播期對翻秋早秈稻產量及光溫資源利用的影響

胡繼杰,房玉偉,葉 靖,陳孝賞,劉守坎*

(1.浙江省臺州市農業科學研究院,浙江 臺州 317000;2.浙江勿忘農種業科學研究院有限公司,浙江 杭州 310020; 3.浙江省農業科學院 作物與核技術利用研究所,浙江 杭州 310021)

0 引言

早秈稻作為水稻的主要生態類型之一,被廣泛種植于我國華南和長江流域,是當年栽植、收獲的第一季糧食作物,具有生產周期短、加工用途廣泛、商品經濟性高和耐貯藏等特性,對于保障我國糧食安全具有重要意義[1-2]。近年來,在中國農村經濟發展和農業結構調整腳步加快的背景下,早、晚稻生育期矛盾加劇,導致雙季稻生產的茬口銜接愈加緊張[3-4]。為了提高連作晚稻單產、全年種糧效益和保證晚稻的安全生產,早秈稻的全生育期一般需要控制在110 d左右,因此對早秈稻的平均日產量提出了更高的要求[5-6]。加之全球氣候變暖,高溫、干旱、洪澇等極端天氣時有發生,氣候異常逐漸趨于常態[7-9],這些不僅直接影響水稻的生長、產量和質量,嚴重時還會造成絕產絕收[10-12]。因此,在保證產量和品質的前提下,選用適宜的“早晚兼用”水稻品種進行翻秋種植,有利于緩解雙季稻的季節矛盾和降低自然災害帶來的經濟損失[13-14]。

水稻早、晚兩季在溫度、光照、降雨量等外界氣象因子條件上存在巨大差異,因此合理安排播期，科學配套早秈稻翻秋種植品種可以充分利用所處當地的光溫資源,從而最大限度地發揮水稻的增產潛力。近年來,有關播期對翻秋早秈稻生長的影響已有研究報道,研究結果因試驗地點、氣候條件和水稻品種不同而存在差異。王德仁等[15]試驗發現,不同早秈稻品種的產量及生長適應性對翻秋種植響應不同,播種期推遲會造成產量迅速下滑。梅少華等[16]研究認為,早秈稻翻秋栽培,過早播種易出現早穗，致使產量下降。伍丹丹等[14]研究也指出,機插秧耦合翻秋種植有利于提高‘早晚兼用’雙季稻的產量。包勁松等[17]、劉玉球等[18]研究表明,翻秋種植會提高早秈稻的表觀直鏈淀粉含量和糊化溫度,同時可提高早秈稻的糙米率、精米率、整精米率等加工品質,而對膠稠度和淀粉粘滯特性的影響較小。前人對翻秋早秈稻的研究主要集中于產量、種植方式、稻米品質等方面,而針對不同類型早秈稻品種的光能利用對播期的響應鮮有報道。鑒于此,筆者以早季種植為對照,探究了晚季播期對不同類型翻秋早秈稻品種產量及光溫資源利用的影響,以期為不同播期科學配套‘早晚兼用’水稻品種類型提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試材料

試驗于2018年在浙江省臨海市臺州市農業科學研究院小溪基地(121°13′ E,28°78′ N,海拔8 m)進行。該區屬亞熱帶季風性濕潤氣候,四季分明,年均降水量1550 mm,無霜期241 d。土壤類型屬潴育型水稻土,土壤有機質21.76 g/kg,全氮2.19 g/kg,堿解氮122.50 g/kg,有效磷41.61 g/kg,速效鉀148.90 g/kg, pH值5.66。

供試水稻材料為早熟早秈稻甬秈15、臺早1640,中熟早秈稻金早47、中早39、臺早733、株兩優831(兩系雜交稻)。

1.2 試驗設計及栽培管理

本試驗分為早季和晚季兩組試驗,早季試驗6個水稻材料均于3月24日播種(處理E),秧齡30 d,隨機區組排列。晚季試驗采用裂區設計,主處理分別為7月5日(處理Ⅰ)、7月10日(處理Ⅱ)、7月15日(處理Ⅲ)、7月20日(處理Ⅳ)4個播期,秧齡18 d；副處理為水稻品種。兩季均為人工手插移栽,常規稻每穴栽插4粒谷苗,雜交稻每穴栽插2粒谷苗,行株距為16.5 cm×20.0 cm。每個處理3次重復，小區面積12.25 m2。

早、晚兩季試驗的施肥量和施肥比例相同,施純N 240 g/kg,按質量比1∶1分基肥、蘗肥兩次施用;磷肥(折合P2O5) 90 g/kg,全部作基肥施用;鉀肥(以K2O計) 180 g/kg,按質量比1∶2分基肥、蘗肥兩次施用。本研究所用的N、P、K肥分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)和氯化鉀(K2O 60%)。病蟲草害防治及雜草清理等田間管理措施按當地高產田要求。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 生育期及氣象資料收集 觀測并記錄各水稻品種的抽穗期、完熟期等主要生育時期。日照資料和光合有效輻射取用臨海市國家氣象站觀測數據,逐日氣溫取自臨海市國家氣象站小溪觀測點。

1.3.2 地上部干物質量 分別于抽穗期和完熟期田間取樣,每個小區選取具有代表性的水稻植株4穴,去除地下部后按莖、葉、穗分裝,先在105 ℃下殺青，再在80 ℃下烘干至恒重,最后稱量。

1.3.3 考種與測產 在齊穗期各小區隨機取20穴水稻，調查有效穗數,計算平均穗數。在完熟期各小區按平均穗數隨機選取3穴水稻進行考種,測定每穗粒數、千粒重、實粒數和結實率。各小區實收測產。

1.4 數據計算與統計方法

1.4.1 數據計算 光能利用率采用以下公式計算:SEU=[(ΔW×H)/(PAR×100)]×100%。式中SEU為光能利用率(%)；ΔW為測定期間干物質的增量(t/hm2)；H為能量轉換系數,取值0.0175 MJ/g；PAR為光合有效輻射(MJ/m2)[19]。

1.4.2 數據處理 采用Excel 2010進行數據錄入和整理,用SPSS 12.0.1數據分析軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 播期對不同類型水稻產量及其構成因子的影響

由表1可知,早熟早秈和中熟早秈的稻谷產量均表現為晚季顯著低于早季(早熟早秈Ⅰ期除外),分別較早季下降了10.0%～24.7%和12.6%～16.0%。晚季在不同播期處理下,早熟早秈隨著播期推遲,稻谷產量逐漸下降,Ⅳ期顯著低于Ⅰ期;中熟早秈不同播期處理表現為Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅳ期,其中Ⅱ期顯著高于其他處理。在不同類型間,中熟早秈早季和晚季稻谷產量分別較早熟早秈高10.5%和18.5%。

表1 在不同播期下水稻產量及其構成因素

進一步分析產量構成因素,2種類型早秈稻的有效穗數、每穗粒數、總穎花數和結實率均表現為晚季低于早季,其中Ⅲ期和Ⅳ期的總穎花數顯著下降。晚季在不同播期處理下,早熟早秈隨著播期推遲,有效穗數、每穗粒數和總穎花數均呈逐漸下降趨勢,且Ⅳ期均顯著低于其他處理;結實率和千粒重在各處理間無顯著差異。中熟早秈在晚季不同播期處理下,有效穗數和總穎花數均表現為Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅳ期,其中Ⅱ期顯著高于Ⅰ期和Ⅳ期;千粒重隨播期推遲逐漸增加,且Ⅱ期至Ⅳ期均顯著高于Ⅰ期和早季。

2.2 播期對不同類型水稻生育期的影響

由表2可知,2種類型早秈稻的抽穗期和完熟期均隨著晚季播期推遲而相應延后,且均能夠安全成熟。與早季相比,早熟早秈和中熟早秈在晚季的全生育期天數顯著減少,分別縮短了16～20 d和11～14 d,表明早秈稻在翻秋種植條件下,播期對生育期的影響在水稻品種類型間存在差異。此外，隨著晚季的播期推遲,2種類型早秈稻從播種至抽穗期的天數逐漸減少,從抽穗至完熟期的天數逐漸增加,且抽穗期～完熟期歷期的變化幅度大于播種期～抽穗期歷期的,最終表現為全生育期天數隨播期推遲而逐漸上升。

表2 在不同播期下水稻的主要生育時期

2.3 播期對不同類型水稻生育期間積溫和光照時數的影響

由表3可知,生育期相對較長的中熟早秈有更高的積溫和光照時數,雙季平均為2555.6 ℃·d和677.9 h,分別較早熟早秈增加了180.0 ℃·d和56.1 h。播期影響水稻對光溫資源的利用,2種類型早秈稻的積溫和光照時數在播種期～抽穗期表現相同,均隨著晚季播期的推遲而逐漸下降；但在抽穗期～完熟期的表現存在差異,早熟早秈的積溫和光照時數均隨播期延遲而逐漸上升,而中熟早秈的積溫表現為Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅱ期>Ⅳ期,光照時數表現為Ⅳ期>Ⅱ期>Ⅰ期>Ⅲ期。對全生育期來說,2種類型早秈稻的積溫均隨晚季播期的推遲而逐漸下降,其中中熟早秈Ⅰ期顯著高于早季,Ⅳ期顯著低于早季。除早熟早秈Ⅳ期外,2種類型早秈稻在晚季的光照時數均顯著高于早季。

表3 播期對水稻生育期間積溫和光照時數的影響

2.4 播期對不同類型水稻生育期間光合有效輻射及其利用的影響

表4表明,2種類型早秈稻在晚季的光合有效輻射在不同生育階段表現不同,在播種期～抽穗期的光合有效輻射隨著播期推遲而逐漸下降,且均顯著低于早季;在抽穗期-完熟期的光合有效輻射隨播期推遲而逐漸上升,其中Ⅲ期和Ⅳ期均高于早季;早熟早秈和中熟早秈在晚季全生育期的光合有效輻射均顯著低于早季,分別下降了12.0%～13.2%和7.1%～10.4%。在光能利用方面,2種類型早秈稻在抽穗前的光能利用效率均低于在抽穗后的,早熟早秈和中熟早秈兩季平均分別下降了35.1%和28.3%。隨晚季播期推遲,早熟早秈在全生育期的光能利用效率逐漸下降,中熟早秈表現為Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅳ期,且均低于早季。不考慮播期因素,早熟早秈和中熟早秈在雙季的光能利用率平均值分別僅為1.02%和1.03%,提升空間較大。

表4 播期對水稻生育期間光合有效輻射和光能利用率的影響

2.5 產量及其構成因素與光溫資源間的相關分析

相關分析結果(表5)表明,產量與光溫資源均呈正相關,相關程度表現為光合有效輻射>積溫>日照時數,其中與光合有效輻射和積溫的相關性均達到了極顯著水平,表明在當前生產條件下,獲得充足的輻射熱量是保證早秈稻高產穩產的基礎。每穗粒數、總穎花數和千粒重與光溫資源均呈正相關,且除總穎花數與日照時數外,相關性均達到顯著或極顯著水平。有效穗數和結實率與光溫資源間均呈負相關,相關程度表現為日照時數>積溫>光合有效輻射。

表5 水稻產量及其構成因子與光溫資源間的相關系數

3 討論

3.1 播期對翻秋早秈稻生育期和產量的影響

播栽期會影響水稻的生育進程及其對光溫資源的利用效率,進而決定水稻干物質積累和產量的形成[20]。同時,受遺傳特性的影響,不同熟期類型水稻品種的生長發育對播期的響應存在差異[21-22]。在本研究中,2種類型早秈稻均隨著晚季播期推遲,播種至抽穗期的天數逐漸減少,而抽穗至完熟期的天數逐漸增加,且增幅大于抽穗前,最終表現為全生育期天數隨播期推遲而逐漸上升,但均顯著低于早季。這主要是由于晚季播種正值7月中下旬,平均氣溫較高,水稻秧田期顯著縮短;且隨著播期推遲,水稻在營養生長階段的日平均氣溫逐漸上升,致使抽穗提前;而在生育后期日平均氣溫又逐漸下降,導致水稻積溫所需天數增加[23]。此外,由于不同水稻品種的感溫與感光性不同,也可能導致生育期發生變化,還需進一步探究。在產量方面,早熟早秈隨著晚季播期推遲,籽粒產量逐漸下降,中熟早秈表現為先上升后下降,以Ⅱ期產量最高，表明生育期較短的早熟早秈翻秋種植應盡早播種,同時也可為下茬作物留足時間；而生育期較長的中熟早秈可適當推遲播期,以達到增產的目的。2種類型早秈稻的產量變化主要與穗粒數有關,單位面積穗數和每穗粒數的增加趨勢與產量表現一致,且2種類型早秈稻在晚季的產量均低于在早季的，其原因也在于單位面積穗粒數的減少。因此,早秈稻在晚季種植應通過增加基本苗數[15,24],增施分蘗肥或采取其他栽培措施促進水稻分蘗,并提高成穗率和單位面積總穎花數來提升產量。

3.2 播期對翻秋早秈稻光溫資源利用的影響

溫度和光照是影響水稻生長發育的重要氣象因子。適期播種,充分利用當地的溫光資源是最大限度挖掘水稻的產量潛力,保證糧食增產的重要措施[25-27]。本研究發現：播期不同,不同類型早秈稻對光溫資源的利用率存在差異；隨著晚季播期推遲,2種類型早秈稻在生育期間的積溫和光照時數均表現出下降趨勢,與生育期天數的變化規律相反。這可能與早秈稻翻秋種植,在生長前期日平均氣溫較高,而在成熟階段氣溫下降明顯有關。與早季相比,晚季的光照時數增長顯著,而積溫變化較小,且籽粒產量與積溫相關極顯著,說明在雙季早秈稻種植中,優先滿足積溫條件是水稻安全成熟的保障。

水稻生產的實質是通過光合作用將太陽光能轉化為自身生長所需的生物質能[28-29]。本研究發現,2種類型早秈稻在晚季的光合有效輻射和光能利用率均顯著低于在早季的,這與陳佳娜等[13]的研究結果一致,這主要與早秈稻翻秋種植條件下,水稻生育前期溫度高且持續時間長,致使營養生長期光合作用時間和物質積累時間縮短有關。在不同播期下,2種類型早秈稻在晚季的光合有效輻射表現出下降趨勢,光能利用率的變化趨勢與籽粒產量的表現一致,進一步說明了合理播期對水稻增產的重要性。相關分析結果顯示,光溫資源與水稻產量、每穗粒數、總穎花數和千粒重均表現出正相關關系,而與單位面積穗數和結實率呈負相關,表明早秈稻在適宜播期條件下,協調好有效穗數與每穗粒數的關系,保證單位面積穎花數量,同時提高粒重,是水稻取得高產的有效途徑[30-31]。

4 結論

在翻秋種植條件下,2種類型早秈稻隨著播期推遲,播種～抽穗歷期縮短,全生育期延長,晚季不同播期下的產量均較早季有所下降,全生育期光溫資源利用效率在品種類型間存在差異。根據各類型水稻的產量、生育期以及對光溫資源的利用情況,早熟早秈翻秋種植應盡早播種,中熟早秈可適當推遲播期。同時,通過增加基本苗數,提高成穗率和總穎花量可進一步提升水稻籽粒產量。