四川盆地东南部气象因子对杂交中稻产量的影响

徐富贤　 周兴兵　 张　林　 蒋　鹏　 刘　茂　 朱永川　 郭晓艺　 熊　洪

四川省农业科学院水稻高粱研究所 / 农业部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室, 四川德阳618000

水稻产量不仅与品种、稻田基础肥力和农艺措施关系密切[1], 在很大程度上还受水稻生长期间的气候条件制约[2-3]。但是, 不同生态区制约水稻产量的关键气象因子明显不同。东北三省水稻抽穗至成熟期气温偏低是影响产量的主要气象因子[2]。四川盆地西部平原区空壳率随抽穗扬花期平均最高气温的升高而减少, 随拔节孕穗期降水量的增加而增加,随抽穗扬花期和灌浆乳熟期平均日照时数的增加而减少;盆中浅丘区秕谷率随乳熟期平均最高气温的升高而降低;盆南丘陵区空壳率随平均最高气温和平均日照时数的升高而增加[3-7]。南方长江流域水稻抽穗灌浆期气温偏高是单季水稻显著减产[8-10]、稻米品质特别是碾米品质和外观品质明显下降的重要原因[11-12]。因此, 因地制宜开展气象因子对水稻产量的影响及其调节技术研究, 对提高水稻产量水平和稳产性均具有十分重要的现实意义。

四川盆地东南部(含重庆市)现有冬水(闲)田 135万公顷。该区域年均气温 17.0～18.5°C, 以年种一季中稻(或再生稻)模式为主, 常年水稻有收播种期为3月初至 6月初[10-12]。为了调整稻田秋、冬季种植结构, 近年大面积水稻生产播种期有向两端进一步提早或推迟的趋势。但在此播种期范围内气象因子对水稻生长发育有何影响尚不明确, 虽然先期就气象因子对水稻产量和品质影响已有较多研究[3-4,6,10-14],但存在两方面不足,一是研究方法上利用多年多点的气候观测数据和水稻生产数据研究大区域内气象因子对产量及其构成因素的影响, 因不同年间和各观测点间的水稻品种、栽培技术不同[3-6], 对其研究结果的准确性会有一定偏差; 二是研究时期主要集中在水稻生长后期即开花灌浆期[9-14], 关于水稻生育前期与中期气候条件对产量的作用研究极少。为此, 作者在3月5日至5月24日的5个播种期条件下, 在2个杂交中稻品种和2种密肥处理条件下, 连续 2年系统研究了杂交中稻生长前期、中期和后期不同生育阶段的气象因子对产量的影响, 以期为该区域适应不同种植季节的有利与不利气象因子的水稻高产栽培、稻田种植模式的创新提供理论与实践依据。

1　材料与方法

1.1　试验地点

四川省农业科学院水稻高粱研究所泸县基地冬水田土壤基础肥力如表 1。试验点所在地泸县为典型的高温伏旱区, 常年≥10°C有效积温5500°C, 年均气温 18.0～18.6°C, 大面积杂交中稻抽穗到成熟期间平均日最高气温 31.9～32.6°C, 平均日最低气温22.5～23.6°C, 其中开花期常遇 35°C 以上的高温伤害。

1.2　试验设计

于2015年和2016年以2个杂交中稻品种(II优602, 高产品种; 旌优 127, 优质品种)为材料, 基于四川盆地东南部冬水田区杂交中稻安全播种期(3月5日至6月5日), 分别于3月5日、3月25日、4月20日、5月4日和5月24日播种, 湿润培育中苗秧, 4.5叶左右移栽, 每穴栽双株。采用本水稻生产区代表性的两种本田栽培方式即高氮低密(施纯氮210 kg hm-2, 9万穴 hm-2)和低氮高密(施纯氮105 kg hm-2, 18万穴 hm-2), 氮肥按底肥∶蘖肥∶穗肥(倒四叶露尖) = 5∶3∶2施用, 磷、钾肥按N∶P2O5∶K2O = 1.0∶0.5∶0.8做底肥一次施用[10]。共20个处理。试验处理因素以外的田间栽培管理与大面积高产技术相同。小区面积14 m2, 3次重复。采用裂-裂区设计, 以播种期为主区, 栽培方式为裂区, 品种为再裂区。小区间走道35 cm, 区组间走道45 cm, 2种栽培方式的区组四周用田间肥料试验专用塑料板隔离, 塑料隔板高度45 cm, 入泥30 cm左右, 隔板与第1行秧苗间距6～8 cm, 小区间不隔离。

1.3　考查项目

按常规方法记载播种期、移栽期、拔节期、齐穗期和成熟期, 定点调查各小区2个点共20穴的最高苗数(移栽后第15天开始, 每5天调查一次苗情动态, 至苗峰下降为止)、有效穗数, 成熟期从每小区按相应处理平均穗数取样 5穴, 在室内考查穗部性状, 并收小区实产。按13.5%含水量折合小区实产和千粒重标准重量。

统计3月至9月(各播种期处理的播种至成熟期)逐日的日最高气温(°C)、日最低气温(°C)、日平均气温(°C)、降水量(mm)、日平均相对湿度(%)、日照时数(h)。气象资料取自与试验田相距1200 m、海拔相差2 m左右的泸县气象观测站。

1.4　数据处理

首先对不同播种期条件下的水稻生育历期、产量及其穗粒结构分别进行多因素有重复方差分析,然后以平均数为基础数据进行生育历期间、产量与穗粒结构间、产量与生育历期间的相关、多元逐步回归分析, 最后开展各水稻生育时段的气象因素对产量影响的多元逐步回归和相关分析。以 DPS数据处理系统和Microsoft Excel操作系统分析试验数据。

表1　试验土壤化学特性Table 1　Chemical quality of tested soil

2　结果与分析

2.1　各试验处理对水稻生育期的影响

表 2和表 3可见, 水稻各生育阶段日数变异程度不同, 其中播种—移栽和移栽—拔节 2个营养阶段的变异系数达到 20%左右, 而拔节-齐穗和齐穗-成熟 2个生殖生长阶段的变异系数均不足 10%, 以致整个营养生长期(播种至拔节始期)的变异系数高达14.97%, 为生殖生长期(拔节始期至成熟期)的 2.33倍。表明气象因子对营养生长期的影响比对生殖生长期大。2015年全生育期比2016年长0.8 d; 各播种期间差异显著, 从3月5日到5月24日, 随着播种期推迟, 平均全生育期从148.13 d逐渐缩短到123.25 d,缩短了14.77%; 2种栽培方式间全生育期差异不显著,品种间II优602比旌优127明显长5.4 d。

就不同生育阶段日数变异对全生育期日数的影响(表4)而言, 2个品种2个年度一致表现为全生育期日数的变异主要由播种—移栽(X1)和移栽—拔节(X2)的变化引起。说明气象因子对水稻全生育期的影响主要在营养生长期, 生殖生长期受其影响相对较小。

2.2　各试验处理对稻谷产量的影响

从表5看出, 年度间、栽培方式间、品种间稻谷产量差异均不显著, 随着播种期推迟, 稻谷产量呈下降趋势, 从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%。从影响产量的穗粒结构分析, 播种期推迟引起稻谷产量下降主要与有效穗数(X1)和穗粒数(X2)减少有关; 从各播种期绝对产量看, 3月5日、3月25日两期产量差异不显著, 比其他各播种期显著增产(表6)。因此, 本区一季中稻以3月5日至3月25日播种为宜, 同时还必须考虑安全齐穗与种植模式相适应生育期的衔接问题。

进一步分析产量及穗粒结构与各生育阶段日数的相关性显示, 播种至移栽、移栽至拔节、营养生长的日数和全生育期日数分别与穗粒数和产量呈极显著正相关, 2年结果趋势一致。表明播种期推迟引起水稻全生育期缩短是导致减产的主要原因, 其中,从播种至拔节的营养生长期明显缩短是起关键作用的原因(表7)。

2.3　气象因子对稻谷产量的影响

由于两种栽培方式间的产量差异不显著(表 5),特将2年5个播种期下2个品种的平均产量分别与表 8、表 9的气象因子数据进行多元回归分析。由表 10可见, 气象因子与产量间呈极显著线性关系,但 2个品种在不同年度间影响产量的关键气象因子不一致, 可能与年度间气候条件的差异及品种对气象因子的响应度不同有关。

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表3　各试验处理水稻的生育历期比较Table 3　Comparison of growth periods in experimental treatments of rice (d)

表4　水稻全生育期日数(Y)与各生育阶段日数(X)的回归分析Table 4　Regression analysis between days of whole growth period (Y) and days of different growth stages (X) in rice

表5　各试验处理的稻谷产量及其穗粒结构比较Table 5　Comparison of grain yield and panicle-spikelet structures in treatments of rice

表6　水稻产量(Y)与稻粒结构(X)的回归分析Table 6　Regression analysis between grain yield (Y) and panicle-spikelet structures (X) in rice

表7　产量及其穗粒结构与各生育阶段日数的相关系数Table 7　Correlation coefficients between grain yield, panicle-spikelet structures and days of different growth stages in rice

表8　2个品种在不同播种期下各生育阶段的气候因素表现(2015)Table 8　Climatic factor values inifferent growth stages for two rice varieties with different sowing time treatments (2015)

(续表 8)

表9　2个品种在不同播种期下的气候因素表现(2016)Table 9　Climatic factor values inifferent growth stages for two rice varieties with different sowing time treatments (2016)

(续表 9)

为了进一步明确气象因子对产量构成因素的具体影响, 继续将前分析结果(表 10)对产量有显著作用的气象因子与产量穗粒结构进行相关分析。从表11看出： (1)优质稻旌优127; 2015年的结实率、千粒重和产量分别与齐穗—成熟期的日平均气温(X12)呈极显著正相关, 分别与拔节—齐穗的日照时数(X23)呈显著负相关; 2016年的穗粒数、产量分别与播种—移栽日最高气温(X1)、移栽—拔节的日平均气温(X10)呈极显著负相关。(2)高产品种 II优 602; 2015年的有效穗、千粒重和产量分别与移栽—拔节的降雨量(X14)呈显著或极显著负相关, 2016年的穗粒数和产量分别与移栽—拔节的日最高气温(X2)呈显著或极显著负相关, 结实率、千粒重和产量分别与拔节—齐穗的日平均相对湿度(X19)呈显著正相关。表明气象因子对产量的影响在不同年份和不同品种间的表现不一致。

3　讨论

3.1　播种期对水稻生育期和产量的影响

本研究结果表明, 随着播种期推迟, 全生育期越短、产量趋低, 与汪继发等[15]研究结论一致。不同之处在于, 本研究播种期推迟后生育期缩短主要在播种至拔节的营养生长阶段, 而汪继发等[5]的 3个播种期的营养生长期日数基本没有差异, 缩短的生育期表现在抽穗至成熟历期, 可能与其试验播种期间隔时间较短有关。进一步分析不同播种期致产量差异的原因, 从表8和表9的气象资料可见, 除最后一个播种期(5月24日)的齐穗-成熟的日平均气温略低外, 其余各播种期随着播种期延迟, 各生育阶段的日平均气温呈逐渐增高趋势, 2个品种表现一致。由于水稻是对温度敏感性极强的作物, 因此, 随着播种期延迟致日平均气温的升高、水稻生育期缩短(特别是营养生长期缩短更为明显)、穗粒数减少。营养生长期缩短后直接造成水稻抽穗前地上部植株物质积累量少而减产[16]。

表10　气象因素(X)对产量(Y)影响的回归分析Table 10　Regression analysis on climatic factors (X) to grain yield (Y)

就本生态区水稻高产适宜的播种期而言, 根据本研究结果, 2个品种两年5个播种期的产量表现趋势一致, 即随着播种期推迟, 稻谷产量呈下降趋势。3月5日和3月25日2个播种期下产量差异不显著,且比以后的3个播种期显著增产; 3月5日播种的齐穗期分别在6月下旬(旌优127)和7月上旬(II优602),3月 25日播种的齐穗期分别在 7月上旬(旌优127)和7月中旬(II优602)。而四川盆地东南部规律性的35°C以上的高温出现在 7月下旬至 8月上旬[10,13],本试验的II优602为大面积推广品种中生育期较长的品种, 抽穗期不会遇自然高温而影响开花授精结实。因此, 生产上“单季稻”模式按目前推广的杂交中稻品种的生育期, 最佳播种期在3月5日至25日期间均可, 没有必要过早播种; 为了充分利用该区的热量资源, 可在早播情况下选择生育期较长的品种试验示范, 如甬优系列杂交稻品种, 具有生育期长、穗大粒多的特性[17-18]。而作为“中稻-再生稻”模式种植, 则应在3月5日至25日期间尽可能早播, 以利于提高再生稻安全齐穗保证率。此外, 针对气温升高致营养生长期缩短、穗粒数减少是该区推迟播种期减产的实质性问题[16], 可通过培育生育期对温度反应的敏感度相对差的新品种, 或研究降低高温致穗粒数减少的栽培管理调控措施, 作为气温较高地区提高水稻产量的主攻方向之一。

3.2　气象因子对水稻产量的影响

关于关键气象因子影响产量的作用机制。王亚梁等[19]指出, 枝梗-颖花分化期高温减少颖花分化数,而花粉母细胞形成-减数分裂期高温显著加速颖花退化, 并显著降低花药大小和颖花受精率。随高温处理天数的增加, 加剧颖花退化, 高温处理缩短颖花长度, 降低籽粒充实性, 使千粒重显著下降。本研究表明, 营养生长期温度高, 营养生长期缩短, 穗粒数显著降低, 可能与营养生长期缩短致前期光合物质积累少、穗分化时光合物质供应不足致颖花分化数少或退化多有关。抽穗扬花期最适宜平均气温为 25.3°C[20], 开花当时超过 35°C以上高温对结实有明显伤害, 但品种间差异明显[13,21]。丁宏大等[22]认为, 杂交中籼稻高产要求在生殖期间日平均日照时间不少于6.4 h, 日平均蒸发量不低于5.5 mm, 日平均地温在30.0～32.5°C, 日平均气温在27.0～28.3°C, 日平均昼夜温差大于 7.5°C, 日平均空气相对湿度在 70%～80%, 累计降雨量应在 100～220 mm范围内。

就水稻产量构成与关键气象因子关系而言。本研究结果指出, 优质稻旌优127, 2015年的结实率、千粒重和产量分别与齐穗—成熟期的日平均气温呈极显著正相关, 分别与拔节—齐穗期的日照时数呈显著负相关; 2016年的穗粒数、产量分别与播种-移栽日最高气温、移栽—拔节的日平均气温呈极显著负相关。高产品种II优602, 2015年的有效穗、千粒重和产量分别与移栽—拔节的降雨量呈显著或极显著负相关, 2016年的穗粒数和产量分别与移栽—拔节的日最高气温呈显著或极显著负相关, 结实率、千粒重和产量分别与拔节-齐穗的日平均相对湿度呈显著正相关。赵艺等[3]应用四川盆地多年多点的水稻观测数据及与其对应的气象观测数据研究表明,盆西平原区空壳率随抽穗扬花期平均最高气温的升高而减少, 随拔节孕穗期降水量的增加而增加, 随抽穗扬花期和灌浆乳熟期平均日照时数的增加而减少; 盆中浅丘区秕谷率随乳熟期平均最高气温的升高而降低; 盆南丘陵区空壳率随平均最高气温和平均日照时数的升高而增加, 千粒重随平均最高气温的升高而降低, 随平均日降水量的增加而增加; 气象要素对盆东平行岭谷区的影响较小。陈超等[4]指出, 单季稻产量对抽穗至成熟期的气温升高和辐射下降最敏感, 而对移栽至分蘖期的日较差升高最敏感。不同地区、不同生育期内气候变化对单季稻产量的影响存在差异。

如上所述, 不同品种间、年度间及生态区间影响水稻产量的关键气象因子各异。究其原因, 不同年度或生态区水稻生长期间的气候条件有一定差异,其制约水稻产量的生育时期及关键气象因子则不同。如本研究2016年5个播种期拔节—齐穗日平均最高气温29.53～34.58°C; 抽穗期有6 d极端高温超过35°C; 对结实有显著影响; 以致20个处理的结实率与该期日最高气温间呈极显著负相关(r=-0.615**); 而2015年5个播种期拔节-齐穗日平均最高气温明显比 2016年低(28.71～33.13°C), 抽穗期极端高温没有超过35°C, 对结实影响较小, 因此20个处理的结实率与该期日最高气温间没有相关性(r=-0.213)。而造成不同品种间差异的原因, 则可能与品种间自身对气象因子反应的敏感度不同有关[14,21],本试验供试品种II优602抽穗期耐高温能力明显比旌优127强。因此, 在选择高产优质品种基础上, 因地制宜开展影响水稻产量的关键气象因子及调控措施研究十分必要。

4　结论

随着播种期推迟, 平均全生育期从 148.13 d逐渐缩短到 123.25 d, 缩短了 14.77%; 气象因子对水稻全生育期的影响主要在营养生长期, 生殖生长期受其影响较小。年度间、栽培方式间、品种间稻谷产量差异均不显著; 随着播种期推迟, 稻谷产量呈下降趋势, 从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%。播种-移栽、移栽-拔节期营养生长的日数和全生育期日数分别与穗粒数和产量呈极显著正相关。气象因子对产量的影响在不同年份和不同品种间的表现不一致。

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