淮北地區優質食味粳稻溫光適應性和最佳播種期

許方甫，卞金龍，韓超，陳志青，劉國棟，邢志鵬，胡雅杰，魏海燕，張洪程

揚州大學/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心/江蘇省優質粳稻產業工程研究中心，江蘇揚州 225009

0 引言

【研究意義】淮北地區是江蘇省重要的水稻生產基地，2017年江蘇省水稻種植總面積為223.77萬hm2，其中淮北稻區水稻種植面積為129.34萬hm2，占江蘇省水稻總面積的57.8%[1]。隨著人們生活水平的提高和農業供給側結構改革，人們對稻米品質的要求不斷提升，對主食稻米的需求由數量型向品質型和食味型轉變[2]。稻米品質改良成為目前水稻育種的重要目標之一，近年來江蘇省審定通過了一批適宜淮北地區種植的優質食味粳稻品種[3-5]，深受廣大消費者的喜愛，而這批優質食味粳稻品種在淮北地區的溫光生態適應性是一個亟待探究的問題。隨著經濟的快速發展，溫室氣體排放增加[6]，在過去一個世紀全球溫度升高 0.72℃[7]；大氣污染嚴重，導致氣溶膠粒子濃度增加，太陽輻射量呈下降趨勢[8-9]。淮北地區處于我國南北氣候的分界線秦嶺-淮河線上，生態環境脆弱，是氣候變化的敏感區[10]。1978—2007年平均溫度比1957—1986年平均溫度升高0.60℃[11]。太陽輻射量顯著降低，近50年來太陽總輻射量每10年平均減少65 MJ·m-2[12]。針對淮北地區不斷變化的溫度和光照條件，研究溫光對水稻產量、品質和生態適應性的影響，對優質食味粳稻在淮北地區的區域優化布局顯得至關重要。【前人研究進展】適宜的溫度和充足的光照是水稻高產的關鍵因素[13]。苗期溫度低于 12℃，導致幼苗發育不良[14]，分蘗期最適溫度為28.4℃[15]。水稻灌漿結實期最適溫度為25℃—30℃，溫度過高或過低導致結實率和千粒重下降，水稻產量顯著降低[16-22]。水稻生育期輻射量光照減弱，對產量造成負面影響。全生育期太陽輻射積累量與產量呈顯著的正相關關系[11]，生殖生長和灌漿結實期日均輻射量與產量極顯著正相關[12]。隨著播期的推遲，水稻產量呈降低或先增高后降低趨勢[23-26]。【本研究切入點】前人研究溫度和光照對水稻產量的影響，主要針對1個或2個生育階段；而播期處理試驗多關注不同播期對水稻產量的影響，對不同播期處理下各生育階段溫光差異與水稻產量的關系研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】本研究針對可在淮北地區種植的中熟中粳和遲熟中粳 2種生育類型的優質食味粳稻，設置了 7個播種期，研究不同播期條件下水稻產量、生育期、各生育階段的溫光差異，通過水稻產量與各階段的溫光資源的相關性分析，探究不同生育類型優質食味粳稻在淮北地區高產形成的溫光條件與適宜播種期，為淮北地區稻麥兩熟、溫光資源相對緊張條件下的水稻優質高產提供重要的理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于 2017—2018年在揚州大學校外試驗基地江蘇省連云港市東海縣石榴街道浦西村（34°35′N，118°45′E）進行，屬暖溫帶濕潤季風氣候，年降水量913 mm，無霜期225 d，常年日照時數2 300 h。試驗土質為砂壤土，地力中等，前茬小麥。土壤含氮1.63 g·kg-1、速效磷 36.5 mg·kg-1、速效鉀 89.3 mg·kg-1。

1.2 試驗品種

以近年來培育的低直鏈淀粉含量的優質食味水稻品種為供試材料，其中，中熟中粳類型品種為南粳505和南粳2728，遲熟中粳類型品種為南粳9108和福粳1606。

1.3 試驗設計

2017年和2018年2年分別設置5月10日（S1）、5月17日（S2）、5月24日（S3）、5月31日（S4）、6月7日（S5）、6月14日（S6）、6月21日（S7）7個播種期，采用裂區設計，播期為主區，品種為副區。小區面積為15 m2（3 m×5 m），重復3次。塑料硬盤旱育小苗，落谷干種子 120 g/盤，移栽期水稻秧齡為20 d，栽插行株距為30 cm×12 cm，每穴4苗栽插，移栽后及時查漏補缺，確保足夠的基本苗數。

1.4 田間管理

小區間打埂隔離，并用塑料薄膜覆蓋埂體，保證每個小區單獨排灌。氮肥施用量為270 kg·hm-2（基肥∶分蘗肥∶穗肥=3.5∶3.5∶3），分蘗肥在移栽后7 d施用，穗肥于水稻倒4葉期施用。氮（純N）∶磷（P5O2）∶鉀（K2O）比例為2∶1∶2，磷肥一次性基施，鉀肥分別于耕翻前、拔節期等量施入。水分管理及病蟲草害防治等相關栽培措施均按照高產栽培要求實施。

1.5 測定項目與方法

觀測并記載每個處理的拔節、抽穗和成熟的準確日期（表1）。成熟期從各小區割取50穴，脫粒、去雜曬干后稱重，按照14%水分含量換算實際產量。水稻生長期間的日均溫度、日照時數和降雨量由東海縣氣象局提供（圖1）。

1.6 數據計算與統計方法

本研究采用廣泛使用的Angstrom-Prescott模型[27-29]，將日照時數換算成太陽輻射日總量Q（MJ·m-2·d-1）。主要計算公式如下：

Q=Q0（a + b S/S0）

式中，Q0為天文輻射（MJ·m-2·d-1），S 為太陽實測日照時數（h），S0為太陽可照時數（h），S/S0為日照百分率，a、b為待定系數[30]（表2）。

表2 Angstrom-Prescott模型各月份待定系數Table 2 The coefficients a and b of each month in Angstrom-Prescott model

用Microsoft excel 2016整理數據，在SPSS11.5中統計分析，用Sigmaplot11.0作圖。

2 結果

2.1 播期對產量的影響

隨著播種期的推遲，2種生育類型4個水稻品種產量均顯著降低（表3）。其中，中熟中粳S2、S3、S4、S5、S6和 S7處理比 S1處理產量分別降低了2.36%、6.00%、10.73%、16.93%、22.97%和29.96%。播期每推遲7 d，產量下降0.49 t·hm-2。遲熟中粳S2、S3、S4、S5、S6和S7處理比S1處理產量分別降低了2.40%、7.43%、13.29%、21.96%、30.70%和37.07%。播期每推遲7 d，產量下降0.63 t·hm-2。遲熟中粳減產幅度大于中熟中粳。年度、播期、類型與播期互作對水稻產量影響顯著。

表3 不同播期處理下水稻產量差異Table 3 The yield difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (t·hm-2)

2.2 播期對生育天數的影響

隨著播期的推遲，2種生育類型水稻的播種至拔節期、拔節至抽穗期和全生育期天數均呈下降趨勢（表4）。其中，中熟中粳播種至拔節期、拔節至抽穗期和全生育期S7處理比S1處理生育天數分別減少16、8和20 d。遲熟中粳播種至拔節期、拔節至抽穗期和全生育期S7處理比S1處理生育天數分別減少15、8和27 d。中熟中粳抽穗至成熟期生育天數有增加的趨勢，遲熟中粳抽穗至成熟期 S1—S4處理生育天數呈增加趨勢，S5—S7處理由于不能成熟，成熟期以收獲日期計算，生育天數減少。全生育期天數減少，主要表現為播種至抽穗期生育天數的減少。分析產量與全生育天數發現，2種類型水稻產量與全生育期天數均呈極顯著的正相關關系（圖2）。

表4 不同播期處理下主要生育階段天數的差異Table 4 Number of days in the main fertility stage difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (d)

2.3 播期對日均溫度的影響

播種至拔節期日均溫度隨著播期的推遲呈顯著升高，中熟中粳和遲熟中粳播種至拔節期S7處理比S1處理日均溫度分別增加了3.6℃和3.2℃（表5）。拔節至抽穗期和抽穗至成熟期日均溫度隨播期推遲均顯著下降，中熟中粳和遲熟中粳拔節至抽穗期S7處理比S1處理日均溫度分別降低了3.2℃和3.9℃；抽穗至成熟期 S7處理比S1處理日均溫度分別降低了4.0℃和3.1℃。2種類型全生育期日均溫度隨播期推遲顯著下降。中熟中粳和遲熟中粳全生育期日均溫度S7處理比S1處理分別下降1.4℃和1.0℃。在類型間、播期間及其兩者互作效應上，各生育階段日均溫度差異顯著。在年度間、年度與播期互作效應上，播種至拔節期、拔節至抽穗期和全生育期日均溫度差異顯著。

表5 不同播期處理下主要生育階段水稻日均溫度的差異Table 5 Mean daily temperature in the main fertility stage difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (℃)

2種生育類型水稻產量與播種至拔節期日均溫度極顯著負相關（圖3-a），與拔節至抽穗期、抽穗至成熟期和全生育期日均溫度極顯著正相關（圖3-b、c、d）。各生育階段中熟中粳產量與日均溫度的相關性系數均大于遲熟中粳。

2.4 播期對積溫的影響

隨著播種期的推遲，各生育階段積溫均呈下降趨勢（表6）。其中，中熟中粳水稻S2、S3、S4、S5、S6和 S7處理分別比 S1處理的全生育期積溫下降2.39%、4.40%、6.69%、9.95%、13.79%和 16.59%。播種期每推遲7 d，全生育期積溫下降106.6℃。遲熟中粳水稻S2、S3、S4、S5、S6和S7處理分別比S1處理的全生育期積溫下降2.43%、4.38%、6.72%、10.24%、14.73%和18.61%。播種期每推遲7 d，全生育期積溫下降123.1℃。在年度間，播種至拔節期和抽穗至成熟期積溫差異顯著，在類型間和播期間，各生育階段積溫差異顯著。

表6 不同播期處理下主要生育階段水稻積溫的差異Table 6 Accumulated temperature in the main fertility stage difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (℃)

進一步分析產量與各生育階段積溫的關系發現，2種類型水稻產量與各生育階段積溫均呈極顯著正相關關系。其中，全生育期積溫與產量相關系數最大（圖4）。

2.5 播期對日均輻射量的影響

全生育期日均輻射量隨播期的推遲顯著下降（表7）。2017年中熟中粳和遲熟中粳S7處理比S1處理日均輻射量分別下降 2.8 MJ·m-2·d-1和 2.4 MJ·m-2·d-1；2018年中熟中粳和遲熟中粳S7處理比S1處理日均輻射量分別下降 1.2 MJ·m-2·d-1和 0.9 MJ·m-2·d-1。2017 年播種至拔節期日均輻射量隨著播期的推遲顯著下降，中熟中粳S7處理比S1處理下降3.8 MJ·m-2·d-1，遲熟中粳 S7 處理比 S1 處理下降 3.9 MJ·m-2·d-1。2018 年播種至拔節期中熟中粳日均輻射量隨著播期的推遲顯著上升，其中S7處理比S1處理增加了2.0 MJ·m-2·d-1，而遲熟中粳呈先增加后減少的趨勢。中熟中粳拔節至抽穗期日均輻射量顯著下降。2年的中熟中粳和2018年遲熟中粳抽穗至成熟期日均輻射量顯著下降。2年間水稻播種至拔節期日均輻射量隨播期變化趨勢不一致，可能與2017年水稻拔節前連續長日照有關（圖1）。除了年度與類型互作，年度、類型與播期互作對拔節至抽穗期日均輻射量無顯著影響外，其他指標間對各生育階段日均輻射量均呈顯著或者極顯著的影響。

表7 不同播期處理下主要生育階段水稻日均輻射量的差異Table 7 Mean daily radiation in the main fertility stage difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (MJ·m-2·d-1)

進一步分析產量與各生育階段日均輻射量的關系發現（圖 5），中熟中粳產量與拔節至抽穗期和全生育期日均輻射量呈極顯著正相關關系，與播種至拔節期和抽穗至成熟期日均輻射量呈正相關關系。遲熟中粳產量與播種至拔節期日均輻射量顯著正相關，與全生育期日均輻射量極顯著正相關，與拔節至抽穗期和抽穗至成熟期日均輻射量正相關。

3 討論

3.1 淮北地區優質食味粳稻產量對溫光的響應

溫度和光照是影響水稻產量重要的氣象因子[31-32]。在淮北地區，為了提高水稻產量，前人通過改變種植方式、調整耕作制度、改善播種期等措施調節水稻生育期間的溫光條件[33-36]。本研究通過AP模型[27]，把日照時數轉換成太陽輻射積累量，研究不同溫光處理各生育階段水稻日均溫度、積溫和日均輻射量的差異，及其與水稻產量的相關關系。研究表明，2種類型水稻全生育日均溫度、積溫和日均輻射量均在 S1處理最高，S7處理最低。

許軻等[25]研究表明，隨著播期的推遲，不同類型品種各生育階段積溫均顯著降低，產量與各生育階段積溫呈顯著正相關關系。這與本研究的結果一致，隨著播期的推遲，2種類型水稻產量顯著降低，產量與各生育階段積溫均呈極顯著正相關關系（圖 4）。姚義等[37]和霍中洋等[34]認為，在淮北地區播期推遲，播種至抽穗期積溫顯著降低，而抽穗至成熟階段呈略微減少趨勢，但相對穩定，積溫為1 100℃左右。本研究表明，抽穗至成熟期積溫在播期之間差異顯著，主要原因是2種類型均有不能成熟的播期，若排除不能正常成熟的溫光處理，中熟中粳和遲熟中粳抽穗至成熟期的積溫變化范圍分別為 1 086.3℃—1 209.5℃和1 031.9℃—1 143.3℃，積溫隨播期推遲呈略減少趨勢，但比較穩定。在淮北地區，為了能達到江蘇省大面積水稻產量 9 t·hm-2的目標[34]，中熟中粳和遲熟中粳全生育期積溫應分別高于3 680℃和3 757℃（圖4-d）。關于各生育階段日均溫度對水稻產量的影響，李國生等[38]研究認為，抽穗期日均溫25.1℃，灌漿結實期日均溫度24.7℃，抽穗至成熟期日均溫度為23.5℃—24.0℃時，水稻產量最高。XING 等[39]研究表明，營養生長期日均溫度小于25.1℃，灌漿結實期日均溫度大于20.1℃時，能夠獲得較高的產量。本研究發現，2種生育類型水稻產量與全生育期日均溫度極顯著正相關，當中熟中粳全生育日均溫度大于24.2℃，遲熟中粳全生育期溫度大于23.7℃時，水稻能獲得較高的產量（圖3-d）。

水稻不同生育階段對太陽輻射的需求不同，DENG等[40]研究發現，全生育期日均輻射量與水稻產量相關性不顯著，而各階段日均輻射量與產量呈顯著的相關性。本試驗研究表明，2種類型水稻產量與全生育期日均輻射量呈極顯著正相關關系，而與播種至拔節期、拔節至抽穗期和抽穗至成熟期日均輻射量相關性不顯著或相關系數較小。分析其原因，可能是2017年水稻生育階段降雨集中在中后期，前期日照充足；而2018年降雨集中在前中期，后期日照充足（圖1），導致2年7個溫光處理主要生育階段日均輻射量差異顯著（表7）。

水稻產量與產量物質形成期的日均溫度關系比產量與日均輻射量的關系更為密切[39-40]。本研究結果表明，水稻產量與主要生育階段日均溫度相關性系數均大于日均輻射量，2017年和 2018年全生育期日均溫度均值分別為23.7℃和23.9℃，日均輻射量均值分別為 18.8 MJ·m-2·d-1和 20.5 MJ·m-2·d-1，產量均值分別為 8.45 t·hm-2和 8.57 t·hm-2，在全生育期日均溫度相當的情況下，日均輻射量越高，產量越高。

3.2 淮北地區優質食味粳稻最佳播種期

生育期作為水稻品種的遺傳屬性，主要由自身的感溫性、感光性和基本營養生長性決定[41]。生育期還受到播栽期、栽培方式和環境條件因素影響[33,36-37,42]。

關于不同播期對生育期的影響，前人觀點較為一致。隨著播期的推遲，生育天數縮短，生育天數縮短主要是營養生長期生育期的縮短導致。本研究結果與前人一致，隨著播期的推遲，2種類型水稻品種生育期延遲，生育天數顯著縮短，全生育期的縮短主要是播種至抽穗期生育天數的縮短導致。

關于生育天數與產量的關系，前人研究認為，水稻產量一般隨著生育期的延長呈增加趨勢，生育期與產量呈極顯著的正相關關系。本研究表明，同一類型品種，生育天數顯著縮短，產量顯著下降，水稻產量與全生育期天數極顯著正相關。遲熟中粳產量比中熟中粳S1—S4處理分別增加0.36、0.35、0.19、0.06 t·hm-2，S5—S7 處理分別減少 0.21、0.51、0.47 t·hm-2，在正常成熟情況下，遲熟中粳產量高于中熟中粳，說明不同生育類型水稻產量隨生育期的延長呈增加趨勢。當中熟中粳和遲熟中粳全生育期天數大于 152 d和158 d（圖2），水稻更容易獲得高產。當起始播種期設置在4月30日甚至更早[43-44]，導致播種至拔節期溫度過低，不利于分蘗發生，而灌漿結實期可能會遭遇高溫，導致水稻結實率和千粒重下降，進而影響產量的形成。本試驗在稻麥兩熟的淮北地區進行，小苗機插大面積推廣，所以S1處理設置在5月10日播種，早于本地水稻大面積播種時間，所以在播期設置范圍內播期越早，水稻產量越高，這與前人的研究結果一致[25, 36]。

在淮北地區，播種期過遲，導致水稻不能正常成熟，播種期越遲，減產幅度越大。為了保證優質食味粳稻的安全成熟，中熟中粳和遲熟中粳應分別于6月14日和5月31日前播種。為了達到9 t·hm-2的高產要求，2種類型優質食味粳稻的播種期應為5月10日至5月24日。通過分析淮北地區近50年水稻生長期間的日均溫度與日均輻射量，未來10年淮北地區水稻生長期間日均溫度將比近10年增加0.25℃，日均輻射量將下降0.15 MJ·m-2·d-1（圖6）。在確保安全成熟的基礎上，通過適當早播和選用偏遲熟品種，特別是前茬是油菜、大麥等讓茬較早的作物，來延長生育期以獲得較多的溫光資源，是優質食味粳稻獲取較高產量的重要途徑。

4 結論

在稻麥兩熟的淮北地區，通過對2種生育類型優質食味粳稻7個播期處理的研究發現，隨著播期的推遲，水稻產量顯著降低，與光照相比，產量對溫度的響應更為敏感。在播期范圍內，各生育階段積溫越高，水稻產量越高。2種生育類型水稻品種在5月10日至5月24日播種時，水稻能獲得較高的產量。在保證水稻正常成熟的基礎上，通過適當早播和選用偏遲熟品種，延長水稻生育期間的溫光資源，是淮北地區優質食味粳稻高產的重要途徑。