播期对早中稻产量和品质的影响

豆丹丹，孙建军，王德新，郭玉玺，郭新海，丁超明

（河南省农业科学院粮食作物研究所∕植物新品种测试原阳分中心，河南 郑州 450002）

水稻是我国主要的粮食作物之一，属于植物新品种权申请量较大的作物之一。据统计，全国水稻种植面积约占粮食作物种植面积的30%，其产量约占粮食总产量的1∕2[1]。水稻是高温短日照作物，其农艺性状受栽培管理方式影响较大。其中，光照和温度是水稻抽穗、散粉、灌浆等生长发育过程中的敏感因素。不同的播种时期可直接引起水稻生长过程中有效光照时长及累计积温的差异，选择适宜播期能充分提高水稻生育期光热资源，调节水稻生育进程，保证正常生长发育[2-3]。因此，确定合理的播期是水稻高产、优质的基础，也是水稻种植的关键环节。

黄淮海地区普遍的耕作方式是稻麦和稻油轮作，轮作可以提高作物综合经济效益、改良土壤环境结构，但是由于作物生长的时间节点会存在茬口衔接问题。因此，既要充分利用土地又要保证应季作物的充分生长，就必须选择合适的播种时间。生产中双季稻发展“早籼晚粳”模式成为近年来的研究热点[4-5]。郑盛华等[6]研究认为，播期过早或过迟均对中早熟水稻品种的产量形成不利。水稻生长发育需要适宜的温度，在扬花期温度大于35 ℃就会对水稻产生危害，结实率显著下降[7-8]。播期可以通过改变灌浆结实期的光温资源，影响稻米的品质和产量[9]。适宜播期内，晚播有利于优质稻米的形成，随着播期的延迟，垩白粒率和垩白度降低，直链淀粉含量降低，外观品质有所改善，稻米加工品质提高[10]。目前，针对不同类型粳稻品种的适宜播期研究较多[3-4，11-12]，但关于不同熟期类型水稻随播期变化的产量和品质研究尚未见报道。为此，选用早熟和中熟粳稻各4 份，研究播期对黄淮海地区早中稻产量和品质的影响，以期为水稻大田种植中适宜水稻类型和播期的选择提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2022 年4—12 月在河南省农业科学院现代农业科技试验示范基地（新乡市原阳县，113°42′4″E、35°0′17″N）进行。试验田耕层土壤（0～20 cm）含有机质9.88 g∕kg、碱解氮91.9 mg∕kg、速效磷28.30 mg∕kg、速效钾168 mg∕kg。

供试材料为不同熟期类型水稻，共8份，其中早熟粳稻4 份、中熟粳稻4 份（表1），均为农业农村部植物新品种保护中心水稻新品种DUS 测试申请材料。

表1 参试水稻材料信息Tab.1 Information of tested rice materials

1.2 试验设计

试验采用二因素裂区设计，2 次重复，播期为主区，设置10 个播期，分别为5 月5 日（T1）、5 月11 日（T2）、5月17日（T3）、5月23日（T4）、5月29日（T5）、6 月4 日（T6）、6 月10 日（T7）、6 月16 日（T8）、6 月22日（T9）、6 月28 日（T10）；试验材料为副区。6 行为1个小区，行长5.6 m，行距30 cm，株距16 cm。基施复合肥（N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1）600 kg∕hm2；分蘖期追施硫酸钾（含K2O 50%）160 kg∕hm2、尿素（含N 46%）120 kg∕hm2；孕穗期追施硫酸钾（含K2O 50%）160 kg∕hm2、尿素（含N 46%）150 kg∕hm2。小区间做田埂并包塑料膜隔开，四周设保护行，成熟前7 d 停止灌溉，自然晾干。田间管理严格按照大田生产管理方式进行。

1.3 测定项目及方法

根据《农业植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南水稻》（2012）[13]的要求，抽穗期观察记录抽穗日期；在灌浆期测量茎秆长度及直径、剑叶长度及宽度；在成熟期记录成熟日期，测量穗长和单株穗数，收获后室内测定结实率、千粒质量和产量等，对收获的籽粒参照《米质测定方法》[14]测定粗蛋白含量、直链淀粉含量和垩白度（表2）。其中，测量型性状以随机选取20 个具有代表性单株进行测量，产量为实收测产；粗蛋白、直链淀粉含量和垩白度采用近红外谷物分析仪测定。

表2 测定性状信息Tab.2 Tested character information

1.4 数据处理

试验数据使用Excel 2019 进行整理，利用R 语言包（aov、LSD.test、FactoMineR、factoextra、ggplot2和GGE BiplotGUI）分别对数据进行方差分析（ANOVA）、多重比较（LSD法）、主成分分析和GGE模型分析。

2 结果与分析

2.1 播期对早中稻产量和品质影响的方差分析

由表3可知，试验材料、播期和试验材料与播期交互作用对播种至抽穗时长、生育期、茎秆长度、茎秆直径、剑叶长度、剑叶宽度、穗长、单株穗数、结实率、千粒质量、产量及籽粒粗蛋白含量、直链淀粉含量和垩白度的影响均达到极显著水平。

表3 播期对早中稻产量和品质影响的方差分析（F值）Tab.3 Variance analysis of effect of sowing date on yield and quality of early and middle rice（F value）

2.2 播期对早中稻生育期的影响

从图1 和图2 可以看出，不同播期下，2 种类型水稻的播种至抽穗时长差异明显，早稻播种至抽穗时长变幅较小，中稻生育期变幅较小，早中稻播种至抽穗时长极差分别为24 d 和37 d，生育期极差分别为38.5 d 和34.0 d。2 种类型水稻播种至抽穗时长总体上均随播期的推迟而缩短；生育期则因试验材料而异，其中，A1和A2的生育期均随播期的推迟而缩短，而A3、A4 及4 个中稻的生育期均随播期的推迟总体上先缩短后延长。在T1播期下，早中稻生育期均最长，早稻A3和A4均在T7播期下生育期最短，分别为105 d 和104 d，中稻在T6 播期下生育期均最短。综上，总体上以T6 和T7 播期下试验材料的生育期较短。

图1 播期对早中稻播种至抽穗时长的影响Fig.1 Effect of sowing date on sowing to heading time of early and middle rice

图2 播期对早中稻生育期的影响Fig.2 Effect of sowing date on the growth period of early and middle rice

2.3 播期对早中稻产量相关性状的影响

由表4 可以看出，不同播期下，茎秆长度、茎秆直径、剑叶长度、剑叶宽度、穗长在早稻中的变幅较中稻大，它们在早中稻中的极差分别为33.82 cm、2.36 mm、19.02 cm、0.86 cm、11.51 cm 和22.09 cm、1.45 mm、15.09 cm、0.52 cm、6.24 cm。而单株穗数、结实率、千粒质量在早稻中的变幅较中稻小，它们在早中稻中的极差分别为3.75、23.84%、5.67 g 和3.95、34.84%、5.06 g。早中稻产量总体上随播期的推迟均呈现先增加后降低再增加的趋势。在不同播期下，早稻的产量变幅明显大于中稻，极差分别为7 251.52 kg∕hm2和5 861.38 kg∕hm2。早中稻产量达到极值的播期各有不同，其中，A1、A2、A4、B1、B2、B3、B4 均在T4 播期下产量最高，而A3 在T3 播期下产量最高；产量极小值在早中稻中出现明显划分，早稻A1、A2、A3 和A4 均在T6 播期下产量最低，而中稻B1、B2、B3 和B4 均在T1 播期下产量最低。综上，早中稻总体均以T4播期下最优，T3播期次之。

表4 播期对早中稻产量相关性状的影响Tab.4 Effect of sowing date on yield related traits of early and middle rice

2.4 播期对早中稻稻米品质的影响

播期可以调节高温对粳米的影响程度，通过灌浆结实期光温因子的改变影响粳稻产量和稻米品质[13-15]。由表5 可知，早稻籽粒粗蛋白含量、直链淀粉含量、垩白度的变幅均大于中稻，它们在早中稻中的极差分别为3.85%、12.20%、54.86%和2.61%、9.83%、15.45%。总体上，粗蛋白含量在2 种熟期类型水稻中均随着播期的推迟呈先增后降再增的趋势，直链淀粉含量在2 种熟期类型水稻中均随着播期的推迟呈先降再增的趋势，早稻垩白度随播期的推迟呈下降的趋势，而中稻垩白度随播期的推迟则呈先降低后上升的趋势。但是相同熟期类型水稻的垩白度极值出现的播期有所不同，其中，A1 和A2均在T2 播期下垩白度最高，而A3 和A4 均在T1 播期下垩白度最高，A1、A2、A3和A4在T9播期下垩白度最低。B1、B3 和B4 均在T9 播期下垩白度最高，而B2 在T8 播期下垩白度最高；B1 和B3 均在T3 播期下垩白度最低，而B2 和B4 均在T4 播期下垩白度最低。

表5 播期对早中稻稻米品质的影响Tab.5 Effect of sowing date on quality of early and middle rice%

2.5 不同播期下早中稻产量及品质相关性状的主成分分析

不同播期下黄淮海地区早中稻产量及品质相关性状的主成分（PC1和PC2）载荷矩阵如图3所示。从各播期下PC1 和PC2 中产量的载荷值可以看出，T1—T3 和T9—T10 播期较有利于产量的形成；同时可以看出，T4—T8 播期下PC1 和PC2 中产量的载荷值均有负值，而在T6 播期下PC1 和PC2 中产量的载荷值均为负值，说明该播期不适合产量的形成。

图3 不同播期下早中稻产量及品质相关性状的荷载值Fig.3 Load values of yield and quality related traits of early and middle rice under different sowing dates

从粗蛋白含量来看，T6 播期下PC1 和PC2 中粗蛋白含量的载荷值均为正值，说明该播期适合粗蛋白的形成；T9—T10 播期下PC1 和PC2 中粗蛋白含量的载荷值均为负值，说明该播期不适合粗蛋白的形成。

从直链淀粉含量和垩白度来看，T1—T4 和T8播期下PC1和PC2中直链淀粉含量和垩白度的载荷值均为正值，说明该播期有利于直链淀粉和垩白的形成；T5—T7、T9—T10 播期下PC1 和PC2 中直链淀粉含量和垩白度的载荷值均有负值，说明这些播期不利于直链淀粉和垩白的形成。

不同熟期类型水稻材料产量及品质相关性状的主成分分布如图4 所示。T1—T3 播期可以将不同熟期类型水稻材料区分开，说明该播期下不同熟期类型水稻材料性状能够充分表达；而T4—T10 播期并不能将不同熟期类型水稻材料区分开，说明该播期下不同熟期类型水稻材料性状并不能充分表达，进而影响不同熟期类型水稻材料产量及品质的形成。

图4 不同播期下早中稻产量及品质相关性状的主成分分布Fig.4 Distribution of principal components of yield and quality related traits of early and middle rice under different sowing dates

2.6 基于GGE双标图的试验材料和播期稳定性的综合评价

综合以上结果可知，在不同播期下，不同熟期类型水稻产量及品质相关性状表现有所不同。因此，本研究采用试验材料和播期作为因素进行GGE模型分析。在GGE 双标图中，小圆圈代表平均环境，单箭头直线是平均环境轴，它所指的方向是试验材料在所有播期环境下的综合评分，越靠近箭头方向综合评分越高；与平均环境轴垂直并通过原点的直线代表各试验材料与各播期相互作用的倾向性，越偏离平均环境轴表示越不稳定[14]。

GGE 双标图常用来揭示区试试验点的代表性和区分力，只有既有区分力又有代表性的试验点才能用来有效地选择高产稳产的品种。本研究使用双标图来区分试验处理，通过分析不同熟期类型水稻材料在不同播期下的表达量对播期进行综合评估。只有区分力好的处理才有可能说明不同熟期类型水稻材料在该播期下得到充分表达。根据GGE 双标图以理想播期为圆心做多层同心圆，可以根据与理想播期的接近程度直观地对不同播期的区分力进行排序。越靠近圆心，表示该播期结果越理想，反之亦然。

由图5 和图6 可以看出，在产量中，A3 和A4 的综合评分较高，而B1 和A2 的稳定性较高；播期T7、T3、T8 和T2 的区分力和代表性较高。在垩白度中，B1和B2的稳定性较高；播期T1、T2、T3和T4的区分力和代表性较高。综上所述，材料A3 和A4 在产量上表现较好；B1 和B2 垩白度较低，品质表现较好，播期T3和T2具有较好的区分力和代表性。

图5 基于GGE双标图以产量为指标的试验材料（A）和播期（B）稳定性的综合评分Fig.5 Comprehensive scores of stability for experimental materials（A）and sowing dates（B）based on GGE biplot with yield as index

图6 基于GGE双标图以垩白度为指标的试验材料（A）和播期（B）稳定性的综合评分Fig.6 Comprehensive scores of stability for experimental materials（A）and sowing dates（B）based on GGE biplot with chalkiness as index

3 结论与讨论

以往的研究结果表明，不同播期对水稻生理特征具有显著影响。播期直接关系到作物对光温的有效利用程度[16-20]。粳稻通常属于感光性较强的类型，在短日照条件下，会提前抽穗且生育期会缩短[21]。由于不同播期热量和光照因子的变化，会引起水稻生育进程和籽粒灌浆速率的改变。因此，当播期推迟后，水稻全生育期的积温和日照时间减少，导致籽粒的灌浆速率降低，这是影响水稻产量的重要机制之一［2］。本研究发现，不同熟期类型水稻播种至抽穗时长总体上均随播期的推迟而缩短。相比之下，早稻播种至抽穗时长的变化幅度较小，而中稻生育期的变化幅度较小，总体上以T6 和T7播期下试验材料的生育期较短。

对产量而言，随播期的推迟整体呈现出先增加后降低再增加的趋势。总体上，以T1 和T6 播期下产量较低，T4 播期下产量最高。此外，早稻的垩白度随播期的推迟呈下降趋势，而中稻则呈现先下降后上升的趋势。关于播期对水稻产量和品质的影响已经做了很多的研究，但结果不尽相同。钟晓媛等[18]认为，随着播期推迟，水稻有效穗数减少，导致产量下降。冯向前等[22]研究指出，随着播期延迟，水稻有效穗数会有所增加，穗粒数和结实率则有不同程度的降低，但千粒质量并无显著变化，整体上产量也无显著变化。而李阳等[23]考察播期对水稻产量及稻米品质形成的影响，发现在整个生长周期，随着播期的推迟，产量均呈现先升高后降低的趋势，垩白度则随着播期的延后呈显著下降的趋势。本研究结果与以往[18，22-23]研究略有不同，可能与试验材料、播期以及种植地点的差异有关。

有关播期对水稻产量和品质的影响研究很多，但因播期、地点和水稻类型之间的互作能够显著影响综合评分，导致研究结果不尽相同[16]。本研究以产量和品质为基础，利用GGE 双标图分析试验材料和播期的稳定性及区分力，发现在产量方面，A3 和A4 具有较高的综合评分，而B1 和A2 则具有较高的稳定性，T7 播期的区分力和代表性最高，其次分别为T3、T8 和T2；在垩白度方面，B1 和B2 的稳定性较高，T1播期的区分力和代表性最高，其次分别为T2、T3和T4。综上所述，所有试验材料中A3和A4具有较好的综合评分，播期中T2 和T3 的区分力和代表性较高。

综上，播期对不同类型水稻的品质具有不同程度的影响，而产量和品质的表现是种植环境与品种遗传因素共同作用的结果。本研究结果表明，在黄淮海地区，随着播期的推迟，早中稻的播种至抽穗时长均缩短，早稻生育期变化幅度较中稻小。总体上以T6 和T7 播期下试验材料的生育期较短。总体上，早稻在T3 和T4 播期下产量较高，而中稻在T4和T5 播期下产量较高，早中稻在T1 和T6 播期下产量较低。针对黄淮海地区独特的温光资源和耕作种植制度，在充分考虑前茬作物（小麦或油菜）收获时间的限制性基础之上，可以根据当地前茬作物的收获时间选择合适熟期类型水稻品种，并结合适宜的播期进行播种，以达到保产稳产的目的。主成分分析结果表明，在T1、T2、T3 播期下可以明显区分不同熟期类型水稻。早稻A3 和A4 的综合评分较高，T3和T2播期的综合评分较高。