不同播期温光条件对籼稻产量和品质的影响

樊一凡，张艳艳，王艺媚，李俊周，杜彦修，孙红正，彭 廷，赵全志，2，张 静

（1.河南农业大学 农学院/河南省水稻生物学重点实验室/水稻河南省工程实验室，河南 郑州 450046；2.贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025）

稻米是我国1/2 以上人口的主食[1]。随着我国经济的快速发展，水稻产量不断提升，同时，人们对稻米品质的要求也越来越高。因此，高产优质稻米的生产对稳定粮食供求关系、增加农业经济效益具有重要作用。稻米品质包括加工品质、外观品质、蒸煮品质、营养品质等，是目前水稻研究的热点方向之一[2-3]。马义虎等[4]通过开展播期试验发现，浙东南地区籼粳杂交稻甬优1540 和杂交籼稻泰两优217 的产量主要受齐穗—成熟期的温光资源调控，而品质与齐穗后20 d 至成熟阶段的温光资源关系密切。河南省水稻主要种植在南部的信阳、南阳等市，被称为豫南稻区，位于河南、湖北、安徽三省交界处，属于亚热带湿润季风性气候，生产上以杂交籼稻为主，具有明显的过渡性特征，也具有发展水稻生产的优越生态条件[5]。为保障粮食安全，引进或选育丰产优质的籼稻品种是当地农户增产增收的重要途径。孙建军等[6]对豫南沿淮稻区麦茬后种植迟熟中籼和中熟中粳品种水稻的播期研究发现，不同品种类型水稻产量随播期推迟逐渐下降。水稻的产量和品质不仅与遗传因素有关，还受到种植地区环境条件的调控，不同种植环境会引起水稻产量和品质形成发生变化。因此，适宜的播期是保障水稻高产和优质的关键环节。目前，关于播期对水稻产量和品质的影响研究主要集中于产量、品质等方面，同时研究产量、品质和关键气候影响因子的报道较少[4，7]，且不同地区温光资源差异明显，使得稻米品质形成的主导气候因子因地而异。前人关于豫南稻区播期的研究多以粳稻为主[8-9]，而由播期引起的温光条件差异对籼稻产量和品质的影响及关键气候因子尚不明确。为此，在豫南稻区以3 个中籼杂交水稻品种为试验材料，设置5 个播期为水稻生长创造不同的温光条件，探究不同播期对豫南稻区籼稻产量和稻米加工品质、外观品质、营养品质、蒸煮品质的影响，进一步明确豫南稻区高产优质稻田温光资源配置特征，以期为豫南稻区籼稻高产优质栽培管理提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2019—2020 年在信阳市平桥区甘岸街道二郎村（114°01'E、32°18'N）河南农业大学水稻生产基地进行。试验田位于淮河以南，属亚热带湿润季风性气候，年均日照时间1 900～2 100 h，年平均气温15.1～15.3 ℃，年均无霜期225 d，年均降雨量900～1 400 mm。2019 年和2020 年水稻大田生长阶段的温度和光照强度变化如图1 所示，5—7 月温度总体上呈逐渐上升的趋势，最高值出现在7 月下旬—8 月上旬，8 月下旬—11 月下旬温度呈下降趋势。总体上，2019 年5—7 月温度高于2020 年同期。光照强度出现最高的时期与温度一致，也在7月下旬—8月上旬。土壤类型为水稻土，pH值为6.41，有机质含量为29.29 g/kg，全氮含量为1.00 g/kg，碱解氮含量为56.74 mg/kg，速效磷含量为16.51 mg/kg，速效钾含量为139.3 mg/kg。

图1 2019年和2020年水稻生长阶段的温度和光照强度Fig.1 Temperature and light intensity at rice growth stages in 2019 and 2020

供试水稻品种为兆优5431（籼型三系杂交水稻）、中浙优8号（迟熟籼型三系杂交水稻）和Y 两优900（籼型两系杂交水稻）。供试氮肥为尿素（含N 46%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%），磷肥为过磷酸钙（含P2O512%）

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，播期为主区，分别为4 月15 日（T1）、4 月30 日（T2）、5 月15 日（T3）、5 月30 日（T4）和6 月14 日（T5），品种为副区，3 次重复，小区面积为20 m2。采用塑料穴盘育秧，秧龄为20 d 时，单苗移栽，移栽密度为30 cm×20 cm。氮肥（以纯N计）施用量为150 kg/hm2，按基肥∶分蘖肥∶穗肥为4∶4∶2 的比例施用；磷肥（以P2O5计）施用量为450 kg/hm2，全部作基肥施用；钾肥（以K2O 计）施用量为300 kg/hm2，按基肥∶穗肥为5∶5 的比例随着氮肥一并施用。其他大田管理同当地高产田常规栽培管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量 成熟期，收获5 m2长势均匀具有代表性的植株，脱粒后晒干，称质量，并测定谷物含水量，按照13.5%的标准含水量来计算产量。

1.3.2 稻米品质 稻谷贮藏3 个月后测定稻米品质。参照国家标准GB/T 17891—2017《优质稻谷》测定稻谷的糙米率、精米率、整精米率。使用CanoScan 5600F 扫描仪测定稻米的垩白粒率、垩白度、长宽比。稻米的直链淀粉含量参照国家标准GB/T 15683—2008《稻米直链淀粉含量的测定》测定；蛋白质含量以全氮含量乘以6.25 进行换算，全氮含量采用浓硫酸-双氧水消煮样品、连续流动分析仪AA3进行测定。

1.3.3 温光条件 采用WatchDog 2000 自动气象记录仪记录2019 年和2020 年水稻抽穗至成熟阶段逐日的温度、光照时间、光照强度，计算抽穗至成熟阶段的积温、累积光照时间、累积光照强度。

1.4 数据处理

使用Excel 2016 进行数据初步整理及分析；使用SPSS 25.0 中Duncan’s 新复极差法进行差异显著性分析；使用R Studio 4.1.0 软件的vegan 包进行冗余分析（RDA）及作图，使用hier.part 包进行解释率分析及作图。

2 结果与分析

2.1 不同播期对籼稻产量的影响

从表1可以看出，播期、品种、年份、播期与品种互作、播期与年份互作及播期、品种、年份互作均对籼稻产量有极显著影响。随着播期的推迟，3 个籼稻品种2 a 的平均产量均呈现先升高后降低的趋势，2019 年表现为T2＞T1＞T3＞T4＞T5，T2 处理与T1和T3 处理差异不显著，但显著高于T4 和T5 处理，增幅分别为37.9%和129.4%，T5处理显著低于其他处理；2020 年表现为T3＞T2＞T1＞T4＞T5，T3 处理与T1 和T2 处理差异不显著，但显著高于T4 和T5 处理，增幅分别为24.0%和279.5%，T5 处理显著低于其他处理。不同品种间比较，3 个籼稻品种的产量在2019年和2020年的T1、T2和T4处理下均无显著差异；2019年在T3处理下，兆优5431的产量显著高于中浙优8 号，而在T5 处理下，兆优5431 的产量显著低于Y 两优900 和中浙优8 号；2020 年在T5 处理下，Y 两优900 的产量最高，兆优5431 次之，中浙优8 号最低，三者差异显著；2 a 均为T2 处理的Y 两优900 产量最高。2019 年和2020 年，随着播期的推迟，Y两优900减产幅度最小，兆优5431产量变化幅度较大。综上，3个籼稻品种在T2和T3处理下产量较高，Y两优900随播期推迟减产幅度最小。

表1 不同播期对籼稻产量的影响Tab.1 Effects of different sowing dates on yield of indica rice

2.2 不同播期对籼稻稻米加工品质的影响

从表2可以看出，播期、品种、播期与品种互作、播期与年份互作、品种与年份互作均对籼稻糙米率有极显著的影响，播期、品种、年份、播期与品种互作均对精米率有极显著的影响，播期、品种、年份及彼此间互作均对整精米率有极显著的影响。2019年和2020 年3 个籼稻品种的平均糙米率均为T3 处理最高，T5处理最低，T3处理较T5处理分别显著提高7.3%和7.2%。2019 年在T3 处理下，3 个籼稻品种糙米率差异不显著；2020 年在T3 处理下，Y 两优900 糙米率显著高于兆优5431；2 a 在T5 处理下均为中浙优8 号糙米率最高。2019 年3 个籼稻品种的平均精米率以T2 处理最高，2020 年以T3 处理精米率最高，2 a 均以T5 处理精米率最低，2019 年T2 处理比T5 处理高6.8%，2020 年T3 处理比T5 处理高6.9%；总体上，2019 年Y 两优900 精米率最高，2020年中浙优8 号精米率最高。2019 年和2020 年3 个籼稻品种的平均整精米率均以T2 处理最高，T5 处理最低，T1、T2、T3、T4 处理间差异不显著，2019 年分别较T5 处理提高17.9%、32.1%、27.0%、32.1%，2020 年分别较T5 处理显著提高79.9%、83.9%、82.0%、56.7%；总体上，2019 年Y 两优900 的整精米率高于另外2 个品种，2020 年T1 和T5 处理Y 两优900 整精米率最高，T2、T3、T4 处理中浙优8 号整精米率最高。随着播期的推迟，Y 两优900 的整精米率减幅最小。综上，T2 和T3 处理稻米加工品质较好，T5处理稻米加工品质最差。

表2 不同播期对籼稻稻米加工品质的影响Tab.2 Effects of different sowing dates on milling quality of indica rice %

2.3 不同播期对籼稻稻米外观品质的影响

由表3可以看出，播期、品种、年份、播期与品种互作、播期与年份互作及播期、品种、年份互作均对籼稻稻米垩白粒率和垩白度有极显著的影响，品种、年份、品种与年份互作、年份与播期互作及播期、品种、年份互作均对长宽比有极显著的影响。随着播期的推迟，3 个籼稻品种稻米平均垩白粒率和垩白度均呈现先下降后上升的趋势，2019 年和2020 年垩白粒率和垩白度均以T2 处理最低，T5 处理最高；2 a T2 处理垩白粒率分别比T5 处理降低69.9%和77.6%，T2 处理垩白度分别比T5 处理降低69.8%和85.2%。对比3 个籼稻品种，2019 年T1、T3、T4 处理兆优5431 的垩白粒率最低，T2 和T5 处理中浙优8 号最低；2020 年T1、T2、T3 处理兆 优5431 的垩白粒率最低，T4、T5 处理Y 两优900 最低。2019 年和2020 年不同播期处理间长宽比差异不显著，不同品种间差异显著，且均为兆优5431 长宽比最大。综合分析发现，T2处理稻米垩白粒率和垩白度最低，外观品质最好；T5 处理稻米总体上外观品质最差；兆优5431外观品质最好。

2.4 不同播期对籼稻稻米营养品质、蒸煮品质的影响

由表4 可以看出，播期、年份、品种与年份互作及播期、品种、年份互作对籼稻稻米蛋白质含量有极显著的影响，播期与品种互作对蛋白质含量有显著影响；播期、年份对直链淀粉含量有极显著的影响，品种与年份互作、播期与年份互作对直链淀粉含量有显著影响。3 个籼稻品种稻米平均蛋白质含量均随着播期推迟呈现先上升后下降的趋势，2 a均以T3 处理最高，T2 与T3 处理间差异不显著，T5 处理最低，2019 和2020 年T3 处理分别比T5 处理显著提高13.6%和20.0%。对于不同品种来说，2019 年T1—T4 处理3 个品种间蛋白质含量差异不显著，T5处理浙优8 号蛋白质含量显著高于Y 两优900 和中浙优8 号；2020 年T1—T3 处理Y 两优900 蛋白质含量最高，T4、T5 处理均以中浙优8 号最高。随着播期的推迟，2 a 3 个品种稻米平均直链淀粉含量均呈现先下降后上升的趋势，表现为T2＜T1＜T3＜T4＜T5，2 a T2 处理直链淀粉含量分别比T5处理降低13.7%和19.2%。2019 年稻米直链淀粉含量总体上低于2020 年，同一处理不同品种之间直链淀粉含量总体上差异不显著。综上，T3 处理稻米营养品质最高，T2处理稻米蒸煮品质最好。

表4 不同播期对籼稻稻米蛋白质、直链淀粉含量的影响Tab.4 Effects of different sowing dates on protein and amylose contents of indica rice %

2.5 不同播期下籼稻抽穗至成熟阶段温光条件差异

对2020 年不同播期下3 个籼稻品种籽粒灌浆充实阶段温光条件进行分析（表5）发现，随着播期的推迟，3 个品种5 个播期抽穗至成熟阶段的温光条件均随着播期的推迟呈下降趋势；在抽穗至抽穗后10 d、抽穗后10～20 d、抽穗后20 d至成熟阶段，积温、累积光照时间、累积光照强度总体上也随着播期的推迟呈现下降的趋势。对于抽穗至成熟的积温、累积光照时间、累积光照强度，T5 处理较T1 处理分别下降了37.7%、19.2%、61.8%；对于抽穗至抽穗后10 d、抽穗后10～20 d、抽穗后20 d至成熟阶段，T5 处理积温较T1 处理分别下降了38.1%、30.3%、44.8%，累积光照时间分别下降了16.9%、13.1%、27.7%，累积光照强度分别下降了63.3%、65.2%、60.8%。对比3 个品种，抽穗至成熟阶段，随着播期的推迟，Y 两优900的积温下降幅度最大，兆优5431次之，中浙优8号下降幅度最小；累积光照时间和累积光照强度也均以Y 两优900 下降幅度最大，兆优5431和中浙优8号下降幅度相当。

表5 2020年不同播期下籼稻抽穗至成熟阶段温光条件差异Tab.5 Difference of temperature and light conditions from heading to maturity of indica rice under different sowing dates in 2020

2.6 不同播期下温光因子对籼稻稻米品质影响的RDA分析及其解释率

由RDA 分析（图2A）可知，2020 年3 个籼稻品种5 个播期下温光因子对稻米品质的解释率为73.02%，RDA1 对稻米品质的解释率为65.93%，RDA2对稻米品质的解释率为7.09%，可以看出抽穗至成熟阶段的温光因子是造成稻米品质差异的主要环境因素。由图2B可知，对稻米品质的解释率排名前3 的因子为抽穗后10～20 d 累积光照时间（Ash2）＞抽穗后10～20 d 积温（At2）＞抽穗至抽穗后10 d 累积光照强度（Al1），其中Ash2 解释率为11.98%，At2解释率为9.82%，Al1解释率为9.13%。

图2 不同播期下温光因子对籼稻稻米品质影响的RDA分析（A）及其解释率（B）（2020年）Fig.2 RDA analysis（A）of the effect of temperature and light factors on the quality of indica rice under different sowing dates and their interpretation rates（B）in 2020

3 结论与讨论

周丽慧等[10]认为，播期是决定水稻产量潜力和籽粒品质的重要栽培措施之一。王梓豪等[5]和李阳等[11]研究发现，部分水稻品种的产量均随着播期的推迟呈先升高后降低的趋势。本研究发现，随着播期的推迟，3 个籼稻品种5 个播期抽穗至成熟阶段的温光条件均随着播期的推迟呈下降趋势，产量随着播期的推迟先升高后降低，2 a 3 个品种均是T5处理产量最低，兆优5431 均在T3 处理下产量最高，中浙优8 号2019 年 在T2 处理下产量最高，2020 年则在T3处理下产量最高。对于3个籼稻品种，T2和T3处理积温、累积光照时间和累积光照强度均低于T1处理，但高于T4和T5处理。因此，豫南籼稻取得高产的适宜播期不宜太早，更不可过晚（5 月30 日后），否则将导致生育后期遭遇较差的温光条件，严重影响产量。

加工品质很大程度上由水稻的灌浆速率决定，温度越高，灌浆速率越快，温度过低则相反。抽穗后温度呈下降趋势，灌浆前期温度高，灌浆速率过快，灌浆时间将会缩短，胚乳细胞的充实度变差，籽粒糊粉层细胞数量增多，糠粉层变厚，使得整精米率降低；灌浆期温度过低，灌浆速率过慢，灌浆时间加长，胚乳细胞的充实度变差，甚至出现青粒，整精米率严重降低[12]。王云霞等[13]研究发现，高温使稻米的整精米率下降。吕艳梅等[14]研究发现，抽穗期低温胁迫会严重影响水稻的光合速率，进而降低水稻的精米率、整精米率。本研究发现，豫南稻区3个籼稻品种的加工品质均随着播期的推迟呈现先上升后下降的趋势。而马义虎等[4]研究发现，浙东南地区稻米加工品质总体上随播期推迟呈变优的趋势，浙东南地区水稻全生育期的有效积温随播期推迟基本呈先增后减的趋势，而豫南稻区积温则是随播期推迟逐渐下降。因此，两地温光资源的不同是引起水稻产量和品质差异的主要原因之一。豫南稻区T2、T3处理产量较高，温光条件较适中，这可能也是T3 处理糙米率和精米率、T2 处理整精米率较高的主要原因。

前人研究发现，垩白的发生是一个复杂的过程，受不同基因控制，并受不同种植年份和环境因素影响；在不同温度下，不同水稻品种的籽粒垩白度有很大的变化范围[15]。外观品质与加工品质有密切的联系，垩白是由于灌浆期淀粉的不完全积累造成的，对大米的加工、蒸煮食味品质也有很大影响[16]。垩白度和垩白粒率高的籽粒在研磨过程中也极容易产生碎米，降低加工品质。在非生物因素中，温光条件对垩白有重要的影响，抽穗后高温使水稻籽粒垩白度和垩白粒率增加，低温、低光照也对垩白度、垩白粒率有不良影响。本研究中，3个籼稻品种的垩白粒率和垩白度均随着播期的推迟呈现先下降后上升的趋势，T5 处理抽穗至抽穗后20 d积温和累积光照时间较T2 和T3 处理大幅下降，从而导致垩白粒率和垩白度显著增加。稻米的粒型主要受遗传特性控制，温光条件对其影响甚微[17]。本研究也证实了这一点，兆优5431在各个播期的长宽比均显著高于中浙优8号和Y两优900，且播期间差异不显著。

温光条件对稻米蛋白质含量和直链淀粉含量的影响研究结果不一。直链淀粉含量是决定稻米品质的重要指标，直接影响大米在蒸煮过程中对水分的吸收、体积的扩张以及饭粒的散聚性。研究发现，直链淀粉含量与蒸煮食味品质呈负相关，中至低等直链淀粉含量的米饭通常较软，有较好的适口性，较好的饭粒光泽度，而高直链淀粉含量的米饭通常较硬，适口性较差[18-21]。AHMED 等[22]和SEUNG等[23]研究发现，通常直链淀粉含量随着温度的升高而降低。高温对稻米淀粉颗粒结晶区的晶胞结构或微晶排列有较大影响[24]。低温会减弱光合作用中酶促反应，降低光合强度，减少有机物的合成，阻碍淀粉累积。除温度外，抽穗后灌浆期的光照也在一定程度上影响淀粉的合成与积累。光照对水稻光合作用、物质的合成、籽粒的灌浆充实都有一定的影响，从而影响米质[25]。本研究中，随着播期的推迟，籼稻稻米直链淀粉含量先下降后升高，T2 处理直链淀粉含量最低，T5 处理最高，不同播期温光条件差异较大，但直链淀粉含量均在适中范围内，推测与遗传因素相关。陈道宗[26]的研究也指出，遗传基因对直链淀粉的影响、控制力较大。

研究发现，灌浆期高温有利于提高稻米蛋白质含量[27]。曹云英[28]研究也发现，抽穗灌浆早期高温使稻米蛋白质含量增加，尤其促进难消化的醇溶蛋白含量增加。RESURRECCION 等[29]研究发现，籼稻稻米蛋白质含量与温度的关系呈抛物线型。程方民等[30]通过遮光试验发现，灌浆期随着光照强度的增加，稻米蛋白质含量逐渐降低。任万军等[31]认为，遮阴条件下植物光合作用下降，转移到籽粒中的碳水化合物减少，而转移至籽粒中的氮素增加，导致蛋白质含量增加。HONJYO[32]研究结果表明，灌浆后期光照强度越大，稻米蛋白质含量越高。本研究中，稻米蛋白质含量随着播期的推迟先上升后下降，T3 处理稻米蛋白质含量高于其他处理，这与雷振山等[33]和王康君等[34]的研究结果一致。除Y 两优900 的T5 处理和2020 年兆优5431 的T4、T5 处理温光条件较差导致蛋白质含量较低外，其他处理3 个品种的蛋白质含量均在适中范围内。前人研究发现，齐穗至齐穗后20 d 的温度对稻米品质的影响更显著[9]。本研究通过RDA 分析发现，抽穗至抽穗后20 d 的温光条件是引起豫南稻区3个籼稻品种品质变化的主要环境因素，尤其是抽穗后10～20 d 的累积光照时间对稻米品质的影响最大。

综上所述，随着播期的推迟，豫南稻区籼稻抽穗至成熟期积温、累积光照时间和累积光照强度均呈下降趋势。播期引起的灌浆期温光条件差异显著影响稻米品质的形成。播期早，抽穗后积温较高，而播期晚，抽穗后温光资源不足，均使稻米品质变差。就不同播期下温光因子综合影响而言，抽穗至抽穗后20 d，尤其是抽穗后10～20 d 的累积光照时间是影响豫南稻区籼稻稻米品质的主要环境因子。因此，豫南稻区籼稻品种需要通过调整播期来改善抽穗后的温光条件，促进其高产优质潜力的发挥。