杂交水稻制种中利用农用无人机喷施赤霉素技术研究

唐 荣，张海清*，刘爱民，杨永标，陈 勇，王 明，董帅厅

（1湖南农业大学农学院，长沙410128；2湖南隆平种业有限公司，长沙410006）

杂交水稻制种中利用农用无人机喷施赤霉素技术研究

唐 荣1，张海清1*，刘爱民2*，杨永标1，陈 勇1，王 明1，董帅厅1

（1湖南农业大学农学院，长沙410128；2湖南隆平种业有限公司，长沙410006）

为了探索农用无人机在杂交水稻制种中喷施赤霉素效果，以制种组合Y58S×R900、H638S×R1813和丰源A×华占为材料，在机械栽插、人工栽插或机直播条件下，研究了单旋翼电动力农用无人机在母本不同抽穗时期喷施不同剂量赤霉素的效果。结果表明，利用农用无人机喷施赤霉素时，Y58S人工栽插在抽穗率5%～35%范围内，喷施剂量480 g／hm2时效果最佳；机插在抽穗率5%～45%范围内3个喷施剂量处理时效果都较好，其包颈粒率在1%以下，全外露穗率在80%以上；H638S机插和机直播在抽穗率5%～45%范围内3个喷施剂量处理效果都较好；丰源A机插在抽穗率10%～20%范围内，喷施剂量570 g／hm2时效果最佳，机直播时3个喷施剂量处理效果都较差，其包颈粒率在1%以上，全外露穗率在70%以下。使用农用无人机对杂交水稻制种母本喷施赤霉素有广泛的实用性。

杂交水稻；制种；农用无人机；赤霉素

Keywords：hybrid rice；seed production；agricultural unmanned aerial vehicles；gibberellin

杂交水稻制种中不育系由于自身营养器官发育不全，赤霉素含量极低，影响正常伸长抽穗，有10%～60%的穗粒被包裹在剑叶叶鞘内不能抽出［1～3］，导致母本柱头外露率和活力降低、穗粒全外露率低、异交态势差、病虫害增加，从而影响制种产量和质量［4，5］，需要通过喷施外源赤霉素加以解决。目前我国杂交水稻制种的赤霉素主要以人工背负式喷雾器喷施为主，其需在抽穗期连续2～4 d内喷施2～4次，不仅劳动强度大、技术要求高、时间紧迫、作业效率低下、农药分布不均匀，而且人工背负式喷雾器进行施药时真正到达靶标上的药量不到喷洒量的20%［6］。针对人工背负式喷雾器喷施赤霉素存在的问题，有人研究设计机载立管式风送喷雾机、自走式风送喷雾机和自走式高地隙喷杆喷雾机等类型喷雾机，但其喷施作业成本高，药剂有效利用率低，下田作业困难，易损伤农作物及土壤物理结构，影响农作物后期生长［7，8］，并随着农村劳动力的减少和杂交水稻制种规模化的发展，各类型喷雾机难以满足制种需求。农用无人机喷施农药具有药液量少、浓度高、效率高、省工省力等特点［9～11］，目前在我国发展迅速，但利用无人机在杂交水稻制种中喷施赤霉素还缺乏系统研究。本研究通过设计不同剂量、不同始喷抽穗指标等因素处理，并在制种母本不同栽插方式下探讨农用无人机喷施赤霉素的效果和喷施技术。

1 材料与方法

1.1 试验材料

（1）制种组合：海南乐东基地为Y58S×R900；湖南武冈基地为丰源A×华占、H638S×R1813。

（2）供试无人机：单旋翼电动力无人机HY-B -15L，由深圳高科新农技术有限公司生产提供。

（3）供试赤霉素：赤霉酸（有效成分3%，乳油型），由湖南神隆超级稻丰产生化有限公司提供。

（4）供试插秧机和直播机：宁波协力机电制造有限公司生产的14 cm×18 cm插秧机；华南农业大学改制的14 cm×25 cm直播机。

1.2 试验设计

试验于2016年4～10月在海南省三亚市九所镇抱旺村和湖南省武冈市邓元泰镇山岚村进行。材料的播种及移栽日期如表1所示，父母本栽插行比均为6∶40。

表1 制种材料播插日期Table 1 Seeding and transplanting date of the female parents

1.2.1 农用无人机喷施赤霉素剂量与方法

根据Y58S、H638S和丰源A在人工喷施条件下的最佳赤霉素剂量，Y58S按80%、100%和120%设计了3种无人机喷施赤霉素剂量，H638S和丰源A按60%、80%和100%设计了3种无人机喷施赤霉素剂量，并在机械栽插、人工栽插或机直播3种栽插方式下进行喷施，各处理代号如表2。

表2 赤霉素喷施剂量和处理代号Table 2 The gibberellin doses and treatm ent code_

每个小区面积400 m2，3次重复。无人机飞行高度3～5 m，飞行速度3 m／s左右，采用XR11001VS型喷头，分两天喷施，第一天喷施40%剂量，第二天喷施60%剂量，赤霉素和水的混合液按15 L／hm2配比喷施。

1.2.2 赤霉素喷施时期

第一天喷施赤霉素时，Y58S群体抽穗率40%左右、丰源A群体抽穗率15%左右、H638S为20%左右。喷施前在各群体中分别选取以下5个抽穗指标的单株各9株挂牌标记，考查不同抽穗率单株的赤霉素喷施效果。

K1：Y58S为抽穗率5%～15%；丰源A为幼穗分化八期；H638S为抽穗5%以下。

K2：Y58S为抽穗率15%～25%；丰源A为抽穗0%～10%；H638S为抽穗5%～15%。

K3：Y58S为抽穗率25%～35%；丰源A为抽穗10%～20%；H638S为抽穗15%～25%。

K4：Y58S为抽穗率35%～45%；丰源A为抽穗20%～30%；H638S为抽穗25%～35%。

K5：Y58S为抽穗率45%以上；丰源A为抽穗30%～40%；H638S为抽穗35%～45%。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 对赤霉素敏感性状的考查

授粉结束后第10天，将各处理不同抽穗率标记的单穴稻株平地割回，考查以下性状：

①穗高。测量每穴单穗的穗高，计算出平均穗层高度。

②穗总粒数、包颈粒数，计算包颈粒率。包颈粒率＝包颈粒数÷总粒数×100%。

③全外露穗数，计算全外露穗率。全外露穗率＝全外露穗数÷总穗数×100%。

④穗层整齐度。

式中：rd为整齐度；x为样本平均值；s为标准差；n为样本容量（样本个数）。

1.3.2 数据统计与分析

数据采用Excel2007和DPS7.05进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 农用无人机喷施赤霉素的效果分析

穗层高度、包颈粒率和全外露穗率是考查制种母本喷施赤霉素后效果的3个重要指标。制种父母本合理的穗层高度是保证良好异交态势的前提，包颈粒率越低、全外露穗率越高说明喷施赤霉素的效果越好。

2.1.1 农用无人机对Y58S喷施不同剂量赤霉素的效果

Y58S人工对照区（CK）用量480 g／hm2，无人机3个喷施浓度处理分别为576、480、385 g／hm2。由表3可知，Y58S各剂量处理的穗层高度显著低于CK，分别比CK降低9.01、11.64、13.28 cm，穗层高度随喷施剂量的减少有下降的趋势；A1和A2包颈粒率显著低于CK，A3和CK无显著差异，并在A2时有最低包颈粒率，分别比CK降低0.64%、0.83%、0.17%；全外露穗率均显著高于CK，分别比CK高18.07%、18.91%、9.69%，在A2时有最高全外露粒率。由分析可知，Y58S利用无人机喷施各剂量赤霉素效果均优于人工喷施。

表3 母本Y58S人工栽插下无人机喷施不同剂量赤霉素的效果（2016，海南三亚）Table 3 Effect of different dose gibberellin sp rayed by unmanned aerial vehicle on female p lant artificial p lanted（2016，Sanya，Hainan）

2.1.2 人工栽插和机械栽插下农用无人机喷施相同剂量赤霉素的效果

由表4可知，Y58S在人工栽插和机械栽插下利用无人机喷施相同剂量赤霉素时，机插各剂量处理的穗层高度都显著高于同剂量处理下人工栽插的穗层高度，包颈粒率都低于同剂量处理下人工栽插的包颈粒率，全外露穗率都高于同剂量处理下人工栽插的全外露穗率，且B3处理的全外露穗率显著高于A3。因此，利用无人机喷施同剂量赤霉素时，母本机插较人工栽插效果更好，其中B3的包颈粒率最低（0.67%），全外露穗率最高（90.61%），在此处理时利用无人机喷施的效果最好。

表4 母本Y58S人工栽插和机插下无人机喷施同剂量赤霉素的效果（2016，海南三亚）Table 4 Effect of different dose gibberellin sprayed by unmanned aerial vehicle on female p lants which artificial p lanted or m achine-transp lanted（2016，Sanya，Hainan）

2.1.3 机插和机直播下农用无人机喷施相同剂量赤霉素的效果

由表5可知，在母本机插和机直播下利用无人机喷施相同剂量赤霉素时，H638S机插各剂量处理的穗层高度显著高于同剂量处理下机直播的穗层高度，而其包颈粒率基本一致，机插各剂量处理的全外露穗率都高于同剂量处理下机直播的穗层高度。丰源A机插穗层高度显著高于机直播，而机直播包颈粒率显著高于机插，机插全外露穗率显著高于机直播。因此，利用无人机喷施同剂量赤霉素时，H638S机插穗层高度显著高于机直播，包颈粒率和全外露穗率效果与机直播效果基本一致，各喷施剂量之间也无明显差异；丰源A机插效果较机直播效果更好，其中L1的包颈粒率最低（0.84%），全外露穗率最高（81.07%），在此处理时利用无人机喷施赤霉素的效果最好。

表5 母本机插和机直播下无人机喷施同剂量赤霉素的效果（2016，湖南武冈）Table 5 Effect of different dose gibberellin sprayed by unmanned aerial vehicle on female p lants which m achine-transp lanted and machinical direct seeded（2016，W ugang，Hunan）

2.2 农用无人机对母本群体中不同抽穗率单株喷施赤霉素的效果分析

2.2.1 Y58S人工栽插下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株的效果

在制种中，Y58S人工喷施赤霉素时最佳始喷抽穗指标为40%。授粉后第10天在各喷施剂量为试验区对标记单株取样调查赤霉素效果。由表6可知，各处理中A1K1穗层高度最高为102.43 cm，A2K5穗层高度最低为92.60 cm；对各剂量处理中不同抽穗率单株利用无人机喷施赤霉素时，A1的穗层高度最整齐（rd＝97.94），A2整齐度较差（rd＝93.98）；各处理中A2K4包颈粒率最高为2.25%，A2K2包颈粒率最低为0.32%，A3各抽穗率单株包颈粒率都在1%以上；各处理中A2K3全外露穗率最高为95.19%，A3K1包颈粒率最低为68.95%。分析可知，Y58S在处理A1K1、A2K1、A2K2、A2K3时喷施效果都较好。

表6 Y58S人工栽插下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株效果（2016，海南三亚）Table 6 Effect of different dose gibberellin on single p lant of Y58S artificial-transplanted w ith different heading rate（2016，Sanya，Hainan）

2.2.2 Y58S机械栽插下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株的效果

由表7可知，各处理中B1K1穗层高度最高为107.78 cm，B2K5穗层高度最低为89.58 cm，各剂量处理中K1、K2穗层高度显著高于K3～K5，均在K1有最大的穗层高，分别为107.78、106.24和103.48 cm；对各剂量处理中不同抽穗率单株利用无人机喷施赤霉素时，B3的穗层高度最整齐（rd＝96.20），B2整齐度最低（rd＝93.33）。各处理中B2K5包颈粒率最高为3.28%，B2K1包颈粒率最低为0，各剂量处理中K1、K2包颈粒率均低于K3～K5，B3和B2在K1时包颈粒率最低，分别为0.02%与0，B1在K2时包颈粒率最低为0.42%。各处理中B2K1全外露穗率最高为100%，B2K5全外露穗率最低为58.70%，各剂量处理中K1、K2全外露穗率均高于K3～K5，B3和B2在K1时全外露穗率最高，分别为98.89%与100%，B1在K2时全外露穗率最高为96.82%。分析可知，Y58S在处理B2K1、B2K2、B1K1、B1K2、B3K1、B3K2时喷施效果都较好。

表7 Y58S机械栽插下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株效果（2016，海南三亚）Table 7 Effect of different dose gibberellin on single plant of Y58Smachine-transplanted w ith different heading rate（2016，Sanya，Hainan）

（续表7）

2.2.3 H638S机插下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株的效果

在制种中，H638S人工喷施赤霉素时最佳始喷抽穗指标为20%。由表8可知，各处理中C2K1穗层高度最高为115.19 cm，C1K3穗层高度最低为106.99 cm；对各剂量处理中不同抽穗率单株利用无人机喷施赤霉素时，C3的穗层高度最整齐（rd＝ 98.42），C3整齐度较差（rd＝93.58）；各处理包颈粒率都在1%以下，其中C2K2包颈粒率最高为0.86%，C3K3包颈粒率最低为0.22%；各处理全外露穗率均在75%以上，其中C1K3全外露穗率最高为93.98%，C3K1全外露穗率最低为76.31%。分析可知，无人机对机插H638S各处理所有抽穗率单株喷施效果都较好。

表8 H638S机插下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株效果（2016，湖南武冈）Table 8 Effect of different dose gibberellin on single plant of H638Smachine-transplanted w ith different heading rate（2016，W ugang，Hunan）

2.2.4 H638S机直播下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株的效果

由表9可知，各处理穗层高度在100～110 cm之间，其中D1K1穗层高度最高为109.70 cm，D2K5穗层高度最低为100.16 cm，3个剂量处理的穗层高度的整齐度都在95左右；各处理包颈粒率都在1.5%以下，其中D1K5包颈粒率最低为0.31%；D1K5全外露穗率最高为95.39%，D2K1全外露穗率最低为68.37%，除D2K1以外，其它各处理全外露穗率都在75%以上。分析可知，无人机对机直播H638S各处理所有抽穗率单株喷施效果都较好。

表9 H 638S机直播下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株效果（2016，湖南武冈）Table 9 Effect of different dose gibberellin on single plant of H638Smachine-direct seeded w ith different heading rate（2016，W ugang，Hunan）

2.2.5 丰源A机插下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株的效果

在制种中，丰源A人工喷施赤霉素时最佳始喷抽穗指标为15%左右。由表10可知，各处理中L1K1穗层高度最高为114.27 cm，L2K5穗层高度最低为92.25 cm，3个剂量处理的穗层高度的整齐度都在92左右，并随抽穗率的增加而呈下降的趋势；各处理中L1K2包颈粒率最高为2.09%，L3K3包颈粒率最低为0.45%；各处理中L1K3全外露穗率最高为85.60%，L1K2全外露穗率最低为53.06%。分析可知，各剂量处理在抽穗率K2时包颈粒率高于K1、K3，全外露穗率低于K1、K3。

表10 丰源A机插下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株效果（2016，湖南武冈）Table 10 Effect of different dose gibberellin on single p lant of Fengyuan A machine-transplanted w ith different heading rate（2016，Wugang，Hunan）

2.2.6 丰源A机直播下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株的效果

由表11可知，各处理中M3K1穗层高度最高为107.22 cm，M3K5穗层高度最低为88.37 cm，3个剂量处理的穗层高度的整齐度都在93左右，并随抽穗率的增加而呈下降的趋势；各处理中M3K2包颈粒率最高为4.99%，M1K4包颈粒率最低为1.36%；各处理中M1K5全外露穗率最高为73.71%，M3K4全外露穗率最低为38.44%。分析可知，M3与M2处理在抽穗率K2时包颈粒率高于K1、K3，全外露穗率低于K1、K3。

表11 丰源A机直播下各剂量赤霉素处理的不同抽穗率单株效果（2016，湖南武冈）Table 11 Effect of different dose gibberellin on single p lant of Fengyuan A machinical direct seeded w ith different heading rate（2016，W ugang，Hunan）

3 讨论与结论

3.1 讨论

前人研究表明，杂交水稻的异交态势不仅与品种本身特性有关，还受环境因素的影响［12，13］。品种特性方面，不同不育系对赤霉素的敏感度和敏感性有差异，导致赤霉素喷施的时期和用量不一致［14，15］。Y58S属于籼型两用核不育系，不育性稳定，抽穗整齐，开花集中，未喷施赤霉素时包颈粒率6.7%，包颈度小，对赤霉素敏感；H638S属于籼型温敏两用核不育系，不育性稳定，未喷施赤霉素时包颈粒率13.8%左右，对赤霉素敏感；丰源A属于籼型水稻三系不育系，农艺性状整齐一致，不育性稳定，异交性好，开花集中，对赤霉素钝感［16～18］。本研究结果显示，在机插条件下利用无人机喷施赤霉素时，Y58S在抽穗率5%～45%范围内3个喷施剂量处理时效果都较好，其包颈粒率在1%以下，全外露穗率在80%以上；H638S在抽穗率5%～45%范围内3个喷施剂量处理效果都较好；丰源A以抽穗率10%～20%，喷施剂量570 g／hm2时效果最佳。Y58S、H638S和丰源A三个品种间赤霉素喷施时期和用量不同，Y58S和H638S对赤霉素敏感，其利用无人机喷施赤霉素时，在一定始喷抽穗率和喷施剂量范围内均可达到较好效果，而丰源A对赤霉素钝感，要达到较好喷施效果，需严格掌握始喷抽穗率和喷施剂量。

喷施方式上，母本利用无人机喷施赤霉素相对人工喷施具有更广泛的初始喷施抽穗指标和喷施剂量。本研究结果表明，Y58S人工喷施赤霉素的喷施时期以见穗40%左右，喷施量以480 g／hm2左右为最佳，利用无人机喷施时，在抽穗率5%～45%范围内喷施576、480、385 g／hm2都可达到相同效果。这是因为植物茎叶对赤霉素的吸收在一定范围内随药液浓度增加而增强［19］，而无人机喷施赤霉素相对人工喷施具有容量低、浓度高、药液雾化程度高、雾滴小、药剂在防治目标上分散度高等特点，能够提高药剂喷施的均匀性［20～22］。

栽培方式上，不同栽插方式下群体结构不同，抽穗特性有差异。机插母本相较人工栽插播始历期延长、分蘖期长、分蘖速度快、爆发力强，易造成群体过大，成穗率降低5%左右，抽穗不整齐，但其群体结构合理，单穴有效穗多［23～25］；机直播母本相较人工栽插播始历期缩短，中期苗峰高，茎秆纤细易倒伏，成穗率低，个体发育均匀，开花历期缩短，花期整齐集中［26，27］。本研究结果表明，利用无人机喷施赤霉素时，Y58S机插的效果优于人工栽插，其穗层高度和全外露穗率都随抽穗率的增加呈下降的趋势。Y58S、H638S和丰源A机插的喷施效果较好，是由于机插母本花期长，有效分蘖多，对赤霉素剂量的适应性广，在一定范围内均可达到良好效果；H638S机直播喷施效果较好，而丰源A机直播在试验剂量和抽穗期下喷施效果不好，其可能原因是直播花期整齐集中，有效分蘖少，受品种对赤霉素敏感性影响更大。

3.2 结论

杂交水稻喷施赤霉素效果的好坏由不育系本身特性、栽插方式和喷施技术共同决定。杂交水稻制种母本无论采取机插、机直播或人工移栽方式均可使用农用无人机喷施赤霉素，其效果要优于人工背负式喷雾器喷施的效果，在同剂量同始喷抽穗期时，机插的喷施效果优于机直播和人工栽插的喷施效果。不同品种在不同的栽插方式下利用无人机喷施赤霉素时，其剂量和最佳始喷期不同，Y58S、H638S与丰源A在机插时利用农用无人机喷施赤霉素可以适当减少赤霉素用量，始喷期可以提前。

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Study about the Techniques of Gibberellin Sprayed by Agricultural Unmanned Aerial Vehicle in Hybrid Rice Seed Production

TANG Rong1，ZHANG Haiqing1*，LIU Aim in2*，YANG Yongbiao1，CHEN Yong1，WANG Ming1，DONG Shuaiting1
（1 College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Hunan Longping Seed Co.Ltd.，Changsha，Hunan 410006，China）

Three hybrid combinations，Y58S×R900，H638S×R1813 and Fengyuan A×Huazhan，were used as materials with machine-transplanting，artificial transplanting and mechanical direct seeding，different doses of gibberellin were sprayed atdifferentheading stages of female parents by using single-rotor electro-dynamic-force agriculturalunmanned aerial vehicles to explore the effects ofgibberellin in the hybrid rice seed production.The results showed that the gibberellin effect on Y58Swith artificial transplanting was the best，when the earing rateswas5%-35%，and the gibberellin dose was 480 g／hm2.When the earing rates of Y58Sbymachine-transplanted were in the range of5%-45%，the gibberellin effectswere good with three spraying doses，which the package neck rate was low than 1%and the total panicle exsertion rate was over 80%.When earing rates of H638Swere in the range of 5%-45%，the gibberellin effects were good with three spraying dosages by machine-transplanted and mechanical direct seeding.When the earing rates of Fengyuan A were in the range of 10%-20%，the best results occurred at the dose of gibberellin 570 g／hm2and by machine-transplanted.The gibberellin effects on Fengyuan A were poorwith all the three spraying dosages bymechanical directseeding，which the package neck ratewas over1%and the total panicle exsertion ratewas under80%.In conclusion，spraying gibberellin on female parent by agricultural unmanned aerial vehicles could widely used in hybrid rice seed production.

S511.038

A

1001-5280（2017）04-0360-09

：10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2017.04.05

2017- 05- 03

唐 荣（1991-），男，硕士研究生，Email：297509116＠qq.com。*通信作者：张海清，教授，研究方向：种子生产原理与技术，Email：hunanhongli＠aliyun.com；刘爱民，研究员。

国家科技支撑计划（2014BAD06B07）。