杂交水稻机械化制种技术的研究

黄建良，徐国娥

（南城县建昌镇便民服务中心，江西 南城 344700）

水稻是很多普通民众生活当中必需的粮食，作为主粮之一，需求量巨大。我国是粮食消耗大国，在我国粮食稳定以及粮食总体增产上，杂交水稻的研发以及推广和应用，都起到了巨大的促进作用，让我国在粮食安全方面得到了更有力的保障。随着科技的进步，我国粮食产量也随之得到了稳定的增长，其中杂交水稻品种起到了较大的作用。这几年，杂交水稻在全国种植的总面积出现了降低的趋势，其原因较多，首先是杂交稻在制种上，主要采取人力方式来进行，其手工操作的整体程序非常复杂，同时需要高强度的劳动，导致其总体成本较高；其次是随着生产方式的优化，水稻在生产上趋向于机械化以及轻简化的模式，这就使得用种量明显增加，让用种的成本持续增加，这对杂交水稻的推广造成了巨大的负面影响。因此需要在杂交水稻种子的机械化制种方向进行研发，让杂交水稻的制种成本得以持续下降，由此来维持我国杂交水稻的总体种植面积[1-4]。

1 杂交水稻机械化制种技术的研究现状

在对杂交水稻进行推广的过程当中，需要保障其种子的高效生产。在传统的水稻制种流程当中，母本都是雄性不育系，父本材料都采用恢复系，将不育系和恢复系按照相应的比例来进行种植，在植株生长的过程当中，对其施用赤霉酸来抑制药害，利用人工进行辅助赶粉，由此可以最终分别得到父本与母本。在制种过程当中，为了保证其质量，在制种的整个流程当中，都需要在种子混杂问题上引起高度重视，整个制种过程需耗费巨大的人力以及物力[5-6]。

在机械化制种方面，有诸多国家都进行了深入的研究。美国、加拿大、澳大利亚等国家均耕地较多，在种植业发展的过程中，为了适应大规模集约化经营所需的大型高效农业机械，在英、法、意、德等国也完成了中等规模的集约化经营，其中包括了：父本母本种植中的机械旱条播技术；在施肥以及喷药环节，利用机械来完成；利用直升机进行赶粉；采取机械收获等技术进行制种。随后日本、韩国等国在生产杂交种子的过程中，以及在翻耕、收割以及种子干燥等环节中，都基本运用机械来进行生产。马来西亚在制种中，也实现了机械化制种，包括在整地、插秧、喷药、施肥、收割以及包装等环节实行机械化，在选择的杂交稻组合当中，实现了对其进行机械化制种，将籼型杂交水稻和粳型三系杂交水稻的产量提高到1.2 t/hm2以及1.8 t/hm2。

在我国杂交水稻制种流程当中，实行机械化制种的方式有两种。分植法中，需要将父本和母本进行分开种植，随后，在合适的时间点进行花粉收集和传粉等操作，进行机械栽插，栽插时需要按照行比来进行，在完成了授粉的环节后，需要将父本植株进行人工去除，再进行机械收割，得到的种子为F1 代杂交种子；还可以在组合中，将有相同生育期的父本母本进行组合，按照一定的比例来进行机械直播；同时还可以将父本和母本分开种植，等待父本生长至盛花期时，进行机械采粉，用冷冻的方式进行储存，而当母本处于盛花期的时期，对母本进行机械授粉。混制法是将父本和母本混合种植，在后期进行混合收割，随后采取措施将父本自交种进行去除。例如可以在水稻的恢复系当中，导入除草剂的敏感基因，同时将对应的抗性基因导入到不育系，让父本植株和母本植株可以在对应的除草剂上，产生敏感以及有抗性的差异，在授粉完成之后，喷施除草剂，就可以除去父本植株，只留存母本的F1 代杂交种子。

在对种子进行分选的技术研发中，林梦倩等[7]研究得出，利用圆孔筛来对种子进行筛选，当粒宽具有0.7 mm 以上的差异时，能够达到较好的分选效果；日本研发出的恢复系，具有Ph 基因，这就让其种子在经过分类化合物的处理之后，会改变颜色，变成黑色，因此可以利用这一特点来对种子进行分选。我国在这方面也进行了诸多研究。余应弘等[8]混合了大粒以及小粒品种，再对其进行分离测试，发现利用圆孔筛（3.5 mm）对混合种子筛选3 次，可以将不同大小的籽粒进行分离，处理之后，其纯度可以达到99%以上，达到国家纯度的标准。吴明亮等[9]利用水稻籽粒长度的不同，设计出了相应的分选机，能够对籽粒长短有差异的种子进行机械化筛选。

2 杂交水稻机械化制种存在的问题

在机械化制种中，对于整个流程当中涉及的多个环节，都有诸多学者进行了对应的研究，但是大多数的研发成果都还处于研究阶段，并未大规模地应用到产业当中。在目前的产业市场内进行大面积推广的模式当中，存在着一系列问题，例如制种量不高，种子的质量难以得到保证，以及生产效益还需进一步提升等。总结来说，主要在以下三个方面存在问题。

2.1 缺少适合机械化制种的组合

水稻育种的主要目标为优质、高产以及多抗等特性，而在进行农机农艺结合的过程中，对于培育适合机械化制种组合的重视程度不够。适合机械化制种的组合有其相应的要求：其父母本需要有较小的播差期，较好的授粉态势，光温反应钝感，同时对赤霉素敏感；在选择父母本的过程中，考虑了多个关键特征。前提条件是选择矮壮的母本，这有助于提高整个植株结构的稳定性，减少倒伏的风险，并使得农田的机械化操作更为顺利。父本的选择需要具备一定的抗倒伏能力，以应对可能出现的枯秧现象。这有助于保证父本在生长过程中的稳定性，从而避免不良条件对结实率的影响。父本需要具有较长的花期，并且产生较多的花粉量。这样可以增加与母本之间的花粉交流机会，并提高异交结实率。在全程机械化操作上，采用了水稻直播机或插秧机进行父母本的种植。这种方式能够提高种植效率和作业质量，同时适应不同的栽培环境和行间距设置。在生长过程中的管理方面，需注重父母本的适应性，通过科学的施肥、病虫害防治和灌溉等措施，保证父母本的健康生长，并最大限度地发挥其特性和潜力。

2.2 缺乏大规模的机械化制种基地

在杂交水稻种植过程中，对于环境温度、湿度以及光照的要求都较高，而我国气候条件与杂交水稻种植要求相符的区域大多为丘陵地带或者是山区，存在田块的面积不大，海拔高度各不相同，规模相对较小等一系列问题，较为合适的种植方式为小规模种植，或者是以家庭为单位种植，难以实现机械化生产。而一些地形条件较佳、可以实现机械化制种的区域，往往在植株处于授粉环节时，出现持续高温天气，或者昼夜温差不大，由此严重影响制种的效率。

2.3 缺乏配套的机械设备

在大规模制种中，要实现机械化，就需要在各个环节中应用多种农用机械，实现包括整地、育秧、移栽或直播过程的机械化，以及后期除草、施肥、赶粉、收割与分选等环节的机械化。由于田块的不规整性以及其大小不一等一系列因素，都对机械的应用提出了较高的要求，而我国尚对农用机械设备的研究不足，特别是在混播种植中，对混收后的种子进行机械分选的机械设备较少。

3 杂交水稻机械化制种流程

3.1 杂交水稻的品种以及机械设备

材料：蜀优217 组合；主要农机具为直播机、农用无人机、平地机、旋耕机以及收割机。

3.2 田间规划及行比设置

田间规划方面，采用了8 行的栽插方式进行水稻种植。这种栽插方式具有较高的效率和灵活性，能够在整个栽插过程中保持父母本的良好状态。相比传统的10-12 行栽插方式，8 行栽插能够减少行间距，使得父母本之间的距离更近，从而提高了花粉交流的机会，其栽插的效率较佳，在整体栽插的过程当中，可以使父母本维持良好状态。8 行栽插方式还能够保持田间的整洁和系统性。行间距较窄，种植密度更高，能够有效利用土地资源，提高产量。同时，父母本之间的距离较近，有利于机械插秧和机械收割的操作。

3.3 确定播差期

对于播始历期较为靠近的组合，可以同时对父本以及母本进行播种。差别为25 ～30 d 的，在对父本进行机插的时候，秧龄对于始穗的时间不会有过大的影响，而对于秧龄较长，且采取手栽方式的父本，始穗的时间会加长，延长4 d 左右；对于采取机插方式的母本，秧龄对于母本的始穗时间可以造成较为明显的影响，对于采取了机插方式种植的长秧龄的母本，其与采取手栽方式的短秧龄母本相对比，始穗的时间会延后，约为2 d 左右。因此对于这些组合，采取机插方式种植的母本和采取人工移栽方式种植的母本相比，播种的时间需要提前7 d，让父母本的花期可以及时相遇，在进行父本育秧时，其叶龄增长的速度为0.2 叶/d，因此在进行母本播种的时候，机插方式和人工方式相比，其叶差大约为少1.4 叶。不同播栽方式的对比结果见表1。

表1 不同栽插方式下花期相遇情况

3.4 分水管理

播种前1 d 排水，对于有低洼积水的地方，需要重新开沟将水排出。在播种7 d 内进行保湿，1 叶1 心期需灌浅水。在营养生长期间，采取干湿交替方式，促进植株分蘖。在授粉期需灌深水，后期排水进行晒田。

3.5 机械化育秧

在父母本进行育秧时，采用商品基质育秧方式，能够防止泥浆或者营养土将杂株带入，对种子的质量造成影响。其主要的技术点如下：分量播种秧田中的播种量需要依据平均单位面积内的成苗数来进行计算，在第1 期父本材料当中，单位面积之内的成苗数：1 ～1.2 株/cm2；在第2 期父本材料当中，单位面积之内的成苗数是第1 期的1.3 ～1.5 倍。机插育秧硬盘的大小为58 cm×28 cm×2.5 cm，每公顷大田使用310 ～390 个硬盘。具体的播种粒数：第1 期父本材料中每个盘内为1700 ～1900 粒种子，约50 ～80 g/盘，第2期父本材料中每个盘内为2200 ～2800 粒种子，约60 ～120 g/盘，母本材料播种的粒数为每个盘内为3400 ～3600 粒种子，约75 ～120 g/盘。

3.6 插秧

插秧时，每行需要和田块的边缘平行，可以将效率提升，先对内部厢插秧，最后在对外围厢进行插秧。按照制种的最终目标，在基本苗的数量上：母本材料为90 万～105 万株/hm2，父本材料为13.5 万～15.0 万株/hm2。

3.7 施肥

播种前需施底肥(375 kg/hm2)，在播种12 d 之后，在田块中灌浅水，施复合肥以及尿素；对于父本，需施用尿素以及复合肥，促进父本植株的分蘖和壮蔸。

3.8 喷施赤霉酸和人工辅助授粉

采取无人机喷洒的方式，进行赤霉酸的喷施，在飞行过程中，需和植株冠层保持2 ～3 m 的差距，在无人机持续飞行的过程当中，其速度维持在3 ～5 m/s。赤霉酸的总体用量依据抽穗指标来制定，持续时间为2 ～3 d，喷洒次数为2 ～3 次。而对于父本植株表现为钝感，或者父本植株矮于母本植株的，需要对父本进行1 ～2 次喷施，喷施完成之后，需要维持父本植株和母本植株高度较为一致，且不出现倒伏情况；在喷施的过程中，无人机两侧的1 ～2个喷嘴需要处于关闭的状态，确保无人机的喷施范围在父本植株上。在授粉的过程当中，无人机在父本植株上方持续飞行，需要对其飞行的姿态以及方向进行把控，控制无人机飞行的范围。无人机不同的飞行速度以及飞行高度都会对结实率产生一定程度的影响。

3.9 父母本机械分收

在85%的母本种子成熟时，对母本进行机收，在父本种子完全成熟后，对父本进行机收。

4 结果及分析

4.1 播差期

首先，父本以及母本都采取机插的方式，机插母本材料的具体时间是父本植株处于4.5 叶时，其结果为花期相遇的效果良好；其次采取的是父本以及母本都采取手栽的方式，插父本时，要在父本行的头尾留出空地做为插母本时，插秧机行走路，在插完母本后，再将父本补插上。通过父本和母本的手栽方式，既保持了人工操作的灵活性，又能够达到较好的花期相遇效果；而父本机插与母本直播的方式相比，推迟的时间为4 d，最终让父本材料比母本材料晚2 d 始穗。

4.2 结实率

在不同的行比中，需给无人机设置不同的飞行速度以及高度。当父本与母本行比为1 ∶6 时，飞行高度（m）分别为2、2、3、3；飞行的速度（m·s-1）分别为：3、5、3、5；对应的植株结实率分别为：36.08%、29.62%、28.96%、30.28%；当父本母本行比为3 ∶18 时，飞行高度（m）分别为2、2、3、3；飞行的速度（m·s-1）分别为：3、5、3、5；对应的植株结实率分别为：21.50%、28.03%、26.44%、25.52%，因此在不同的行比当中，无人机的飞行高度维持在2 ～3 m，飞行的速度维持在3 ～5 m/s 的时候，植株的结实率都较高。

4.3 病虫害防治

在整个生育期，需要依据当地田块当中历年的病虫害情况进行预报，及时地采取有效措施来对稻飞虱、稻瘟病、稻螟虫等病虫害予以防治。对于稻螟虫的防治，需施用阿维·氯苯酰悬浮剂，施用量为600 ～750 mL/hm2；对于纹枯病的防治，需施用苯甲·丙环唑乳油；对于稻瘟病的防治，需施用吡唑醚菌酯微囊悬浮剂，施用量为840 ～1095 mL/hm2；对于稻曲病的防治，需施用三唑酮乳油，施用量为600 ～750 mL/hm2。在整个过程当中，对于异形籽粒和育秧后父本母本在各个生育环节中的异形株，都需要及时地进行清除。

5 小结

机械化制种在杂交水稻的推广中起到了重要作用，其与传统模式相比，大大降低了劳动强度，且作业的速度大幅提升，经济效益好。