Az elsődleges talajszárny kritikus a gépi transzplantált hibrid rizs magas szemtermés eléréséhez

Tárgyak

Absztrakt

Bevezetés

A rizs a kínai népesség több mint 65% -ának alapvető élelmiszer-terménye 1, a rizs önellátását pedig Kínában érték el 2. A kínai társadalmi-gazdasági környezet változásai az elmúlt években azonban kihívásokat jelentettek a rizstermelés szempontjából. Kínában a vidékről a városra irányuló hatalmas migráció a föld és a munkaerő forrásainak csökkenéséhez és a rizstermeléshez kapcsolódó bérek növekedéséhez vezetett 2,3. Ezért a rizs önellátásának fenntartása érdekében Kínában elengedhetetlen a földterület egységenkénti gabonatermésének javítása, kevesebb munkaerő felhasználásával.

A hibrid rizs kifejlesztése potenciálisan 10–20% -kal növelheti a gabonatermést, és Kína sikeresen kihasználta a hibrid rizs lehetőségeit széles körben 4,5. Ezenkívül a gépi átültetés munkaerő-megtakarító növénytermesztési módszer, amelyet gyorsan fejlesztettek ki a rizstermeléshez Kínában 6. Összességében a géppel átültetett hibrid rizs kifejlesztésének megvalósítható megközelítésnek kell lennie mind a magas gabonatermés, mind a magas munkaerő-hatékonyság igényeinek kielégítésére Kínában.

A rizs szemtermése magában foglalja a különféle gubacsok hozamát (azaz., fő szárak és különböző talajművelők), amelyeket a panikák/m 2, a tüskék per panicle, a tüskék kitöltési százaléka és a szemcsék súlya határoz meg. Beszámoltak arról, hogy a rizs terméskomponensei különböznek a fő szárak és a különböző talajművelők között, és függenek a fajta tulajdonságaitól, az agronómiai gyakorlattól (például., ültetési sűrűség és N kijuttatási arány), valamint a környezeti feltételek 7,8,9. Ezeket a korábbi vizsgálatokat azonban kézzel átültetett vagy közvetlen magvetéses körülmények között hajtották végre, és korlátozott információ áll rendelkezésre a fő szárak és a különböző talajok terméskomponenseiről és azok kapcsolatáról a gépi átültetésű rizs gabonatermésével. Jól dokumentálták, hogy a rizs hozamkomponensei befolyásolhatók a 10,11-es termesztési módszerrel, ezért minden termesztési módszer mellett meg kell vizsgálni a hozamot.

Ebben a tanulmányban a különféle gömbök gabonatermése és terméskomponensei (azaz., fő szárakat, valamint az elsődleges és másodlagos talajművelőket) két hibrid rizstermesztésben határoztuk meg két gépi átültetés két sűrűségében két év alatt. Ennek a tanulmánynak az volt a célja, hogy meghatározza, hogy a daganatok mely típusai és mely terméskomponensei kritikusak a magas szemtermés eléréséhez a géppel átültetett hibrid rizsben.

Eredmények

Nem volt szignifikáns különbség a teljes szemtermés között az L1212 és a T390 között (1. táblázat). A fő törzsek szemtermésében a különbség szintén nem volt szignifikáns a két fajta között. Az L1212 az elsődleges talajművelők 9% -kal, a másodlagos talajművelők 20% -kal alacsonyabb terméshozamot produkált, mint a T390.

A D11 30% -kal magasabb teljes gabonahozamot produkált, mint a D21 (1. táblázat). A fő szárak és az elsődleges talajművelők szemtermése 67% -kal, illetve 53% -kal volt magasabb D11 alatt, mint D21 alatt. A szekunder talajművelők szemtermésében nem volt szignifikáns különbség a két sűrűség között.

Az összes gabonatermés 2017-ben 22% -kal alacsonyabb volt, mint 2018-ban (1. táblázat). A fő szárak gabonatermése 2017-ben 15% -kal volt magasabb, mint 2018-ban. Az elsődleges és a másodlagos talajművelők gabonatermése 19% -kal, illetve 38% -kal volt alacsonyabb 2017-ben, mint 2018-ban.

A C × D vagy C × Y nem befolyásolta szignifikánsan az interaktív hatást a fő szárak, valamint az elsődleges és a másodlagos talaj teljes gabonatermésére és gabonatermésére (1. táblázat). A D × Y interaktív hatása szignifikáns volt az elsődleges és a másodlagos talajművelők teljes gabonahozamára és szemtermésére, de a fő szárak szemtermésére nem volt szignifikáns. A C × D × Y interaktív hatása szignifikáns volt az elsődleges talajművelők teljes gabonatermése és szemtermése szempontjából, de nem volt szignifikáns a főszárak és a másodlagos talajszemcsék terméshozama szempontjából.

A fajták, a sűrűség és az évek átlagában a fő szárak, valamint az elsődleges és a másodlagos talajművelők hozzávetőlegesen 15, 50 és 35% -kal járultak hozzá a teljes gabonaterméshez (1. táblázat). A teljes gabonahozam nem volt szignifikánsan összefüggésben a fő szárak és a másodlagos talajművelők gabonatermésével, hanem pozitívan és szignifikánsan az elsődleges talajművelők gabonahozamával (1a – c. Ábra). A teljes szemtermés változásának mintegy 85% -át az elsődleges talajművelők gabonatermésével magyarázták (1b. Ábra). Ennek következtében a következő elemzés csak az elsődleges talajművelők hozamkomponenseit tartalmazza.

A teljes szemtermés és a fő szárak szemtermése közötti összefüggés (a), elsődleges talajművelők (b) és másodlagos talajművelők (c) hibrid rizsben. ** a szignifikanciát jelzi 0,01 valószínűségi szinten.

Nem voltak szignifikáns különbségek az L1212 és a T390 között az elsődleges talajmotorok per m 2 -ben, a tüskék/panicle-k vagy a szemcsék tömegében (2. táblázat). Az elsődleges talajmarók tüske kitöltési százaléka körülbelül 8% -kal volt magasabb az L1212-ben, mint a T390-ben.

A D11-ben 61% -kal magasabb volt az elsődleges talajmotor per m 2, mint a D21-ben (2. táblázat). A panikánkénti tüskék, a tüske-kitöltési százalék és az elsődleges talajtömegek közötti különbségek nem voltak szignifikánsak a két sűrűség között.

Mind az elsődleges talajmotor/m 2, mind a tüskés peremenként 12% -kal alacsonyabb volt 2017-ben, mint 2018-ban (2. táblázat). Az elsődleges talajművelők tüskék kitöltési százaléka 2017-ben körülbelül 4% -kal volt magasabb, mint 2018-ban. Az elsődleges talajművelők szemtömegében nem volt szignifikáns különbség a két év között.

A C × D, a C × Y és a C × D × Y interaktív hatásai nem voltak szignifikánsak az elsődleges talajmotorok per m 2, tüskék/panikulák vagy szemcsék súlya szempontjából, de szignifikánsak voltak az elsődleges talajművelők tüskék kitöltési százaléka szempontjából ). A D × Y interaktív hatásai nem voltak szignifikánsak az elsődleges talajmotorok m 2 -ben vagy szemcsetömegében, de szignifikánsak voltak az elsődleges talajművelőknél az egy panikánként elhelyezkedő tüskéknél és a tüskék töltési százalékánál.

Jelentős és pozitív összefüggés volt az elsődleges talajművelők és az elsődleges talajmorzsák/m 2 szemtermése között (2a. Ábra). A szemtermés nem volt szignifikánsan összefüggésben a panikulánként elhelyezett tüskékkel, a tüskék töltési százalékával vagy az elsődleges talajművelők szemtömegével (2b – d. Ábra).

A szemtermés és az m 2 panikákkal való összefüggés (a), tüske per panicle (b), tüske kitöltési százaléka (c) és a gabona tömege (d) elsődleges talajművelők hibrid rizsben. ** a szignifikanciát jelzi 0,01 valószínűségi szinten.

Vita

Ebben a tanulmányban a teljes gabonatermést nem befolyásolta jelentősen a fajta. Ez az eredmény összhangban áll korábbi, 12,13 vizsgálatainkkal, amelyek ugyanazt a két fajtát (L1212 és T390) használták, mint a jelen tanulmányt, és kimutatták, hogy a két fajta hasonló szemtermést produkált. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a két fajta összehasonlítható hozampotenciállal rendelkezik.

Bár ez a tanulmány nem talált szignifikáns fajta különbséget a teljes szemtermésben, a domb sűrűségének jelentős hatása a teljes gabonahozamra figyelhető meg. Ugyanis a teljes szemtermés 30% -os növekedését a dombsűrűség 25 cm × 21 cm-ről 25 cm × 11 cm-re történő növelésével érték el. Ez az eredmény azt jelzi, hogy a domb sűrűségének növelése megvalósítható módszer a gépi átültetésű hibrid rizs gabonatermésének növelésére. Ez a megállapítás összhangban áll a manuálisan átültetett körülmények között termesztett hibrid rizs 14 eredményével. A hibrid rizsben a megnövekedett szemtermés és a dombsűrűség növekedése annak lehet az oka, hogy a hibrid rizsben a magas szemtermés elérése szempontjából kritikus hozamkomponens a panikák/m 2. E tanulmány eredményei azt is megmutatták, hogy a dombsűrűség növekedése miatt a megnövekedett teljes gabonahozam főként a fő szárak és az elsődleges talajművelők megnövekedett gabonatermésének tudható be.

Ebben a vizsgálatban a teljes gabonatermés jelentős éves változása is megfigyelhető volt, azaz., A teljes gabonatermés 2017-ben alacsonyabb volt 2017-ben, mint 2018-ban. A 2017-es alacsonyabb teljes gabonatermés 2018-hoz képest részben az elsődleges talajművelők alacsonyabb gabonatermésének tudható be, amelyet az alacsonyabb perifériák/m 2 és a tüskék/az elsődleges talajművelők periódusa hajtott. Az elsődleges talajmotorok per m 2 és a tüskék közötti periódusok közötti éves különbségek magyarázhatók voltak az akkumulátoros napsugárzás éves változásával az irányváltás előtti időszakban, ami 16% -kal volt alacsonyabb 2017-ben, mint 2018-ban (3a. Ábra). Ezenkívül a másodlagos talajművelők alacsonyabb gabonatermése részben felelős volt az alacsonyabb teljes gabonahozamért 2017-ben is, mint 2018-ban. A másodlagos talajmarók gabonatermés-különbsége elsősorban a másodlagos talajméter per m 2 változásának tudható be (2017-ben 89 vs.. 150-ben 2018-ban) (az adatokat nem közöljük), amelyet a halmozódó napsugárzás változása okoz a címkézés előtti időszakban. Az alacsony fényintenzitás jelentősen csökkentheti a kormányrudat a fotoszinteták hiánya miatt 16 .

Napi napsugárzás (a) és a középhőmérséklet (b) a rizstermesztési időszakban 2017-ben és 2018-ban. A függőleges szaggatott vonalak képviselik a fejléc stádiumát.

A kísérleti tényezők (fajta, sűrűség és év) néhány jelentős interaktív hatását a termés tulajdonságokra is megtalálták ebben a tanulmányban. Az elsődleges talajművelők tüskék kitöltési százalékát jelentősen befolyásolta mind a két, mind a három faktor kölcsönhatás. Ez az eredmény rávilágít arra is, hogy a tüskés csíra kitöltési százaléka miért olyan hozamkomponens, amelyet nehéz ellenőrizni vagy szabályozni a rizstermelésben.

Ezen túlmenően, és ami a legfontosabb, a fajtára, a sűrűségre és az évre vonatkozó adatok átfogó elemzése ebben a tanulmányban hasznos számszerűsített információt szolgáltatott a gépi transzplantált hibrid rizs magas szemterméshez kapcsolódó kritikus növényi tulajdonságok azonosításához, ideértve: (1) elsődleges talajművelőket hozzájárult a teljes gabonatermés körülbelül 50% -ához, ezt követték a másodlagos talajművelők (35%) és a fő szárak (15%); és (2) a teljes gabonatermés változásának 85% -át az elsődleges talajművelők gabonatermése magyarázta, amely szorosan összefüggött az elsődleges talaj per m 2 -re eső panikáival. Ennek megfelelően arra a következtetésre juthatunk, hogy az elsődleges talajművelők pánikszáma elengedhetetlen a magas szemtermés eléréséhez a géppel átültetett hibrid rizsben. A jelen tanulmányban azonban van egy korlátozás, amelyet tudomásul kell venni, nevezetesen, ebben a vizsgálatban csak két domb sűrűséget alkalmaztunk, egyetlen dombonként dombonként. Ezért további vizsgálatokat kell végezni, amelyek több domb sűrűséggel és dombonként a palánták számával járnak, hogy megerősítsék a tanulmány következtetését.

Mód

A helyszíni kísérleteket a kínai Hunan tartomány Yongan-ban (É 28 ° 09′, K 113 ° 37′, 43 m tengerszint feletti magasságban) végezték a késői rizstermesztési időszakban 2017-ben és 2018-ban. A helyszín nedves szubtrópusi monszun éghajlatú. Az átlagos napi napsugárzás és a középhőmérséklet a rizstermesztési időszakban 12,9 MJ m −2 d −1 és 25,7 ° C volt 2017-ben, illetve 15,1 MJ m −2 d −1, illetve 25,0 ° C 2018-ban (3a. Ábra, b). A kísérleti mező talaja egy agyag volt, amelynek pH-ja 6,20, szerves anyag 38,6 g kg -1, rendelkezésre álló N 168 mg kg -1, rendelkezésre álló P 18,5 mg kg -1 és rendelkezésre álló K 183 mg kg -1. A talajvizsgálatok a felső 20 cm-es rétegből vett mintákon alapultak, mielőtt a kísérlet 2017-ben elkezdődött.

Minden évben két hibrid rizsfajtát, a Longjingyou 1212 (L1212) és a Taiyou 390 (T390) tenyészetet növesztettek két dombsűrűség alatt, 25 cm × 11 cm (D11) és 25 cm × 21 cm (D21). A fajtákat azért választották ki, mert általában a vizsgálati régióban termesztik őket. A kísérletet osztott parcellás elrendezésben, domb sűrűséggel, fő parcellaként és a fajtákat alparcellákként alkalmazták, három ismétléssel és 80 m 2 részterülettel. .

A rizspalántákat Huang és Zou 17 által leírt módszer szerint neveltük, és a 27 napos palántákat dombonként egy palántával ültettük át nagysebességű rizsátültetővel (PZ80-25, Dongfeng Iseki Agricultural Machinery Co., Ltd. (Xiangyang, Kína). A hiányzó növényeket az átültetés után 7 napon belül manuálisan újratelepítettük, hogy egységes növénypopulációt kapjunk. Műtrágyákként karbamidot N-re, egyszeres szuperfoszfátot P-re és kálium-kloridot K-ra 150 kg N ha -1, 75 kg P2O5 ha -1, illetve 150 kg K2O ha -1 mennyiséget használtunk. Az N műtrágyát három részletben alkalmaztuk: 50% alapműtrágyaként (1 nappal az átültetés előtt), 20% a korai talajművelésnél (7 nappal az átültetés után) és 30% a panicle iniciálásakor. A P műtrágyát alaptrágyaként alkalmaztuk. A K-műtrágya egyenlően oszlott meg az alaptrágyázáskor és a panicle-iniciáláskor. A kísérleti mezőt a beültetéstől számított 3-5 cm vízmélységgel tartották az érettség előtt 7 nappal. A gyomokat, a kártevőket és a betegségeket vegyszerekkel intenzíven ellenőrizték a hozamveszteség elkerülése érdekében.

Minden rizsnövényből tíz dombot vettünk mintából, és három részmintára osztottuk őket: fő szárra, elsődleges talajművelőre és másodlagos talajművelésre. A fő szár az első növényi szár. Az elsődleges és a másodlagos talajművelők azok, amelyek a fő szárból, illetve az elsődleges talajművelőkből kerültek elő. A pánikszámot megszámoltuk, hogy kiszámítsuk a páncélokat hegyenként és m 2 -enként az egyes részmintákhoz. A panikulákat kézzel csépelték ki, és a megtöltött és kitöltetlen tüskebetéteket megszámolták, hogy kiszámítsák a tüske-rostokat a panicle és a spikelet-töltés százalékában. A töltött szemek száraz tömegét kemencében 70 ° C-on állandó tömegű szárítás után meghatároztuk, és kiszámítottuk a szemcsék tömegét. A teljes gabonahozam a fő szárak, az elsődleges talajművelők és a másodlagos talajmagok hozamának (kitöltött szemtömeg) összegzése volt.

Az adatokat varianciaanalízissel (ANOVA) és lineáris regresszióval elemeztük (Statistix 8.0, Analytical Software, Tallahassee, FL, USA). Az ANOVA statisztikai modellje tartalmazta a replikációt, a fajtát (C), a sűrűséget (D), az évet (Y), a C × D, C × Y és D × Y kétfaktoros kölcsönhatásait, valamint a C × D × Y. A statisztikai szignifikanciát 0,05 valószínűségi szinten állítottuk be.

Az adatok elérhetősége

A cikk során minden, a tanulmány során keletkezett vagy elemzett adat szerepel.

Hivatkozások

Hsiaoping, C. Rizsfogyasztás Kínában: Megváltoztathatja-e Kína a rizsfogyasztást mennyiségről minőségre? A rizs az élet: tudományos perspektívák a 21. századra (szerk. Toriyama, K., Heong, K. L. & Hardy, B.) 497–499 (Nemzetközi Rizskutató Intézet, 2005).

Deng, N. et al. A rizs önellátásának hozamrései megszűnnek Kínában. Nat. Commun. 10., 1725 (2019).

Peng, S., Tang, Q. & Zou, Y. A kínai rizstermelés jelenlegi helyzete és kihívásai. Plant Prod. Sci. 12., 3–8 (2009).

Peng, S., Cassman, K. G., Virmani, S. S., Sheehy, J. & Khush, G. S. A trópusi rizs hozampotenciálja az IR8 felszabadulása óta és a rizstermési potenciál növelésének kihívása. Crop Sci. 39, 1552–2559 (1999).

Cheng, S. H., Zhuang, J. Y., Fan, Y. Y., Du, J. H. & Cao, L. Y. A hibrid rizs kutatásában és fejlesztésében elért haladás: szuperháztartás Kínában. Ann. Bot. 100, 959–966 (2007).

Huang, M. & Zou, Y. A gépesítés integrálása az agronómiával és a tenyésztéssel az élelmezésbiztonság biztosítása érdekében Kínában. Szántóföldi növények Res. 224, 22–27 (2018).

Wang, F., Cheng, F. & Zhang., G. A gabona termésmennyiségének és minőségének különbsége a rizs genotípusaiban a talajművelők között, eltérő talajművelési képességgel. Rice Sci. 14, 135–140 (2007).

Wang, Y. et al. A rizsrudak heterogenitása a talajképződéshez és a nitrogén műtrágyához kapcsolódik. Agron J. 108., 1717–1725 (2016).

Wu, G., Wilson, L. T. & McClung, A. M. A rizsrudak hozzájárulása a szárazanyag felhalmozásához és a hozamhoz. Agron J. 90, 317–323 (1998).

Huang, M. et al. Hozamkomponens-különbségek a közvetlen vetésű és átültetett szuperhibrid rizs között. Plant Prod. Sci. 14, 331–338 (2011).

Xing, Z. et al. A rizs termésjellemzőinek összehasonlítása három gépesített ültetési módszer között egy rizs-búza rotációs rendszerben. J. Integr. Agr. 16., 1451–1466 (2017).

Huang, M., Shan, S., Xie, X., Cao, F. & Zou, Y. Miért érhető el magas szemtermés egy magoncával gépi transzplantációjú hibrid rizzsel sűrű ültetési körülmények között? J. Integr. Agr. 17., 1299–1306 (2018).

Huang, M., Fang, S., Shan, S. & Zou, Y. Késleltetett átültetés csökkentette a szemtermést az alacsony hőmérsékleti stressz miatt az antézisnél gépileg átültetett késői szezonbeli rizsben. Exp. Agr. 55, 843–848 (2019).

Xie, X. et al. Az alacsony nitrogénmennyiség és a magas növénysűrűség együttes hatása a szemtermésre és a nitrogénfelhasználás hatékonyságára a szuper rizsben. Acta Agron. Bűn. 41, 1595–1606 (2015).

Huang, M. et al. A szemtermés és a szuperhibrid rizs hozamkomponensei közötti kapcsolat. Agric. Sci. Kína 10., 1573–1544 (2011).

Sridevi, V. & Chellamuthu, V. Az időjárás hatása a rizsre - áttekintés. Int. J. Appl. Res. 1, 825–831 (2015).

Huang, M. & Zou, Y. Az egyes palánták mechanikusan sűrű átültetésének fejlesztése a hibrid rizstermeléshez Kínában. Rice ma http://ricetoday.irri.org/.2019 (2019).

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát Kína Nemzeti Kulcsfontosságú K + F programja (2017YFD0301503) és a Kínai Mezőgazdasági Kutatási Rendszer számára előirányzott alap (CARS-01) támogatta.

Szerzői információk

Hovatartozások

Növény- és Környezetvédelmi Kutatóközpont, Agronómiai Főiskola, Hunan Mezőgazdasági Egyetem, Changsha, 410128, Kína

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

Guangxi rizsgenetikai és -tenyésztési laboratórium, Rizskutató Intézet, Guangxi Agrártudományi Akadémia, Nanning, 530007, Kína

A PubMed Google Scholar alkalmazásban is kereshet erre a szerzőre

Hozzájárulások

M.H. és Y.Z. megalkotta a kísérleteket. S.S., J.C., S.F., A.T., Y.L., F.C. és X.Y. elvégezte a kísérleteket. M.H. elemezte az adatokat és megírta a kéziratot. Minden szerző elolvasta és jóváhagyta a végleges kéziratot.

Levelezési cím

Etikai nyilatkozatok

Versenyző érdekek

A szerzők kijelentik, hogy nincsenek versengő érdekeik.

További információ

A kiadó megjegyzése A Springer Nature semleges marad a közzétett térképeken és az intézményi kapcsolatokban szereplő joghatósági igények tekintetében.