Субекти

Резюме

Въведение

Оризът е основната хранителна култура за повече от 65% от населението в Китай 1, а самодостатъчността на ориза е постигната в Китай 2. Промените в китайската социално-икономическа среда през последните години обаче поставят предизвикателства пред производството на ориз. Мащабната миграция между селските и градските райони в Китай доведе до намаляване на земите и трудовите ресурси и до увеличаване на работната заплата за производство на ориз 2,3. Следователно, подобряването на добива на зърно от единица земя с по-малко вложена работна сила е от решаващо значение за поддържане на самодостатъчност на ориза в Китай.

Разработването на хибриден ориз има потенциала да увеличи добива на зърно с 10–20%, а Китай успешно използва потенциала на хибридния ориз в голям мащаб 4,5. В допълнение, машинното разсаждане е метод за спестяване на труд, който е бързо разработен за производство на ориз в Китай 6. Взети заедно, разработването на машинно трансплантиран хибриден ориз трябва да бъде осъществим подход за задоволяване на нуждите както на висок добив на зърно, така и на висока ефективност на труда в Китай.

Добивът на зърно от ориз включва добиви от зърнени култури с различни култури (т.е.., основни стъбла и различни фрези), които се определят от метлички на m 2, класове на метлица, процент на пълнене на класове и тегло на зърното. Има съобщения, че компонентите на добива са различни при основните стъбла и различните фрези в ориза и зависят от чертите на сортовете, агротехническите практики (напр., плътност на засаждане и степен на приложение на N) и условия на околната среда 7,8,9. Тези предишни проучвания обаче са проведени при ръчно трансплантирани или директно засадени условия и е налице ограничена информация за компонентите на добива на основните стъбла и различни фрези и тяхната връзка с добива на зърно при машинно трансплантиран ориз. Добре документирано е, че компонентите на добива на ориза могат да бъдат повлияни от метода за установяване на културите 10,11, така че е необходимо да се проучи добива при всички методи на установяване.

В настоящото изследване добивът на зърно и компонентите на добива от различни култури (т.е.., основни стъбла и първични и вторични фрези) бяха определени в два хибридни сорта ориз, отглеждани при две плътности на машинно трансплантация за две години. Целта на това проучване е да се идентифицира кой тип култури и кои компоненти на добива са критични за постигане на високи добиви на зърно в машинно трансплантиран хибриден ориз.

Резултати

Няма значителна разлика в общия добив на зърно между L1212 и T390 (Таблица 1). Разликата в добива на зърно от основните стъбла също не е значителна между двата сорта. L1212 дава 9% по-висок добив на зърно от първични мотофрези, но с 20% по-нисък добив на зърно от вторични мотофрези от T390.

D11 дава 30% по-висок общ добив на зърно от D21 (Таблица 1). Добивът на зърно от основни стъбла и първични фрези е съответно 67% и 53% по-висок при D11, отколкото при D21. Няма значителна разлика в добива на зърно от вторични фрези между двете плътности.

Общият добив на зърно е бил с 22% по-нисък през 2017 г., отколкото през 2018 г. (Таблица 1). Добивът на зърно от основните стъбла през 2017 г. е с 15% по-висок от този през 2018 г. Добивът на зърно от първични и вторични фрези е по-нисък през 2017 г., отколкото през 2018 г., съответно с 19% и 38%.

Няма значителни интерактивни ефекти на C × D или C × Y върху общия добив на зърно и добивите на зърно от основни стъбла и първични и вторични фрези (Таблица 1). Интерактивният ефект на D × Y е значителен за общия добив на зърно и добивите на зърно от първични и вторични фрези, но не е значим за добива на зърно от основните стъбла. Интерактивният ефект на C × D × Y е бил значителен за общия добив на зърно и добива на зърно от първични фрези, но не е значителен за добивите от зърно от основни стъбла и вторични фрези.

Средно по сортове, плътности и години, основните стъбла и първичните и вторичните фрези допринасят съответно около 15%, 50% и 35% за общия добив на зърното (Таблица 1). Общият добив на зърно не е значително свързан с добивите на зърно от основни стъбла и вторични лостове, но положително и значително е свързан с добива на зърно от първични лостове (Фиг. 1а – в). Приблизително 85% от вариацията в общия добив на зърно се обяснява с добива на зърно от първични фрези (фиг. 1б). В резултат на това в следващия анализ са включени само компонентите на добива на първичните фрези.

лопатка

Връзки между общия добив на зърно и добива на зърно от основните стъбла (а), първични мотофрези (б) и вторични мотофрези (° С) в хибриден ориз. ** означава значимост при нивото на вероятността 0,01.

Няма значителни разлики в метлиците на m 2, колосниците на метлица или теглото на зърната на първичните фрези между L1212 и T390 (Таблица 2). Процентът на пълнене с колоски на първичните фрези е с около 8% по-висок при L1212, отколкото при T390.

D11 е имал 61% по-високи метлици на първичен лост на m 2 от D21 (Таблица 2). Разликите в класовете на метлица, процентът на пълнене на колосниците и теглото на зърната на първичните фрези не са значителни между двете плътности.

И двете метлички на m 2 и колонките на метлица на първичните фрези са с 12% по-ниски през 2017 г., отколкото през 2018 г. (Таблица 2). Процентът на пълнене на шипове на първични фрези е бил с около 4% по-висок през 2017 г., отколкото през 2018 г. Няма значителна разлика в теглото на зърната на първичните фрези между двете години.

Интерактивните ефекти на C × D, C × Y и C × D × Y не са значими за метлички на m 2, класове на метлица или тегло на зърната на първичните фрези, но са значими за процента на пълнене на шипове на първични фрези (Таблица 2 ). Интерактивните ефекти на D × Y не са били значими за метлички на m 2 или тегло на зърната на първични фрези, но са били значими за колоски на метлица и процент на пълнене на колосници на първични фрези.

Налице е значителна и положителна връзка между добива на зърно от първични лостове и метлици от първични лостове на m 2 (Фиг. 2а). Добивът на зърно не е бил значително свързан с класовете на метлица, процента на пълнене на колоса или теглото на зърната на първичните фрези (фиг. 2б – г).

Връзки между добива на зърно с метли на м 2 (а), колоски на метлица (б), процент на пълнене на колоска (° С) и теглото на зърното (д) на първични фрези в хибриден ориз. ** означава значимост на нивото на вероятността 0,01.

Дискусия

В това проучване общият добив на зърно не се влияе значително от сорта. Този резултат е в съответствие с предишните ни проучвания 12,13, които са използвали същите два сорта (L1212 и T390) като настоящото проучване и са показали, че двата сорта са дали подобни добиви на зърно. Тези резултати показват, че двата сорта имат сравним потенциал за добив.

Въпреки че това проучване не открива значителна разлика в сорта в общия добив на зърно, се наблюдава значителен ефект от плътността на хълма върху общия добив на зърно. А именно, постигнато е 30% увеличение на общия добив на зърно чрез увеличаване на плътността на хълма от 25 cm × 21 cm на 25 cm × 11 cm. Този резултат показва, че увеличаването на плътността на хълма е осъществим начин за увеличаване на добива на зърно в машинно трансплантиран хибриден ориз. Тази констатация е в съгласие с тази, съобщена при хибриден ориз, отглеждан при ръчно трансплантирани условия 14. Повишеният добив на зърно с увеличаване на плътността на хълма в хибридния ориз може да се дължи на това, че метличките на m 2 са критичният компонент на добива за постигане на висок добив на зърно в хибридния ориз 15. Резултатите от това проучване по-нататък показаха, че увеличеният общ добив на зърно от нарастващата плътност на хълмовете се дължи главно на увеличените добиви на зърна от основни стъбла и първични фрези.

В това проучване също се наблюдава значителна годишна вариация в общия добив на зърно, т.е.., общият добив на зърно е по-нисък през 2017 г. в сравнение с 2018 г. По-ниският общ добив на зърно през 2017 г. в сравнение с 2018 г. се дължи отчасти на по-ниския добив на зърно от първични фрези, който се задвижва от по-ниски метли на m 2 и колоси на метлица на първични фрези. Годишните разлики в метлиците на m 2 и колонките на метлица на първичните фрези могат да се обяснят с годишната вариация в натрупващата се слънчева радиация през периода преди заглавието, който е бил с 16% по-нисък през 2017 г. в сравнение с 2018 г. (фиг. 3а). В допълнение, по-ниският добив на зърно от вторични мотофрези също е частично отговорен за по-ниския общ добив на зърно през 2017 г., отколкото през 2018 г. Разликата в добива на зърно от вторични мотофрези се дължи главно на вариацията в мехурчетата на вторични лостове на m 2 (89 през 2017 г. срещу. 150 през 2018 г.) (данните не са показани), причинени от промяна в натрупващата се слънчева радиация през периода преди заглавието. Ниският интензитет на светлината може значително да намали броя на румпелите поради липса на фотосинфати 16 .

Ежедневна слънчева радиация (а) и средна температура (б) по време на сезона на отглеждане на ориз през 2017 и 2018 г. Вертикалните пунктирани линии представляват началния етап.

В това проучване са открити и някои значими интерактивни ефекти на експерименталните фактори (сорт, плътност и година) върху атрибутите на добива. Процентът на пълнене на колоса на първичните фрези е бил значително повлиян от всички двуфакторни и трифакторни взаимодействия. Този резултат също така подчертава защо процентът на пълнене на класове е компонентът на добива, който е трудно да се контролира или регулира при производството на ориз.

В допълнение и най-важното, изчерпателният анализ на данните за сортовете, плътността и годината в това проучване предостави полезна количествена информация за идентифициране на критични растителни черти, свързани с високи добиви на зърнени култури в машинно трансплантиран хибриден ориз, включително: (1) първични фрези са допринесли около 50% от общия добив на зърно, следвани от вторични фрези (35%) и основни стъбла (15%); и (2) 85% вариация в общия добив на зърно се обяснява с добива на зърно от първични фрези, което е тясно свързано с метличките на първичните лостове на m 2. Съответно можем да заключим, че броят на метлиците на първичните фрези е от съществено значение за постигане на високи добиви на зърно в машинно трансплантиран хибриден ориз. В настоящото проучване обаче има ограничение, което трябва да се признае, а именно, в това проучване са използвани само две плътности на хълма с един разсад на хълм. Следователно, за да се потвърди заключението от това проучване, трябва да се направят допълнителни проучвания, включващи повече плътност на хълма и брой на разсад на хълм.

Методи

Теренни експерименти бяха проведени в Йонган (28 ° 09′ с.ш., 113 ° 37′изток, 43 м. Н. В.), Провинция Хунан, Китай в края на сезона на отглеждане на ориз през 2017 и 2018 г. Сайтът има влажен субтропичен мусонен климат. Средната дневна слънчева радиация и средната температура през сезона на отглеждане на ориз са били 12,9 MJ m −2 d −1 и 25,7 ° C през 2017 г. и 15,1 MJ m −2 d −1 и 25,0 ° C през 2018 г. (фиг. 3а, б). Почвата на експерименталното поле представлява глина с рН 6,20, органично вещество 38,6 g kg -1, наличен N 168 mg kg -1, наличен P 18,5 mg kg -1, и наличен K 183 mg kg -1. Тестовете на почвата се основават на проби, взети от горния 20 см слой преди началото на експеримента през 2017 г.

Всяка година два хибридни оризови сорта, Longjingyou 1212 (L1212) и Taiyou 390 (T390), бяха отглеждани при две плътности на хълма, 25 cm × 11 cm (D11) и 25 cm × 21 cm (D21). Сортовете са избрани, тъй като обикновено се отглеждат в района на изследване. Експериментът е изложен в проект на разделен участък, като се използват плътности на хълмове като основни парцели, а сортове като подзаговори, с три повторения и размер на участъка от 80 m 2 .

Разсадът на ориз беше отгледан съгласно метода, описан от Huang и Zou 17, а 27-дневните разсад бяха трансплантирани с по един разсад на хълм, с помощта на високоскоростен трансплантатор на ориз (PZ80-25, Dongfeng Iseki Agricultural Machinery Co., Ltd ., Xiangyang, Китай). Липсващите растения бяха презасадени ръчно в рамките на 7 дни след трансплантацията, за да се получи еднаква растителна популация. Използваните торове бяха карбамид за N, единичен суперфосфат за P и калиев хлорид за K при норми от 150 kg N ha -1, 75 kg P2O5 ha -1 и 150 kg K2O ha -1, съответно. N торът се прилага в три разделения: 50% като основен тор (1 ден преди трансплантация), 20% при ранно бракуване (7 дни след трансплантацията) и 30% при започване на метлицата. Торът P се прилага като основен тор. Торът К беше разделен по равно при основното оплождане и инициирането на метлицата. Експерименталното поле беше залято с дълбочина на водата 3–5 cm от трансплантацията до 7 дни преди зрелостта. Плевелите, вредителите и болестите бяха интензивно контролирани от химикали, за да се избегне загуба на добив.

Десет хълма оризови растения бяха взети проби от всеки участък и бяха разделени на три подпроби: основни стъбла, първични фрези и вторични фрези. Основното стъбло е първото стъбло на растението. Първични и вторични мотофрези са тези, които са възникнали съответно от главния лост и първични фрези. Броят на метлиците е преброен, за да се изчислят метлиците на хълм и на m 2 за всяка подпроба. Паницерите бяха измазани ръчно и бяха преброени напълнени и ненапълнени колони, за да се изчислят процентите на пълнене на метли и колони. Сухото тегло на пълнените зърна се определя след сушене във фурна при 70 ° С до постоянно тегло и се изчислява теглото на зърното. Общият добив на зърно е сумирането на добивите от зърно (тегла на пълнените зърна) от основни стъбла, първични фрези и вторични фрези.

Данните бяха анализирани с помощта на дисперсионен анализ (ANOVA) и линейна регресия (Statistix 8.0, Analytical Software, Tallahassee, FL, USA). Статистическият модел за ANOVA включва репликация, сорт (C), плътност (D), година (Y), двуфакторните взаимодействия на C × D, C × Y и D × Y и трифакторното взаимодействие на C × D × Y. Статистическата значимост е зададена на ниво вероятност 0,05.

Наличност на данни

Всички данни, генерирани или анализирани по време на това проучване, са включени в статията.

Препратки

Hsiaoping, C. Консумация на ориз в Китай: Може ли Китай да промени консумацията на ориз от количество към качество в Оризът е живот: научни перспективи за 21 век (изд. Toriyama, K., Heong, K. L. & Hardy, B.) 497–499 (International Rice Research Institute, 2005).

Deng, N. и др. Запълване на пропуските в добива за самодостатъчност на ориза в Китай. Нат. Общ. 10, 1725 (2019).

Peng, S., Tang, Q. & Zou, Y. Текущо състояние и предизвикателства при производството на ориз в Китай. Растителна Прод. Sci. 12, 3–8 (2009).

Peng, S., Cassman, K. G., Virmani, S. S., Sheehy, J. & Khush, G. S. Потенциални тенденции за добив на тропически ориз след освобождаването на IR8 и предизвикателството за увеличаване на потенциала за добив на ориз. Crop Sci. 39, 1552–2559 (1999).

Cheng, S. H., Zhuang, J. Y., Fan, Y. Y., Du, J. H. & Cao, L. Y. Напредък в изследванията и разработките на хибриден ориз: супердоме в Китай. Ан. Бот. 100, 959–966 (2007).

Huang, M. & Zou, Y. Интегриране на механизацията с агрономия и развъждане, за да се осигури продоволствена сигурност в Китай. Полски култури Рез. 224, 22–27 (2018).

Wang, F., Cheng, F. & Zhang., G. Разлика в добива и качеството на зърното сред мотофрези в оризовите генотипове, различаващи се в капацитета на обработка. Rice Sci. 14., 135–140 (2007).

Уанг, Ю. и др. Хетерогенност в добивите на оризови фрези, свързани с образуването на фрези и азотен тор. Агрон Дж. 108, 1717–1725 (2016).

Wu, G., Wilson, L. T. & McClung, A. M. Принос на оризовите фрези за натрупване и добив на сухо вещество. Агрон Дж. 90, 317–323 (1998).

Хуанг, М. и др. Компонентни разлики в добива между директно засадени и трансплантирани супер хибридни оризи. Растителна Прод. Sci. 14., 331–338 (2011).

Xing, Z. и др. Сравнение на характеристиките на добива в ориза между трите механизирани метода на засаждане в система за въртене на ориз-пшеница. J. Integr. Agr. 16., 1451–1466 (2017).

Huang, M., Shan, S., Xie, X., Cao, F. & Zou, Y. Защо може да се постигне висок добив на зърно при трансплантиран хибриден ориз с единичен разсад при гъсти условия на засаждане? J. Integr. Agr. 17, 1299–1306 (2018).

Huang, M., Fang, S., Shan, S. & Zou, Y. Забавено трансплантация намален добив на зърно поради стрес при ниска температура при синтеза в машинно трансплантиран ориз в късния сезон. Опит Agr. 55, 843–848 (2019).

Xie, X. и др. Ефект от ниска скорост на азот в комбинация с висока плътност на растенията върху добива на зърно и ефективността на използване на азот в супер ориз. Акта Агрон. Грях. 41, 1595–1606 (2015).

Хуанг, М. и др. Връзка между добива на зърно и компонентите на добива в супер хибриден ориз. Агрик. Sci. Китай 10, 1573–1544 (2011).

Sridevi, V. & Chellamuthu, V. Въздействие на времето върху ориза - Преглед. Международна J. Appl. Рез. 1, 825–831 (2015).

Huang, M. & Zou, Y. Разработване на механично плътно разсаждане на единичен разсад за производство на хибриден ориз в Китай. Ориз днес http://ricetoday.irri.org/.2019 (2019).

Благодарности

Тази работа беше подкрепена от Националната ключова програма за научноизследователска и развойна дейност на Китай (2017YFD0301503) и целевия фонд за Китайската система за научни изследвания в селското стопанство (CARS-01).

Информация за автора

Принадлежности

Център за изследване на култури и околна среда, Колеж по агрономия, Аграрен университет Хунан, Чангша, 410128, Китай

Min Huang, Shuanglü Shan, Jialin Cao, Shengliang Fang, Alin Tian, ​​Yu Liu, Fangbo Cao, Xiaohong Yin & Yingbin Zou

Ключова лаборатория по генетика и развъждане на ориз, Институт за изследване на ориза, Академия за селскостопански науки в Гуанси, Нанинг, 530007, Китай

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Вноски

М.Х. и Y.Z. замисли експериментите. S.S., J.C., S.F., A.T., Y.L., F.C. и X.Y. извърши експериментите. М.Х. анализира данните и пише ръкописа. Всички автори са прочели и одобрили окончателния ръкопис.

Автора за кореспонденция

Етични декларации

Конкуриращи се интереси

Авторите не декларират конкуриращи се интереси.

Допълнителна информация

Бележка на издателя Springer Nature остава неутрален по отношение на юрисдикционните претенции в публикувани карти и институционални принадлежности.