播期对水稻机械旱直播产量及稻米品质的影响

李 阳 杨晓龙 汪本福 张枝盛 陈少愚 林义月 程建平,*

(1 湖北省农业科学院粮食作物研究所/粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室，湖北 武汉 430064；2 长江大学农学院，湖北 荆州 434023)

水稻(OryzasativaL．)是我国主要的粮食作物，传统种植方式以移栽为主[1]，而当前由于农村劳动力缺乏、成本增加等因素[2]，严重影响农民种植水稻的积极性，也给我国粮食安全带来了隐患。因此，水稻轻简化种植方式越来越受到人们的关注。水稻旱直播技术是一种旱整田旱播种的种植方式，产量与传统移栽无显著差异[3]，同时具有节省劳动力、节约育秧成本、提高水资源利用率[4]，提高茎秆抗折力、秆型指数，降低弯曲力矩与倒伏指数[5-6]等特点，对保障我国粮食安全具有重要意义。

合理选择播种期有利于提高水稻对当地温光资源的利用，高效发挥水稻生产潜力[7]。姚义等[8]通过在江苏地区麦稻轮作田调整直播水稻播期，发现随播期延迟，作物生育期明显缩短，生育期积温和光照时数呈显著减少趋势，不利于提高产量和温光资源利用；郑盛华等[9]认为川西平原两熟区播期过早或过迟均不利于中早熟品种产量性状的协调发展。播期也会对稻米品质形成产生较大影响[10]。成臣等[11]研究认为随着播期延后，粳稻和籼稻的外观品质均变优，蒸煮与食味品质变劣，加工品质呈先变优后变劣的趋势，其他方面变化趋势不一致；王才林等[12]研究认为播期对胶稠度影响最大，其次是直链淀粉含量、回复值、食味值和峰值时间，崩解值的影响最小。播期可以调节高温对粳稻的危害程度，改变灌浆结实期的温光资源，进而间接或直接影响晚粳稻稻米品质和产量[13]。然而前人对长江流域冬闲田水稻旱直播理想的播种时期研究较少，其对稻米品质的影响也不清楚。

长江中下游地区年高温天数较多，传统移栽稻播种期不适宜旱直播水稻生产，可能对稻米品质形成造成不利影响。鉴于此，本研究以长江中游地区水稻旱直播技术为基础，通过设置不同播种时间，探明不同播期对产量、光温资源利用和稻米品质的影响，旨在为机械旱直播水稻技术的大面积种植应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2017年和2018年在湖北省武汉市洪山区南湖试验站进行。试验田土壤pH值7.13，有机质26.3 g·kg-1，碱解氮110.0 mg·kg-1，速效磷7.2 mg·kg-1， 速效钾112.3 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验选择品种：杂交籼稻广两优476(湖北省农业科学院粮食作物研究所供种)和常规籼稻黄华占(湖北省种子公司供种)。设置5种播期处理，即S1(5月10日)、S2(5月17日)、S3(5月24日)、S4(5月31日)、S5(6月7日)。采用2BD-10型水稻精量穴直播机(上海世达尔现代农机有限公司)机械旱整田旱直播，播种尺寸为行株距25 cm×14 cm。广两优476、黄华占播种量分别为22.5 kg·hm-2、45 kg·hm-2。 每个小区50 m2，3次重复。

氮、磷、钾肥分别选用尿素、过磷酸钙和氯化钾。施用纯氮210 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2。 氮肥和钾肥以基肥∶分蘖肥∶幼穗分化肥=4∶4∶2 比例施用，磷肥在施基肥时一次性施入。全生育期严格控制杂草和病虫害。播种后灌溉2 cm水层，自然落干，分蘖前保持土壤湿润，没有明水，分蘖期保持1～2 cm水层，幼穗分化期以后采用干湿交替灌溉。

1.3 测定项目与方法

生育期调查：调查记载每个处理的幼穗分化期、齐穗期、成熟期时间。

稻米品质：参照《NY/T 83-2017米质测定方法》[14]测定稻谷糙米率、整精米率、垩白度、垩白粒率、直链淀粉含量等指标；采用考马斯亮兰法[15]测定精米的蛋白质含量。

丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量：齐穗期测定，参照张志良等[15]的硫代巴比妥酸法测定。

产量及产量构成：水稻成熟时，每个小区选择有代表性的区域5 m2进行人工收割，人工脱粒，去除杂质及空瘪粒，晾晒；样品收入室内后进行称重并测定含水量，测定籽粒含水量用PM-8188型谷物水分测定仪(凯特电气实验室有限公司，日本)。考种样品取样：按平均分蘖数，每个小区取6穴植株，人工脱粒，考察饱粒、空粒数和千粒重。

积温利用率：利用有效积温计算。有效积温指生育期内日平均温度大于10℃的温度总和，具体温度数据由气象站采集。按照以下公式计算积温利用率：

积温利用率(kg·℃-1·d-1·hm-2)=产量(kg·hm-2)/生育期间有效积温(℃·d)。

辐射生产效率：该指标使用的是有效辐射，由气象站采集每天有效辐射数据，再计算全生育期累计辐射总量，然后根据以下公式计算辐射生产效率：

辐射生产效率(g·MJ-1)=单位面积产量(g·m-2)/单位面积有效辐射(MJ·m-2)。

气象数据：试验期间使用CR 800小型农业气象站(坎贝尔科学股份有限公司，美国)进行气象数据收集。气象数据指标包括辐射量、最高温度、最低温度、平均温度和相对湿度。

采集土样：施入基肥前采集土壤样品，采用五点取样法，使用土壤取样器取土壤表层0～20 cm土壤，将土壤样品在室内自然风干，然后研磨过筛作为待测样品，测定其有机质、碱解氮、速效钾、速效磷含量和pH值。

1.4 数据统计与分析

数据分析采用Statistix 9.0分析软件，在P<0.05差异性水平上进行最小差异分析。作图采用Office Excel 2010软件。

2 结果与分析

2.1 水稻生长期间的温度状况

由图1可知，2017年第一次高温出现在5月29日，7月14日开始出现超过35℃的高温，并持续29 d；2018年第一次高温出现在5月16日，同样于7月14日开始出现高温，持续47 d。根据生育期调查数据，2017年黄华占的幼穗分化期于7月11日开始，广两优476于7月13日开始，2018年幼穗分化期比上一年提前1～2 d。全生育期内，2017年平均气温为27.0℃，2018年为27.8℃，相差0.8℃。

图1 试验期间温度变化趋势Fig.1 Temperature variation trend during the study

2.2 不同处理对产量及产量构成的影响

由表1可知，年份、品种、播期对结实率有极显著影响，除年份和品种交互作用影响不显著外，其他交互作用对结实率影响均达显著水平，且品种和播期对有效穗、每穗粒数、千粒重和产量均产生了极显著影响。

播期对产量的影响极显著，随着播期延迟，2018年广两优476产量呈现逐渐增加的趋势，2017年两品种和2018年黄华占产量呈先增加后降低的趋势。广两优476在2017年度S4处理下的产量最高，2018年度则以S5处理最高，但2018年产量较2017年大幅度降低，可能与2018年高温有关；黄华占两年的产量在各处理下的变化趋势基本一致，均以S4处理最高，S5处理略有下降。

随着播期的延后，2017年广两优结实率先升高后降低，2018年广两优476和两年度黄华占结实率均呈现升高的趋势，同年广两优476的结实率略高于黄华占，但黄华占最低结实率与最高结实率的差值比广两优476大，说明黄华占结实率受播期的影响较大。有效穗的变化趋势与结实率类似，广两优476的平均有效穗低于黄华占，两年的趋势一致。随播期延后，广两优476的每穗粒数表现出先升高后降低的趋势，以S3处理最高；黄华占的每穗粒数表现出逐渐降低的趋势。2017年度，各处理对千粒重的影响较小，两品种在各处理下的千粒重均无显著差异，2018年度，随着播期的延后，千粒重有逐渐增大的趋势。

2.3 不同处理对积温利用率和辐射生产效率的影响

由表2可知，随着播期的延后，广两优476两年全生育期有效辐射和全生育期有效积温均呈现逐渐降低的趋势，黄华占以S1处理的有效辐射和有效积温最高，其他处理略有波动。随着播期延后，广两优476的辐射生产效率呈现逐渐升高的趋势，以S5处理最高，两年平均值为0.432 g·MJ-1，比S1处理平均值高31.4%；黄华占的辐射生产效率呈现先升高后降低的趋势，两年均以S4处理最高，平均值为0.421 g·MJ-1，比S1处理平均值高40.6%。积温利用率的变化趋势基本与辐射生产效率一致，两年度广两优476最大积温利用率的处理分别是S4处理(3.85 kg·℃-1·d-1·hm-2，2017年)和S5处理(3.59 kg·℃-1·d-1·hm-2，2018年)，两者平均值比S1处理高26.3%；黄华占两年的积温利用率均以S4处理最高，平均值为3.61 kg·℃-1·d-1·hm-2，比最低值(S1处理)的平均值高33.7%。可见，2018年度播期对光温资源利用率的影响高于2017年，特别是对S1和S2的影响较大。

表3显示的是两年不同处理下主要生育阶段内出现的高温天数。结果表明，2018年全生育期超过35℃的高温天数比2017年多20 d以上，生殖生长期高温天数多10 d以上。播种期至幼穗分化期的高温天数随着播期的延后呈增多的趋势，两品种趋势一致，而该时期水稻的穗还未分化，因此高温对稻米品质的影响较小。幼穗分化期至齐穗期的高温天数多于齐穗期至成熟期，两个时间段的高温天数均随着播期的延后呈减少趋势，两品种趋势一致。黄华占齐穗期至成熟期阶段的高温天数比广两优476多3 d左右。

2.4 不同处理对稻米品质的影响

由表4可知，不同年份对精米率有显著影响，对糙米率、整精米率、直链淀粉含量、蛋白质含量均有极显著影响，品种和播期处理对整精米率、垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量有极显著影响，且两者交互作用对整精米率、垩白粒率、垩白度均有极显著影响，播期对蛋白质含量有极显著影响，年份和品种的交互作用对直链淀粉含量和蛋白质含量均有极显著影响。

播期对糙米率、精米率的影响不显著，对整精米率有极显著影响。广两优476在2018年的整精米率随播期延后呈现逐渐增大的趋势，以S5处理最高，比S1处理高4.7个百分点，而2017年差异不显著；黄华占两年均表现为S4处理的整精米率最高，S1处理最低，前者比后者平均高14.8个百分点。广两优476垩白粒率随着播期的延后呈现先升高后降低趋势，以S5处理最低，比最高值平均降低14.1个百分点；黄华占垩白粒率随播期延后呈现逐渐降低趋势，S5处理比S1处理平均降低17.3个百分点。两品种垩白度随播期延后均呈逐渐降低趋势，且广两优476的垩白度高于黄华占，两年趋势一致。广两优476在S5处理下垩白度比S1处理两年平均值低7.8个百分点；黄华占则平均低4.6个百分点。两品种直链淀粉含量变化趋势和垩白度类似，广两优476在S5处理下直链淀粉含量比S1处理两年平均值低1.3个百分点；黄华占则平均低1.5个百分点。两品种蛋白质含量变化类似，均随播期延后呈现逐渐降低的趋势，两年趋势一致。广两优476和黄华占在S5处理下两年平均蛋白质含量均比各自S1处理降低2.0个百分点。

表1 不同处理下的产量和产量构成因子比较Table 1 Comparison of yield and yield components under different treatments

表2 不同处理对光温资源利用的影响Table 2 Effects of different treatments on utilization of light and temperature resources

表3 不同生育阶段最高温度≥35℃的天数Table 3 The number of days with maximum temperature ≥35℃ at different growth stages

表4 不同处理下稻米品质的比较Table 4 Comparison of rice quality under different treatments /%

2.5 不同处理对齐穗期叶片丙二醛(MDA)含量的影响

由图2可知，两品种MDA含量均在S1处理最高，随着播期延后呈现逐渐降低的趋势，S1、S2处理较高的MDA含量可能与其所经历较长时间高温胁迫有关，也说明这两个播期对水稻叶片的生长影响较大。同时，黄华占各处理下的MDA含量均高于广两优476，说明播期导致的温度条件变化对黄华占的影响大于对广两优476的影响，即前者对播期响应更敏感。

图2 不同处理下齐穗期叶片丙二醛含量的比较Fig.2 Comparison of MDA content in leaves at full heading stage under different treatments

3 讨论

明确旱直播水稻生长发育规律对水稻旱直播种植技术的推广具有重要意义。本研究结果表明，随着播期的改变，水稻各生育阶段经历不同的气象条件，S1和S2的产量较低，其有效穗、结实率均低于其他处理(表1)，且生殖生长期遭遇到的高温天数多于其他处理(表3)，而S4和S5处理的水稻产量处于较高水平，高温天数较少。前人认为水稻生长发育需要在适宜的温度范围内，若扬花期遇35℃以上的高温就会对水稻产生危害[16-17]，结实率显著下降[18]。本研究中，2018年高温天数增加导致结实率和有效穗数降低(表1)，与前人研究结果[18]基本一致。同时，本研究结果认为S1和S2的叶片MDA含量较高(图2)，对齐穗期叶片的生长产生了一定的负面影响。前人研究认为高温处理下，水稻叶片中MDA含量及叶片浸提液电导率增加[19-21]，活性氧积累增加，对剑叶生理机能产生损害[22]，影响其对光能的吸收与转化。针对这种危害，前人通过施用氮肥和硅肥来缓解对水稻灌浆结实的影响[23-24]，也研究选择较耐高温的水稻品种[25]来降低对生产的危害。

本研究结果表明，黄华占结实率受高温影响程度高于广两优476(表1)，说明两水稻品种耐高温的性能差异较大。正如王才林等[25]研究天井1号和小田代5号等水稻品种在连续11 d超过35℃高温下，比正常温度下的结实率下降60%以上，RY100和秋田小町等品种下降30%，而小麻粘、Mirukikuin及其与淮9726和早丰9号的F1等的结实率却达到或接近正常水平。更有品种高温下不能结实[26]。本研究中黄华占结实率下降显著，而每穗粒数下降不明显，甚至2018年S5处理相比2017年同期有升高现象，说明高温可能造成黄华占不育籽粒数增多，正如曹云英等[27]研究发现高温造成热敏品种花药开裂率和花粉育性显著降低。本研究中播期对两品种在高温下的影响有一定的调节作用(表1)，且前三个播期的积温利用率、辐射生产效率低于后两个播期(表2)，说明高温迫使植株积累和转化光温资源能力降低，所以合理的播种期可以有效提高品种的适应性和光温资源的利用，正如研究发现在太湖地区5月27日左右直播稻的光温利用率最高[13]，而东北地区以5月10日的直播水稻物质转运量较高，产量最高[28]。长江中下游地区高温天数较多，且年降雨量空间分布不均匀，因此发展该地区耐热品种和优化播种期对提高温光资源利用具有较大促进作用。

稻米品质形成是品种遗传特性和环境条件相互作用的结果[29]。本研究结果发现，播期对糙米率、精米率影响较小，说明该指标对温度的敏感度较迟钝，这与前人研究结果类似[30]，垩白粒率和垩白度则受温度影响较大，本研究中广两优476在S5处理的垩白粒率比S1平均降低14.1个百分点，黄华占则降低17.3个百分点，两品种的垩白度分别降低7.8和4.6个百分点(表4)，有研究认为抽穗至成熟阶段高温会加快灌浆速率，缩短灌浆的持续期，导致籽粒光合产物不足，影响籽粒的充实度，最终造成米粒垩白增加，透明度变差[31]，正如本研究中2018年高温天数多于2017年，使得2018年度籽粒垩白度升高。本研究中直链淀粉含量和蛋白质含量随着播期延后呈逐渐降低的趋势(表4)，张桂莲等[32]研究认为抽穗结实期高温使直链淀粉含量和蛋白质含量增加，胶稠度降低，但也有研究认为高温条件下稻米直链淀粉含量有下降趋势[33-34]，这可能与品种差异有关[35]，而对于造成这种差异的内在原因仍需进一步研究。综上，不同品种的耐高温性质直接影响其稻米品质的形成，播期的调整可有效避免高温胁迫对旱直播水稻品质的不利影响。

4 结论

本研究表明，长江中游地区机械旱直播水稻于5月中上旬播种会使水稻在生殖生长期遭遇高温危害，有效穗和结实率显著下降，产量降低，且稻米外观品质降低，而将播期延迟到5月底至6月上旬，则对产量的提高和稻米品质的改善均有积极影响。可见，该地区的机械旱直播水稻可通过调整播期和选择较耐热的品种来降低高温危害，提高稳产能力。