客观日本

日本农研机构尝试水稻“一种双收”,试验田实现1.5t/10a超高产量

2020年09月15日 农林牧渔

日本农研机构宣布,通过改变头季水稻的收割时间和收割高度,“水稻一种双收”在试验田实现了约1.5t/10a(1a=10m×10m)的超高产量。预计今后全球的粮食供需形势趋紧,该成果有助于实现稻米的稳定供应及加工用米(制造清酒、年糕、味噌、酱油等的原料)和商用米(餐饮行业等使用的稻米)的低成本生产。

研究概要

与日本国内其他地区相比,九州地区春季和秋季的气温较高,适合水稻生长的季节比较长,也就是说,具备早插秧晚收割的特征。另外,受地球变暖的影响,近年来春季和秋季的气温也逐渐升高,预计今后适合水稻生长的季节会进一步延长。

日本国内种植的水稻具有多年生的特点,因此收割后稻桩上会重新发芽。栽培再生芽收割二季稻的一种双收与只收割头季稻的普通种植方式相比,能多增加一季的收成,但需要足够高的气温支撑二季水稻的成熟。

对此,农研机构利用九州地区水稻生长季较长的地理优势实施了“一种双收”的试验,并利用近年来针对研究用途开发的高产品种,调查了通过改变头季水稻的收割时间和收割高度,4月插秧8月收割的头季水稻与11月收割的二季水稻合计能获得的产量。

对试验田进行调查发现,通过在头季水稻完全成熟时从距离地面较高的位置收割,头季水稻与二季水稻合计(两年的平均值)可以获得1.41t/10a的糙米产量(精米产量为1.36t/10a)。另外,在天气条件比较好的年份,糙米产量可达到1.47t/10a(精米产量为1.44t/10a),约为当地平均产量的3倍。

此次研究实施于生长季气温相对较高的2017年和2018年,在农研机构九州冲绳农业研究中心位于福冈县筑后市的试验田里实施,采用的是针对研究用途开发的高产品种。两年都是3月中旬在苗箱里播种育苗,4月中旬在试验田插秧,头季水稻于8月中旬(早收割,出穗后累积温度为900℃)或下旬(晚收割,出穗后的累积温度为1200℃,高产品种的标准收割时间)在离地50cm(高茬收割)或20cm(低茬收割)的高度收割,二季水稻于11月中上旬收割(图1)。

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图1:头季水稻晚收割试验区收割后的稻桩(a和c)及成熟中期的二季水稻(b和d)
(a及c) 照片内左侧试验区为头季水稻高茬收割后的稻桩。右侧试验区为头季水稻低茬收割后的稻桩。
(b及d) 照片内左侧试验区是在头季水稻高茬收割后的稻桩上再生的二季水稻成熟中期的情况。右侧试验区是在头季水稻低茬收割后的稻桩上再生的二季水稻成熟中期的情况。

另外,头季水稻7月中旬出穗,二季水稻如果头季水稻收割早,9月中上旬就能出穗,头季水稻收割晚,则在9月中下旬出穗(图2)。为使稻株始终保持高含氮量,每1~2周追肥一次。

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图2:头季水稻与二季水稻的糙米总产量(a)和精米总产量(b),以及稻桩的非结构性碳水化合物量(c)和叶面积指数(d)(2017年和2018年的平均值)
(a)头季水稻与二季水稻的糙米总产量。从收割时间来看,晚收割水稻的糙米总产量高于早收割水稻。从收割高度来看,高茬收割的总产量高于低茬收割。
(b)头季水稻与二季水稻的精米总产量。从收割时间来看,晚收割水稻的精米总产量高于早收割水稻。从收割高度来看,高茬收割的总产量高于低茬收割。
(c)头季水稻的稻桩上残留的非结构性碳水化合物。从收割时间来看,晚收割水稻的非结构性碳水化合物高于早收割水稻。从收割高度来看,高茬收割的非结构性碳水化合物高于低茬收割。
(d)头季水稻的稻桩上残留的叶面积指数。从收割时间来看,晚收割水稻的叶面积指数比早收割水稻大幅减少。从收割高度来看,高茬收割的叶面积指数远高于低茬收割。

头季水稻晚收割的话,头季水稻的稻米成熟度优于早收割,精米增产180kg/10a(图3)。另外,这种情况下的二季水稻比早收割时出穗晚,随着气温降低,成熟度会变差,但由于稻桩上残留大量有助于生长的非结构性碳水化合物(图2c),谷粒不会减少,产量仅减少30kg/10a(高茬收割与低茬收割的平均值)。因此,头季水稻与二季水稻的总产量增加150kg/10a(高茬收割与低茬收割的平均值,图2b)。

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图3:头季水稻的收割时间对头季水稻产量的影响概念图
头季水稻晚收割的话,成熟度优于早收割,产量增加。

头季水稻高茬收割的话,与低茬收割相比,由于稻桩上残留大量非结构性碳水化合物和绿叶(叶面积指数,图2c、d),二季水稻的谷粒会增加,而且成熟度也会变好,精米产量增加190kg/10a(早收割与晚收割的平均值,图2b、图4)。

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图4:头季水稻的收割高度对二季水稻产量的影响概念图
头季水稻低茬收割的话,由于稻桩上残留的非结构性碳水化合物(NSC)和绿叶(叶面积指数,LAI)较少,二季水稻的谷粒会减少,而头季水稻高茬收割的话,稻桩上残留的非结构性碳水化合物和绿叶较多,谷粒增加,产量也随之增加。

以上结果表明,通过在头季水稻完全成熟时在离地较高的位置收割,头季水稻与二季水稻的总产量会增加(图3、图4)。另外,在整个生长季气温都比较高,日照量也比较多的2018年,糙米产量达到1.47t/10a(精米产量为1.44t/10a),约为当地稻米平均产量(福冈县的精米产量为0.50t/10a)的3倍。

论文信息
题目:Breaking rice yield barrier with the ratooning method under changing climatic conditions: A paradigm shift in rice cropping systems in southwestern Japan.
期刊:Agronomy Journal,
DOI:10.1002/agj2.20309.

日语发布原文

文:JST客观日本编辑部

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