稻田小氣候特征及其對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

周立宏++李秀芬++王伯倫

摘要：為了研究不同水稻品種群體中的小氣候狀況及其對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以遼優(yōu)20、遼粳294等8個(gè)品種為供試品種，觀測(cè)群體中的溫度、濕度和光照，收獲后測(cè)定產(chǎn)量和品質(zhì)，分析各氣象因子在群體中的分布和變化情況及與產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系。結(jié)果表明，不同品種群體中溫度、濕度生長(zhǎng)后期差異較大，其中濕度差異大于溫度差異。水稻群體中溫濕度的日變化規(guī)律與大氣溫濕度一致，中午群體中的溫度在灌漿期高于大氣，成熟期低于大氣。群體中光照度從上至下逐漸減弱。太陽(yáng)高度角較低時(shí)，群體上部光強(qiáng)減弱得快，下部減弱較慢；太陽(yáng)高度角較高時(shí)，上部和下部減弱的差異不大。群體中平均透光率與產(chǎn)量成拋物線關(guān)系。品質(zhì)與10：00—14：00時(shí)透光率的關(guān)系較為明顯，直鏈淀粉含量與10：00的透光率顯著負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞：水稻；小氣候特征；溫度；濕度；光照；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號(hào)： S162.5+.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）05-0081-04

影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的因素主要是遺傳和環(huán)境兩大方面，同一品種在不同地點(diǎn)和不同栽培方式下的產(chǎn)量和品質(zhì)表現(xiàn)并不一致，存在顯著的基因型×環(huán)境互作效應(yīng)。彭俊華認(rèn)為，產(chǎn)量總變異中環(huán)境效應(yīng)最大，基因型×環(huán)境互作效應(yīng)次之，基因型效應(yīng)居第三[1]。現(xiàn)代株型育種通過群體結(jié)構(gòu)和受光態(tài)勢(shì)的綜合改良來(lái)改善群體小氣候環(huán)境，從而提高群體的光合作用效率和物質(zhì)生產(chǎn)能力，陳溫福等認(rèn)為，直立穗型群體的光照、溫度、濕度、氣體擴(kuò)散等生態(tài)條件優(yōu)越，因此生物產(chǎn)量明顯高于半直立和彎曲穗型，但直立穗型品種品質(zhì)不如彎曲穗型[2-3]。王伯倫等也認(rèn)為，適口性特好的品種基本為彎曲穗型，半矮稈、半直立穗型品種產(chǎn)量較高，品質(zhì)較好[4]。但大量研究表明，穗型和品質(zhì)之間并無(wú)直接關(guān)系，產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系也不密切，栽培技術(shù)卻與品質(zhì)有密切關(guān)系，這可能是產(chǎn)量高的品種通常品質(zhì)差的原因之一[2]。因此，對(duì)不同穗型水稻群體中的小氣候狀況還需進(jìn)行深入研究，也可以為株型育種提供理論依據(jù)。

目前對(duì)影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的氣象因素的研究，主要集中在大范圍的氣候環(huán)境層面，而且具有地域性，但溫度普遍被認(rèn)為是影響水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的最顯著因子，尤其是日均溫度[5-10]，其次是光照。李秀芬等認(rèn)為，遼寧省沈陽(yáng)地區(qū)8月中旬至9月中旬是影響稻米品質(zhì)的氣候關(guān)鍵期，這一階段的溫度是影響品質(zhì)的最主要因子，其次為日照總時(shí)數(shù)，降水的影響最小[11]。

小氣候觀測(cè)易受人為影響，尤其是溫度和濕度的測(cè)定準(zhǔn)確性較差，研究難度較大，因此這方面的研究較少。本試驗(yàn)研究不同穗型品種水稻群體中的光照、溫度和濕度分布及差異狀況，并初步探討小氣候條件與水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系。

1材料與方法

試驗(yàn)于2012年在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教學(xué)科研基地試驗(yàn)田進(jìn)行。

選擇的品種有遼優(yōu)20、遼粳294、奧羽316、遼粳326、遼粳9號(hào)、沈稻9號(hào)、沈稻8號(hào)、沈農(nóng)8718共8個(gè)品種。其中，遼優(yōu)20是遼寧省稻作研究所育成的彎穗雜交稻，沈農(nóng)8718是彎穗常規(guī)品種，奧羽316是日本彎穗超高產(chǎn)品種，遼粳326是直立穗，其余是半直立穗品種。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)；小區(qū)長(zhǎng)5 m，寬1.8 m，小區(qū)面積9 m2；每小區(qū)6行，行、株距為30 cm×13.3 cm，單株插秧，施氮量180 kg/hm2，施磷量 20 kg/hm2，井水灌溉，本田管理參照水稻模式化栽培[12]。

測(cè)定選擇晴朗無(wú)風(fēng)的天氣，于8月17日08：00、10：00、12：00、14：00、16：00時(shí)用GI-1型棍式照度計(jì)測(cè)定在植株 1/3、2/3、3/3高度的光照度。并于7月末、8月中旬和9月中旬水稻生長(zhǎng)的不同時(shí)期，用HOBO（HO8-007-02）溫濕度采集器，每隔10 min采集1次數(shù)據(jù)，測(cè)得植株2/3高度的溫度和濕度。高士杰等研究發(fā)現(xiàn)，夜間不同水稻群體中溫濕度相差不大[3]，所以本試驗(yàn)僅觀測(cè)白天的溫濕度。

收獲后自然風(fēng)干，脫粒測(cè)定小區(qū)產(chǎn)量。儲(chǔ)藏3個(gè)月后測(cè)定米質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)，包括糙米率、精米率、整精米率、堊白率、食味值、蛋白和直鏈淀粉含量等，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)采用農(nóng)業(yè)部NY147—1988《米質(zhì)測(cè)定方法》。

2結(jié)果與分析

2.1不同品種群體內(nèi)溫濕度變化特征

2.1.1不同品種群體內(nèi)溫度的變化遼寧沈陽(yáng)地區(qū)7月下旬至8月上旬為雨季，以多云天氣為主，晴天較少，8月中旬以后晴天多，陰天少。本試驗(yàn)于7月23日上午、7月28日、8月17日、8月18日和9月17日分別觀測(cè)不同品種群體內(nèi) 2/3 高度處的溫度和濕度。

7月23日和7月28日是多云天氣，各群體內(nèi)氣溫非常相近。不同品種間的溫度差異很小，溫差基本不超過0.8 ℃，方差分析結(jié)果表明，各群體內(nèi)的溫度差異不顯著。

8月17日、8月18日和9月17日為晴天，白天不同品種群體內(nèi)氣溫的變化趨勢(shì)相同，各品種間的氣溫差異明顯大于7月下旬陰天的2 d。圖1是8月18日和9月17日遼粳294的溫度變化曲線及回歸曲線，回歸方程中的x為時(shí)間比率，將1 d 24 h設(shè)為1，00：00—12：00為0.5。從圖1可見，群體中溫度變化呈明顯的單峰曲線，中午溫度高，早晚溫度較低，與大氣溫度日變化一致，并且9月17日溫度變化大于8月17、18日，這是因?yàn)?月晝長(zhǎng)大于9月，空氣濕度又大，大氣晝夜溫差小于9月，加之9月水稻生長(zhǎng)后期，田間基本無(wú)水，水分對(duì)群體中溫度的調(diào)節(jié)作用減小，使群體內(nèi)氣溫變化幅度增大。群體中最高溫度出現(xiàn)時(shí)間要早于大氣，大氣最高溫度出現(xiàn)在14：00左右，群體中最高溫度則出現(xiàn)在 12：30—13：00。8月17、18日，群體中溫度在中午時(shí)高于大氣溫度，早晚則低于大氣溫度；9月17日白天群體中溫度都低于大氣溫度。

2.1.2不同品種群體內(nèi)濕度的變化8月17日、18日不同品種群體內(nèi)相對(duì)濕度的變化相似。圖2是8月18日和9月17日遼粳294相對(duì)濕度的變化曲線和回歸曲線，x是時(shí)間比率，與溫度回歸方程中的相同。7月28日陰天的相對(duì)濕度變化明顯小于8月17日、18日和9月17日，無(wú)論是不同群體中的總變化范圍還是單個(gè)群體中的變化量，均是7月28日最小，9月17日最大。這主要是受空氣濕度的影響，沈陽(yáng)地區(qū)7月下旬至8月上旬為雨季，空氣濕度大，日變化比較小，8月中旬以后空氣濕度逐漸減小，相對(duì)濕度的日變化增大。

相對(duì)濕度不僅與水汽含量有關(guān)，還與溫度有關(guān)，9月17日群體中的露點(diǎn)溫度整體低于8月中旬，說(shuō)明水汽含量少于8月中旬，但因溫度低，尤其是早晚的時(shí)候，所以相對(duì)濕度比8月18日還要高。

各群體間濕度的差異也比溫度大，方差分析結(jié)果表明，除7月23日相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度差異不顯著外，其余幾日均為差異極顯著。表2是這幾日相對(duì)濕度變化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以看出，9月17日群體間相對(duì)濕度的差異大于8月17日、18日?？傮w來(lái)說(shuō)，沈稻9號(hào)群體內(nèi)的相對(duì)濕度最高，遼粳326相對(duì)濕度較低，遼粳294、遼粳9號(hào)最接近。

2.2不同品種群體內(nèi)光照的分布特征

2.2.1光照度的日變化各品種群體中的光照度日變化趨勢(shì)基本一致。圖3是遼粳294在1 d中不同時(shí)刻光照度的變化，冠層頂?shù)墓庹斩热兆兓词堑竭_(dá)地面的太陽(yáng)輻射日變化，

群體中光照度的變化總體趨勢(shì)與冠層頂相同，早晚低，隨太陽(yáng)高度角的增大而增大，中午光照度達(dá)最大，上下午基本是對(duì)稱的。但群體內(nèi)光照度的增加沒有冠層頂快，維持高光照度的時(shí)間也短于冠層頂，尤其是1/3高度，光照度在10：00之前和14：00變化比較緩慢。2/3高度光照度的日變化介于冠層頂和1/3高度之間。圖3中3個(gè)高度的光照度日變化回歸方程見表3，x為北京時(shí)間。

2.2.2群體內(nèi)不同層次的光照度各群體內(nèi)光照度從冠層頂向下減弱，1 d中不同時(shí)刻群體內(nèi)光照度隨高度減弱的快慢而不同。圖4分別是08：00和12：00測(cè)得的4個(gè)品種群體內(nèi)不同層次的太陽(yáng)光照度，其余品種光照度略小于遼粳294，高于奧羽316和遼優(yōu)20。由此可以看出，08：00從冠層到2/3高度光照強(qiáng)度減弱較快，2/3高度到1/3高度光照強(qiáng)度減小得較慢；在12：00各群體內(nèi)從上到下光照度的變化接近一條直線，上部與下部光照度的減弱速度差別不大；10：00群體中的光照度變化介于08：00和12：00之間；14：00和10：00近似；16：00和08：00近似。說(shuō)明在早晚太陽(yáng)高度角較小時(shí)，冠層截獲光能的比率較大，下層得到光能的比率較小，隨著太陽(yáng)高度角的增大，透過冠層到達(dá)下層的光照比率增大。直立穗和半直立穗品種群體中的光照度高于彎穗品種。

2.2.3不同品種群體內(nèi)的透光率根據(jù)測(cè)得的光照度計(jì)算出不同品種水稻群體中的透光率，圖5是8個(gè)品種2個(gè)高度的透光率。從圖5可以看出，2/3高度和1/3高度的透光率均為中午最大，早晚較小。無(wú)論是1/3高度還是2/3高度，彎穗沈農(nóng)8718、遼優(yōu)20和奧羽316的透光率小于其他直立和半直立穗品種，2個(gè)雜交稻品種最接近，透光率最小，5個(gè)直立、半直立穗品種相差不太大。

2.3光照與產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系

2.3.1光照與水稻產(chǎn)量的關(guān)系相關(guān)分析結(jié)果（表4）表明，產(chǎn)量與透光率之間有顯著的相關(guān)性。平均產(chǎn)量與不同高度和不同時(shí)間的透光率之間均為負(fù)相關(guān)，說(shuō)明群體中透光率大不利于產(chǎn)量的提高。平均產(chǎn)量與2/3高度透光率的關(guān)系大于1/3高度，并且與12：00的透光率相關(guān)性最顯著。2/3高度在10：00、12：00的透光率和平均透光率與產(chǎn)量的相關(guān)都達(dá)到顯著水平，08：00、14：00、16：00的相關(guān)雖未達(dá)到顯著水平，但相關(guān)系數(shù)也是比較大的。1/3高度的相關(guān)系數(shù)只有12：00達(dá)到顯著水平，16：00的相關(guān)系數(shù)也較大。

通過回歸分析可知，平均產(chǎn)量（y）與08：00時(shí)1/3高度透光率（L8）和12：00時(shí)1/3高度透光率L12呈線性關(guān)系：

y=847.181-11.035L12+10.078L8 ，R2=0.961。

中午時(shí)下層的透光率高，使產(chǎn)量降低；而早晨下層透光率高，則產(chǎn)量增加。

取2個(gè)高度平均透光率的平均值為群體總平均透光率。平均產(chǎn)量與群體中2個(gè)高度的平均透光率和總平均透光率的關(guān)系非常相近，均為二次曲線，圖6為平均產(chǎn)量和群體總平均透光率的回歸曲線，由此可以看到，透光率過高或過低對(duì)產(chǎn)量均不利，透光率在一定范圍內(nèi)，可維持較高的產(chǎn)量。

2.3.2光照與水稻品質(zhì)的關(guān)系稻米品質(zhì)與透光率的相關(guān)性見表5（表中未列出的時(shí)段透光率與品質(zhì)各指標(biāo)相關(guān)均不顯著）。整精米率與10：00時(shí)2/3高度的透光率顯著負(fù)相關(guān)，堊白率與10：00時(shí)1/3高度的透光率、糙米率與12：00時(shí)2/3高度的透光率顯著正相關(guān)；食味值、蛋白含量與08：00時(shí)1/3高度的透光率顯著相關(guān)，其中食味值與透光率是負(fù)相關(guān)，蛋白含量與透光率則為正相關(guān)。直鏈淀粉含量與10：00的透光率相關(guān)最大，在2個(gè)高度上都為極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明透光率高則直鏈淀粉含量減少。

總體來(lái)說(shuō)，10：00的透光率與品質(zhì)的關(guān)系最大，08：00的1/3高度的透光率與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)系比外觀品質(zhì)更明顯。14：00的2/3高度的透光率與各品種指標(biāo)的相關(guān)性雖均未達(dá)到顯著水平，但除精米率和堊白率外，與其他幾個(gè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)都是比較大的。糙米率、堊白率和蛋白含量與透光率之間基本是正相關(guān)，整精米率、食味值和直鏈淀粉含量與透光率基本為負(fù)相關(guān)。

3結(jié)論與討論

張文香等認(rèn)為，寒冷地區(qū)灌漿期到成熟期溫度高有利于提高產(chǎn)量和品質(zhì)[13]；矯江等認(rèn)為，東北地區(qū)水稻堊白率的發(fā)生與當(dāng)?shù)氐幕顒?dòng)積溫呈顯著負(fù)相關(guān)[14]；秦陽(yáng)等認(rèn)為，灌漿結(jié)實(shí)期溫度日較差對(duì)品質(zhì)性狀的影響較大，且為正效應(yīng)[15]。在本試驗(yàn)中，根據(jù)溫濕度與產(chǎn)量和品質(zhì)的相關(guān)分析，雖然多數(shù)未達(dá)到顯著水平，但總的來(lái)說(shuō)，溫度與產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系比濕度更大一些，并且8月的影響大于9月，8月中旬的溫度對(duì)品質(zhì)指標(biāo)中的食味值、蛋白含量、糙米率、精米率的影響較為明顯。

本試驗(yàn)測(cè)得8月中旬和9月中旬灌漿期、成熟期水稻群體內(nèi)中午的溫度高于大氣溫度，這與以前的研究結(jié)果[3]不相符，但在東北地區(qū)，溫度高無(wú)疑對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)是有利的。本試驗(yàn)中各彎穗和半直立穗品種的溫濕度表現(xiàn)不太一致，彎穗沈農(nóng)8718的溫度較低，但雜交稻的溫濕度表現(xiàn)較為復(fù)雜，因此單考慮穗型對(duì)溫濕度的影響可能具有片面性，還應(yīng)該有品種本身的影響。本試驗(yàn)并未發(fā)現(xiàn)彎穗群體中相對(duì)濕度明顯大于直立穗群體的現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)，溫度、濕度與產(chǎn)量和品質(zhì)的具體關(guān)系尚無(wú)法確定。因群體中的溫濕度變化較為復(fù)雜，須要長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)，困難較大，還須做進(jìn)一步的研究工作。

有研究認(rèn)為，直立穗群體中透光率高于彎穗群體[3]。在本試驗(yàn)的8個(gè)品種中，彎穗的遼優(yōu)20、奧羽316、沈農(nóng)8718透光率較低，其余直立、半直立、彎穗品種并無(wú)明顯差異。透光率最低的遼優(yōu)20反而產(chǎn)量較高，表明產(chǎn)量與透光率并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是呈拋物線，透光率在適當(dāng)范圍內(nèi)才能取得較高的產(chǎn)量。

從本試驗(yàn)產(chǎn)量和08：00、12：00 1/3高度透光率的線性關(guān)系來(lái)看，早晚太陽(yáng)輻射較弱時(shí)，群體下層的透光率高，有利于提高產(chǎn)量；而中午太陽(yáng)輻射強(qiáng)，下層透光率高反而會(huì)使產(chǎn)量下降。

關(guān)于光照與品質(zhì)的關(guān)系，總體來(lái)說(shuō)，10：00—14：00光照對(duì)品質(zhì)的影響較為明顯。蛋白含量、堊白率與透光率呈正相關(guān)，與前人的研究結(jié)果[16-17]一致。

水稻群體中溫濕度的日變化規(guī)律與大氣溫濕度一致。不同品種水稻群體中溫度差異在8月中旬小于9月中旬；中午群體內(nèi)的最高溫度高于大氣溫度；直立穗群體中的溫度較高。群體中相對(duì)濕度的差異大于溫度，8月中旬至9月中旬差異均極顯著，且9月差異大于8月。

群體中光照度從上至下逐漸減弱。太陽(yáng)高度角較低時(shí)，群體上部光強(qiáng)減弱得快，下部減弱較慢；太陽(yáng)高度角較高時(shí)上下減弱的速度差異不大。群體中平均透光率與產(chǎn)量成拋物線關(guān)系。品質(zhì)與10：00—14：00透光率的關(guān)系較為明顯，直鏈淀粉含量與10：00的透光率呈極顯著負(fù)相關(guān)，糙米率、堊白率、蛋白含量與透光率之間基本是正相關(guān)，整精米率、食味值和直鏈淀粉含量與透光率基本為負(fù)相關(guān)。

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