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        伍龍梅:水稻高產高效栽培理論與技術
        2022-03-24 15:04 來源:AI農業智匯

          水稻高產高效栽培理論與技術

          水稻是我國第一大糧食作物,在糧食生產中有舉足輕重的作用。作為日常食用的主食,隨著生活水平的提高,人們對生活質量越來越關注,如何在現有環境中培育優質水稻是我們目前需要研究的重要課題。

          本次是“AI?農業智匯云講堂”的第五十六期,主題是“水稻高產高效栽培理論與技術”。為此,本期我們非常高興的請到了,廣東省農業科學院水稻研究所助理研究員,廣東省農村科技特派員,廣東省地理標志產品專家庫專家,廣東省農機學會青年工作委員會委員,伍龍梅博士。

          一、優質高產水稻基本特征

          1、均衡

          主要包括三方面:田間長勢均衡;穗形均衡;籽粒大小均衡。

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          2、臨界葉齡期前夠苗

         ?。?)水稻葉模齡式

          以葉齡尺度統一不同品種的生育進程。由于一個品種在特定條件下主莖總葉數N和伸長節間數n是相對穩定的,根據葉片出生與各部器官的同伸規律,主莖總葉數和伸長節間數相同的品種,其有效分蘗終止、拔節、穗分化和抽穗的葉齡期完全相同。

          即:

          一切品種有效分蘗終止于N-n葉齡期,有效分蘗臨界葉齡期;一切品種的拔節始于N-n+3葉期(N-n+2.1~N-n+2.9,平均N-n+2.5)或n-2倒數葉齡期,拔節期;一切品種的穗分化始于倒數第3.5葉期;一切品種的在N+1葉齡期抽穗。

         ?。?)葉蘗同伸規律

          主莖出葉和分蘗發生的同伸規律,水稻主莖上的分蘗為1次分蘗,1次分蘗上出現的分蘗為2次分蘗,其余類推。當主莖N葉抽出時,N葉下第3個葉節的分蘗同時伸出,即第4葉抽出時,其下第3葉即1葉葉腋的分蘗同時伸出,形成N葉與N-3的分蘗同伸規律。

          在不同的種植方式下,如直播稻、小苗移栽稻和大中苗移栽稻,在臨界葉齡期(N-n)要達到田間夠苗,在生長發育中期,要鞏固穗數,爭取大穗,然后提高結實率,從而達到水稻高產的目標。

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          3、適宜的封行葉齡期

          高產水稻籽粒產量的80-90%以上來源于抽穗后的光合產物,這個比例占得越多,籽粒產量也愈高。說明高產的獲得是靠建造抽穗至成熟期的高光效群體。其關鍵之一是把群體的封行期控制在葉齡余數為0的孕穗期。

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          4、高產株型的特征

          具有以下特征:株型挺拔緊湊;基部節間短粗;葉長順序:2-3-1-4-5。

          5、二黃二黑

          水稻整個生長發育過程當中,水稻葉色表現出二黃二黑的規律,這個黑指的是綠,并不是實際上的黑。在水稻生長發育的前期,由于基蘗肥的使用,葉色就會變黑的;到了臨界期,葉色開始落黃;在拔結到抽穗這段時間,由于穗肥的使用,葉色是逐漸變黑的;抽穗之后到成熟階段,由于水稻的灌漿和葉片的衰老,葉色是逐漸落黃的現象。

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          6、優質標準:高食味、高整精米,低堊白度

          稻米中70%左右是淀粉,包括直鏈淀粉和支鏈淀粉,10%左右的蛋白質、14%左右的水分和少量油脂和礦物質。

          優質稻米:直鏈淀粉(10-17%);支鏈淀粉(含量和鏈長比例,短分支比例高);蛋白質(6%-7%);脂肪高,糊化溫度低。

          二、水稻優質高產肥水調控栽培技術

          水稻的單產是由環境、品種和栽培管理措施共同決定的,農業部2004年做過一次調查,種植同樣一個品種,采用不同的栽培技術,其產量差異可達到30%以上,可見技術效應相當可觀。

          1、水稻高產(增產)的基本途徑

          在保證獲得適宜穗數的基礎上,主攻大穗,提高結實率(85-90%以上)和粒重。

          2、施肥的合理定量

          施肥的合理定量要解決在獲得一定稻谷產量條件下的氮、磷、鉀肥料的適宜用量,分次施用的適宜時間和適宜分配比例等三個主要問題。

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         ?。?)關于三要素適宜總量的確定

          首先要明確三者的合理配比,以往的研究已經明確。高產水稻對氮、磷、鉀的吸收比例一般為1:0.3-0.4:0.8-1.0,常作為施肥比例的參數。但不同土壤的氮、磷、鉀有效供應量不同,實際施用比例應有不同。

         ?。?)關于氮肥施用的定量

          用經驗差值法計算,氮肥的施用總量應為:施氮總量(千克/畝)=[目標產量(千克/畝)-地力產量(千克/畝)]× R÷ 100。其中R=5(±0.5)。

         ?。?)合理施N技術

         ?、倩Y肥的施用比例

          機插或拋秧,基肥一般應占基蘗肥總量的70-80%,分蘗肥20-30%,以減少N素損失。機栽小苗移栽后吸肥能力低,基肥占基蘗肥總量的20-30%為宜,70-80%集中在新根發生后做分蘗肥用。

         ?、诨Y肥的施用時間

          基肥在整地時施入土中,部分用做面肥。分蘗肥在移栽后5-7天施用,在秧苗長出新根后及早施用。分蘗肥一般在前期施用1次,切忌在分蘗中后期施肥,以免導致無效分蘗期旺長,群體不能正常落“黃”。如遇分蘗后期群體不足,寧可通過穗肥補救,也不能在分蘗后期補肥。

         ?。?)“前氮后移”的增產原理

         ?、倩Y肥主要為有效分蘗發生提供養分需要,當有效分蘗臨界葉齡夠苗后,土壤供N應減弱,促使群體葉色落“黃”,有效地控制無效分蘗,有效控制葉片伸長,推遲封行,改善拔節至抽穗期群體的受光條件,為長穗期攻取大穗和提高成穗率創造良好條件。

         ?、谒敕实淖饔?。在中期落黃的基礎上施用穗肥,不僅能顯著促進大穗的形成,而且可促進動搖分蘗成穗,保證足穗;穗肥的單位生產效率是最高的,是水稻一生中最高效的施肥期60~70%,提高穗肥施用比例,是奪取高產的關鍵增產措施。

         ?。?)水稻“三控”施肥技術

          “三控”施肥技術的核心內容是控肥、控苗、控病蟲,簡稱“三控”。

          “控肥”是通過控制總施氮量及前期施氮量的比例,提高氮肥利用率,減少環境污染;

          “控苗”是通過控制基蘗肥中的氮肥用量,控制無效分蘗和最高苗數,提高成穗率和群體質量,實現高產穩產;

          “控病蟲”是通過增加群體通透性,優化群體結構,控制病蟲害的發生,減少農藥用量,提升稻米食用安全。

         ?、偈┓室c

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         ?、诩夹g應用

          2007后為廣東省主推栽培技術。常年種植面積在500萬畝左右。據統計節約氮肥20%,增產10%,每畝增收節支100元以上。

         ?。?)水稻強化栽培技術

          根據水稻生長特性,通過強化技術措施,強化稻株個體生長環境,達到“強根促蘗”,充分挖掘(或強化)稻株個體生產潛力,大幅度提高產量的目的。

         ?、俸诵募夹g

          栽期—早—小苗早栽

          密度—稀—單本稀植

          灌溉—濕—濕潤灌溉

          施肥—土—有機肥為主

          除草—耘—耘田除草(提倡)

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         ?、鄞筇锸┓誓J綀D(中等地力)

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         ?、芗夹g應用

          2000年,我們課題組在廣東省首先開始研究及推廣應用,2005年開始被廣東省列為主推技術到現在,年均應用面積在400萬畝左右。據調查,在產量增加50公斤的前提下,還可畝每季均節尿素3-8公斤、氯化鉀4-6公斤、過磷酸鈣8-10公斤。

         ?。?)水稻強源活庫高產栽培技術

          該技術是華南農業大學唐湘如老師課題組研發的,旨在強化葉片“源”的功能和提高籽?!皫臁钡幕钚?,達到超級稻高產和品質改善的雙重目標;該技術省工省力,操作簡便;此外,還有配套的產品(緩釋肥、強源劑活化等)。

         ?。?)水稻機插緩混一次施肥技術

          以水稻機插側深施肥和專用緩混肥為核心、結合穗肥精確診斷,達到水稻“一次輕簡施肥、一生精準供肥”技術效果,實現水稻高產、優質、高效、生態和安全生產綜合目標的輕簡高效管理技術。

         ?、僭趯嶋H生產施肥中存在很多問題

          施肥次數多,用工難:通常高產分次施肥,包括“一基三追”,即基肥、分蘗肥、促花肥和?;ǚ?,共需施肥4次。另外,機插稻一般要求在插后5-7天,10-12天和18天左右,多次施用分蘗肥,總施肥次數在4-5次。

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          施肥方式不合理,低產低效或“一炮轟”:不同養分管理方式下氮肥吸收利用率是有差異的,但在實際生產中往往采用相同的方法。

         ?、诩夹g思路

          以水稻“機插側深施肥+專用緩混肥”為核心、配合穗肥精確診斷,達到水稻“一次輕簡施肥、一生精準供肥”技術效果。

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          3、精確灌溉技術

         ?。?)活棵分蘗階段

         ?、僦写竺缫圃缘?,移入大田后需要水層護理。淺水勤灌。

         ?、谛∶缫圃缘?,移栽后的水分管理應以通氧促根為主。在南方稻區,機插稻一般不宜建立水層,宜采用濕潤灌溉方式,待長出一個葉齡發根活棵后,斷水露田,進一步促進發根,待長出第二片葉時,才采用淺水層結合斷水露田的方式。

          穴盤育苗拋秧的發根力強,移栽后陰天可不上水,晴天上薄水。2-3日后斷水落干促進扎根,活棵后淺水勤灌。

         ?。?)控制無效分蘗的擱田技術

         ?、倬_確定擱田時間

          控制無效分蘗的發生,必須在它發生前2個葉齡提早擱田。例如欲控制N-n+1葉位無效分蘗的發生,必須提前在N-n-1葉齡期當群體苗數達到預期穗數的80%左右時斷水擱田。

         ?、跀R田的標準

          土壤的形態以板實、有裂縫行走不陷腳為度;稻株形態以葉色落黃為主要指標,在基蘗肥用量合理時,往往擱田一、二次即可達到目的。

          在多雨地區,擱田常需排水,但在少雨地區,可通過計劃灌水來實施,灌一次水,待進入N-n-1葉齡時,田間恰好斷水。

          4、影響稻米品質的因素

          影響因素:溫度、光照、水分、肥料、收獲時間、儲藏等。

         ?。?)溫度

          對稻米品質的影響最為顯著;灌漿結實期的溫度對稻米品質的貢獻率達90%;通常情況下,水稻灌漿結實期氣溫以21~26為宜。

          高溫:加快灌漿速率,縮短灌漿持續時間,影響到籽粒的充實度,籽粒堊白增大,透明度變差;稻米的糙米率、精米率、整精米率下降。

          低溫:也會使稻米的“青米率”增加,堊白度增大。

         ?。?)肥

         ?、倩实倪^多施用會降低品質,有機肥能有效地改善品質。

         ?、诘貙ζ焚|的影響最為重要。

         ?、垡欢ǚ秶鷥仍黾拥适┯昧?,可以提高整精米率和蛋白質含量;降低堊白面積和直鏈淀粉含量;直接提高稻米的商品價值和改善稻米的營養價值。如果氮肥使用過多,會增加蛋白質含量,食味下降。

         ?、茉谑┓仕较嗤?,則分次施用氮肥能提高糙米率、精米率、整精米率、透明度及蛋白質含量,而降低直鏈淀粉含量,改善蒸煮食味品質。

         ?。?)水分

          水分對稻米品質的影響主要體現在水稻生育后期(灌漿期)。

         ?、俑蓾窠惶婺J剑核君R穗后斷水時間的推遲,灌漿程度越充分,加工品質和外觀品質均越好。斷水過早,減產明顯,米飯食味變差。斷水時間,不得早于收獲前一周時間,視天氣情況而定。

         ?、陲柡退喔饶J剑嚎稍诒WC較高的水稻產量前提下,提高水分和氮肥利用效率,降低堊白、改善稻米品質,具有較好的推廣應用前景。

          三、水稻智慧農藝結合展望——以水稻無人農場的構建為例

          無人農場是采用物聯網、大數據、人工智能、5G、機器人等新一代信息技術,通過對農場設施、裝備、機械等遠程控制,或通過智能裝備及機器人自主決策、自主作業,完成所有農場生產、管理任務,是一種全天候、全過程、全空間的無人化生產作業模式,無人農場的本質是實現機器換人。建設無人農場是緩解農村勞動力短缺、推進現代農業建設的一個重要途徑。

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          無人農場的主要構成要素:

         ?。?)無人拖拉機耕整地

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         ?。?)無人插秧機/播種機水稻種植

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         ?。?)無人機植保

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         ?。?)無人收割機收獲

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         ?。?)智慧管理平臺

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          伍龍梅博士“水稻高產高效栽培理論與技術”直播——觀眾提問集中回答

          伍老師,您好,請問水稻生長過程中葉色的變化為什么會呈現出二黑二黃的規律呢?

          水稻生長發育過程當中呈現出二黃二黑的規律,主要是葉片含氮率的變化規律。在水稻臨界葉齡期以前,它的葉色是黑的,因為葉片含氮率高,因為使用基蘗肥,有利于促進有效分裂的發生;但是過了臨界葉齡期,葉色就會開始退氮,就呈現出變黃的規律,葉片含旦率下降,分裂速度是明顯減慢的;到無效分裂時期,到拔節時期,葉子呈現落黃,葉片含氮率進一步下降;到抽穗期,由于穗肥的使用,葉片的含氮率是上升,有利于幼穗分化;抽穗到成熟這個階段,隨著籽粒的灌漿、葉片的衰老以及養分的消耗,葉片的含氮率是開始下降的,因此葉色就轉黃了。

          水稻葉齡模式有哪些新穎(創新)點?

          水稻葉齡模式指用主莖葉齡來診斷(指示、表示、描述)水稻的生長發育進程和各部器官分化發育時間。葉齡模式的4個關鍵創新點:

         ?。?)以葉齡尺度統一不同品種的生育進程。由于一個品種在特定條件下主莖總葉數N和伸長節間數n是相對穩定的,根據葉片出生與各部器官的同伸規律,主莖總葉數和伸長節間數相同的品種,其有效分蘗終止、拔節、穗分化和抽穗的葉齡期完全相同。

          即:一切品種有效分蘗終止于N-n葉齡期,有效分蘗臨界葉齡期;一切品種的拔節始于N-n+3葉期(N-n+2.1~N-n+2.9,平均N-n+2.5)或n-2倒數葉齡期,拔節期;一切品種的穗分化始于倒數第3.5葉期;一切品種的在N+1葉齡期抽穗。

         ?。?)按伸長節間數劃分水稻品種生育類型

          拔節和穗分化時期的把握,是栽培上合理施穗肥的關鍵。

          根據拔節與穗分化的先后關系,n<6的品種先穗分化后拔節,稱為重疊型;n=6的品種拔節與穗分化幾乎同時進行,稱為銜接型;n >6的品種先拔節后穗分化,稱為分離型。

         ?。?)抽穗期葉片的功能分組

          上三葉——高效葉組;倒三葉以下葉——低效葉組。

         ?。?)將穗分化過程劃分為8期并與葉齡余數相對應

          苞分化期              3.5-3.1(3.5)

          一次枝梗分化期    3.0-2.6(3.0)

          二次枝梗分化期    2.5-2.1(2.5)

          穎花分化期           2.0-1.6(2.0)

          雌雄蕊形成期        1.5-0.8(1.5)

          花粉母細胞形成期  0.8-0.4(0.5)

          減數分裂期            0.4-0 (0.3)

          花粉充實完成期     0-出穗

          為什么說高產水稻籽粒產量的80-90%以上來源于抽穗后的光合產物?抽穗前干物質積累對產量不重要嗎?

          水稻干物質積累明顯分為抽穗前和抽穗后兩個時期,抽穗前的光合產物,絕大部分成為組織結構物質,不論品種類型如何,都以抽穗到成熟期的干物質積累量與產量關系最為直接和重要,籽粒產量的絕大部分來自抽穗后的光合產物,產量越高所占比重越大。

          研究證明,成熟期群體總干物質積累量與產量顯著正相關,表明總干物質積累是經濟產量的基礎;而抽穗期干物質積累量與產量均呈二次拋物線,表明抽穗期生物產量與經濟產量存在著既統一,又矛盾的關系,有一個適宜值問題。分析抽穗至成熟期間積累干物質與產量關系卻為極顯著正相關,說明產量的高低,最直接、最主要地決定于抽穗至成熟期的干物質積累量,這個值愈大,群體質量愈高。因此,抽穗后群體干物質生產量是群體質量的核心。

          水稻開花授粉以后,子房開始膨大,需要大量營養物質,僅靠葉片當時的光合產物往往不夠眾多籽粒同時發育的需要,必須靠抽穗以前的貯藏物質分解來加以補充,以保證結實率。

          水稻從抽穗后7-10天起莖鞘貯藏物質相繼向穗部輸送,約在抽穗后20天左右莖鞘重量達最低值。有研究表明,稻穗結實初期需要較多地調用莖鞘貯藏物質,結實率與每朵穎花占有抽穗前貯藏物質的量(mg/穎花)呈高度正相關,表明抽穗前較多的貯藏物質對提高結實率的極端重要性。

          但是,抽穗前積累的干物質量并不是越多越好。前述結果表明抽穗前干物質積累應在一個適宜的水平上比較好,過大表明有一個較高的葉面積和較大的群體莖蘗數,影響基部葉片的光合作用和根系活力,最終降低產量,抽穗時適宜的干物質積累量為產量水平的1-1.1倍。因此,抽穗前適宜干物質量是高產的物質基礎。

          目前水稻無人農場具有哪些優勢和技術短板?

          優勢是很明顯的,第一是生產效率高,傳統勞動力變成了高度的智能化、機械化、智慧化;第二是作物抗風險能力提高;第三是智慧種田。

          無人農場有很大的發展前景,但是目前也還存在著一些有待提高的地方,比如農業專用的傳感器還是比較落后的;智能決策準確度還是有待于進一步提高;智能化、精準化的作業裝備的質量還是有待遇提高的。

          目前直播水稻栽培技術在廣東省發展如何,有哪些優勢和約束因素?

          目前直播水稻栽培技術在廣東的發展迅速,在很多地方呈不推自廣的現象。其優勢是無育秧和插秧環節,節本省工,降低勞作強度,相比于傳統的水稻移栽培和插秧,大大提高了工作效率。目前水稻直播主要有3種方式,即人工撒播,機械直播,無人機直播。人工撒播效率1天10~15畝,機械直播每天50畝左右,其中無人機直播效率最高,1臺無人機每天大約能播種100~300畝,適合于大規模的水稻種植。

          約束因素:

         ?。?)直播對田塊的要求高,要求田塊平整。

         ?。?)雜草和雜稻危害嚴重。直播稻生產上除草一般采用“一封一殺一補”的方式。對于雜稻目前一般采用深耕,輪作等方式,目前還沒有很好的解決方式。

         ?。?)出苗和成苗率差。

         ?。?)倒伏問題。播種密度大,直播稻群體密度大,根系分布淺,易倒伏??梢赃x擇抗倒伏性強的品種,配套栽培措施,控制直播稻群體,增強直播稻的抗倒伏能力。

         ?。?)產量不穩定。



        專家簡介:

          伍龍梅,農學博士,助理研究員?,F就職于廣東省農業科學院水稻研究所。近年來主持廣東省省級科技計劃子課題、廣東省自然科學基金青年基金、廣東省自然科學基金面上項目、廣東省駐鎮幫鎮扶村農村科技特派員項目等10多項科研項目。作為主要技術骨干參與國家重點研發計劃子課題、農業農村部948項目、國家自然科學基金項目、廣東省農業農村廳發展糧食生產項目等。在《Rice》、《Frontiers in Plant Science》等國內外主流期刊上發表論文20余篇。獲科學技術優秀論文一等獎1項,申報國家發明專利2項,登記計算機軟件著作權5項,獲實用新型專利授權2項。


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