不同类型晚稻品种安全齐穗下限温度及湖北双季稻区晚稻安全齐穗期研究

李仪，卢建新，曹鹏，周登文，刘继民，田平平，蔡明历，曹凑贵，杨特武

不同类型晚稻品种安全齐穗下限温度及湖北双季稻区晚稻安全齐穗期研究

李仪1，卢建新2，曹鹏3，周登文2，刘继民4，田平平5，蔡明历1，曹凑贵1，杨特武1

1华中农业大学植物科学技术学院/农业农村部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室，武汉 430070；2荆州市农业技术推广中心，湖北荆州 434020；3湖北省农业技术推广总站，武汉 430070；4孝感市孝昌县农业技术推广中心，湖北孝感 432900；5荆州市公安县章田寺乡农技服务中心，湖北荆州 434324

【目的】确定不同类型晚稻品种安全齐穗下限温度和湖北省不同双季稻区二季晚稻安全齐穗期，为各地合理布局和科学安排双季稻生产提供指导。【方法】以适宜湖北省双季稻区不同种植方式的粳型、籼型和籼粳杂交型二季晚稻品种为材料，分别于2020年和2021年在湖北省咸宁赤壁市、荆州公安县、武汉洪山区、黄冈团风县、孝感孝昌县5地进行分期播种大田试验，并结合对孕穗抽穗期盆栽试验材料进行模拟低温处理，通过调查结实率和单株产量，分析齐穗前气温与结实率的关系，以结实率降低到最适温度下结实率的82%时的温度为安全齐穗下限温度；在此基础上，根据近30年气象资料绘制湖北省不同双季稻区不同类型晚稻品种在9月份逐日齐穗风险图，并以齐穗日在80%以上的年份可以避开低温的影响作为各地的安全齐穗期。【结果】随着播期的推迟，各类品种抽穗期延迟。在迟播条件下单株（穴）产量显著降低。结实率是影响各类品种产量的主要因素，并与齐穗前4 d平均气温呈二次曲线关系。齐穗前4 d安全齐穗下限温度，粳稻品种为19.6 ℃，较传统标准低0.4 ℃；籼稻品种为22.4 ℃，较传统标准高0.4 ℃；籼粳交品种为22.2 ℃，与籼稻品种接近。湖北省双季稻区粳稻、籼稻和籼粳交品种的最迟安全齐穗期，在湖北东南地区分别为9月25—28日、9月16—19日和9月17—20日；在东部地区分别为9月23—27日、9月13—19日和9月14—20日；在江汉平原分别为9月25—27日、9月10—17日和9月10—18日；在北部地区分别为9月22—26日、9月7—15日和9月7—17日。【结论】不同类型晚稻品种及其在湖北省不同地区的安全齐穗期存在较大差异，从南到北呈提早趋势，籼稻品种早于粳稻品种，籼粳交品种与籼稻品种接近。为保证二季晚稻安全生产，各地应根据气候条件和品种特性选择适宜的品种并安排合理的播期；种植粳稻品种有利于抵御抽穗扬花期低温的危害。

二季晚稻；安全齐穗；低温；结实率；产量

0 引言

【研究意义】水稻（）是我国最重要的粮食作物之一[1]，全国有65%以上的人口以稻米为主食[2]。据预测，到2030年我国水稻需在当前水平上增产20%才能满足因人口增长对粮食的需求[3]。然而，目前水稻等主要粮食作物的实际产量已接近或达到气候产量潜力的80%[4-5]，进一步提高单产已比较困难，在扩大耕地面积受到限制的条件下提高复种指数已成为我国未来粮食增产的主要途径[6]。发展双季稻生产不仅有利于保障我国稻米安全供给，而且还有利于充分利用农作资源和提高农业生产效益[7]。湖北省地处北亚热带季风气候区，水热资源丰富，是我国水稻生产大省，常年水稻种植面积在213万公顷以上[8]，目前适宜种植双季稻的面积约有80万公顷，1995年双季稻种植总面积达到140余万公顷[9]。近20余年来，由于受农村劳动力短缺和种粮效益较低等因素的影响[10]，全省双季稻区“双转单”趋势明显，双季稻面积持续萎缩[9,11]，而扩大种植规模是增强本省双季稻生产优势的关键[11]。然而，在双季稻生产中如播期安排或品种选择不当，二季晚稻在抽穗扬花期极易遭受“寒露风”等低温的危害，造成授粉受精障碍和结实不良而导致严重减产[12-13]。确定各类品种的安全齐穗期是合理安排二季晚稻播栽期的重要依据。同时，为应对水稻生产中存在的一系列挑战，在湖北省水稻生产中品种优化以及机械化、轻简化等生产技术近年来也得到快速发展[8]。随着直播和机插秧等轻简化栽培技术的推广，二季晚稻的安全齐穗问题更为突出[14-15]，迫切需要加强研究。【前人研究进展】水稻安全齐穗期通常是指在80%以上的年份齐穗可以避开低温影响的日期[16]，其低温标准为安全抽穗扬花的下限温度。一般认为，晚籼稻安全齐穗下限温度为齐穗前连续3 d日均温不低于22 ℃，耐寒性较弱的晚粳稻安全齐穗下限温度为齐穗前连续3 d日均温不低于20 ℃，而耐寒性较强的晚粳稻安全齐穗下限温度则为齐穗前连续4 d日均温不低于20 ℃[17-18]。吕川根等[19]研究认为，常规水稻品种安全开花的日均温下限在20.1—24.2 ℃，而亚种间杂交种因耐寒性较弱，安全开花日均温下限较常规品种平均值高2.0 ℃。娄伟平等[20]以籼粳交品种协优9308为材料研究表明，抽穗前3—7 d安全齐穗下限温度为22.8 ℃。关于湖北省晚稻的安全齐穗期，据1961年丁颖推算，武汉市籼稻最迟安全齐穗期在9月15—20日[18]。1964年，湖北省农业厅将本省晚稻安全齐穗期定为9月20日之前。游艾青等[9]认为，江汉平原晚粳稻的最迟安全齐穗期在9月14—22日，湖北中部丘陵岗地在9月中旬以前。2017年，徐莎莎等[18]根据近30年的气象资料通过模型推算出，湖北省耐寒性较弱的籼稻安全齐穗期在9月21日之前，耐寒性强的粳稻在9月27日之前。【本研究切入点】关于晚稻安全齐穗下限温度以及湖北省二季晚稻的安全齐穗期，不同研究者得出的结论存在差异。同时，湖北省不同地区的二季晚稻安全齐穗期尚未明确，目前生产上仍普遍采用9月10—15日作为其晚稻的安全齐穗期，不利于各地合理布局和安排双季稻生产。随着全球气候变迁，各地气温呈明显升高趋势，晚稻的安全齐穗期较以往呈现出后推的迹象[16-18,21]。而且，水稻生产中所用品种和种植方式也在不断变化[8]，可能导致各地晚稻安全齐穗期发生改变[15]。因此，明确适宜不同地区和种植方式的晚稻安全齐穗温度及其安全齐穗期，对于在新形势下充分利用农作资源发展双季稻生产具有重要意义，但在湖北省尚缺乏相关的系统性研究。【拟解决的关键问题】以适宜湖北省双季稻区不同种植方式的不同类型二季晚稻品种为材料开展多年多点多播期试验，通过分析抽穗期温度与结实率的关系，明确不同类型品种的安全齐穗下限温度；通过分析近30年气象资料，确定湖北省不同双季稻区二季晚稻的安全齐穗期，为各地合理布局和安排双季稻生产提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以湖北省双季稻区当前主栽的和适宜本地区种植的二季晚稻品种为材料，品种信息见表1。其中，粳稻品种3个、籼稻品种2个、籼粳交品种1个；淮稻5号（HD5）和A优442（AY442）为适宜直播的品种，其余为适宜机插秧的品种。

表1 试验品种及类型

1.2 试验地点

试验于2020年和2021年在湖北省咸宁赤壁市、荆州公安县、武汉洪山区、黄冈团风县、孝感孝昌县5个试验点进行，试验点地理位置和信息见表2。各试验点土壤肥力均处于当地中等水平。

表2 试验点地理位置及海拔高度

1.3 气象资料

各试验点试验期间日均温处于5—35 ℃。其中，2020年各试验点不同品种齐穗期平均气温介于19.4—24.7 ℃，平均最低气温为17.9—21.6 ℃，平均最高气温21.5—29.8℃；2021年各试验点不同品种齐穗期平均气温介于24.2—29.2 ℃，平均最低气温为19.8—24.7 ℃，平均最高气温29.3—35.0 ℃（图1）。试验期间气温由各试验点安装的自动气象站或自动温度记录仪监测。

1.4 试验方法

1.4.1 田间试验 按品种×播期双因素试验设计，相同品种两年种植方法一致。2020年种植4个品种（HD5、EW17、EG403和YY2640），2021年种植5个品种（HD5、EW17、YY2640、AY442和XY447）。除2021年武汉点外，其他试验点均设置3个播期。其中，直播法种植的播期分别为7月5日（第1期，SD1）、7月15日（第2期，SD2）、7月25日（第3期，SD3）；2021年在武汉点另增第4播期（SD4）：8月4日。育秧移栽法种植的播期分别为6月18日（第1期，SD1）、6月28日（第2期，SD2）、7月8日（第3期，SD3）；2021年在武汉点另增第4播期（SD4）：7月18日。各试验点每品种每个播期种植一个小区，面积10 m2。同一试验点内不设重复。2020年5个试验点共60个小区，2021年5个试验点共80个小区。

直播品种（HD5和AY442）按湿直播法种植，播种量为60 kg·hm-2。全生育期施氮量为225 kg N·hm-2，氮磷钾施肥比例为N﹕P2O5﹕K2O=1﹕0.45﹕0.7。氮肥45%作基肥，25%作分蘖肥，20%作促花肥，10%作保花肥；磷肥全部作基肥；钾肥64.3%作基肥，35.7%作穗肥。育秧移栽法种植品种（直播品种外的其余品种）按当地习惯法育秧，秧龄18 d；大田移栽密度为23.3 cm×13.3 cm，常规品种每穴4本，杂交品种每穴2本；大田全生育期施氮量为225 kg N·hm-2，氮磷钾施肥比例为N﹕P2O5﹕K2O=1﹕0.5﹕1。氮肥50%作基肥，30%作分蘖肥，20%作穗肥；磷肥全部作基肥；钾肥分两次施入，基肥和穗肥各占50%[7]。

1.4.2 盆栽模拟低温试验 2021年因秋季低温来临迟，故于武汉试验点从田间挖取处于孕穗期且长势一致的EW17、YY2640、XY447第3播期以及HD5、AY442第4播期的植株，带泥移栽至试验盆（上口直径25 cm，下口直径22 cm，高28 cm）中，在接近抽穗时移入玻璃温室中采用空调进行模拟低温处理，处理期间应用自动温度记录仪每15 min记录一次实际温度。每品种8盆，每盆种植1株（穴）。处理期间试验盆维持4 cm左右的水层。每盆材料在模拟低温下完成抽穗后及时移出室外，在自然条件下继续培养。各品种低温处理时间及温度见表3。

表3 室内模拟低温处理时间及温度（2021年）

图1 两年各试验点日平均温度

Fig. 1 Daily mean air temperature at different experimental sites in the 2 years

1.5 调查测定项目及方法

准确记载各品种不同播期的生育期，于成熟期在大田试验每小区取典型10株调查结实率及单株产量；收获盆栽模拟低温试验所有植株调查结实率。

1.6 数据计算和统计分析方法

应用SPSS20.0统计软件进行方差分析和回归分析，采用Duncan’s多重比较检验不同处理间数据差异显著性。数据以平均值±标准误表示。根据结实率与齐穗前4 d平均温度，建立各类品种结实率对温度的二次回归方程，求得各类品种最适齐穗前温度及最适温度下结实率。由于计算得到各类品种在最适温度下平均结实率均低于80%，本研究采用吕川根等[19]的相对结实率标准，即以结实率降低到最适温度下结实率的82%时的温度作为各类品种安全齐穗下限温度。以确定的各类品种安全齐穗下限温度为标准，根据近30年（1991—2021）气象资料计算齐穗前连续4 d日均气温≥安全齐穗下限温度的概率作为安全齐穗保证率，应用Origin软件绘制湖北省双季稻区各县（市）不同类型二季晚稻品种9月逐日齐穗风险图。

2 结果

2.1 不同播期下各品种齐穗期变化

各试验点不同品种齐穗期均随播期的推迟而延迟，在籼稻品种中AY442的变化较大，粳稻品种中HD5的变化较大，籼粳交品种的变化处于各品种中间水平（表4）。在两年试验中，除2021年咸宁试验点的HD5第2播期在9月21日齐穗外，其余品种的第1和第2播期处理在各试验点均能在9月20日前齐穗。在第3播期下，2020年仅黄冈试验点的HD5、荆州试验点的EG403以及武汉、黄冈和孝感试验点的YY2640在9月20日前齐穗；在2021年试验中，仅荆州、武汉和黄冈试验点的EW17和YY2640，以及各试验点的XY447在9月20日前齐穗。武汉试验点2021年第4播期的所有品种均在9月22日以后齐穗，其中最迟的品种AY442在10月12日齐穗（表4）。

表4 不同地点各品种不同播期的齐穗期

SD1、SD2、SD3、SD4分别代表第1、第2、第3和第4播期SD1, SD2, SD3 and SD4 represent the treatment of sowing date 1, 2, 3 and 4, respectively；“na”表示无数据“na” indicates not applicable。下同The same as below

2.2 不同播期下各品种单株产量及其构成

图2显示，直播品种HD5和AY442的5个试验点平均单株产量显著低于育秧移栽品种的平均单穴产量。在育秧移栽品种中，相同播期下5个试验点的平均单穴产量均以YY2640最高。在2020年试验中，YY2640平均单穴产量随播期的推迟而显著降低，其余品种第1和第2播期的产量差异不显著，但均显著高于第3播期的平均产量。在2021年试验中，随着播期推迟各品种平均单株（穴）产量均呈下降趋势，但除YY2640外其余品种前3个播期的平均单株（穴）产量差异不显著；YY2640的第2和第3播期平均单穴产量差异不显著，但显著低于第1播期。在武汉点第4播期下，HD5的单株产量仅显著低于第1播期的5点平均产量，而其余品种的单株（穴）产量均显著低于前3个播期的5点平均产量（图2）。

2021年SD4处理仅为武汉试验点产量The data of SD4 in 2021 are the yield only at experimental site of Wuhan。同一品种不同小写字母表示不同播期处理在P＜0.05水平差异显著Different letters in lowercase indicate significant difference between various sowing date treatments in the same cultivar at P＜0.05 level

表5为各品种不同播期下单株（穴）产量构成因素5个试验点平均值。在2020年试验中，HD5和EG403的3个播期的单株（穴）有效穗数差异不显著，但EW17和YY2640第3播期的单穴有效穗数显著低于第1和第2播期。HD5和EW17第1和第2播期的每穗总颖花数差异不显著，但第3播期的每穗总颖花数显著降低；EG403第2和第3播期的每穗总颖花数差异不显著，但二者显著低于第1播期；YY2640的每穗总颖花数随着播期的推迟而呈先升后降趋势，第3播期显著低于第1和第2播期。随着播期的推迟，各品种每穗实粒数均呈降低趋势，第3播期显著低于第1播期。HD5和YY2640的结实率随着播期的推迟均呈降低趋势，第3播期显著低于第1和第2播期；EW17和EG403的结实率则随播期的推迟而呈先升后降趋势，第3播期显著低于第2播期。随着播期的推迟，HD5和YY2640的千粒重呈降低趋势，第3播期显著低于第1播期；EW17和EG403的千粒重呈先升后降趋势，在EW17中第1和第3播期显著低于第2播期，而在EG403中不同播期间差异未达显著水平（表5）。

在2021年试验的前3个播期中，AY442的平均单株有效穗数随着播期的推迟而呈增加趋势，第3播期显著高于第1播期，而其余品种不同播期的单株（穴）有效穗数差异不显著。EW17、AY442和XY447前3个播期的平均每穗总颖花数差异不显著，但HD5和YY2640第3播期的每穗总颖花数显著低于第1播期。所有品种前3个播期的平均每穗实粒数、结实率和千粒重均随播期的推迟而下降，且第3播期显著低于第1播期。与前3个播期的5点平均值比较，在武汉点第4播期下，HD5单株有效穗数与前3个播期差异不显著，AY442的单株有效穗数显著高于第1、第2播期但与第3播期差异不显著，其余品种的单穴有效穗数较前3个播期均有不同程度的降低；HD5每穗总颖花数显著低于前2个播期，EW17每穗总颖花数与前3个播期差异不显著，而其余品种的每穗总颖花数不同程度地高于前3个播期；HD5、EW17、AY442的每穗实粒数显著低于前3个播期，YY2640和XY447的每穗实粒数显著低于前2个播期。武汉点所有品种第4播期的结实率，以及除EW17外其余品种的千粒重均显著低于前3个播期的5点平均值（表5）。

对两年试验中不同品种的单株（穴）产量与各产量构成因素进行相关性分析，结果表明，单株（穴）产量与结实率相关性最强，达到极显著（＜0.01）正相关（表6）。

2.3 环境温度与不同类型品种结实率的关系

综合两年5点大田试验以及模拟低温试验的3类品种结实率与齐穗前4 d平均温度关系，建立二次曲线方程，方程均达到极显著（＜0.01）水平（图3）。

依据上述二次曲线方程求得不同类型品种最适齐穗温度，并参考吕川根等[19]的相对结实率标准求得安全齐穗下限温度，二者均表现为籼稻品种＞籼粳交品种＞粳稻品种，其中籼粳交品种与籼稻品种差异很小；在最适温度下不同类型品种的结实率表现为粳稻品种＞籼粳交品种＞籼稻品种，但三者差异不大（表7）。

表5 各品种不同播期单株（穴）产量构成因素5个试验点平均值

2021年SD4处理仅为武汉试验点数据The data of SD4 in 2021 are obtained only at experimental site of Wuhan。“na”表示无数据（因该处理种子未能成熟）“na” indicates not applicable because grains failed to mature in the treatment。同一品种不同小写字母表示不同播期处理在＜0.05水平差异显著Different letters in lowercase indicate significant difference between various sowing date treatments in the same cultivar at＜0.05 level

表6 不同品种单株（穴）产量与结实率的相关系数

图3 不同类型品种结实率与齐穗前4 d平均温度的关系

Fig. 3 Relationship of grain-setting rates of different types of cultivars and mean daily temperature in the 4 days prior to full heading

表7 不同类型品种齐穗前4 d最适温度、安全齐穗下限温度和最适温度下结实率

2.4 湖北省双季稻区不同类型二季晚稻品种的安全齐穗期

依据表7确定的不同类型品种的安全齐穗下限温度，以及湖北省传统双季稻区各县（市、区）近30年9月份的气象资料，以各品种齐穗前连续4 d日均温≥下限温度的概率为保证率，制作湖北双季稻区各县（市、区）不同类型晚稻品种在9月5—30日齐穗风险图，以保证率＞80%的日期为最迟安全齐穗期。由图4可知，不同地区晚粳稻最迟安全齐穗期在9月22—28日；其中，在湖北东南地区（含武汉和鄂州）为9月25—28日，以新洲和黄陂区最早，通城县和阳新县最迟；在东部地区为9月23—27日，以红安县最早，其次为麻城市，其他县（市、区）差异不大；在江汉平原为9月25—27日，钟祥市、京山市和荆门东宝区为9月25日，其余县（市、区）均为9月27日；在北部地区为9月22—26日，以宜城市和大悟县最早，汉川市和当阳市最迟。

不同地区籼粳交晚稻品种最迟安全齐穗期在9月7—20日；其中，在湖北东南地区为9月17—20日，以崇阳县和新洲区最早，阳新县最迟；在东部地区为9月14—20日，以麻城市和红安县最早，黄梅县和武穴市最迟；在江汉平原为9月10—18日，以钟祥市最早，石首市和洪湖市最迟；在北部地区为9月7—17日，以宜城市最早，汉川市最迟（图4）。

不同地区晚籼稻最迟安全齐穗期在9月7—19日。其中，在湖北东南地区为9月16—19日，以赤壁市和黄陂区最早，阳新县最迟；在东部地区为9月13—19日，以麻城市和红安县最早，黄梅县最迟；在江汉平原为9月10—17日，以钟祥市最早，石首市和监利县最迟；在北部地区为9月7—15日，以宜城市最早，应城市、汉川市和孝南区最迟（图4）。

3 讨论

3.1 不同类型晚稻品种生育进程和产量形成对播期的反应

本研究显示，随着播期的推迟所有试验品种的抽穗时间均呈延迟趋势。水稻是起源于热带的短日照喜温作物[22-23]，其生殖发育的启动除了受光周期的调控外还需要一定的积温[22]。迟播导致二季晚稻生殖生长期处于低温环境下，因而其幼穗分化和抽穗开花期延迟。可能因不同基因型品种的生殖发育对光周期和积温及其二者互作的反应不同[22]，在本研究的不同品种、不同地点以及不同年份中迟播导致抽穗延迟的幅度存在较大的差异。其中，EW17抽穗时间变化相对较小，说明其感光性较强，作为二季晚稻种植有利于把握生育进程和合理安排播期，以避开生殖生长期低温的危害。

播期对二季晚稻的产量形成具有重要影响[24]。在本研究的两年试验中，除YY2640外其余品种的第1和第2播期平均单株（穴）产量差异均不显著，2021年所有品种第3播期的产量与第2播期也差异不显著。然而，在2020年试验中，由于秋季低温来临较早，各品种第3播期的平均单株（穴）产量显著低于前两个播期。2021年武汉点第4播期的平均单株（穴）产量也显著降低。在迟播条件下，所有品种的结实率和千粒重均不同程度降低。吕川根等[19-20,25]研究表明，生殖生长期低温由于影响水稻幼穗分化和开花结实，从而导致稻穗一次枝梗和二次枝梗数、颖花数、结实率和千粒重降低。在本研究育秧移栽品种中，2020年第3播期和2021年第4播期的单穴有效穗数降低，说明播期过迟还影响二季晚稻分蘖及分蘖成穗。然而，在本研究中迟播对直播品种的单株有效穗数未造成显著影响。本研究中直播品种的营养生长期短，单株有效穗较少，说明其主要依赖早期分蘖成穗，因而受后期低温的影响较小。在本研究中，迟播造成籼稻和籼粳交品种的产量降幅大于粳稻品种。粳稻品种因具有较强的耐寒性[22]，作为二季晚稻种植更有利于保障双季稻安全生产[26]。另外还发现，2021年因秋季出现高温天气，同一品种相同播期的产量相较于2020年均有增加，且以YY2640增幅较大，表现为每穗实粒数和千粒重同步增加。由此可见，迟播对二季晚稻产量的影响程度与秋季低温来临时间和品种对低温的敏感性有关。

3.2 不同类型晚稻品种安全齐穗下限温度及低温对水稻结实的影响

大量研究表明，抽穗扬花期低温所导致的结实率降低，是晚稻减产的重要障碍因子[25,27]。本研究也获得相同的结论。虽然水稻生殖生长各阶段都对低温敏感[12,22]，但在二季晚稻生产中因前期气温较高，抽穗扬花期是最易遭受低温危害的时期，其中齐穗前2—4 d对低温最为敏感[27]。本研究表明，各类品种的结实率与齐穗前4 d气温关系更为密切。关于晚稻安全齐穗下限温度，目前较普遍接受的是高亮之等[28]建立的标准，即籼稻为22 ℃，耐寒性较弱的粳稻为20 ℃，耐寒性强的粳稻为19 ℃。吕川根等[19]研究显示，晚稻结实率与环境温度呈直线回归关系，并以结实率≥85%的温度为适宜温度，以结实率为70%即降低到适宜温度下结实率的82%时的温度为安全齐穗下限温度，计算出亚种间杂交品种的安全齐穗下限温度在22.6—26.2 ℃，较常规品种平均高2.0 ℃；娄伟平等[20]以此标准计算出籼粳交品种协优9308安全齐穗下限温度为22.8 ℃。本研究表明，各类品种结实率与齐穗前4 d平均温度呈良好的二次曲线关系。本研究是在气温差异较大的两年中开展多点大田试验，并结合对盆栽材料进行人工模拟低温处理，从而拓宽了试验温度的变异范围，研究结果可能更符合客观规律。由于依据拟合方程计算出各类品种最适温度下结实率均低于80%，本研究采用吕川根等[19]的相对结实率为标准，计算出各类品种安全齐穗下限温度，结果显示，粳稻的安全齐穗下限温度较高亮之等[28]确定的耐寒性较弱的粳稻标准低0.4 ℃，而籼稻则高0.4 ℃，与吕川根等[19]的研究结果相近。本研究的籼粳交品种的安全齐穗下限温度与籼稻品种较为接近，但较娄伟平等[20]的结果低0.6 ℃。不同研究者的结果差异究竟是品种基因型差异所致，还是栽培环境不同造成的，尚需进一步研究。

深入探讨生殖生长期低温对水稻结实的影响机制，对于二季晚稻耐寒栽培调控具有重要意义[22]。大量研究发现，低温对作物雄性生殖器官的影响大于雌性生殖器官[12,22]。在水稻花粉发育的不同阶段出现低温，花药呼吸作用降低并影响其物质和能量代谢，导致花药中蛋白质降解或变性[22]；花药绒毡层因异常肿胀、空泡化以及程序性细胞死亡（PCD）受抑而功能紊乱，细胞壁结合的酸性转化酶活性受损而限制花粉中淀粉的积累，从而导致花粉败育[22,29]。低温还造成花药缩小和花粉量不足[22-23]。抽穗扬花期低温则导致抽穗不畅、颖花不开放、花药不开裂或开裂度小，从而导致授粉受精失败，造成籽粒败育[22,30]。受精后低温导致子房生长或灌浆受阻，也可造成籽粒败育或粒重下降[22]。水稻等植物花器官分化、配子体发育以及开花、授粉受精和灌浆结实等一系列复杂过程都受到植物激素及其平衡关系的调节[22-23,31]。在低温胁迫下水稻小穗内源激素代谢发生显著变化，进而影响其成功结实。然而，低温对不同类型晚稻品种结实的具体作用途径和机制尚需进一步探讨。

3.3 湖北省双季稻区二季晚稻安全齐穗期

依据本研究确定的标准，计算出湖北省传统双季稻区晚籼稻品种的安全齐穗期为9月19日之前，粳稻品种为9月28日之前，与徐莎莎等[18]推算的结果比较接近，分别比传统安全齐穗期标准推迟9和13 d。张祖建等[16-17]也研究发现，由于气温的升高，近几十年来各地晚稻安全齐穗期普遍有所延迟，为扩大双季稻种植范围提供了条件。籼粳交品种为近年来在本省推广的高产新品种类型，本研究显示，其安全齐穗期与籼稻品种相近。然而，本研究还显示，湖北省不同地区的晚稻安全齐穗期存在较大差异，并由南至北呈逐渐提前的趋势，其中粳稻品种因耐寒性较强在地区间相差较小，为6 d，籼稻品种在地区间相差12 d，籼粳交品种在地区间相差13 d。张祖建等[16]在江苏省的晚粳稻安全齐穗期研究中也得出类似的结论。因此，根据不同地区的气候条件选择适宜品种并合理安排播种期对于二季晚稻安全生产尤为重要。由于湖北省处于我国双季稻区的北缘，本研究所确定的晚稻安全齐穗期对于指导我国双季稻区二季晚稻的安全生产也有一定的借鉴意义。需要指出的是，本研究仅选用6个适宜湖北省种植的二季晚稻品种进行试验，本研究的结论是否适用于其他品种，尚需针对性地开展试验。

4 结论

在不同播期下二季晚稻的齐穗期和单株（穴）产量变化显著，抽穗扬花期低温导致结实率降低是迟播下产量降低的主要原因。不同类型晚稻品种的结实率与齐穗前4 d平均气温呈二次曲线关系。依据拟合方程，以齐穗前4 d平均温度确定粳稻、籼稻和籼粳交品种的安全齐穗下限温度分别为19.6、22.4和22.2 ℃。湖北省双季稻区二季晚稻最迟安全齐穗期，粳稻品种在9月22—28日，籼稻品种在9月7—19日，籼粳交品种在9月7—20日，但不同地区间差异较大，由南向北呈逐渐提前的趋势。根据各地气候条件选择适宜的品种并安排合理的播期，是保障二季晚稻安全生产的重要技术条件。

致谢：湖北省历史气象资料由湖北省气象局服务中心提供，武汉试验点试验期间气象资料由华中农业大学凌霄霞博士提供。在此一并表示感谢！

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Critical lowest temperature for the safe heading of various types of late-season rice cultivars and the safe dates for their full heading in different double-season rice cropping regions of Hubei Province

LI Yi1, LU JianXin2, CAO Peng3, ZHOU Dengwen2, LIU Jimin4, TIAN Pingping5, CAI Mingli1, CAO Cougui1, YANG Tewu1

1College of Plant Science and Technology/Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in the Middle Reaches of the Yangtze River, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070;2Jingzhou Agricultural Technology Extension Center, Jingzhou 434020, Hubei;3Hubei Agricultural Technology Extension Station, Wuhan 430070;4Agricultural Technology Extension Center of Xiaochang County, Xiaogan 432900, Hubei;5Agricultural Technology Service Center of Zhangtiansi Township, Gongan County, Jingzhou 434324, Hubei

【Objective】The objective of this study is to determine the critical lowest temperature for the safe heading of various types of late-season rice cultivars and the dates for their safe full heading in different double-season rice production regions of Hubei Province, and to provide guidelines for the rational layout and scientific arrangement of double-season rice production in different regions.【Method】Different types of late-season rice cultivars including,and-hybrid those are suitable for different cropping methods in the double-season rice cropping regions of Hubei Province were used as materials and a multi-site field experiment with various sowing dates was conducted at Chibi City, Xianning, Gongan County, Jingzhou, Hongshan District, Wuhan, Tuanfeng County, Huanggang, and Xiaochang County, Xiaogan, Hubei Province, respectively, in 2020 and 2021. Meanwhile, simulated low-temperature treatment was imposed to the potted plants during booting and heading in a pot experiment. The grain-setting rate and grain yield per plant or hill were investigated and the relationship between grain-setting rate and air temperature prior to full heading was analyzed. The critical lowest temperature for their safe heading of various types of cultivars was determined using the temperature under that the grain-setting rate was reduced to 82% of that under the optimum temperature. Furthermore, the daily risk maps for the full heading of different cultivar types in September were drawn based on the meteorological data in the past 30 years in various double-season rice cropping regions of Hubei Province. The latest safe dates for full heading of various types of cultivars in different double-season rice cropping regions were determined as the injury from low temperature to their heading can be avoided in more than 80% of years.【Result】With the delay of sowing date, the heading date of various cultivars was delayed. The grain yield per plant or hill decreased significantly under late sowing conditions. Grain-setting rate, a determinant factor that affects the yield of individual plant or hill, was quadratically related to the mean daily temperature in the 4 days prior to full heading. The critical lowest temperature for the safe heading in the 4 days prior to full heading was 19.6 ℃ forcultivars, which was 0.4 ℃ lower than the conventional standard; and 22.4 ℃ forcultivars, which was 0.4 ℃ higher than the conventional standard; and 22.2 ℃ for-hybrid cultivars, which was close to that ofcultivars. The latest safe date for the full heading of late-season,and-hybrid cultivars was September 25-28, 16-19 and 17-20 in southeastern Hubei; September 23-27, 13-19 and 14-20 in eastern Hubei; September 25-27, 10-17 and 10-18 in Jianghan Plain; September 22-26, 7-15 and 7-17 in northern Hubei, respectively.【Conclusion】The safe date of full heading for late-season rice differed much among various cultivar types and in different double-season rice cropping regions of Hubei Province. It showed a trend that became earlier from south to north in Hubei Province, and was earlier forcultivars than forcultivars. The latest safe date of full heading for-hybrid cultivars was close to that forcultivars. It is of importance to select suitable cultivars and arrange reasonable sowing dates according to the local climatic conditions and cultivar characteristics for the safe production of late-season rice. Plantation usingcultivars is helpful to combat the damage from low temperature during heading and flowering in the late-season rice production.

late-season rice; safe heading; low temperature; grain-setting rate; grain yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.006

2022-12-25；

2023-02-15

国家重点研发计划（2017YFD0301402）

李仪，E-mail：793115878@qq.com。通信作者杨特武，E-mail：yangtewu@mail.hzau.edu.cn

（责任编辑 杨鑫浩，岳梅）