chǎn)上亦利于實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)目標(biāo),如2007年,在常熟市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所基地,常優(yōu)1號(hào)機(jī)插超高產(chǎn)攻關(guān)田,667m2實(shí)收產(chǎn)量達(dá)850.9kg;同年,昆山3.42hm2連片甬優(yōu)8號(hào)機(jī)直播超高產(chǎn)攻關(guān)田,667m2實(shí)收產(chǎn)量達(dá)744.7kg。5我國(guó)水稻超高產(chǎn)栽培的現(xiàn)實(shí)意義實(shí)踐表明,水稻超高產(chǎn)栽培的研究與應(yīng)用,在提高大面積稻作技術(shù)水平和增加產(chǎn)量方面起到了關(guān)鍵性作用,對(duì)推進(jìn)水稻生產(chǎn)現(xiàn)代化和確保糧食安全具有重大的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)糧食總產(chǎn)連續(xù)八年