丘陵地带无人机撒播水稻抗倒伏性研究

第５２卷㊀第４期河南农业大学学报

Ｖｏｌ.５２㊀Ｎｏ.４２０１８年㊀㊀

８月

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ａｕｇ.㊀

２０１８

收稿日期:２０１７－１１－２８

基金项目:国家粮食丰产增效科技创新专项课题(２０１６ＹＦＤ０３００５０６ꎬ２０１７ＹＦＤ０３０１７０２)ꎻ国家公益性行业(农业)科研专项(２０１３０３１２９)作者简介:周龙(１９９１ )ꎬ男ꎬ山东德州人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事农业智能装备研究ꎮ通信作者:马荣朝(１９５４ )ꎬ男ꎬ四川夹江人ꎬ教授ꎬ研究生导师ꎮ

文章编号:１０００－２３４０(２０１８)０４－０５９９－０５

丘陵地带无人机撒播水稻抗倒伏性研究

周龙１ꎬ李蒙良１ꎬ伍志军１ꎬ陈勇２ꎬ马荣朝１ꎬ任万军１

(１.四川农业大学机电学院ꎬ四川雅安６２５０１４ꎻ２.四川农业大学农业部西南作物

生理生态与耕作重点试验室ꎬ四川温江６１１１３０)

摘要:为研究无人机撒播方式水稻植株抗倒伏特性ꎬ以籼稻Ｆ优４９８为研究试材ꎬ设置育秧手插㊁机插㊁无人机撒播３种方式ꎬ与齐穗期后３０ｄꎬ分析３种种植方式水稻植株基部各节间抗倒伏能力的差异ꎬ并对抗折力㊁弯曲力矩㊁倒伏指数以及茎秆主要物理特性进行了相关分析ꎮ结果表明ꎬ除基部第１节间外ꎬ水稻植株基部第２ꎬ３节间的抗折力㊁弯曲力矩和无人机撒播方式显著低于其他２种方式ꎬ且倒伏指数较高ꎮ无人机撒播方式水稻株高显著高于手插水稻ꎬ与机插水稻差异不明显ꎻ水稻重心高度ꎬ无人机撒播显著低于其他２种方式ꎬ但相对重心高度高于其他２种方式ꎬ差异不明显ꎮ无人机撒播方式水稻茎秆基部各节间干物质和叶鞘干物质都显著低于其他２种方式ꎮ无人机撒播方式水稻植株基部第１ꎬ２ꎬ３节间长都显著小于其他２种种植方式ꎮ无人机撒播方式水稻茎秆粗显著低于其他２种种植方式ꎬ尤其第１节间粗度的差异已达到了极显著的水平ꎬ且各节间茎壁厚度ꎬ除第１节间茎壁厚度差异不显著外ꎬ无人机撒播方式水稻茎壁厚度都显著高于其他２种种植方式ꎮ上述茎秆物理特性在不同种植方式间有较大差异ꎬ且无人机撒播水稻茎秆抗折力和倒伏指数与水稻茎秆与节间长㊁茎秆粗等关系较显著ꎬ很大程度影响了水稻抗倒伏的能力ꎮ无人机撒播方式在茎秆主要物理特性上的显著差异表现为基部第２ꎬ３节间茎秆细ꎬ且植株较高ꎬ抗折力较小ꎬ倒伏指数较高ꎬ是抗倒伏能力较差的主要原因ꎮ关键词:无人机撒播ꎻ抗倒伏能力ꎻ倒伏指数ꎻ茎秆物理特性中图分类号:Ｓ５１１㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ

Ｓｔｕｄｙｏｎｌｏｄｇｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｕａｖｓｅｅｄｉｎｇｒｉｃｅｉｎｈｉｌｌｙａｒｅａｓ

ＺＨＯＵＬｏｎｇ１ꎬＬＩＭｅｎｇｌｉａｎｇ１ꎬＷＵＺｈｉｊｕｎ１ꎬＣＨＥＮＹｏｎｇ２ꎬＭＡＲｏｎｇｃｈａｏ１ꎬＲＥＮＷａｎｊｕｎ１

(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｉｃｈｕａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＹａａｎ６２５０１４ꎬＣｈｉｎａꎻ

２.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｒｏｐＥｃｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙａｎｄＦａｒｍｉｎｇＳｙｓｔｅｍｉｎＳｏｕｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａꎬＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅꎬＳｉｃｈｕａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＷｅｎｊｉａｎｇ６１１１３０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＵｓｉｎｇｔｈｅｉｎｄｉｃａｒｉｃｅＦＹｏｕ４９８３０ｄａｙｓａｆｔｅｒｈｅａｄｉｎｇａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｍａｔｅｒｉａｌｓꎬｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｅｅｄｌｉｎｇꎬｈａｎｄｐｌａｎｔｉｎｇꎬｍａｃｈｉｎｅｐｌａｎｔｉｎｇａｎｄａｉｒｃｒａｆｔｐｌａｎｔｉｎｇꎬｗｅｒｅｓｅｔｕｐｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｌｏｄｇｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｕａｖｓｅｅｄｉｎｇｒｉｃｅｐｌａｎｔｓ.Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｏｄｇｉｎｇｉｎｄｅｘａｎｄｔｈｅｂｒｅａｋｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎬａｎｄｍａｉｎｃｕｌｍｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｌｅｘｕｒａｌａｎｄｆｌｅｘｕｒａｌｍｏｍｅｎｔｓｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｉｎｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｓｅｃｔｉｏｎｓｅｘｃｅｐｔｔｈｅｆｉｒｓｔｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂａｓｅꎬｗｈｉｌｅｔｈｅｌｏｄｇｉｎｇｉｎｄｅｘｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓ.Ｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｒｉｃｅｐｌａｎｔｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｈａｎｄ￣ｐｌａｎ￣ｔｅｄｒｉｃｅꎬａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｗａｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ.Ｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｇｒａｖｉｔｙｏｆｔｈｅｒｉｃｅｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｌｏｗｅｒ

ｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓꎬｂｕｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｃｅｎｔｅｒｏｆｇｒａｖｉｔｙｗａｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏ

６００

㊀河㊀南㊀农㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第５２卷ｍｅｔｈｏｄｓꎬａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｗａｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ.Ｔｈｅｄｒｙｍａｔｔｅｒａｎｄｌｅａｆｓｃａｂｂａｒｄｉｎｔｈｅｒｉｃｅｐｌａｎｔｂａｓｅ１ꎬ２ꎬ３ｉｎｔｅｒｎｏｄｅｓｌｅｎｇｔｈｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓ.Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｉｎｔｅｒｎｏｄｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｈａｓｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｅｖｅｌꎬａｎｄｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｅｍｗａｌｌｏｆｅａｃｈｓｅｃｔｉｏｎꎬｅｘｃｅｐｔｔｈａｔｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｉｒｓｔｉｎｔｅｒｎｏｄｅｗａｓｎｏｔｓｉｇ￣ｎｉｆｉｃａｎｔꎬｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｒｉｃｅｓｔｅｍｗａｌｌｏｆｔｈｅａｉｒｃｒａｆｔｓｐｒｅａｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｐｌａｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ.Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅａｂｏｖｅ￣ｍｅｎｔｉｏｎｅｄｓｔｅｍｖａｒｉｅｓｇｒｅａｔｌｙｆｒｏｍｐｌａｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｏｐｌａｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄꎬａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｌｏｄｇｉｎｇｉｎｄｅｘｏｆｔｈｅｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｉｎｔｅｒｎｏｄｅａｎｄｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｓｔｅｍａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔꎬｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｉｃｅｔｏｒｅｓｉｓｔｌｏｄｇｉｎｇ.Ｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｆｏｒｔｈｅｐｏｏｒａｎｔｉ￣ｌｏｄｇｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｉｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｍａｉｎｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｔｅｍｉｎｔｈｅｗａｙｏｆｐｌａｎｔ￣ｉｎｇꎬｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｔｈｉｎｓｔｅｍａｔｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｎｄｔｈｉｒｄｊｏｉｎｔｓｏｆｔｈｅｂａｓｅꎬａｎｄｔｈｅｐｌａｎｔｉｓｈｉｇｈꎬｔｈｅｒｅｓｉｓｔ￣ａｎｃｅｔｏｂｅｎｄｉｎｇｉｓｌｏｗꎬａｎｄｔｈｅｌｏｄｇｉｎｇｉｎｄｅｘｉｓｈｉｇｈ.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｅｒｉａｌｓｅｅｄｉｎｇꎻｌｏｄｇｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎻｌｏｄｇｉｎｇｉｎｄｅｘꎻｃｕｌｍｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

㊀㊀倒伏是水稻生产上普遍发生的问题ꎬ是水稻增产ꎬ提高稻米品质ꎬ增加收获成本的关键因素之一[１－３]ꎮ植株抗倒伏性能与株高㊁秆长㊁叶片分布㊁节间配置㊁穗位和重心等形态指标ꎬ与基部节间粗度㊁壁厚㊁鞘厚㊁鞘重㊁抗折力和弯曲力矩等物理性状指标ꎬ与茎秆横截面积㊁维管束面积等解剖结构ꎬ以及与淀粉和可溶性糖等有机化学成分含量ꎬ氮㊁硅和钾等无机化学成分含量等关系密切[４－７]ꎮ研究表明ꎬ水稻倒伏一般发生在抽穗后ꎬ齐穗后２１~３０ｄ是敏感期ꎬ植株基部２~３节间是宜倒伏节位[８－９]ꎮ此外ꎬ由于四川丘陵地区相对平原地区人均耕地面积少ꎬ且土地比较分散ꎬ地形崎岖ꎬ部分地区大型农机无法工作ꎬ小型农机也使用不便ꎮ无人机撒播适宜复杂地形ꎬ在播种均匀的情况下ꎬ抗倒伏是这种种植方式的关键因素ꎮ本研究比较了无人机撒播㊁手插㊁机插３种种植方式对水稻植株物理特性㊁力学和抗倒伏的影响ꎬ旨在降低水稻种植风险ꎬ为水稻无人机撒播提供技术参考和数据支持ꎮ

１㊀材料与方法

１.１㊀材料

试验于２０１６ ２０１７在四川农业大学教学科研园区进行ꎬ位于四川省雅安市雨城区ꎮ四川省雅安市雨城区位于四川盆地西部ꎬ为四川盆地西缘与青藏高原的过渡地带ꎬ气候类型为亚热带季风性湿润气候ꎬ年均气温为１４.１~１７.９ħꎬ全区多年平均降雨量为１７４９.８ｍｍꎬ无霜期２８０~３１０ｄ[１０]ꎮ本试验选用的稻种是籼型杂交水稻Ｆ优４９８ꎮ试验用四川农业大学机电学院研制的无人机播种机ꎮ

各处理的管理方法一致ꎬ施纯氮１８０ｋｇ ｈｍ－２ꎬ按ｍ(Ｎ)ʒｍ(Ｋ２Ｏ)ʒｍ(Ｐ２Ｏ５)＝２ʒ２ʒ１来施氮㊁钾㊁磷肥ꎬ其中基蘖肥按氮肥底肥和分藥肥为６ʒ２比例来施肥ꎬ穗肥和粒肥比例为１ʒ１施肥ꎮ磷肥都用作底肥ꎬ钾肥底肥和追肥比例２ʒ１ꎮ试验设无人机直播㊁手插㊁机插等３个处理ꎮ各处理均在２０１６－０４－２８播种ꎮ播种前将种子浸泡１ｄ直到出芽ꎮ飞播处理密度为１１０粒 ｍ－２种子左右ꎬ播种深度为０.５ｃｍꎻ育秧移栽手插密度为１３.３ｃｍˑ２８.８ｃｍꎻ机插规格为３０ｃｍˑ１５.７ｃｍꎬ每穴苗数３苗ꎮ试验采用单因素随机区组设计ꎬ其他管理按常规大田来管理ꎮ

１.２㊀测定项目与方法

齐穗后ꎬ不同种植方式各个小区随机选取代表性的植株各２０株ꎮ测定株高㊁穗长㊁重心高度㊁各节间的长度㊁节间中部的粗度和茎壁粗度以及基部第１~６节间(Ｎ１ꎬＮ２ꎬＮ３ꎬＮ４ꎬＮ５ꎬＮ６)的抗折力及节间基部到穗顶的长度和鲜质量ꎮ

重心高度:将新鲜茎秆地上部(包括穗子㊁叶片和叶鞘)ꎬ水平横置于刀口上ꎬ并左右移动ꎬ直至其平衡卧于刀口上ꎬ这时与刀口的接触点即为重心ꎬ测量重心至茎秆基部的距离即为重心高度(ｃｍ)ꎮ

不同种植方式水稻基部各节间的弯曲力矩(ＢＭ)㊁抗折力(ＢＲ)和倒伏指数(ＬＩ)的计算参照瀬古秀生等[１１]的方法:弯曲力矩(ｃｍ ｇ)＝节间基部至穗顶的长度(ｃｍ)ˑ该节间基部至穗顶的鲜质量(ｇ)ꎻ倒伏指数((ｇ ｃｍ) ｇ－１)＝弯曲力矩(ｃｍ ｇ)/抗折力(ｇ)ˑ１００ꎮ

抗折力:将待测定的节间茎秆(保留叶鞘)置于万能力学测定机上ꎬ支点间距为５ｃｍ(不足５ｃｍ换算为５ｃｍ)ꎬ获得力与时间变化的图线ꎬ取