四川盆地東南部氣象因子對雜交中稻產量的影響

徐富賢　 周興兵　 張　林　 蔣　鵬　 劉　茂　 朱永川　 郭曉藝　 熊　洪

四川省農業科學院水稻高粱研究所 / 農業部西南水稻生物學與遺傳育種重點實驗室, 四川德陽618000

水稻產量不僅與品種、稻田基礎肥力和農藝措施關系密切[1], 在很大程度上還受水稻生長期間的氣候條件制約[2-3]。但是, 不同生態區制約水稻產量的關鍵氣象因子明顯不同。東北三省水稻抽穗至成熟期氣溫偏低是影響產量的主要氣象因子[2]。四川盆地西部平原區空殼率隨抽穗揚花期平均最高氣溫的升高而減少, 隨拔節孕穗期降水量的增加而增加,隨抽穗揚花期和灌漿乳熟期平均日照時數的增加而減少;盆中淺丘區秕谷率隨乳熟期平均最高氣溫的升高而降低;盆南丘陵區空殼率隨平均最高氣溫和平均日照時數的升高而增加[3-7]。南方長江流域水稻抽穗灌漿期氣溫偏高是單季水稻顯著減產[8-10]、稻米品質特別是碾米品質和外觀品質明顯下降的重要原因[11-12]。因此, 因地制宜開展氣象因子對水稻產量的影響及其調節技術研究, 對提高水稻產量水平和穩產性均具有十分重要的現實意義。

四川盆地東南部(含重慶市)現有冬水(閑)田 135萬公頃。該區域年均氣溫 17.0～18.5°C, 以年種一季中稻(或再生稻)模式為主, 常年水稻有收播種期為3月初至 6月初[10-12]。為了調整稻田秋、冬季種植結構, 近年大面積水稻生產播種期有向兩端進一步提早或推遲的趨勢。但在此播種期范圍內氣象因子對水稻生長發育有何影響尚不明確, 雖然先期就氣象因子對水稻產量和品質影響已有較多研究[3-4,6,10-14],但存在兩方面不足,一是研究方法上利用多年多點的氣候觀測數據和水稻生產數據研究大區域內氣象因子對產量及其構成因素的影響, 因不同年間和各觀測點間的水稻品種、栽培技術不同[3-6], 對其研究結果的準確性會有一定偏差; 二是研究時期主要集中在水稻生長后期即開花灌漿期[9-14], 關于水稻生育前期與中期氣候條件對產量的作用研究極少。為此, 作者在3月5日至5月24日的5個播種期條件下, 在2個雜交中稻品種和2種密肥處理條件下, 連續 2年系統研究了雜交中稻生長前期、中期和后期不同生育階段的氣象因子對產量的影響, 以期為該區域適應不同種植季節的有利與不利氣象因子的水稻高產栽培、稻田種植模式的創新提供理論與實踐依據。

1　材料與方法

1.1　試驗地點

四川省農業科學院水稻高粱研究所瀘縣基地冬水田土壤基礎肥力如表 1。試驗點所在地瀘縣為典型的高溫伏旱區, 常年≥10°C有效積溫5500°C, 年均氣溫 18.0～18.6°C, 大面積雜交中稻抽穗到成熟期間平均日最高氣溫 31.9～32.6°C, 平均日最低氣溫22.5～23.6°C, 其中開花期常遇 35°C 以上的高溫傷害。

1.2　試驗設計

于2015年和2016年以2個雜交中稻品種(II優602, 高產品種; 旌優 127, 優質品種)為材料, 基于四川盆地東南部冬水田區雜交中稻安全播種期(3月5日至6月5日), 分別于3月5日、3月25日、4月20日、5月4日和5月24日播種, 濕潤培育中苗秧, 4.5葉左右移栽, 每穴栽雙株。采用本水稻生產區代表性的兩種本田栽培方式即高氮低密(施純氮210 kg hm-2, 9萬穴 hm-2)和低氮高密(施純氮105 kg hm-2, 18萬穴 hm-2), 氮肥按底肥∶蘗肥∶穗肥(倒四葉露尖) = 5∶3∶2施用, 磷、鉀肥按N∶P2O5∶K2O = 1.0∶0.5∶0.8做底肥一次施用[10]。共20個處理。試驗處理因素以外的田間栽培管理與大面積高產技術相同。小區面積14 m2, 3次重復。采用裂-裂區設計, 以播種期為主區, 栽培方式為裂區, 品種為再裂區。小區間走道35 cm, 區組間走道45 cm, 2種栽培方式的區組四周用田間肥料試驗專用塑料板隔離, 塑料隔板高度45 cm, 入泥30 cm左右, 隔板與第1行秧苗間距6～8 cm, 小區間不隔離。

1.3　考查項目

按常規方法記載播種期、移栽期、拔節期、齊穗期和成熟期, 定點調查各小區2個點共20穴的最高苗數(移栽后第15天開始, 每5天調查一次苗情動態, 至苗峰下降為止)、有效穗數, 成熟期從每小區按相應處理平均穗數取樣 5穴, 在室內考查穗部性狀, 并收小區實產。按13.5%含水量折合小區實產和千粒重標準重量。

統計3月至9月(各播種期處理的播種至成熟期)逐日的日最高氣溫(°C)、日最低氣溫(°C)、日平均氣溫(°C)、降水量(mm)、日平均相對濕度(%)、日照時數(h)。氣象資料取自與試驗田相距1200 m、海拔相差2 m左右的瀘縣氣象觀測站。

1.4　數據處理

首先對不同播種期條件下的水稻生育歷期、產量及其穗粒結構分別進行多因素有重復方差分析,然后以平均數為基礎數據進行生育歷期間、產量與穗粒結構間、產量與生育歷期間的相關、多元逐步回歸分析, 最后開展各水稻生育時段的氣象因素對產量影響的多元逐步回歸和相關分析。以 DPS數據處理系統和Microsoft Excel操作系統分析試驗數據。

表1　試驗土壤化學特性Table 1　Chemical quality of tested soil

2　結果與分析

2.1　各試驗處理對水稻生育期的影響

表 2和表 3可見, 水稻各生育階段日數變異程度不同, 其中播種—移栽和移栽—拔節 2個營養階段的變異系數達到 20%左右, 而拔節-齊穗和齊穗-成熟 2個生殖生長階段的變異系數均不足 10%, 以致整個營養生長期(播種至拔節始期)的變異系數高達14.97%, 為生殖生長期(拔節始期至成熟期)的 2.33倍。表明氣象因子對營養生長期的影響比對生殖生長期大。2015年全生育期比2016年長0.8 d; 各播種期間差異顯著, 從3月5日到5月24日, 隨著播種期推遲, 平均全生育期從148.13 d逐漸縮短到123.25 d,縮短了14.77%; 2種栽培方式間全生育期差異不顯著,品種間II優602比旌優127明顯長5.4 d。

就不同生育階段日數變異對全生育期日數的影響(表4)而言, 2個品種2個年度一致表現為全生育期日數的變異主要由播種—移栽(X1)和移栽—拔節(X2)的變化引起。說明氣象因子對水稻全生育期的影響主要在營養生長期, 生殖生長期受其影響相對較小。

2.2　各試驗處理對稻谷產量的影響

從表5看出, 年度間、栽培方式間、品種間稻谷產量差異均不顯著, 隨著播種期推遲, 稻谷產量呈下降趨勢, 從3月5日的8507.76 kg hm-2下降到5月24日的6251.01 kg hm-2, 降低了26.53%。從影響產量的穗粒結構分析, 播種期推遲引起稻谷產量下降主要與有效穗數(X1)和穗粒數(X2)減少有關; 從各播種期絕對產量看, 3月5日、3月25日兩期產量差異不顯著, 比其他各播種期顯著增產(表6)。因此, 本區一季中稻以3月5日至3月25日播種為宜, 同時還必須考慮安全齊穗與種植模式相適應生育期的銜接問題。

進一步分析產量及穗粒結構與各生育階段日數的相關性顯示, 播種至移栽、移栽至拔節、營養生長的日數和全生育期日數分別與穗粒數和產量呈極顯著正相關, 2年結果趨勢一致。表明播種期推遲引起水稻全生育期縮短是導致減產的主要原因, 其中,從播種至拔節的營養生長期明顯縮短是起關鍵作用的原因(表7)。

2.3　氣象因子對稻谷產量的影響

由于兩種栽培方式間的產量差異不顯著(表 5),特將2年5個播種期下2個品種的平均產量分別與表 8、表 9的氣象因子數據進行多元回歸分析。由表 10可見, 氣象因子與產量間呈極顯著線性關系,但 2個品種在不同年度間影響產量的關鍵氣象因子不一致, 可能與年度間氣候條件的差異及品種對氣象因子的響應度不同有關。

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表3　各試驗處理水稻的生育歷期比較Table 3　Comparison of growth periods in experimental treatments of rice (d)

表4　水稻全生育期日數(Y)與各生育階段日數(X)的回歸分析Table 4　Regression analysis between days of whole growth period (Y) and days of different growth stages (X) in rice

表5　各試驗處理的稻谷產量及其穗粒結構比較Table 5　Comparison of grain yield and panicle-spikelet structures in treatments of rice

表6　水稻產量(Y)與稻粒結構(X)的回歸分析Table 6　Regression analysis between grain yield (Y) and panicle-spikelet structures (X) in rice

表7　產量及其穗粒結構與各生育階段日數的相關系數Table 7　Correlation coefficients between grain yield, panicle-spikelet structures and days of different growth stages in rice

表8　2個品種在不同播種期下各生育階段的氣候因素表現(2015)Table 8　Climatic factor values inifferent growth stages for two rice varieties with different sowing time treatments (2015)

(續表 8)

表9　2個品種在不同播種期下的氣候因素表現(2016)Table 9　Climatic factor values inifferent growth stages for two rice varieties with different sowing time treatments (2016)

(續表 9)

為了進一步明確氣象因子對產量構成因素的具體影響, 繼續將前分析結果(表 10)對產量有顯著作用的氣象因子與產量穗粒結構進行相關分析。從表11看出： (1)優質稻旌優127; 2015年的結實率、千粒重和產量分別與齊穗—成熟期的日平均氣溫(X12)呈極顯著正相關, 分別與拔節—齊穗的日照時數(X23)呈顯著負相關; 2016年的穗粒數、產量分別與播種—移栽日最高氣溫(X1)、移栽—拔節的日平均氣溫(X10)呈極顯著負相關。(2)高產品種 II優 602; 2015年的有效穗、千粒重和產量分別與移栽—拔節的降雨量(X14)呈顯著或極顯著負相關, 2016年的穗粒數和產量分別與移栽—拔節的日最高氣溫(X2)呈顯著或極顯著負相關, 結實率、千粒重和產量分別與拔節—齊穗的日平均相對濕度(X19)呈顯著正相關。表明氣象因子對產量的影響在不同年份和不同品種間的表現不一致。

3　討論

3.1　播種期對水稻生育期和產量的影響

本研究結果表明, 隨著播種期推遲, 全生育期越短、產量趨低, 與汪繼發等[15]研究結論一致。不同之處在于, 本研究播種期推遲后生育期縮短主要在播種至拔節的營養生長階段, 而汪繼發等[5]的 3個播種期的營養生長期日數基本沒有差異, 縮短的生育期表現在抽穗至成熟歷期, 可能與其試驗播種期間隔時間較短有關。進一步分析不同播種期致產量差異的原因, 從表8和表9的氣象資料可見, 除最后一個播種期(5月24日)的齊穗-成熟的日平均氣溫略低外, 其余各播種期隨著播種期延遲, 各生育階段的日平均氣溫呈逐漸增高趨勢, 2個品種表現一致。由于水稻是對溫度敏感性極強的作物, 因此, 隨著播種期延遲致日平均氣溫的升高、水稻生育期縮短(特別是營養生長期縮短更為明顯)、穗粒數減少。營養生長期縮短后直接造成水稻抽穗前地上部植株物質積累量少而減產[16]。

表10　氣象因素(X)對產量(Y)影響的回歸分析Table 10　Regression analysis on climatic factors (X) to grain yield (Y)

就本生態區水稻高產適宜的播種期而言, 根據本研究結果, 2個品種兩年5個播種期的產量表現趨勢一致, 即隨著播種期推遲, 稻谷產量呈下降趨勢。3月5日和3月25日2個播種期下產量差異不顯著,且比以后的3個播種期顯著增產; 3月5日播種的齊穗期分別在6月下旬(旌優127)和7月上旬(II優602),3月 25日播種的齊穗期分別在 7月上旬(旌優127)和7月中旬(II優602)。而四川盆地東南部規律性的35°C以上的高溫出現在 7月下旬至 8月上旬[10,13],本試驗的II優602為大面積推廣品種中生育期較長的品種, 抽穗期不會遇自然高溫而影響開花授精結實。因此, 生產上“單季稻”模式按目前推廣的雜交中稻品種的生育期, 最佳播種期在3月5日至25日期間均可, 沒有必要過早播種; 為了充分利用該區的熱量資源, 可在早播情況下選擇生育期較長的品種試驗示范, 如甬優系列雜交稻品種, 具有生育期長、穗大粒多的特性[17-18]。而作為“中稻-再生稻”模式種植, 則應在3月5日至25日期間盡可能早播, 以利于提高再生稻安全齊穗保證率。此外, 針對氣溫升高致營養生長期縮短、穗粒數減少是該區推遲播種期減產的實質性問題[16], 可通過培育生育期對溫度反應的敏感度相對差的新品種, 或研究降低高溫致穗粒數減少的栽培管理調控措施, 作為氣溫較高地區提高水稻產量的主攻方向之一。

3.2　氣象因子對水稻產量的影響

關于關鍵氣象因子影響產量的作用機制。王亞梁等[19]指出, 枝梗-穎花分化期高溫減少穎花分化數,而花粉母細胞形成-減數分裂期高溫顯著加速穎花退化, 并顯著降低花藥大小和穎花受精率。隨高溫處理天數的增加, 加劇穎花退化, 高溫處理縮短穎花長度, 降低籽粒充實性, 使千粒重顯著下降。本研究表明, 營養生長期溫度高, 營養生長期縮短, 穗粒數顯著降低, 可能與營養生長期縮短致前期光合物質積累少、穗分化時光合物質供應不足致穎花分化數少或退化多有關。抽穗揚花期最適宜平均氣溫為 25.3°C[20], 開花當時超過 35°C以上高溫對結實有明顯傷害, 但品種間差異明顯[13,21]。丁宏大等[22]認為, 雜交中秈稻高產要求在生殖期間日平均日照時間不少于6.4 h, 日平均蒸發量不低于5.5 mm, 日平均地溫在30.0～32.5°C, 日平均氣溫在27.0～28.3°C, 日平均晝夜溫差大于 7.5°C, 日平均空氣相對濕度在 70%～80%, 累計降雨量應在 100～220 mm范圍內。

就水稻產量構成與關鍵氣象因子關系而言。本研究結果指出, 優質稻旌優127, 2015年的結實率、千粒重和產量分別與齊穗—成熟期的日平均氣溫呈極顯著正相關, 分別與拔節—齊穗期的日照時數呈顯著負相關; 2016年的穗粒數、產量分別與播種-移栽日最高氣溫、移栽—拔節的日平均氣溫呈極顯著負相關。高產品種II優602, 2015年的有效穗、千粒重和產量分別與移栽—拔節的降雨量呈顯著或極顯著負相關, 2016年的穗粒數和產量分別與移栽—拔節的日最高氣溫呈顯著或極顯著負相關, 結實率、千粒重和產量分別與拔節-齊穗的日平均相對濕度呈顯著正相關。趙藝等[3]應用四川盆地多年多點的水稻觀測數據及與其對應的氣象觀測數據研究表明,盆西平原區空殼率隨抽穗揚花期平均最高氣溫的升高而減少, 隨拔節孕穗期降水量的增加而增加, 隨抽穗揚花期和灌漿乳熟期平均日照時數的增加而減少; 盆中淺丘區秕谷率隨乳熟期平均最高氣溫的升高而降低; 盆南丘陵區空殼率隨平均最高氣溫和平均日照時數的升高而增加, 千粒重隨平均最高氣溫的升高而降低, 隨平均日降水量的增加而增加; 氣象要素對盆東平行嶺谷區的影響較小。陳超等[4]指出, 單季稻產量對抽穗至成熟期的氣溫升高和輻射下降最敏感, 而對移栽至分蘗期的日較差升高最敏感。不同地區、不同生育期內氣候變化對單季稻產量的影響存在差異。

如上所述, 不同品種間、年度間及生態區間影響水稻產量的關鍵氣象因子各異。究其原因, 不同年度或生態區水稻生長期間的氣候條件有一定差異,其制約水稻產量的生育時期及關鍵氣象因子則不同。如本研究2016年5個播種期拔節—齊穗日平均最高氣溫29.53～34.58°C; 抽穗期有6 d極端高溫超過35°C; 對結實有顯著影響; 以致20個處理的結實率與該期日最高氣溫間呈極顯著負相關(r=-0.615**); 而2015年5個播種期拔節-齊穗日平均最高氣溫明顯比 2016年低(28.71～33.13°C), 抽穗期極端高溫沒有超過35°C, 對結實影響較小, 因此20個處理的結實率與該期日最高氣溫間沒有相關性(r=-0.213)。而造成不同品種間差異的原因, 則可能與品種間自身對氣象因子反應的敏感度不同有關[14,21],本試驗供試品種II優602抽穗期耐高溫能力明顯比旌優127強。因此, 在選擇高產優質品種基礎上, 因地制宜開展影響水稻產量的關鍵氣象因子及調控措施研究十分必要。

4　結論

隨著播種期推遲, 平均全生育期從 148.13 d逐漸縮短到 123.25 d, 縮短了 14.77%; 氣象因子對水稻全生育期的影響主要在營養生長期, 生殖生長期受其影響較小。年度間、栽培方式間、品種間稻谷產量差異均不顯著; 隨著播種期推遲, 稻谷產量呈下降趨勢, 從3月5日的8507.76 kg hm-2下降到5月24日的6251.01 kg hm-2, 降低了26.53%。播種-移栽、移栽-拔節期營養生長的日數和全生育期日數分別與穗粒數和產量呈極顯著正相關。氣象因子對產量的影響在不同年份和不同品種間的表現不一致。

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