江淮下游不同播期对稻–麦周年作物产量、品质及温光资源利用的影响

陈天晔 袁嘉琦 刘艳阳 许 轲 郭保卫 戴其根 霍中洋 张洪程 李国辉 魏海燕

江淮下游不同播期对稻–麦周年作物产量、品质及温光资源利用的影响

陈天晔 袁嘉琦 刘艳阳*许 轲*郭保卫 戴其根 霍中洋 张洪程 李国辉 魏海燕

扬州大学农业农村部长江流域稻作技术创新中心 / 江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点 / 江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心 / 扬州大学水稻产业工程技术研究院, 江苏扬州 225009

对江淮下游稻麦两熟高产优质种植模式周年气候资源分配和利用特征的探究, 可以为当地机插水稻–小麦周年产量和气候资源利用效率的提高提供一定的理论依据。在泰州兴化市, 水稻季以迟熟中粳南粳9108和中熟中粳连粳11为材料, 设置5月22日(R-I)、5月29日(R-II)和6月5日(R-III) 3个播期, 小麦季以冬小麦宁麦13为材料, 设置11月5日(W-I)、11月15日(W-II)和11月25日(W-III) 3个播期, 分析了不同播期下机插水稻–小麦周年高产优质形成与稻季、麦季资源分配特征。结果表明, 水稻季, 随着播期推迟, 迟熟中粳南粳9108产量、温光资源量及其生产效率均显著下降, 中熟中粳连粳11温光资源量呈下降趋势, 但产量及温光利用率呈先升后降趋势, 各播期迟熟中粳产量均高于中熟中粳。小麦季, 产量、温光资源量及其生产效率均随播期推迟有不同程度降低。从周年生产看, 周年稻麦产量随两季作物播期的推迟显著降低, 其中迟熟中粳南粳9108播期R-I与小麦播期W-I组合在所有处理中产量最高。水稻产量占周年产量比例最高为62.99%, 最低为55.86%。两季间积温分配率水稻季最高为68.38%, 小麦季最高为34.14%。季节间辐射量分配率水稻季平均为51.7%, 小麦季平均为48.3%。周年积温生产效率和光能生产效率随着稻麦播期推迟, 呈下降趋势, 播期越迟减少越显著。品质方面, 迟熟中粳南粳9108的加工品质均随着播期推迟变劣而外观品质变优, 中熟中粳连粳11加工品质变优而外观品质变劣。两品种蒸煮食味品质及营养品质(除中熟中粳连粳11食味值外)均随播期推迟变劣。小麦的湿面筋含量和蛋白质含量均随播期推迟而减少。通过优化稻麦播栽期, 选用适宜生育期水稻品种, 可提高周年产量和光温资源生产效率, 是提升江淮下游机插水稻–冬小麦模式生产力的有效技术途径。

江淮下游; 稻麦周年; 播期; 温光资源; 分配与利用效率

水稻和小麦是我国最主要的粮食作物, 占居民口粮消费量的86.1%[1], 稻麦的高产、稳产和优质对我国粮食安全具有重要意义。江淮地区温光水等气候资源优越, 是我国水稻和小麦主产区之一, 也是稻麦两熟区面积最大和生产力水平最高的地区, 持续稳定的稻麦生产对我国粮食生产具有重要的示范作用。

影响作物生产的主要因素除品种遗传特性和种植方式外, 温光生态条件是影响作物生产的关键因素, 与作物生长相匹配的充足温光资源是作物获得高产的环境保障[2]。近些年来全球气候变暖加剧, 1960—2007年间江淮地区全年、小麦生长季和水稻生长季平均气温显著上升, 每10年递增速率分别为0.28℃、0.39℃和0.17℃[3-5]。受气候变化影响, 区域气候灾害频发, 周年自然资源配置与利用发生较大变化, 原有的农业生产不稳定性增加[6]。随着江淮地区水稻轻简化、机械栽(播)技术的应用[7]以及粳稻化进程加快, 水稻成熟期不断延迟, 收获期普遍在10月下旬和11月上旬, 规模种植大户为节省水稻贮藏成本往往收获期更迟, 对小麦适期播种带来较大影响, 茬口衔接时间更趋紧张。实践和研究表明当地小麦适播期范围为10月25日至11月5日, 而目前实际小麦播种期较适宜播期推迟10 d左右, 甚至20 d以上, 导致小麦成熟期也相应推迟[8], 稻麦两季资源分配矛盾日趋尖锐, 形成了稻麦“双迟”生产模式[9], 影响了稻麦产量的稳定。因此, 重新明确目前水稻、小麦两熟制季节间温光资源的合理配比特征, 有利于高效利用温光资源, 充分发挥作物品种潜力, 确保粮食高效高产优质。

前人针对作物周年温光利用及两季间资源分配有较多研究, 周宝元等[10]认为黄淮海地区冬小麦–夏玉米和双季玉米高产高效种植模式核心是充分发挥玉米高光效及高物质生产能力的优势, 使玉米季能获得较多温光资源。赖纯佳等[11]根据多年气象资料和产量数据研究认为淮河流域小麦–水稻种植制度气候适宜度呈下降趋势。杜祥备等[12]研究表明粳稻–小麦和籼稻–小麦种植模式均具有较高的资源利用效率, 优化配置两熟制季节间资源分配是进一步提升区域粮食周年产量潜力和资源效率的关键, 水稻较小麦更具增产潜力。王龙俊等[13]分析了江苏不同生态区温光水等主要气象因素、土壤肥力、品种类型及周年种植现状认为江苏省完全具备稻麦周年高产高效生产的条件, 但仍表现为季节紧张, 茬口衔接与品种组合需统筹优化。龚金龙等[9]研究稻麦不同栽培模式发现, 稻麦“双迟”栽培也可以实现稻麦周年吨粮生产。前人对江淮地区作物温光资源利用方面有较多研究, 但大多是对单一作物水稻或者小麦为研究对象[14-18], 在稻麦周年种植制度下, 季节间温光资源分配和高效利用以及作物周年产出的研究较少。本试验针对在全球变暖的大环境下江淮东部地区现有稻麦周年作物种植茬口矛盾尖锐等问题, 通过设置稻麦播种期创造不同的典型茬口类型, 研究全年稻麦产量、品质以及光热资源分配比, 明确周年稻麦最佳播期搭配, 确保作物生产高产优质以及资源高效利用。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2017—2018年在扬州大学农学院校外试验基地兴化市钓鱼镇(33°05'N, 119°58'E)进行。该地位于江淮之间, 里下河腹部, 属北亚热带湿润气候区, 年平均温度15℃左右, 年日照时数2305.6 h左右, 年降水量1024.8 mm左右, 无霜期227 d左右。土壤为勤泥土, 质地黏性, 地力中等, 0~20 cm土层含有机质26.8 g kg–1、全氮1.9 g kg–1、速效磷13.6 mg kg–1、速效钾156.6 mg kg–1。

1.2 试验设计

2017年和2018年小麦季供试小麦品种为宁麦13。设置3个播期: 11月5日(W-I)、11月15日(W-II)和11月25日(W-III), 条播行距25 cm, 基本苗300×104hm–2。公顷施用氮肥240 kg、磷肥120 kg、钾肥120 kg; 氮肥运筹为基肥∶苗肥∶拔节肥 = 5∶1∶4。每处理重复3次, 小区面积20 m2。

水稻季供试品种为迟熟中粳南粳9108和中熟中粳连粳11。采用二因素裂区设计, 播种期为主区, 水稻品种为裂区, 每处理重复3次, 小区面积15 m2。设置3个播期为5月22日(R-I)、5月29日(R-II)和6月5日(R-III), 塑盘湿润育秧, 移栽秧龄统一为18 d, 栽插行株距为30 cm×12 cm, 每穴4株苗。公顷施用氮肥300 kg, 运筹方式为基肥∶分蘖肥∶穗肥为3∶3∶4, 穗肥于倒四叶和倒二叶期分等量施用。公顷施用磷肥120 kg, 钾肥225 kg, 磷肥全作基肥1次施用, 钾肥分2次施用, 其中基肥和促花肥(倒四叶)各占50%。机插时薄水移栽活棵, 分蘖期稳定浅水层灌溉; 在有效分蘖临界叶龄的前一个叶龄(N−n−1), 茎蘖数达到预期穗数的80%时, 开始排水搁田; 拔节至成熟期实行干湿交替灌溉, 直至收获前15~20 d。病虫草害防治按当地大面积生产统一实施。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生育期 观测并记载供试水稻小麦品种拔节、抽穗、成熟等主要生育时期对应的准确日期。

1.3.2 产量 水稻季: 成熟期各小区选取3点, 每点连续收割50穴(除去边行), 测定籽粒含水量, 计算实际产量。小麦季: 成熟期各小区选取割3点, 每点收割1.5 m2, 测定籽粒含水量, 计算实际产量。

1.3.3 气象数据收集 气象数据来源于兴化市气象站, 主要包括全年积温和日照时数等。

1.3.4 季节间资源分配率与资源分配比例 气象资源计算过程中, 水稻、小麦分别从播种开始累加到收获结束, 周年为两季相加减去重复计算部分。两熟制季节间的资源分配率和资源分配比例等指标的相应计算公式如下[19]。

积温分配率(TDR) = 季节内积温量(T)/周年积温总量(T)

辐射分配率(RDR) = 季节内辐射量(R)/周年辐射总量(R)

积温比值(TR) = 第一季积温量(T1)/第二季积温量(T2)

辐射比值(RR) = 第一季辐射量(R1)/第二季辐射量(R2)

太阳总辐射Q = Q0(a＋bS/S0)

式中, Q为太阳总辐射, Q0为天文辐射, S为实测日照时数, S0为太阳可照时数, S/S0为日照百分率, a、b为待定系数[20]。

积温计算过程中, 小麦季下限温度取值为0℃, 水稻季下限温度取值为10℃[21]。

1.3.5 光照、温度生产效率 按下面公式计算光照、温度生产效率[22]。

光能生产效率(g MJ–1)=籽粒产量/单位面积的太阳辐射

积温生产效率(kg hm–2℃–1)=单位面积籽粒产量/生育期间积温总量

1.3.6 稻米及品质 水稻收获脱粒、晒干, 室内贮藏3个月后, 用NP-4350型风选机风选, 参照中华人民共和国国家标准《GB/T17891-1999优质稻谷》测定糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白大小、垩白度、胶稠度等。采用瑞典Foss Tecator公司生产的近红外谷物分析仪(Infrared 1241 Grain Analyzer)测定精米的蛋白质含量和直链淀粉含量。

1.3.7 小麦品质 蛋白质含量按照国标GB5511-85, 用凯氏微量定氮法测定; 洗面筋仪(瑞典FallingNumber公司2100型)测定湿面筋含量。

1.4 数据分析

利用Microsoft Excel 2007和SPSS 16.0软件处理和统计分析数据。

2 结果与分析

2.1 播期对作物生育进程的影响

分析不同播期对稻麦生育进程的影响发现(表1和表2), 水稻播种期每推迟1 d, 南粳9108和连粳11总生育期分别减少0.5 d和0.64 d, 成熟收获期R-III播期较R-I播期分别推迟7 d和5 d。小麦播期每推迟10 d, 出苗所需天数分别增加1 d和5 d, 拔节期推迟3~4 d, 成熟收获期推迟1~2 d。在稻麦周年生产过程中, 尽早播种使水稻和小麦生长时间发生重叠, 水稻R-I播期与前茬小麦生长重叠时间为12~15 d, 水稻R-II播期与前茬小麦生长重叠时间为5~8 d, 水稻R-III播期未与前茬小麦季生长时间有所重叠。这说明, 在试验范围播期内, 水稻尽早播种有利于提高稻麦周年的总温光利用量以及利用率。

表1 播期对不同品种水稻主要生育时期的影响

R-I: 5月22日播种的水稻处理; R-II: 5月29日播种的水稻处理; R-III: 6月5日播种的水稻处理。

R-I: rice treatment sown on May 22; R-II: rice treatment sown on May 29; R-III: rice treatment sown on Jun. 6.

表2 播期对小麦主要生育时期的影响

W-I: 11月5日播种的小麦处理; W-II: 11月5日播种的小麦处理; W-III: 11月5日播种的小麦处理。

W-I: wheat treatment sown on Nov. 5; W-II: wheat treatment sown on Nov. 15; W-III: wheat treatment sown on Nov. 25.

2.2 播期对稻麦周年产量的影响

表3表明, 水稻季, 随着播期推迟, 各处理迟熟中粳南粳9108产量均显著下降, 播期每推迟7 d, 产量平均下降0.465 t hm–2, 中熟中粳产量连粳11以R-II播期为最高, 早播、晚播均会使产量下降, 早播7 d下降0.19 t hm–2, 晚播7 d下降0.6 t hm–2。不同生育类型水稻品种产量受播期影响程度 (变异系数) 表现为迟熟中粳(3.5%) >中熟中粳(2.3%)。水稻产量占周年产量比例最高为62.99%, 最低为55.86%。

小麦季, 随着播期推迟, 各处理产量呈现递减趋势, 不同播期间差异显著, 与W-I播期相比, W-II播期、W-III播期分别减产4.7%和20.7%。小麦产量占周年产量比例最高为44.14%, 最低为37.01%。各品种日产量均与产量趋势一致, 中熟中粳品种连粳11在同一播期下均比迟熟中粳品种南粳9108高。

从稻麦周年来看, 迟熟中粳南粳9108的R-I播期与小麦W-III播期、R-III播期与小麦W-I播期, 中熟中粳连粳11的R-I播期与小麦W-III播期等3个组合由于作物成熟期较迟, 不能及时接茬。稻麦周年的产量随着两季作物播期的推迟呈显著减少趋势, 其中迟熟中粳南粳9108 R-I播期与小麦W-I播期组合在所有处理中产量最高, 为19.48 t hm–2, 中熟中粳连粳11 R-II与小麦W-I播期组合产量最高, 为19.09 t hm–2。在相同水稻播期条件下, 随着小麦播期推迟, 水稻产量占周年产量比、水稻/小麦产量比均呈增加趋势。

表3 播期对稻麦周年产量的影响

处理和缩写同表1和表2。“—”表示无法及时接茬的作物播期。同列数值后无相同小写字母表示各因素不同水平间差异达0.05显著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Tables 1 and 2. “—” means treatment of crops cannot be sown in time. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level.

2.3 不同播期对稻麦周年温光资源分配的影响

2.3.1 不同播期对水稻季、小麦季及周年积温分配的影响 表4可知, 不同播期水稻季、小麦季和周年累计有效积温变化幅度较大, 且随着播期的推迟稻季、麦季和周年积温积累量变化趋势一致, 均呈显著性下降。水稻季, 随播种期推迟, R-II播期和R-III播期较R-I播期全生育期积温分别平均减少118.3℃和208.1℃, 有效积温分配率分别减少3.0%和5.3%。

小麦季随播期推迟, W-II播期和W-III播期较W-I播期全生育期积温分别减少83.8℃和145.8℃, 有效积温分配率较少4.3%和7.4%。水稻季全生育期有效积温分配率最高为68.38%, 最低为61.20%, 迟熟中粳南粳9108全生育期有效积温分配率略高于中熟中粳连粳11; 小麦季全生育期有效积温分配率最高为34.14%, 最低为31.61%。麦季与稻季全生育期有效积温比值平均为0.49 (迟熟中粳南粳9108)和0.52 (中熟中粳连粳11)。

表4 播期对稻麦周年有效积温资源分配的影响

处理和缩写同表1和表2。“—”表示无法及时接茬的作物播期处理。同列数值后无相同小写字母表示各因素不同水平间差异达0.05显著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Tables 1 and 2. “—” means treatment of crops can not be sown in time. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level.

2.3.2 不同播期对水稻季、小麦季及周年辐射量的影响 表5分析表明, 不同播期水稻季、小麦季和周年有效辐射量变化幅度较大, 且随着播期的推迟稻季、麦季和周年积温积累量变化趋势一致, 均呈显著性下降。水稻季, 迟熟中粳南粳9108不同播期处理辐射量分别为3043.5、3009.9和2929.8 MJ m–2, R-II播期和R-III播期较R-I播期辐射量分别减少33.6 MJ m–2和113.7 MJ m–2, 辐射量分配率分别减少1.1%和3.7%; 中熟中粳连粳11不同播期处理辐射量分别为2979.2、2914.9和2814.8 MJ m–2, R-II播期和R-III播期较R-I播期辐射量分别减少64.6 MJ m–2和164.4 MJ m–2, 辐射量分配率分别减少2.2%和5.5%。

小麦季, 不同播期辐射量分别为2773.7、2706.8和2659.0 MJ m–2, W-II播期和W-III播期较W-I播期辐射量分别减少66.9 MJ m–2和114.7 MJ m–2, 辐射分配率2.4%和4.1%。在试验范围内, 早播更能促进稻、麦植株对太阳辐射的利用。季节间辐射量分配率小麦季平均为47.0%, 水稻季辐射量分配率平均为51.0%。两季间平均辐射比值为0.90 (迟熟中粳)和0.94 (中熟中粳)。

2.3.3 水稻季和小麦季温光资源生产效率比较

表6可知, 在试验播期范围内, 水稻季, 迟熟中粳南粳9108 R-I播期和R-II播期积温生产效率未表现出显著差异, 分别为2.869 kg hm–2℃–1和2.876 kg hm–2℃–1, 但二者与R-III播期(2.780 kg hm–2℃–1)差异显著; 中熟中粳连粳11积温生产效率随着播期推迟而升高, R-II播期和R-III播期差异不显著, 但二者与R-I播期差异显著, 过早播种导致其积温生产效率显著下降。光能生产效率在不同水稻品种间响应略有差异。迟熟中粳南粳9108光能生产效率R-II播期较播期I略有下降, 分别为0.372 g MJ–1和0.366 g MJ–1, 处理间未表现出显著差异, R-III播期与R-I播期、R-II播期差异显著, 较R-I播期下降0.017 g MJ–1; 中熟中粳连粳11 R-II播期处理光能生产效率最高, 为0.375 g MJ−1, 过早播种或者过迟播种均会导致其光能生产效率下降, R-II播期与R-I播期、R-III播期之间差异显著。

表5 播期对稻麦周年辐射分配的影响

处理和缩写同表1和表2。“—”表示无法及时接茬的作物播期处理。同列数值后无相同小写字母表示各因素不同水平间差异达0.05显著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Tables 1 and 2. “—” means treatment of crops can not be sown in time. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level.

小麦季, 随着播期推迟, 积温生产效率和光能生产效率均有不同程度下降。小麦积温生产效率W-I播期和W-II播期分别为4.143 kg hm–2℃–1和4.120 kg hm–2℃–1, 二者差异不显著, W-III播期(3.547 kg hm−2℃–1)较W-I播期下降14.3%, 差异显著。小麦光能生产效率W-II播期(0.287 g MJ–1)较W-I播期(0.294 g MJ–1)略有下降, 差异未达显著水平, W-III播期(0.243 g MJ–1)较W-I播期下降17.2%, 差异显著。上述结果表明, 水稻季的积温生产效率显著低于小麦季, 但其光能生产效率显著高于小麦季。周年积温生产效率和光能生产效率随着水稻和小麦的播期推迟, 呈现下降趋势, 播期越迟, 减少越显著, 迟熟中粳南粳9108变化范围分别为3.444~3.045kg hm–2℃–1和0.345~0.303 g MJ–1, 中熟中粳连粳11变化范围为3.404~3.152kg hm–2℃–1和0.341~0.308 g MJ–1; 小麦季变化范围为4.143~3.547kg hm–2℃–1和0.294~0.243 g MJ–1。

2.4 播期对水稻品质的影响

2.4.1 播期对水稻碾米品质及外观品质的影响

表7可知, 不同类型水稻碾米及外观品质对播期的推迟有着不同的响应, 迟熟中粳南粳9108的糙米率、精米率和整精米率及垩白度和垩白粒率均随着播期的推迟呈显著下降趋势, 中熟中粳连粳11的糙米率、精米率和整精米率及垩白度和垩白粒率呈显著上升趋势。影响程度表现为迟熟中粳＞中熟中粳。

表6 播期对小麦、水稻光能生产效率和积温生产效率的影响

处理和缩写同表1和表2。“—”表示无法及时接茬的作物播期处理。同列数值后无相同小写字母表示各因素不同水平间差异达0.05显著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Tables 1 and 2. “—” means treatment of crops can not be sown in time. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level.

表7 播期对水稻碾米品质及外观品质的影响

处理和部分缩写同表1。同列数值后无相同小写字母表示各因素不同水平间差异达0.05显著水平。

Treatments and partial abbreviations are the same as those given in Table 1. Values followed by different letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. BRR: brown rice rate; MRR: milled rice rate; HMR: head milled rice rate; ChD: chalkiness degree; ChR: chalky rice rate.

2.4.2 蒸煮食味及营养品质 表8可知, 随播期的推迟, 2个品种的直链淀粉含量变化趋势有所不同,南粳9108直链淀粉含量在试验播期范围内无显著差异。连粳11直链淀粉含量随着播期的推迟呈线性上升的趋势, 播期每推迟7 d, 直链淀粉含量上升1.425%。2品种的胶稠度均随着播期推迟有不同程度的下降, 播期每推迟7 d, 南粳9108胶稠度减短4.75 mm, 连粳11胶稠度减短1.63 mm。随着播期推迟, 中熟中粳连粳11和迟熟中粳南粳9108蛋白质含量有上升的趋势, 但相对于其他稻米品质指标, 蛋白质含量对播期推迟的响应较小(两品种变异系数分别为0.67%和1.02%)。

随着播期的推迟, 迟熟中粳南粳9108的食味值呈现出下降趋势, R-II播期、R-III播期之间差异不显著, 二者与R-I播期差异显著; 中熟中粳连粳11表现出先上升后下降的趋势, R-II播期为最高, 达到70.75, 各播期之间存在显著差异, 过早或推迟播期均会使食味值大幅度下降, 变异系数达到5.29%。

表8 播期对水稻营养及食味品质的影响

处理和缩写同表1。同列数值后无相同小写字母表示各因素不同水平间差异达0.05显著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Table 1. Values followed by different letters are significantly different in grain yield among the treatments at the 0.05 probability level.

2.5 播期对小麦主要品质的影响

表9可知, 随着播期的推迟, 小麦湿面筋含量和蛋白质含量均呈显著上升趋势, 播期每推迟10 d, 湿面筋含量增加3.8%和8.3%, 蛋白质含量增加6.7%和10.9%。说明迟播有利与小麦湿面筋含量和蛋白质的积累。

表9 播期对小麦湿面筋含量及蛋白质的影响

处理和部分缩写同表2。同列数值后无相同小写字母表示各因素不同水平间差异达0.05显著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Table 2. Values followed by different letters are significantly different in grain yield among the treatments at the 0.05 probability level.

3 讨论

3.1 播期对稻麦周年产量的影响

合理的耕作制度是实现农业持续高产、高效的重要基础和保证, 而生态条件决定了相应的耕作制度[23], 决定了光、温等资源与作物品种、播期、生育期等的匹配度, 影响了作物生长发育及产量与品质[24]。为保证我国粮食安全, 江淮地区稻麦轮作耕作制度在种植品种及种植方式上不断被调整, “籼改粳”和机械化栽插面积不断扩大, 且表现了较好的增产优势。耕作制度的调整虽然有利于水稻和小麦总产量的提高, 但也因水稻生育期的延长造成了现今稻麦两季间光热资源矛盾突出, 小麦播期被大大推迟[8]。前人研究表明, 不同小麦品种在一定范围内随着播期的推迟, 籽粒产量下降, 适期播种产量最高, 过早或过迟播种均不利于高产[25]。而随着全球气候变暖, 秋末冬初和冬季气温偏高趋势非常明显, 冬小麦冬前旺长年份增多, 适期晚播已成为可能。龚金龙等[9]通过设置不同熟期水稻品种及其对应小麦不同播期研究表明, 随着水稻生育期时间延长, 水稻产量增加, 小麦产量减少, 而稻麦周年产量不断升高, 说明稻麦“双迟”栽培即“迟熟”水稻和“迟播”小麦是实现稻麦周年高产生产的途径之一。许轲等[26]、姚义等[27]和邢志鹏等[28]研究均认为随着播期的推迟, 不同类型水稻生育期缩短, 产量均呈下降趋势。本研究针对江淮区域稻麦两熟种植模式周年产量分析表明, 在早播及适播条件下, 迟熟中粳南粳9108的最高周年产量比中熟中粳连粳11分别高0.58 t hm–2和0.08 t hm–2, 在迟播条件下, 中熟中粳连粳11的最高周年产量较迟熟中粳南粳9108高0.33 t hm–2。其中, 水稻产量所占比重最高, 变化范围为55.87%~ 61.63%, 大于小麦的比重, 且迟熟中粳南粳9108产量略高, 中熟中粳连粳11略低。由于多年来水稻具有较高的价格优势, 生产效益在稻麦周年效益中占有重要地位, 故该区域一般将水稻生产放在首位, 小麦生产居于其次。本研究表明, 迟熟中粳南粳9108和中熟中粳连粳11 R-II播期、R-III播期比R-I播期产量分别降低2.74%、8.22%和-1.77%、3.82%, 而小麦W-II播期和W-III播期比W-I播期产量分别降低4.78%和20.71%。综上, 选用迟熟中粳水稻品种5月下旬播种, 6月上中旬移栽, 可在10月底收获; 中熟中粳品种6月上旬及以后播种, 6月下旬移栽, 10月底完成收获, 可使小麦能在11月上旬适期播种, 6月初及时收获。随着目前水稻、小麦二者价格差距的缩小, 协调水稻收获期, 提早小麦播种期, 强化提高小麦产量是提高稻麦周年高效的重要途径。

3.2 播期对稻麦周年温光资源利用的影响

作物生产与当地的气候条件密切相关, 温光水资源是作物高产的先决条件[29-30]。但是不同作物或品种类型的生育期及利用温光资源能力存在显著差异, 作物生育进程与生育期内温光资源的季节进程高效协调同步, 是获得高产稳产的关键所在, 两熟制季节间资源优化配置是提升区域周年粮食产量潜力和资源利用效率的关键[31-32]。虽然光温等生态条件是人为不可控的自然条件, 但可通过选用合适作物品种、调节作物播栽期和收获期等措施在较大程度上调控生长季光温等分配, 协调光温与作物生长发育的关系, 促进作物产量潜力和资源利用效率协同提升[29]。本研究表明, 在同一播期条件下迟熟中粳南粳9108比中熟中粳连粳11所截获的积温量分别多94.0℃、71.2℃和206.3℃, 辐射量分别多64.3、95.1和115.3 MJ m–2。进一步分析温光资源利用效率发现, 在试验播期范围内, 积温生产效率随着播期的推迟, 南粳9108表现为下降趋势, 而连粳11表现为上升趋势。同一播期下, 连粳11的积温生产效率分别比南粳9108高-2.81%、1.16%和5.22%。水稻光能生产效率随播期变化趋势与积温生产效率基本相同, 除R-I播期外, 中熟中粳品种的光能生产效率均大于迟熟中粳品种, R-II播期、R-III播期分别高2.5%和3.5%。结合产量数据分析表明, 在早播及适播条件下, 选用相对迟熟的品种能截获更多的温光资源, 且温光资源生产效率较高, 能进一步提升区域粮食周年产量潜力, 冲击高产。从资源生产效率方面, 连粳11等中熟中粳品种较迟熟中粳的资源生产效率更高, 且具有较高的日产量, 从生育期方面, 中熟中粳收获期相对较早, 为下茬小麦生产提供足够换茬时间, 所以选用生育期较短的水稻品种, 能较好稳定协调稻麦产量, 提高稻麦周年综合生产力。

以往的高产经验证明稻麦周年种植制度中水稻具有更高的产量优势[33-34], 杜祥备等[12]也指出稻麦两熟种植模式下, 在满足小麦季辐射量达2685.0 MJ m–2、累积积温1925.0℃的前提下, 可以将更多光温资源分配给水稻。对小麦季温光资源进行分析, 本研究结果表明, 随着播期推迟, 小麦产量、积温和辐射量均呈显著性下降, W-II播期和W-I播期的积温及光能生产效率并无显著差异, 继续推迟播期, 小麦资源利用效率则显著下降, W-III播期积温生产效率下降14.4%, 光能生产效率下降17.3%。单从温光资源利用角度考虑, 在当前温光条件下, 小麦播期推迟至11月15日还能维持较高的温光资源利用效率及产量。因此, 优化水稻–冬小麦模式季节间气候资源配置, 探索两季最佳的气候资源搭配模式是进一步挖掘江淮地区周年产量潜力和资源利用效率的重要途径。

3.3 播期对周年作物品质的影响

播期对稻米的加工品质、外观品质、营养品质和蒸煮食味品质都有不同程度的影响[35]。关于此方面的研究前人开展较多, 但由于试验地点、参试品种、栽培方式及播期设置的不同, 研究结果亦不甚一致[36-37]。姚义等[27]通过研究不同生育类型麦茬直播稻表明, 随着播期的推迟, 水稻外观品质变优, 蒸煮与食味品质变劣, 加工品质和营养品质的变化因品种类型而异, 中熟中粳和迟熟中粳类型品种的加工品质变优而营养品质变劣, 早熟晚粳类型品种的加工品质变劣而营养品质变优。朱大伟[37]研究南粳系列软米发现, 播期推迟, 稻米加工品质有变劣趋势, 而外观品质变优, 蛋白质含量下降, 直链淀粉含量和胶稠度上升。翟超群等[38]研究表明, 随播期推迟, 中熟中粳徐稻3号加工品质呈先下降后上升趋势, 外观品质呈先变优后变劣趋势。综上可见, 众多研究认为, 在各稻米品质性状中, 不同生育类型品种稻米的不同性状对播期的响应不同。综合本研究结果可以看出, 播期对水稻外观品质的影响最大, 选用的2个品种的稻米品质在播期推迟条件下有不同的响应, 随着播期推迟, 南粳9108直链淀粉含量无明显差异, 连粳11直链淀粉含量和蛋白质含量上升, 胶稠度下降。其他品质指标, 2品种表现出不同的趋势, 南粳9108碾米品质变劣, 外观品质变优, 连粳11碾米品质变优, 外观品质变劣。从食味指标分析, 南粳9108 R-I播期食味值最高, 显著高于其他播期。连粳11 R-II播期食味值最高, 过早或过晚播种均会使食味值降低, 且下降幅度较大, 各播期间差异显著。南粳9108对播期推迟的响应与朱大伟[36]的研究结果基本一致, 而连粳11的研究结果与姚义等[27]的结论相类似。

对于小麦品质, 本文主要研究了稻麦周年体系下小麦主要品质指标中蛋白质含量及其湿面筋含量的播期效应。兰涛等[39]研究6种不同生态类型小麦发现, 在不同播期条件下, 晚播与早播、适播相比, 产量与品质都有所下降, 蛋白质含量和湿面筋含量呈显著线性正相关关系。刘艳阳等[40]在扬州研究表明, 随着播期推迟, 小麦蛋白质含量和湿面筋含量呈现出一个先下降后上升趋势。在相同播期范围内, 该研究与本试验表现出的结果相一致。本试验表明, 播期推迟, 小麦蛋白质含量和湿面筋含量均显著上升, 湿面筋含量上升幅度较蛋白质含量大。

4 结论

江淮下游稻麦两熟种植模式下, 稻麦不同播期组合对不同类型品种周年产量、品质与温光资源分配和利用有较大影响, 合理配置水稻和小麦收获和播种期, 可优化水稻季温光资源和提高利用率, 提升该地区稻麦周年生产力。江淮下游机插水稻早播条件下(5月29日前), 迟熟中粳南粳9108机插模式搭配宁麦13早播种能达到较高的周年产量, 且稻米品质较高, 可实现稻麦周年高产优质和温光资源高效利用。播期较迟条件下(5月29日后), 中熟中粳连粳11机插模式搭配宁麦13早播种, 能稳定稻麦产量, 且稻米加工品质和营养品质变优, 提高温光资源利用效率。小麦应确保11月15日前完成播种, 能实现小麦季较高产量和温光资源利用效率。因此, 江淮下游机插水稻–小麦两熟种植模式中, 通过稻麦合理播期搭配, 选用成熟期适宜的高产优质水稻品种, 配合小麦适期早播是实现该地区高效温光资源利用和稻麦稳定高产优质的有效技术途径。

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Effects of different sowing dates on crop yield, quality, and annual light-temperature resources utilization for rice–wheat double cropping system in the lower reaches of the Yangtze-Huaihe Rivers valley

CHEN Tian-Ye, YUAN Jia-Qi, LIU Yan-Yang*, XU Ke*, GUO Bao-Wei, DAI Qi-Gen, HUO Zhong-Yang, ZHANG Hong-Cheng, LI Guo-Hui, and WEI Hai-Yan

Innovation Center of Rice Cultivation Technology in the Yangtze Valley, Ministry of Agriculture and Rural Affairs / The Nurturing center of Jiangsu for National Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology / Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops / Research Institute of Rice Industrial Engineering Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China

Clarifying the characteristics of the annual light-temperature resources distribution and use efficiency for mechanical transplanted rice-winter wheat double cropping system with high yield and high quality is essential for increasing annual yield and climatic resources use efficiency in the lower reaches of Yangtze-Huaihe Rivers valley. Nanjing 9108 (late-ripen mediumrice, LRMJ), Lianjing 11 (medium-ripen mediumrice, MRMJ) and Ningmai 13 (winter wheat) were used in the annual field experiment with three different rice sowing date (May 22 (R-I), May 29 (R-II) and June 5 (R-III)) treatments and three different wheat sowing date (November 5 (W-I), November 15 (W-II) and November 25 (W-III)) treatments at Xinghua county of Taizhou city in Jiangsu province. The character of yield, quality formation, annual accumulated temperature, and solar radiation resources distribution were investigated. The results showed that, in rice season, the yield, the amount and production efficiency of the light-temperature resources decreased significantly in Nanjing 9108 with sowing date delayed, whereas the yield and the utilization efficiency of light-temperature resources first reached maximum in R-II treatment and then declined, and the amount of light-temperature resource decreased in Lianjing11. In all sowing date treatments, the yield of Nanjing 9108 (LRMJ) was higher than that of Lianjing 11 (MRMJ). In wheat season, with sowing date delayed, the yield, the amount and production efficiency of light-temperature resources of Ningmai 13 decreased to some extent with the delay of sowing dates. From the perspective of annual production, the annual yield of rice-wheat decreased significantly with the delay of rice-wheat sowing date, and was the highest with combination of R-I for Nanjing 9108 and W-I for Ningmai 13 among all the treatmentsThe highest ratio of rice yield to annual yield was 62.99%, and the lowest was 55.86%. The highest distribution rate of annual accumulated temperature was 68.38% in rice season and 34.14% in wheat season. The average distribution rate of annual radiation was 51.7% in rice season and 48.3% in wheat season. The downward trend was found in production efficiency of annual accumulated temperature and radiation with the delay of sowing date in rice-wheat season, and the later the sowing date, the more significant the reduction. In terms of quality, with sowing date delayed, the milling quality of Nanjing 9108 (LRMJ) became better and the appearance quality became worse, however, the milling quality of Lianjing11 (MRMJ) became worse and the appearance quality became better. In addition, the cooking and eating quality and nutritional quality of the two varieties (except the taste value of Lianjing 11) became worse. Furthermore, wet gluten content and protein content of Ningmai 13 decreased significantly with sowing date delayed. Therefore, it is an effective approach for promoting the sustainable productivity of mechanical transplanted rice–winter wheat double cropping system by optimizing sowing date and selecting rice varieties with suitable growth durations to achieve high production efficiency of light-temperature resources and annual crop yield in the lower reaches of Yangtze-Huaihe Rivers valley.

the lower reaches of Yangtze-Huaihe Rivers valley; annual cultivation for rice and wheat; sowing date; light-temperature resources; efficiency of allocation and utilization

10.3724/SP.J.1006.2020.02007

本研究由国家重点研发计划项目(2017YFD030120102, 2018YFD0300802), 江苏省重点研发计划项目(BE2017343)和江苏高校优势学科建设工程项目资助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0300102, 2018YFD0300802), the Key Research Program of Jiangsu Province (BE2017343), and the Project Funded by the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD).

许轲, E-mail: xuke@yzu.edu.cn; 刘艳阳, E-mail: yyliu@yzu.edu.cn

E-mail: 419265941@qq.com

2020-02-12;

2020-06-02;

2020-06-30.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200630.1550.006.html