双季直播稻品种搭配模式研究

李祖军 何汛锋 谭义青 曾研华 曾勇军 石庆华 吴自明 李辉婕

(1 江西农业大学/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室，江西 南昌 330045；2江西农业大学人文与公共管理学院，江西 南昌 330045)

水稻(Oryza sativaL．)作为我国重要的粮食作物，在粮食生产中占有重要地位，全国有超过65%的人口以其为主食[1-3]。我国农业资源匮乏，虽然耕地面积占世界的9%，但人均耕地少，随着城市建设占用农民耕地，人均占地不断减少的趋势在短时间内难以得到遏制[4]。长江中下游地区作为我国主要稻作区之一，在稻田面积不变的情况下，将单季种植改为双季种植，可提高水稻单位面积总产，在一定程度上有利于保障国家粮食安全[5-6]。由于农村劳动力大量转移，直播稻以其节水省工、节本增效等特点受到广大农户的青睐[7-10]，同时，双季直播能够有效解决“双夏”季节劳动力短缺的问题。但目前要实现长江中下游双季稻区直播稻高产还需解决早晚稻搭配不合理等问题。近年来，前人对双季稻高产栽培技术、光合特性以及土壤理化性质研究较多[11-13]，而对长江中下游地区早、晚稻双季直播品种搭配模式研究较少[14]。因此，本研究设计不同早、晚稻品种搭配，采用双季直播的栽培方式，以双季高产为目标，兼顾稻米品质，开展优化双季直播早、晚稻品种搭配模式技术研究，筛选双季直播高产品种搭配模式，以期为双季稻轻简化栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

供试早稻品种：柒两优2012(籼型杂交稻，全生育期109．3 d)、潭两优83(籼型杂交稻，全生育期109．4 d)、湘早籼45 号(常规稻，全生育期106．0 d 左右)；晚稻品种：甬优1538(籼粳杂交稻，全生育期127．3 d)、泰优398(籼型杂交稻，全生育期111．2 d)。供试品种由江西农业大学栽培课题组提供。

试验于2018年4月至11月在江西农业大学科技园水稻试验基地(115．95°N，28．68°E)进行，试验前耕作层土壤理化性质为：有机质43．80 g.kg-1、碱解氮129．95 mg.kg-1、速效磷11．85 mg.kg-1、速效钾87．70 mg.kg-1，pH 值5．08。

1.2 试验设计

根据参试水稻品种生育期的长短设置3 种不同的早晚稻搭配模式，即早籼晚粳(记作M1)：柒两优2012-甬优1538；早籼晚籼(记作M2)：柒两优2012-柒两优2012；早籼晚籼(记作M3)：潭两优83-泰优398；并以双季兼用常规稻湘早籼45 号为对照(CK)。田间采用裂区设计，搭配模式为主区，品种为副区，3 次重复，小区面积27 m2。早稻于2018年4月8日播种，晚稻于7月26日播种(CK 晚稻于7月22日播种)，早稻播种量为60 kg.hm-2，晚稻播种量为52．5 kg.hm-2，播种方式为人工模拟机械精量穴直播(行株距：25 cm×14 cm)。氮、磷、钾肥分别为尿素、钙镁磷和氯化钾。试验早稻氮肥施用量为165 kg.hm-2，按基肥、分蘖肥、穗肥比例为5 ∶2 ∶3施用，钾肥施用量为150 kg.hm-2，按蘖肥、穗肥比例为7 ∶3 施用，磷肥施用量为90 kg.hm-2，全部作为基肥施用。晚稻氮肥施用量为195 kg.hm-2，按基肥、分蘖肥、穗肥比例为4 ∶2 ∶4施用，钾肥施用量为170 kg.hm-2，按基肥、穗肥比例为7 ∶3施用，磷肥施用量为90 kg.hm-2，全部作为基肥施用。播种后保持田间低畦面无积水，播种3 d 后喷施除草剂芽前封杀除草，三叶期浅水灌溉施分蘖肥促分蘖，够苗晒田，孕穗期浅水保胎，抽穗后干湿交替灌溉，收割前5 d 断水，待沟中水自然落干。

1.3 测定项目与方法

1．3．1 生育期 记载播种日期、抽穗日期、成熟日期，并计算全生育期。

1．3．2 叶面积指数和干物质测定 每小区于分蘖盛期、孕穗期(二次枝梗分化期)、抽穗期(50%水稻植株抽穗)和成熟期(95%水稻颖壳变黄)调查60 穴茎蘖数，计算每穴均值，按均值随机取5 穴水稻植株，取其茎、叶、穗(抽穗期、成熟期)分别装纸袋，于105℃杀青30 min 后，80℃烘干至恒重，测定干物质积累量。采用比叶重法[15]测定叶面积指数(leaf area index，LAI)。

1．3．3 产量与产量性状 早、晚稻收割前分别于每小区取60 蔸样，计算平均穗数，然后按穗数均值各取5 穴水稻植株考察有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重等农艺性状。每小区避开取样区收割3 m2，测定实际产量。

1．3．4 稻米品质和稻米淀粉黏滞性(rapid viscosityanalyzer，RVA) 水稻籽粒收获3 个月后对其稻米品质进行测定，其中出糙率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量的测定方法参照《GB/T 17891-2017 优质稻谷》[16]，蛋白质含量测定先采用凯氏定氮法测定米粉中的含氮量，然后乘以换算系数5．95，即为蛋白质含量。

稻米淀粉黏滞性测定采用快速黏度分析仪(Newport Scientific 仪器公司，澳大利亚)测定。用TCW(Thermal cycle for windows)配套软件进行数据分析，按照美国谷物化学师协会标准操作规程进行测定[17]，测定值包括峰值黏度(cP)、热浆黏度(cP)、最终黏度(cP)、崩解值(cP)、消减值(cP)和糊化温度

(℃)。

1.4 数据分析

采用Excel 2007、SPSS 20．0 软件进行数据处理分析，使用Origin Pro 9．0 作图。

2 结果与分析

2.1 不同早晚稻搭配模式下周年生育期

由表1 可知，M1 和M2 的早稻全生育期为105 d，比CK 延长了4 d，M3 的全生育期为106 d，比CK 延长了5 d。晚稻全生育期以CK 最短(105 d)，M1 最长(117 d)，M2 和M3 相同(108 d)。各参试晚稻品种生育期不同，但均在9月26日前安全齐穗，从而避开了寒露风的影响。从周年生育期来看，M1、M2、M3 分别比CK 延长了16、7、8 d。CK 的全生育期较短，限制了产量的提升。

2.2 叶面积指数变化

由图1 可知，不同处理早晚稻的LAI 均随着生育期的推进呈先升高后降低的趋势，于抽穗期达到最大值。早稻品种LAI 在分蘖盛期和孕穗期差异不显著，在抽穗期和成熟期早晚稻搭配模式的LAI 具有较明显的优势，均显著高于CK。晚稻品种不同生长阶段的LAI 存在差异，M1 在分蘖盛期和孕穗期显著高于M3和CK，与M2 差异不显著；而在抽穗期均显著高于其他处理，LAI 达到最大值(6．26)，较CK 增加了15．49%；至成熟期各处理之间的LAI 均无显著差异。从孕穗期至成熟期，晚稻LAI 整体表现为：M1＞M2＞M3＞CK。不同双季直播稻品种搭配种植早稻品种的LAI在生长后期均显著高于CK，且晚稻品种中生育期较长的粳稻具有更大的LAI，有利于提光合效率从而达到增产的目的。

表1 早晚稻不同品种搭配模式水稻生育期Table 1 Growth period of early and late rice with different variety matching patterns

图1 不同水稻品种搭配模式早晚稻叶面积指数Fig.1 LAI of early and late rice in different rice variety matching modes

2.3 干物质积累

由图2 可知，随着生育期的推进，各处理的群体干物质积累量逐渐增加，尤其在抽穗至成熟期阶段，群体干物质积累量增长最多。各处理的干物质积累量存在差异，在分蘖盛期，各处理之间差异不显著；至孕穗期、抽穗期和成熟期，M1、M2、M3 的干物质积累量均显著高于CK，表现为M1＞M2＞M3＞CK。从各生育阶段来看，各处理之间的分蘖盛期-孕穗期的干物质积累量差异不显著；孕穗期-抽穗期M1 的干物质积累量显著高于CK，而M2、M3 均与CK 差异不显著；抽穗期-成熟期M1、M2、M3 的干物质积累量均显著高于CK，其中M1 最高(10．25 t.hm-2)，较CK 增加了22．46%。

产量与干物质积累量相关分析结果表明(表2)，不同早晚稻搭配模式双季产量与成熟期、孕穗期-抽穗期干物质积累量呈显著正相关，与抽穗期-成熟期干物质积累量呈极显著正相关。说明增加孕穗后的干物质积累量有利于双季产量的提升。

图2 不同搭配模式早晚稻总干物质积累Fig.2 Total dry matter accumulation of early and late rice under different combination patterns

表2 双季产量与干物质积累量相关性分析Table 2 Correlation analysis between yield and dry matter accumulation in double cropping

2.4 早晚稻不同搭配模式产量与产量构成因素

2．4．1 各搭配模式早、晚稻产量与产量构成 由表3可知，M1、M2、M3 早稻的有效穗数均显著低于CK，每穗粒数和日产量均与CK 无显著差异，而结实率均显著高于CK；M1 和M2 的千粒重显著高于CK，M3 则与CK 无显著差异。M1、M2、M3 晚稻的有效穗数和早稻趋势一致，而结实率和日产量均显著高于CK；M1 和M2 的每穗粒数显著高于CK，M3 与CK 差异不显著；M2 的千粒重显著高于M1、M3 和CK。M1、M2、M3 的晚稻产量均显著高于CK，其中M2 与M3 差异不显著，表现为M1＞M2＞M3＞CK。通径分析结果表明(表4)，产量构成因素对早晚稻产量的作用不同，早稻各产量构成因素对产量形成所起的决定性作用大小依次为日产量＞结实率＞每穗粒数＞千粒重＞有效穗数，晚稻各产量构成因素对产量形成所起的决定性作用的大小依次为每穗粒数＞结实率＞日产量＞千粒重＞有效穗数。说明在不同搭配模式下，早晚稻在一定穗数的基础上提高穗粒数、结实率和日产量有利于保障双季直播稻周年产量。

表3 早晚稻不同搭配模式产量与产量构成因素Table 3 Yield and yield composition of different collocation patterns in early and late rice

2．4．2 不同搭配模式双季水稻总产量 由图3 可知，双季直播稻品种不同搭配模式下，M1、M2、M3 的周年总产量均显著高于CK，说明双季杂交稻搭配模式较双季常规稻搭配模式能够显著提高周年产量。各处理早晚稻周年总产量大小顺序为M1＞M2＞M3＞CK。其中，M1 显著高于其他处理，周年总产量达14．82 t.hm-2，较CK 增产11．76%；其次是M2 和M3，分别较CK 增产7．77%和5．28%。

表4 不同搭配模式早晚稻产量与产量构成的通径分析Table 4 Path analysis of yield and yield composition of early and late rice under different combination patterns

图3 不同搭配模式早晚稻双季总产量Fig.3 Total yield of early and late rice double cropping under different combination modes

2.5 不同搭配模式对早晚稻稻米品质及稻米淀粉RVA 特征谱的影响

由表5 可知，双季直播稻品种不同搭配模式下稻米品质存在差异。早稻从加工品质来看，M1、M2、M3的出糙率均高于CK，除M3 外，差异均达显著水平；M1、M2、M3 的整精米率均显著高于CK，且M3(57．36%)显著高于其他处理；从外观品质来看，M3的垩白粒率和垩白度均显著高于M1、M2 和CK；从蒸煮与食味品质、营养品质来看，M1 和M2 的胶稠度显著高于CK 和M3，直链淀粉和粗蛋白含量均以M3 最高，显著高于M1、M2 和CK。晚稻从加工品质来看，M1 的出糙率显著高于CK，各处理的精米率无显著差异，M1 的整精米率最高(59．40%)；从外观品质来看，M1、M2、M3 的垩白粒率均显著高于CK，M1 的垩白度最高；从蒸煮与食味品质、营养品质来看，M2 的胶稠度显著高于CK，M1、M2、M3 的直链淀粉含量均显著高于CK，CK 的粗蛋白含量最高，M1 的粗蛋白含量最低。综合分析，M1 的稻米品质整体优于其他搭配处理。

稻米淀粉RVA 特征谱是评价稻米蒸煮食用品质的一个重要指标。由表6 可知，早晚稻不同搭配模式的稻米RVA 特征值存在差异。早稻的峰值黏度、冷胶黏度、回复值和糊化温度均表现为M1 和M2 显著低于CK；热浆黏度、崩解值、消减值和峰值时间均表现为各处理之间差异不显著。晚稻的峰值黏度、热浆黏度、崩解值表现为M1、M2、M3 均显著高于CK，回复值、消减值和糊化温度均表现为各处理之间差异不显著；M1 和M3 的冷胶黏度显著高于CK，但M2 与CK 差异不显著；M1 的峰值时间最长，显著高于其他处理，且其他处理间差异不显著。

表5 不同搭配模式对早晚稻稻米品质的影响Table 5 Effects of different configurations on grain quality of early rice and late rice

表6 不同搭配模式对早晚稻稻米RVA 特征值得的影响Table 6 Effects of different combination patterns on RVA characteristics of early and late rice

3 讨论

在双季稻直播过程中早稻容易受“倒春寒”低温天气的影响，晚稻在抽穗扬花期易遭受“寒露风”低温天气而减产。气候变暖引起的高温逼熟虽不利于水稻的生长发育，但在一定程度上降低了“倒春寒”和“寒露风”天气出现的几率，有利于保证双季直播稻丰产。前人就气候变化与水稻生育期的关系进行研究，但结论不一。吴珊珊等[18]认为，全球气候变暖加快了水稻发育速率，双季稻生育期明显缩短。刘敏等[19]研究表明，气候变化使双季稻安全生产期有所延长。本研究表明，从生育期来看，双季直播的过程中杂交稻品种的全生育期均长于CK，且M1(早籼晚粳)晚稻的全生育期最长，在保证安全齐穗的前提下充分利用光能，有助于晚稻产量提升，从而实现双季丰产。调查发现，生育期延长主要是延长了齐穗至成熟期阶段，因此，在此阶段水稻充分利用热、光、水等资源，积累较多干物质，这也是M1、M2(早籼晚籼)和M3(早籼晚籼)早晚稻产量较CK 高的原因之一，与前人研究结果一致[20-22]。

作物的LAI 能够反映群体叶面积变化，水稻LAI变化特征符合水稻生长发育进程，不同生育阶段LAI的变动能体现水稻群体光能利用率的情况，LAI 的增加有利于水稻产量的提升，但不同时期的增产效果不同[23-24]。本研究表明，不同双季直播稻品种搭配种植早稻的LAI 生育前期差异不显著，在抽穗期和成熟期M1、M2 和M3 的LAI 具有较明显的优势，均显著高于CK；晚稻LAI 在不同生育期有所差异，M1 在分蘖盛期和孕穗期显著高于M3 和CK，与M2 差异不显著，抽穗期显著高于其他处理，而至成熟期各处理间的LAI 差异均不显著。可见，M1 早晚稻的LAI 较其他处理有优势，有利于光合效率的提高，从而达到增产的目的。水稻干物质积累可以反映其利用养分状况，是影响产量形成的主要因素之一。前人对水稻干物质生产特性与产量关系的研究均认为，后期干物质积累量对产量的直接作用最大，抽穗至成熟期阶段干物质积累量越多，其产量也越高[25-28]。本研究表明，随着生育期的推进，各处理的群体干物质积累逐渐增加，尤其在抽穗至成熟期阶段群体干物质积累增长速度较快，孕穗期、抽穗期和成熟期的干物质积累M1、M2 和M3 均显著高于CK，表现为M1＞M2＞M3＞CK。相关分析表明，不同早晚稻搭配模式双季产量与抽穗期-成熟期的干物质的积累量呈极显著正相关，这与孔飞扬等[25]的研究结果一致。陈鸽等[29]、谭义青等[30]和吕伟生等[31]研究认为，直播栽培条件下，在获得一定穗数的基础上获得更多的穗粒数和群体颖花量，同时有较高的千粒重和结实率，可以达到增产的效果。本研究通过通径分析可知，早晚稻各产量因素对产量的决定性作用的大小依次为每穗粒数＞结实率＞日产量＞千粒重＞有效穗数，说明早晚稻不同搭配模式下，在一定穗数的基础上提高穗粒数、结实率和日产量有利于提高双季直播稻周年产量。从周年产量来看，不同的早晚稻品种搭配双季直播下，M1、M2 和M3 周年产量均显著高于CK，M1 的周年总产量最高(14．82 t.hm-2)，显著高于其他处理，较CK 增加了1．56 t.hm-2，增产率为11．76%，M2 较CK 增产7．77%，M3 周年总产量较低，比CK 增加了5．28%。

随着人们生活水平的提高，对稻米食味品质的要求也随之提高。前人对稻米品质和稻米淀粉RVA 特征谱与食味品质的关系展开研究，认为稻米食味品质与直链淀粉含量、蛋白质含量、消减值、回复值、糊化温度呈显著负相关，与胶稠度、峰值黏度和崩解值呈显著正相关[32-35]。另外，蛋白质含量对稻米的垩白粒率也有一定的影响[36]。本研究表明，不同早晚稻品种搭配双季直播从早稻稻米品质分析，M1、M2 和M3 的整精米率显著高于CK，M3 的垩白粒率和垩白度显著高于M1、M2 和CK，M1 和M2 的胶稠度显著高于CK 与M3，M3 直链淀粉含量和粗蛋白含量最高。晚稻各处理的整精米率以M1 最高，M1、M2 和M3 的垩白粒率和直链淀粉含量均显著高于CK，CK 的粗蛋白含量最高。从不同早晚稻品种搭配双季直播对稻米淀粉RVA 特征谱的影响来看，早稻峰值黏度、冷胶黏度、回复值和糊化温度均表现为M1 和M2 显著低于CK，各处理的热浆黏度、崩解值、消减值和峰值时间均与CK无显著差异。晚稻的峰值黏度和热浆黏度表现为M1、M2 和M3 显著高于CK，其中M1 最高，M1、M2 和M3崩解值的差异不显著但均显著高于CK。综上可知，不同早晚稻品种搭配双季直播，早稻稻米食味品质与CK差异不大，晚稻各处理均优于CK，其中早籼晚粳(M1)的搭配模式在保证周年产量的前提下，稻米食味品质较其他搭配模式更好。另外，本研究仅在单一地区进行了双季直播晚不同早晚稻品种搭配高产、丰产性分析，对于不同生态区双季直播早晚稻搭配模式的高产和丰产性还有待进一步研究。

4 结论

本研究综合分析了双季直播稻品种不同搭配模式下周年生育期、群体质量、产量构成、周年产量、稻米品质与稻米淀粉RVA 特征谱，认为早籼晚粳是双季直播较为理想的搭配模式，周年生育期约222 d，周年产量较高，且具有抽穗期-成熟期干物质积累量大，孕穗期-成熟期LAI 大、穗大、结实率和日产量高等特点。同时，不同早晚稻双季直播早稻稻米品质差异不显著，晚稻品质以早籼晚粳较好。