播期对翻秋早籼稻产量及光温资源利用的影响

胡继杰,房玉伟,叶 靖,陈孝赏,刘守坎*

(1.浙江省台州市农业科学研究院,浙江 台州 317000;2.浙江勿忘农种业科学研究院有限公司,浙江 杭州 310020; 3.浙江省农业科学院 作物与核技术利用研究所,浙江 杭州 310021)

0 引言

早籼稻作为水稻的主要生态类型之一,被广泛种植于我国华南和长江流域,是当年栽植、收获的第一季粮食作物,具有生产周期短、加工用途广泛、商品经济性高和耐贮藏等特性,对于保障我国粮食安全具有重要意义[1-2]。近年来,在中国农村经济发展和农业结构调整脚步加快的背景下,早、晚稻生育期矛盾加剧,导致双季稻生产的茬口衔接愈加紧张[3-4]。为了提高连作晚稻单产、全年种粮效益和保证晚稻的安全生产,早籼稻的全生育期一般需要控制在110 d左右,因此对早籼稻的平均日产量提出了更高的要求[5-6]。加之全球气候变暖,高温、干旱、洪涝等极端天气时有发生,气候异常逐渐趋于常态[7-9],这些不仅直接影响水稻的生长、产量和质量,严重时还会造成绝产绝收[10-12]。因此,在保证产量和品质的前提下,选用适宜的“早晚兼用”水稻品种进行翻秋种植,有利于缓解双季稻的季节矛盾和降低自然灾害带来的经济损失[13-14]。

水稻早、晚两季在温度、光照、降雨量等外界气象因子条件上存在巨大差异,因此合理安排播期，科学配套早籼稻翻秋种植品种可以充分利用所处当地的光温资源,从而最大限度地发挥水稻的增产潜力。近年来,有关播期对翻秋早籼稻生长的影响已有研究报道,研究结果因试验地点、气候条件和水稻品种不同而存在差异。王德仁等[15]试验发现,不同早籼稻品种的产量及生长适应性对翻秋种植响应不同,播种期推迟会造成产量迅速下滑。梅少华等[16]研究认为,早籼稻翻秋栽培,过早播种易出现早穗，致使产量下降。伍丹丹等[14]研究也指出,机插秧耦合翻秋种植有利于提高‘早晚兼用’双季稻的产量。包劲松等[17]、刘玉球等[18]研究表明,翻秋种植会提高早籼稻的表观直链淀粉含量和糊化温度,同时可提高早籼稻的糙米率、精米率、整精米率等加工品质,而对胶稠度和淀粉粘滞特性的影响较小。前人对翻秋早籼稻的研究主要集中于产量、种植方式、稻米品质等方面,而针对不同类型早籼稻品种的光能利用对播期的响应鲜有报道。鉴于此,笔者以早季种植为对照,探究了晚季播期对不同类型翻秋早籼稻品种产量及光温资源利用的影响,以期为不同播期科学配套‘早晚兼用’水稻品种类型提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及供试材料

试验于2018年在浙江省临海市台州市农业科学研究院小溪基地(121°13′ E,28°78′ N,海拔8 m)进行。该区属亚热带季风性湿润气候,四季分明,年均降水量1550 mm,无霜期241 d。土壤类型属潴育型水稻土,土壤有机质21.76 g/kg,全氮2.19 g/kg,碱解氮122.50 g/kg,有效磷41.61 g/kg,速效钾148.90 g/kg, pH值5.66。

供试水稻材料为早熟早籼稻甬籼15、台早1640,中熟早籼稻金早47、中早39、台早733、株两优831(两系杂交稻)。

1.2 试验设计及栽培管理

本试验分为早季和晚季两组试验,早季试验6个水稻材料均于3月24日播种(处理E),秧龄30 d,随机区组排列。晚季试验采用裂区设计,主处理分别为7月5日(处理Ⅰ)、7月10日(处理Ⅱ)、7月15日(处理Ⅲ)、7月20日(处理Ⅳ)4个播期,秧龄18 d；副处理为水稻品种。两季均为人工手插移栽,常规稻每穴栽插4粒谷苗,杂交稻每穴栽插2粒谷苗,行株距为16.5 cm×20.0 cm。每个处理3次重复，小区面积12.25 m2。

早、晚两季试验的施肥量和施肥比例相同,施纯N 240 g/kg,按质量比1∶1分基肥、蘖肥两次施用;磷肥(折合P2O5) 90 g/kg,全部作基肥施用;钾肥(以K2O计) 180 g/kg,按质量比1∶2分基肥、蘖肥两次施用。本研究所用的N、P、K肥分别为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)和氯化钾(K2O 60%)。病虫草害防治及杂草清理等田间管理措施按当地高产田要求。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 生育期及气象资料收集 观测并记录各水稻品种的抽穗期、完熟期等主要生育时期。日照资料和光合有效辐射取用临海市国家气象站观测数据,逐日气温取自临海市国家气象站小溪观测点。

1.3.2 地上部干物质量 分别于抽穗期和完熟期田间取样,每个小区选取具有代表性的水稻植株4穴,去除地下部后按茎、叶、穗分装,先在105 ℃下杀青，再在80 ℃下烘干至恒重,最后称量。

1.3.3 考种与测产 在齐穗期各小区随机取20穴水稻，调查有效穗数,计算平均穗数。在完熟期各小区按平均穗数随机选取3穴水稻进行考种,测定每穗粒数、千粒重、实粒数和结实率。各小区实收测产。

1.4 数据计算与统计方法

1.4.1 数据计算 光能利用率采用以下公式计算:SEU=[(ΔW×H)/(PAR×100)]×100%。式中SEU为光能利用率(%)；ΔW为测定期间干物质的增量(t/hm2)；H为能量转换系数,取值0.0175 MJ/g；PAR为光合有效辐射(MJ/m2)[19]。

1.4.2 数据处理 采用Excel 2010进行数据录入和整理,用SPSS 12.0.1数据分析软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 播期对不同类型水稻产量及其构成因子的影响

由表1可知,早熟早籼和中熟早籼的稻谷产量均表现为晚季显著低于早季(早熟早籼Ⅰ期除外),分别较早季下降了10.0%～24.7%和12.6%～16.0%。晚季在不同播期处理下,早熟早籼随着播期推迟,稻谷产量逐渐下降,Ⅳ期显著低于Ⅰ期;中熟早籼不同播期处理表现为Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅳ期,其中Ⅱ期显著高于其他处理。在不同类型间,中熟早籼早季和晚季稻谷产量分别较早熟早籼高10.5%和18.5%。

表1 在不同播期下水稻产量及其构成因素

进一步分析产量构成因素,2种类型早籼稻的有效穗数、每穗粒数、总颖花数和结实率均表现为晚季低于早季,其中Ⅲ期和Ⅳ期的总颖花数显著下降。晚季在不同播期处理下,早熟早籼随着播期推迟,有效穗数、每穗粒数和总颖花数均呈逐渐下降趋势,且Ⅳ期均显著低于其他处理;结实率和千粒重在各处理间无显著差异。中熟早籼在晚季不同播期处理下,有效穗数和总颖花数均表现为Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅳ期,其中Ⅱ期显著高于Ⅰ期和Ⅳ期;千粒重随播期推迟逐渐增加,且Ⅱ期至Ⅳ期均显著高于Ⅰ期和早季。

2.2 播期对不同类型水稻生育期的影响

由表2可知,2种类型早籼稻的抽穗期和完熟期均随着晚季播期推迟而相应延后,且均能够安全成熟。与早季相比,早熟早籼和中熟早籼在晚季的全生育期天数显著减少,分别缩短了16～20 d和11～14 d,表明早籼稻在翻秋种植条件下,播期对生育期的影响在水稻品种类型间存在差异。此外，随着晚季的播期推迟,2种类型早籼稻从播种至抽穗期的天数逐渐减少,从抽穗至完熟期的天数逐渐增加,且抽穗期～完熟期历期的变化幅度大于播种期～抽穗期历期的,最终表现为全生育期天数随播期推迟而逐渐上升。

表2 在不同播期下水稻的主要生育时期

2.3 播期对不同类型水稻生育期间积温和光照时数的影响

由表3可知,生育期相对较长的中熟早籼有更高的积温和光照时数,双季平均为2555.6 ℃·d和677.9 h,分别较早熟早籼增加了180.0 ℃·d和56.1 h。播期影响水稻对光温资源的利用,2种类型早籼稻的积温和光照时数在播种期～抽穗期表现相同,均随着晚季播期的推迟而逐渐下降；但在抽穗期～完熟期的表现存在差异,早熟早籼的积温和光照时数均随播期延迟而逐渐上升,而中熟早籼的积温表现为Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅱ期>Ⅳ期,光照时数表现为Ⅳ期>Ⅱ期>Ⅰ期>Ⅲ期。对全生育期来说,2种类型早籼稻的积温均随晚季播期的推迟而逐渐下降,其中中熟早籼Ⅰ期显著高于早季,Ⅳ期显著低于早季。除早熟早籼Ⅳ期外,2种类型早籼稻在晚季的光照时数均显著高于早季。

表3 播期对水稻生育期间积温和光照时数的影响

2.4 播期对不同类型水稻生育期间光合有效辐射及其利用的影响

表4表明,2种类型早籼稻在晚季的光合有效辐射在不同生育阶段表现不同,在播种期～抽穗期的光合有效辐射随着播期推迟而逐渐下降,且均显著低于早季;在抽穗期-完熟期的光合有效辐射随播期推迟而逐渐上升,其中Ⅲ期和Ⅳ期均高于早季;早熟早籼和中熟早籼在晚季全生育期的光合有效辐射均显著低于早季,分别下降了12.0%～13.2%和7.1%～10.4%。在光能利用方面,2种类型早籼稻在抽穗前的光能利用效率均低于在抽穗后的,早熟早籼和中熟早籼两季平均分别下降了35.1%和28.3%。随晚季播期推迟,早熟早籼在全生育期的光能利用效率逐渐下降,中熟早籼表现为Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅳ期,且均低于早季。不考虑播期因素,早熟早籼和中熟早籼在双季的光能利用率平均值分别仅为1.02%和1.03%,提升空间较大。

表4 播期对水稻生育期间光合有效辐射和光能利用率的影响

2.5 产量及其构成因素与光温资源间的相关分析

相关分析结果(表5)表明,产量与光温资源均呈正相关,相关程度表现为光合有效辐射>积温>日照时数,其中与光合有效辐射和积温的相关性均达到了极显著水平,表明在当前生产条件下,获得充足的辐射热量是保证早籼稻高产稳产的基础。每穗粒数、总颖花数和千粒重与光温资源均呈正相关,且除总颖花数与日照时数外,相关性均达到显著或极显著水平。有效穗数和结实率与光温资源间均呈负相关,相关程度表现为日照时数>积温>光合有效辐射。

表5 水稻产量及其构成因子与光温资源间的相关系数

3 讨论

3.1 播期对翻秋早籼稻生育期和产量的影响

播栽期会影响水稻的生育进程及其对光温资源的利用效率,进而决定水稻干物质积累和产量的形成[20]。同时,受遗传特性的影响,不同熟期类型水稻品种的生长发育对播期的响应存在差异[21-22]。在本研究中,2种类型早籼稻均随着晚季播期推迟,播种至抽穗期的天数逐渐减少,而抽穗至完熟期的天数逐渐增加,且增幅大于抽穗前,最终表现为全生育期天数随播期推迟而逐渐上升,但均显著低于早季。这主要是由于晚季播种正值7月中下旬,平均气温较高,水稻秧田期显著缩短;且随着播期推迟,水稻在营养生长阶段的日平均气温逐渐上升,致使抽穗提前;而在生育后期日平均气温又逐渐下降,导致水稻积温所需天数增加[23]。此外,由于不同水稻品种的感温与感光性不同,也可能导致生育期发生变化,还需进一步探究。在产量方面,早熟早籼随着晚季播期推迟,籽粒产量逐渐下降,中熟早籼表现为先上升后下降,以Ⅱ期产量最高，表明生育期较短的早熟早籼翻秋种植应尽早播种,同时也可为下茬作物留足时间；而生育期较长的中熟早籼可适当推迟播期,以达到增产的目的。2种类型早籼稻的产量变化主要与穗粒数有关,单位面积穗数和每穗粒数的增加趋势与产量表现一致,且2种类型早籼稻在晚季的产量均低于在早季的，其原因也在于单位面积穗粒数的减少。因此,早籼稻在晚季种植应通过增加基本苗数[15,24],增施分蘖肥或采取其他栽培措施促进水稻分蘖,并提高成穗率和单位面积总颖花数来提升产量。

3.2 播期对翻秋早籼稻光温资源利用的影响

温度和光照是影响水稻生长发育的重要气象因子。适期播种,充分利用当地的温光资源是最大限度挖掘水稻的产量潜力,保证粮食增产的重要措施[25-27]。本研究发现：播期不同,不同类型早籼稻对光温资源的利用率存在差异；随着晚季播期推迟,2种类型早籼稻在生育期间的积温和光照时数均表现出下降趋势,与生育期天数的变化规律相反。这可能与早籼稻翻秋种植,在生长前期日平均气温较高,而在成熟阶段气温下降明显有关。与早季相比,晚季的光照时数增长显著,而积温变化较小,且籽粒产量与积温相关极显著,说明在双季早籼稻种植中,优先满足积温条件是水稻安全成熟的保障。

水稻生产的实质是通过光合作用将太阳光能转化为自身生长所需的生物质能[28-29]。本研究发现,2种类型早籼稻在晚季的光合有效辐射和光能利用率均显著低于在早季的,这与陈佳娜等[13]的研究结果一致,这主要与早籼稻翻秋种植条件下,水稻生育前期温度高且持续时间长,致使营养生长期光合作用时间和物质积累时间缩短有关。在不同播期下,2种类型早籼稻在晚季的光合有效辐射表现出下降趋势,光能利用率的变化趋势与籽粒产量的表现一致,进一步说明了合理播期对水稻增产的重要性。相关分析结果显示,光温资源与水稻产量、每穗粒数、总颖花数和千粒重均表现出正相关关系,而与单位面积穗数和结实率呈负相关,表明早籼稻在适宜播期条件下,协调好有效穗数与每穗粒数的关系,保证单位面积颖花数量,同时提高粒重,是水稻取得高产的有效途径[30-31]。

4 结论

在翻秋种植条件下,2种类型早籼稻随着播期推迟,播种～抽穗历期缩短,全生育期延长,晚季不同播期下的产量均较早季有所下降,全生育期光温资源利用效率在品种类型间存在差异。根据各类型水稻的产量、生育期以及对光温资源的利用情况,早熟早籼翻秋种植应尽早播种,中熟早籼可适当推迟播期。同时,通过增加基本苗数,提高成穗率和总颖花量可进一步提升水稻籽粒产量。