水稻高产高效栽培理论与技术
水稻是我国第一大粮食作物，在粮食生产中有举足轻重的作用。作为日常食用的主食，随着生活水平的提高，人们对生活质量越来越关注，如何在现有环境中培育优质水稻是我们目前需要研究的重要课题。
本次是“AI•农业智汇云讲堂”的第五十六期，主题是“水稻高产高效栽培理论与技术”。为此，本期我们非常高兴的请到了，广东省农业科学院水稻研究所助理研究员，广东省农村科技特派员，广东省地理标志产品专家库专家，广东省农机学会青年工作委员会委员，伍龙梅博士。
一、优质高产水稻基本特征
1、均衡
主要包括三方面：田间长势均衡；穗形均衡；籽粒大小均衡。
2、临界叶龄期前够苗
（1）水稻叶模龄式
以叶龄尺度统一不同品种的生育进程。由于一个品种在特定条件下主茎总叶数N和伸长节间数n是相对稳定的，根据叶片出生与各部器官的同伸规律，主茎总叶数和伸长节间数相同的品种，其有效分蘖终止、拔节、穗分化和抽穗的叶龄期完全相同。
即：
一切品种有效分蘖终止于N-n叶龄期，有效分蘖临界叶龄期；一切品种的拔节始于N-n+3叶期(N-n+2.1～N-n+2.9，平均N-n+2.5)或n-2倒数叶龄期，拔节期；一切品种的穗分化始于倒数第3.5叶期；一切品种的在N+1叶龄期抽穗。
（2）叶蘖同伸规律
主茎出叶和分蘖发生的同伸规律，水稻主茎上的分蘖为1次分蘖，1次分蘖上出现的分蘖为2次分蘖，其余类推。当主茎N叶抽出时，N叶下第3个叶节的分蘖同时伸出，即第4叶抽出时，其下第3叶即1叶叶腋的分蘖同时伸出，形成N叶与N-3的分蘖同伸规律。
在不同的种植方式下，如直播稻、小苗移栽稻和大中苗移栽稻，在临界叶龄期（N-n）要达到田间够苗，在生长发育中期，要巩固穗数，争取大穗，然后提高结实率，从而达到水稻高产的目标。
3、适宜的封行叶龄期
高产水稻籽粒产量的80-90%以上来源于抽穗后的光合产物，这个比例占得越多，籽粒产量也愈高。说明高产的获得是靠建造抽穗至成熟期的高光效群体。其关键之一是把群体的封行期控制在叶龄余数为0的孕穗期。
4、高产株型的特征
具有以下特征：株型挺拔紧凑；基部节间短粗；叶长顺序：2-3-1-4-5。
5、二黄二黑
水稻整个生长发育过程当中，水稻叶色表现出二黄二黑的规律，这个黑指的是绿，并不是实际上的黑。在水稻生长发育的前期，由于基蘖肥的使用，叶色就会变黑的；到了临界期，叶色开始落黄；在拔结到抽穗这段时间，由于穗肥的使用，叶色是逐渐变黑的；抽穗之后到成熟阶段，由于水稻的灌浆和叶片的衰老，叶色是逐渐落黄的现象。
6、优质标准：高食味、高整精米，低垩白度
稻米中70%左右是淀粉，包括直链淀粉和支链淀粉，10%左右的蛋白质、14%左右的水分和少量油脂和矿物质。
优质稻米：直链淀粉（10-17%）；支链淀粉（含量和链长比例，短分支比例高）；蛋白质（6%-7%）；脂肪高，糊化温度低。
二、水稻优质高产肥水调控栽培技术
水稻的单产是由环境、品种和栽培管理措施共同决定的，农业部2004年做过一次调查，种植同样一个品种，采用不同的栽培技术，其产量差异可达到30%以上，可见技术效应相当可观。
1、水稻高产（增产）的基本途径
在保证获得适宜穗数的基础上，主攻大穗，提高结实率（85-90%以上）和粒重。
2、施肥的合理定量
施肥的合理定量要解决在获得一定稻谷产量条件下的氮、磷、钾肥料的适宜用量，分次施用的适宜时间和适宜分配比例等三个主要问题。
（1）关于三要素适宜总量的确定
首先要明确三者的合理配比，以往的研究已经明确。高产水稻对氮、磷、钾的吸收比例一般为1:0.3-0.4:0.8-1.0，常作为施肥比例的参数。但不同土壤的氮、磷、钾有效供应量不同，实际施用比例应有不同。
（2）关于氮肥施用的定量
用经验差值法计算，氮肥的施用总量应为：施氮总量（千克/亩）＝[目标产量（千克/亩）－地力产量（千克/亩）]× R÷ 100。其中R=5(±0.5)。
（3）合理施N技术
①基蘖肥的施用比例
机插或抛秧，基肥一般应占基蘖肥总量的70-80%，分蘖肥20-30%，以减少N素损失。机栽小苗移栽后吸肥能力低，基肥占基蘖肥总量的20-30%为宜，70-80%集中在新根发生后做分蘖肥用。
②基蘖肥的施用时间
基肥在整地时施入土中，部分用做面肥。分蘖肥在移栽后5-7天施用，在秧苗长出新根后及早施用。分蘖肥一般在前期施用1次，切忌在分蘖中后期施肥，以免导致无效分蘖期旺长，群体不能正常落“黄”。如遇分蘖后期群体不足，宁可通过穗肥补救，也不能在分蘖后期补肥。
（4）“前氮后移”的增产原理
①基蘖肥主要为有效分蘖发生提供养分需要，当有效分蘖临界叶龄够苗后，土壤供N应减弱，促使群体叶色落“黄”，有效地控制无效分蘖，有效控制叶片伸长，推迟封行，改善拔节至抽穗期群体的受光条件，为长穗期攻取大穗和提高成穗率创造良好条件。
②穗肥的作用。在中期落黄的基础上施用穗肥，不仅能显著促进大穗的形成，而且可促进动摇分蘖成穗，保证足穗；穗肥的单位生产效率是最高的，是水稻一生中最高效的施肥期60～70%，提高穗肥施用比例，是夺取高产的关键增产措施。
（5）水稻“三控”施肥技术
“三控”施肥技术的核心内容是控肥、控苗、控病虫，简称“三控”。
“控肥”是通过控制总施氮量及前期施氮量的比例，提高氮肥利用率，减少环境污染；
“控苗”是通过控制基蘖肥中的氮肥用量，控制无效分蘖和最高苗数，提高成穗率和群体质量，实现高产稳产；
“控病虫”是通过增加群体通透性，优化群体结构，控制病虫害的发生，减少农药用量，提升稻米食用安全。
①施肥要点
②技术应用
2007后为广东省主推栽培技术。常年种植面积在500万亩左右。据统计节约氮肥20%，增产10%，每亩增收节支100元以上。
（6）水稻强化栽培技术
根据水稻生长特性，通过强化技术措施，强化稻株个体生长环境，达到“强根促蘖”，充分挖掘（或强化）稻株个体生产潜力，大幅度提高产量的目的。
①核心技术
栽期—早—小苗早栽
密度—稀—单本稀植
灌溉—湿—湿润灌溉
施肥—土—有机肥为主
除草—耘—耘田除草（提倡）
②施肥要点
③大田施肥模式图（中等地力）
④技术应用
2000年,我们课题组在广东省首先开始研究及推广应用，2005年开始被广东省列为主推技术到现在，年均应用面积在400万亩左右。据调查，在产量增加50公斤的前提下,还可亩每季均节尿素3-8公斤、氯化钾4-6公斤、过磷酸钙8-10公斤。
（7）水稻强源活库高产栽培技术
该技术是华南农业大学唐湘如老师课题组研发的，旨在强化叶片“源”的功能和提高籽粒“库”的活性，达到超级稻高产和品质改善的双重目标；该技术省工省力，操作简便；此外，还有配套的产品（缓释肥、强源剂活化等）。
（8）水稻机插缓混一次施肥技术
以水稻机插侧深施肥和专用缓混肥为核心、结合穗肥精确诊断，达到水稻“一次轻简施肥、一生精准供肥”技术效果，实现水稻高产、优质、高效、生态和安全生产综合目标的轻简高效管理技术。
①在实际生产施肥中存在很多问题
施肥次数多，用工难：通常高产分次施肥，包括“一基三追”，即基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥，共需施肥4次。另外，机插稻一般要求在插后5-7天，10-12天和18天左右，多次施用分蘖肥，总施肥次数在4-5次。
施肥方式不合理，低产低效或“一炮轰”：不同养分管理方式下氮肥吸收利用率是有差异的，但在实际生产中往往采用相同的方法。
②技术思路
以水稻“机插侧深施肥+专用缓混肥”为核心、配合穗肥精确诊断，达到水稻“一次轻简施肥、一生精准供肥”技术效果。
3、精确灌溉技术
（1）活棵分蘖阶段
①中大苗移栽的，移入大田后需要水层护理。浅水勤灌。
②小苗移栽的，移栽后的水分管理应以通氧促根为主。在南方稻区，机插稻一般不宜建立水层，宜采用湿润灌溉方式，待长出一个叶龄发根活棵后，断水露田，进一步促进发根，待长出第二片叶时，才采用浅水层结合断水露田的方式。
穴盘育苗抛秧的发根力强，移栽后阴天可不上水，晴天上薄水。2-3日后断水落干促进扎根，活棵后浅水勤灌。
（2）控制无效分蘖的搁田技术
①精确确定搁田时间
控制无效分蘖的发生，必须在它发生前2个叶龄提早搁田。例如欲控制N-n+1叶位无效分蘖的发生，必须提前在N-n-1叶龄期当群体苗数达到预期穗数的80%左右时断水搁田。
②搁田的标准
土壤的形态以板实、有裂缝行走不陷脚为度；稻株形态以叶色落黄为主要指标，在基蘖肥用量合理时，往往搁田一、二次即可达到目的。
在多雨地区，搁田常需排水，但在少雨地区，可通过计划灌水来实施，灌一次水，待进入N-n-1叶龄时，田间恰好断水。
4、影响稻米品质的因素
影响因素：温度、光照、水分、肥料、收获时间、储藏等。
（1）温度
对稻米品质的影响最为显著；灌浆结实期的温度对稻米品质的贡献率达90%；通常情况下，水稻灌浆结实期气温以21~26为宜。
高温：加快灌浆速率，缩短灌浆持续时间，影响到籽粒的充实度，籽粒垩白增大，透明度变差；稻米的糙米率、精米率、整精米率下降。
低温：也会使稻米的“青米率”增加，垩白度增大。
（2）肥
①化肥的过多施用会降低品质，有机肥能有效地改善品质。
②氮素对品质的影响最为重要。
③一定范围内增加氮肥施用量，可以提高整精米率和蛋白质含量；降低垩白面积和直链淀粉含量；直接提高稻米的商品价值和改善稻米的营养价值。如果氮肥使用过多，会增加蛋白质含量，食味下降。
④在施肥水平相同，则分次施用氮肥能提高糙米率、精米率、整精米率、透明度及蛋白质含量，而降低直链淀粉含量，改善蒸煮食味品质。
（3）水分
水分对稻米品质的影响主要体现在水稻生育后期（灌浆期）。
①干湿交替模式：水稻齐穗后断水时间的推迟，灌浆程度越充分，加工品质和外观品质均越好。断水过早，减产明显，米饭食味变差。断水时间，不得早于收获前一周时间，视天气情况而定。
②饱和水灌溉模式：可在保证较高的水稻产量前提下，提高水分和氮肥利用效率，降低垩白、改善稻米品质，具有较好的推广应用前景。
三、水稻智慧农艺结合展望——以水稻无人农场的构建为例
无人农场是采用物联网、大数据、人工智能、5G、机器人等新一代信息技术，通过对农场设施、装备、机械等远程控制，或通过智能装备及机器人自主决策、自主作业，完成所有农场生产、管理任务，是一种全天候、全过程、全空间的无人化生产作业模式，无人农场的本质是实现机器换人。建设无人农场是缓解农村劳动力短缺、推进现代农业建设的一个重要途径。
无人农场的主要构成要素：
（1）无人拖拉机耕整地
（2）无人插秧机/播种机水稻种植
（3）无人机植保
（4）无人收割机收获
（5）智慧管理平台
伍龙梅博士“水稻高产高效栽培理论与技术”直播——观众提问集中回答
伍老师，您好，请问水稻生长过程中叶色的变化为什么会呈现出二黑二黄的规律呢？
水稻生长发育过程当中呈现出二黄二黑的规律，主要是叶片含氮率的变化规律。在水稻临界叶龄期以前，它的叶色是黑的，因为叶片含氮率高，因为使用基蘖肥，有利于促进有效分裂的发生；但是过了临界叶龄期，叶色就会开始退氮，就呈现出变黄的规律，叶片含旦率下降，分裂速度是明显减慢的；到无效分裂时期，到拔节时期，叶子呈现落黄，叶片含氮率进一步下降；到抽穗期，由于穗肥的使用，叶片的含氮率是上升，有利于幼穗分化；抽穗到成熟这个阶段，随着籽粒的灌浆、叶片的衰老以及养分的消耗，叶片的含氮率是开始下降的，因此叶色就转黄了。
水稻叶龄模式有哪些新颖（创新）点？
水稻叶龄模式指用主茎叶龄来诊断（指示、表示、描述）水稻的生长发育进程和各部器官分化发育时间。叶龄模式的4个关键创新点：
（1）以叶龄尺度统一不同品种的生育进程。由于一个品种在特定条件下主茎总叶数N和伸长节间数n是相对稳定的，根据叶片出生与各部器官的同伸规律，主茎总叶数和伸长节间数相同的品种，其有效分蘖终止、拔节、穗分化和抽穗的叶龄期完全相同。
即：一切品种有效分蘖终止于N-n叶龄期，有效分蘖临界叶龄期；一切品种的拔节始于N-n+3叶期(N-n+2.1～N-n+2.9，平均N-n+2.5)或n-2倒数叶龄期，拔节期；一切品种的穗分化始于倒数第3.5叶期；一切品种的在N+1叶龄期抽穗。
（2）按伸长节间数划分水稻品种生育类型
拔节和穗分化时期的把握，是栽培上合理施穗肥的关键。
根据拔节与穗分化的先后关系，n6的品种先拔节后穗分化，称为分离型。
（3）抽穗期叶片的功能分组
上三叶——高效叶组；倒三叶以下叶——低效叶组。
（4）将穗分化过程划分为8期并与叶龄余数相对应
苞分化期 3.5-3.1(3.5)
一次枝梗分化期 3.0-2.6(3.0)
二次枝梗分化期 2.5-2.1(2.5)
颖花分化期 2.0-1.6(2.0)
雌雄蕊形成期 1.5-0.8(1.5)
花粉母细胞形成期 0.8-0.4(0.5)
减数分裂期 0.4-0(0.3)
花粉充实完成期 0-出穗
为什么说高产水稻籽粒产量的80-90%以上来源于抽穗后的光合产物？抽穗前干物质积累对产量不重要吗？
水稻干物质积累明显分为抽穗前和抽穗后两个时期，抽穗前的光合产物，绝大部分成为组织结构物质，不论品种类型如何，都以抽穗到成熟期的干物质积累量与产量关系最为直接和重要，籽粒产量的绝大部分来自抽穗后的光合产物，产量越高所占比重越大。
研究证明，成熟期群体总干物质积累量与产量显著正相关，表明总干物质积累是经济产量的基础；而抽穗期干物质积累量与产量均呈二次抛物线，表明抽穗期生物产量与经济产量存在着既统一，又矛盾的关系，有一个适宜值问题。分析抽穗至成熟期间积累干物质与产量关系却为极显著正相关，说明产量的高低，最直接、最主要地决定于抽穗至成熟期的干物质积累量，这个值愈大，群体质量愈高。因此，抽穗后群体干物质生产量是群体质量的核心。
水稻开花授粉以后，子房开始膨大，需要大量营养物质，仅靠叶片当时的光合产物往往不够众多籽粒同时发育的需要，必须靠抽穗以前的贮藏物质分解来加以补充，以保证结实率。
水稻从抽穗后7-10天起茎鞘贮藏物质相继向穗部输送，约在抽穗后20天左右茎鞘重量达最低值。有研究表明，稻穗结实初期需要较多地调用茎鞘贮藏物质，结实率与每朵颖花占有抽穗前贮藏物质的量（mg／颖花）呈高度正相关，表明抽穗前较多的贮藏物质对提高结实率的极端重要性。
但是，抽穗前积累的干物质量并不是越多越好。前述结果表明抽穗前干物质积累应在一个适宜的水平上比较好，过大表明有一个较高的叶面积和较大的群体茎蘖数，影响基部叶片的光合作用和根系活力，最终降低产量，抽穗时适宜的干物质积累量为产量水平的1-1.1倍。因此，抽穗前适宜干物质量是高产的物质基础。
目前水稻无人农场具有哪些优势和技术短板？
优势是很明显的，第一是生产效率高，传统劳动力变成了高度的智能化、机械化、智慧化；第二是作物抗风险能力提高；第三是智慧种田。
无人农场有很大的发展前景，但是目前也还存在着一些有待提高的地方，比如农业专用的传感器还是比较落后的；智能决策准确度还是有待于进一步提高；智能化、精准化的作业装备的质量还是有待遇提高的。
目前直播水稻栽培技术在广东省发展如何，有哪些优势和约束因素？
目前直播水稻栽培技术在广东的发展迅速，在很多地方呈不推自广的现象。其优势是无育秧和插秧环节，节本省工，降低劳作强度，相比于传统的水稻移栽培和插秧，大大提高了工作效率。目前水稻直播主要有3种方式，即人工撒播，机械直播，无人机直播。人工撒播效率1天10~15亩，机械直播每天50亩左右，其中无人机直播效率最高，1台无人机每天大约能播种100~300亩，适合于大规模的水稻种植。
约束因素：
（1）直播对田块的要求高，要求田块平整。
（2）杂草和杂稻危害严重。直播稻生产上除草一般采用“一封一杀一补”的方式。对于杂稻目前一般采用深耕，轮作等方式，目前还没有很好的解决方式。
（3）出苗和成苗率差。
（4）倒伏问题。播种密度大，直播稻群体密度大，根系分布浅，易倒伏。可以选择抗倒伏性强的品种，配套栽培措施，控制直播稻群体，增强直播稻的抗倒伏能力。
（5）产量不稳定。
专家简介：
伍龙梅，农学博士，助理研究员。现就职于广东省农业科学院水稻研究所。近年来主持广东省省级科技计划子课题、广东省自然科学基金青年基金、广东省自然科学基金面上项目、广东省驻镇帮镇扶村农村科技特派员项目等10多项科研项目。作为主要技术骨干参与国家重点研发计划子课题、农业农村部948项目、国家自然科学基金项目、广东省农业农村厅发展粮食生产项目等。在《Rice》、《Frontiers in Plant Science》等国内外主流期刊上发表论文20余篇。获科学技术优秀论文一等奖1项，申报国家发明专利2项，登记计算机软件著作权5项，获实用新型专利授权2项。
