播期對川西平原直播稻光合特性和產(chǎn)量的影響

鄭盛華 陳紅琳 朱孟琦 沈?qū)W善 陳尚洪 李旭毅 劉定輝,?

(1 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)部西南山地農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室,四川 成都 610066；2四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所,四川 成都 610066)

中國約65%人口以稻米為主食[1-2]。播期是影響水稻生產(chǎn)的重要栽培因素,合理播期能有效利用當(dāng)?shù)販毓鈿夂蛸Y源,高效發(fā)揮水稻品種生產(chǎn)潛力,達到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)[3-6]。關(guān)于播期、品種搭配對水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量影響的研究已有大量報道,許軻等[6]研究表明,隨著播期推遲,水稻生育期縮短,產(chǎn)量及溫光利用呈下降趨勢?；糁醒蟮萚7]研究發(fā)現(xiàn)隨著播期推遲,各品種群體干物質(zhì)重明顯減少,早播能使直播稻光合物質(zhì)在各器官間的分配更為充沛與合理,提高了運輸轉(zhuǎn)化率和抽穗后的物質(zhì)生產(chǎn)能力。饒剛順等[8]研究表明,播期對不同品種的水稻生育影響較大,早播能使生育期延長。邢志鵬等[9]研究發(fā)現(xiàn)早播機插稻群體光合源足,莖蘗動態(tài)升降平穩(wěn),有效穗數(shù)多,成穗率高,與晚播相比更能發(fā)揮產(chǎn)量潛力。綜上,前人研究認為相對于晚播,早播更利于發(fā)揮水稻產(chǎn)量潛力。直播作為一種輕簡栽培方式,是水稻規(guī)?；a(chǎn)的有效途徑之一[10-12]。川西平原水田兩熟區(qū)主要輪作模式為小麥(油菜)-水稻,通常上茬油菜在4月底內(nèi)收獲,小麥于5月上旬之前收獲。由于前茬作物收獲期不同,嚴重影響了直播稻的播期。根據(jù)不同水稻品種熟性搭配適宜播期,一方面能充分發(fā)揮水稻產(chǎn)量潛力,另一方面能保障茬口順利銜接。目前,前人研究多是針對播期、品種、水分、肥料等單一因子[13-16],而將品種熟性與播期結(jié)合來研究直播稻光合特性的報道較少。本研究以川西平原3 個雜交秈稻品種為試驗材料,在高產(chǎn)栽培條件下分期直播,研究播期對不同熟性直播稻光合特性及產(chǎn)量的影響,以期為川西平原稻田兩熟區(qū)直播稻適宜播期和品種選用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試品種

試驗于2016年5-10月在四川省綿竹市孝德鎮(zhèn)試驗基地(31°16′N,104°13′E)進行。年平均氣溫為15.7℃,≥10.0℃全年積溫為5 000 ～6 500℃；全年≥10.0℃積溫天數(shù)為240 ～300 d；年平均降水量為1 053.2 mm,年日照時數(shù)平均為1 011.3 h。試驗田0～20 cm 土層含有機質(zhì)34.7 g·kg-1、pH 值8.0、全氮1.8 g·kg-1、堿解氮149.0 mg·kg-1、全磷0.9 g·kg-1、有效磷13.2 mg·kg-1、全鉀19.3 g·kg-1、速效鉀61.0 mg·kg-1。前茬作物為豌豆尖。供試品種分別為內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號(中早熟品種)、輻優(yōu)838(中熟品種)和岡優(yōu)725(中遲熟品種)。

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)試驗地氣候條件和當(dāng)?shù)胤N植模式,試驗設(shè)4月5日(Ⅰ)、4月12日(Ⅱ)、4月19日(Ⅲ)、4月26日(Ⅳ)、5月3日(Ⅴ)、5月10日(Ⅵ)、5月17日(Ⅶ)、5月24日(Ⅷ)、5月31日(Ⅸ)共9 個播期,采用裂區(qū)試驗設(shè)計,播期為主區(qū),品種為副區(qū)。水稻采取人工播種,直播行距×株距為25×16 cm,每穴4 粒。水稻直播前基施純N、P2O5、K2O 分別為49.5、18.0、22.5 kg·hm-2,三葉期施純N 69 kg·hm-2,六葉期施純N 34.5 kg·hm-2,拔節(jié)后15 d 施純N、K2O 分別為34.5、45.0 kg·hm-2,其他措施同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)管理。追肥為尿素(含N≥46%),氯化鉀(含K2O≥60%)。小區(qū)面積15 m2,3 次重復(fù)。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 干物質(zhì) 在水稻齊穗期、成熟期,每小區(qū)選取代表性植株3 穴,按照葉、莖鞘、穗分開,105℃殺青30 min,80℃烘干至恒重,測定各部分干物質(zhì)重。

1.3.2 光合指標(biāo) 在水稻抽穗期劍葉全展時(2016年8月2日-8月15日),于晴天9：00-12：00、14：00-16：00 選取代表性植株,利用GFS-3000 光合測定儀(德國WALZ 公司)測凈光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、蒸騰速率(transpiration rate,Tr)、胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration,Ci)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance,Gs)等指標(biāo),每小區(qū)取3 片劍葉,每葉重復(fù)3 次。利用水稻專用葉室和人工光源(光強為1 200 mol·m-2·s-1),采用SPAD-502 PLUS葉綠素儀(日本Konika Minolta 公司)測定每株劍葉中部葉綠素SPAD 值,重復(fù)測定10 株葉片,每處理隨光合速率一同測定。

1.3.3 計產(chǎn) 收獲期每小區(qū)取代表性的連續(xù)3 穴考種,測定穗長、每穗實粒數(shù)、空粒數(shù)、千粒重。小區(qū)實收,測籽粒含水量,去除雜質(zhì),折算實際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

利用Microsoft Excel 2007 和SPSS 19.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 直播播期對不同類型水稻品種干物質(zhì)積累的影響

由表1 可知,在本試驗播期范圍內(nèi),中早熟品種各器官干物質(zhì)分配受播期影響較小,中熟品種其次,中遲熟品種受播期影響較大。隨著播期推遲,中早熟品種(內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號)成熟期穗重總體呈先升高后降低趨勢,在播期Ⅴ達到最高；中熟品種(輻優(yōu)838)成熟期穗重于播期Ⅰ達到最高,隨后逐漸降低,但播期Ⅱ后各播期間差異均不顯著；中遲熟品種(岡優(yōu)725)成熟期穗重在播期Ⅰ達到最高,隨后顯著下降,到播期Ⅸ降幅達62.69%。齊穗-成熟期穗干物質(zhì)積累量、積累比例和收獲指數(shù)等指標(biāo)的變化趨勢均與成熟期穗重類似。

2.2 直播播期對不同類型水稻品種光合特性的影響

2.2.1 葉綠素SPAD 值 由表2 可知,隨著播期的推遲,抽穗期3 個品種葉綠素SPAD 值總體均呈下降趨勢,且均在播期Ⅰ達到峰值,并顯著高于最后4 個播期。從品種間看,除播期Ⅳ外,內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號各播期葉綠素SPAD 值均高于其他2 個品種。從變異系數(shù)看,葉綠素SPAD 值變化幅度不大,各品種變異系數(shù)均在10%以下,其中輻優(yōu)838 變異系數(shù)最高,為7.6%。

2.2.2 光合特性 由表3 可知,隨著播期推遲,抽穗期中早熟品種內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號的Pn 于播期Ⅵ達到最大值。中熟、中遲熟品種水稻的Pn 總體均呈顯著下降趨勢,且峰值均在播期Ⅰ,中遲熟品種岡優(yōu)725 的Pn 變化幅度較大,變異系數(shù)達29.7%。相同播期下,不同品種間的Pn 差異較大。4月19日(播期Ⅲ)前播種,3 個品種的Pn 以中遲熟品種(岡優(yōu)725)為最低,中早熟品種(內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號)與中熟品種(輻優(yōu)838)的Pn 相近。5月24日(播期Ⅷ)后直播,以中早熟品種的Pn 為最高,中遲熟品種為最低。

中熟、中遲熟品種的Tr 總體上呈先升高后降低的趨勢,且均在播期Ⅶ達到最高,其中播期Ⅴ～Ⅶ的Tr較其余播期高。各播期的Tr 變化幅度也相對較大,3個品種的變異系數(shù)均超過了20%,大小依次為中熟＞中早熟＞中遲熟。播期相同的條件下,各品種的中熟和中遲熟品種播期Ⅴ～Ⅶ的Ci 和Gs 值總體上較其他播期明顯升高,這與Tr 的變化規(guī)律相似,內(nèi)5 優(yōu)玉香1號的Ci 和Gs 分別在播期Ⅳ、Ⅴ達到峰值。3 個品種的Ci 的整體變化幅度較小,變異系數(shù)均低于10%。

表1 直播播期對不同類型水稻品種干物質(zhì)積累的影響Table 1 Effefct of direct sowing date on dry matter accumulation of different rice varieties

2.3 直播播期對不同類型水稻品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表4 可知,在本研究播期范圍內(nèi),中熟和中遲熟品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素受播期影響差異較大,其中中早熟品種大部分播期內(nèi)產(chǎn)量差異不顯著。中遲熟品種(岡優(yōu)725)、中熟品種(輻優(yōu)838)產(chǎn)量均在播期Ⅰ達到最高,分別為10.83 t·hm-2、10.32 t·hm-2。播期Ⅰ～Ⅳ中遲熟、中熟品種產(chǎn)量明顯高于中早熟品種,中遲熟品種產(chǎn)量均在9.00 t·hm-2以上。隨著播期推遲,中遲熟和中熟品種產(chǎn)量均明顯下降,而中早熟品種的產(chǎn)量前期保持平穩(wěn), 到播期Ⅴ產(chǎn)量達到最高(9.36 t·hm-2),隨后呈緩慢下降趨勢。

從產(chǎn)量構(gòu)成因素看,中早熟品種有效穗數(shù)差異較小,其次是中熟品種,中遲熟品種差異最大,大部分播期間達到顯著水平。3 個品種有效穗數(shù)與產(chǎn)量變化規(guī)律基本一致?？傮w上結(jié)實率與產(chǎn)量變化規(guī)律基本一致。播期Ⅰ～Ⅳ中早熟品種的結(jié)實率總體上均顯著低于中熟和中遲熟品種,中熟和中遲熟品種差異不顯著。隨著播期推遲,中熟和中遲熟品種的結(jié)實率明顯降低,尤其是中遲熟品種(岡優(yōu)725),其結(jié)實率從播期Ⅴ的88.4%降至Ⅸ的70.7%以下,顯著低于與其他2 個品種。不同播期3 個品種的千粒重和穗粒數(shù)變化幅度均較小。因此,隨著播期推遲,有效穗數(shù)和結(jié)實率變化是引起3 個品種水稻產(chǎn)量變化的主要因素。

表2 不同品種直播稻葉片葉綠素SPAD 值Table 2 Chlorophyll SPAD value of different rice varieties

表3 直播播期對不同類型水稻品種光合特性的影響Table 3 Impacts of direct sowing date on photosynthetic characteristics of different rice varieties

表3(續(xù))

表4 直播播期對不同類型水稻品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 4 Effect of direct sowing date on yield and its components of different rice varieties

2.4 不同播期適宜品種的選用

參照孫建軍等[17]的方法,對水稻不同播期的產(chǎn)量進行總結(jié),將不同播期的播種適宜度分為適宜(該播期最高產(chǎn)量90%以上),較適宜(該播期最高產(chǎn)量的80%～90%)和不適宜(該播期最高產(chǎn)量的80%以下)3個等級。由表5 可知,播期Ⅰ～Ⅱ選用岡優(yōu)725 搭配輻優(yōu)838 直播產(chǎn)量最高,播期Ⅲ～Ⅳ下3 個品種均較適宜選用,播期Ⅴ宜選用內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號搭配輻優(yōu)838,播期Ⅵ～Ⅸ宜選用內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號。綜合川西平原溫光資源和水稻產(chǎn)量等因素,過晚播種不利于獲得高產(chǎn)。為提高直播水稻的產(chǎn)量,適宜的播期應(yīng)在4月5日-4月26日之間,中熟品種(輻優(yōu)838)、中遲熟品種(岡優(yōu)725)搭配早播種植產(chǎn)量最高。

表5 直播秈稻適宜播期分析Table 5 Analysis on suitable sowing date of direct seeding indica rice

3 討論

3.1 播期對水稻光合特性的影響

光合作用直接影響水稻產(chǎn)量形成[18],提高水稻光合產(chǎn)物的積累和轉(zhuǎn)運,使庫源比例協(xié)調(diào),是水稻高產(chǎn)的重要光合生理基礎(chǔ)。孫園園等[19]研究發(fā)現(xiàn)弱光脅迫處理下,隨著播期推遲,水稻全生育期明顯縮短,水稻劍葉Pn 呈下降趨勢,產(chǎn)量也表現(xiàn)出不同程度的下降。馬均等[20]研究發(fā)現(xiàn)重穗型水稻光合“午休”現(xiàn)象較輕,葉綠素含量較高,齊穗后劍葉Pn 明顯高于中、輕穗型品種,在“源”供應(yīng)方面具有超高產(chǎn)潛力。童平等[21]研究表明,水稻品種間Pn 和葉綠素含量差異較不同生態(tài)區(qū)的差異更為顯著,產(chǎn)量與總干物質(zhì)量和Pn 呈顯著正相關(guān)。本研究中,3 種類型秈稻的Pn 隨著播期推遲總體呈顯著下降趨勢,這與孫園園等[19]研究結(jié)果基本一致。中遲熟品種(岡優(yōu)725)的Pn 下降幅度最大,其次是中熟品種(輻優(yōu)838),中早熟品種(內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號)影響最小。各品種Pn 總體變化趨勢和最終物質(zhì)積累及產(chǎn)量的變化趨勢類似,說明播期變化通過影響水稻的光合物質(zhì)合成,進而影響到后期產(chǎn)量的形成。3個品種葉綠素SPAD 值總體呈下降趨勢,與Pn 變化趨勢類似。各播期Tr 變化幅度也相對較大,而Ci 整體變化幅度較小。

研究表明,水稻葉片光合速率,不僅受葉形、葉角、氣孔阻力、蒸騰、葉綠素含量和抗逆能力等自身因素影響,還受太陽輻射和溫度等外部環(huán)境因子影響[21]。本研究中,隨著播期推遲,水稻齊穗期也有所推遲,溫光條件發(fā)生變化。對中熟和中遲熟品種而言,水稻的光合性能變?nèi)?加之群體數(shù)量下降,從而總體光合生產(chǎn)能力下降,是水稻產(chǎn)量下降的重要因素。而對于中早熟品種,播期推遲對水稻Pn 的影響較小,其對播期推遲引起的環(huán)境變化適應(yīng)能力相對較強,因而產(chǎn)量變化幅度也相對較小。這其中的光合適應(yīng)機理、光合產(chǎn)物的積累和分配等方面內(nèi)容本試驗尚未展開研究,還有待進一步探討。

3.2 播期對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

研究發(fā)現(xiàn)適宜播期對有效利用光溫資源、改善水稻生育進程、提高有效分蘗和成穗率、促進個體正常發(fā)育和成熟、提高抗倒性和抗病蟲草害等方面均具有重要作用[22]。由于水稻的播期、品種類型及生長發(fā)育期間的溫光條件不同,使得水稻生長進程和籽粒灌漿環(huán)境條件不同,最終導(dǎo)致產(chǎn)量形成差異[23]。敖和軍等[24]認為在穩(wěn)定庫容下,提高結(jié)實率和粒重以增加庫充實度是獲得水稻超高產(chǎn)的重要途徑。

水稻產(chǎn)量是植株干物質(zhì)積累、分配、運輸和轉(zhuǎn)化的結(jié)果,抽穗至成熟期是干物質(zhì)積累主要時期,與水稻產(chǎn)量緊密相關(guān)[25-26]。本研究中,齊穗后干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成規(guī)律類似。從產(chǎn)量及構(gòu)成因素看,中遲熟品種(岡優(yōu)725)和中熟品種(輻優(yōu)838)隨著播期推遲,其產(chǎn)量均顯著下降,這與許軻等[6]研究結(jié)果基本一致。此外,本研究還發(fā)現(xiàn)中早熟品種,早播和遲播都難以發(fā)揮直播稻的最大生產(chǎn)潛力,這與楊稚愚等[27]的研究結(jié)果相似。從產(chǎn)量構(gòu)成因素看,中熟、中遲熟品種隨著播期推遲,結(jié)實率和有效穗數(shù)總體上顯著降低,這與姚義等[10]的研究結(jié)果不完全一致,這是由于中遲熟品種有效穗數(shù)后期顯著降低,導(dǎo)致產(chǎn)量顯著下降。

3.3 播期與品種的合理配置

為提高水田區(qū)土地產(chǎn)出,一方面可通過提升作物產(chǎn)量潛力,另一方面可通過合理輪作,延長周年作物栽培時長[28-29]。在兩熟或多熟制區(qū)域,播期安排受前茬作物熟期制約,因而合理選擇水稻適宜品種和播期是直播稻獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵[30]。受氣候條件、溫光資源、土壤養(yǎng)分等差異的影響,針對各地區(qū)參試品種與合理播期的設(shè)置也不盡相同[31]。Rajinder 等[32]研究認為隨著播期推遲,參試直播稻品種由于庫容量的降低導(dǎo)致產(chǎn)量顯著下降。褚旭東等[33]研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)推遲播期對水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有利。朱練峰等[34]認為過早或過晚播種水稻產(chǎn)量均有所降低。余鵬等[35]研究表明,浙江省晚粳稻品種播期過早或過遲均不利于高產(chǎn)。本研究中,不同的直播稻品種適宜播期也不同,總體上過遲播種不利于高產(chǎn),這與前人研究結(jié)果部分一致[34-35]。隨著播期推遲,中早熟品種(內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號)在播期Ⅴ產(chǎn)量最高,在播期Ⅸ產(chǎn)量最低；中熟品種(輻優(yōu)838)和中遲熟品種(岡優(yōu)725)均在播期Ⅰ產(chǎn)量最高,播期Ⅸ產(chǎn)量最低。3 個品種產(chǎn)量從最高到最低下降幅度分別為11.8%、33.0%、45.4%。由此可見,適宜的播期和品種搭配對水稻高產(chǎn)具有重要意義。對川西平原而言,過遲播種不利于高產(chǎn)。中早熟品種播期適當(dāng)推遲至5月上中旬產(chǎn)量更高,中熟品種宜在4月底前播種,生育期較長的中遲熟品種應(yīng)早播。

此外,中早熟品種(內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號)產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)存在一個合理的時間段,5月24日前均適宜直播,為適當(dāng)推遲播期,開展麥茬-水稻或油茬-水稻直播提供了有利條件。對川西平原而言,內(nèi)5 優(yōu)玉香1號在5月底播種仍表現(xiàn)出8.25 t·hm-2的產(chǎn)量潛力,該播種期已超過本區(qū)域麥-稻兩熟規(guī)?；N植的水稻移栽期(5月中旬)。說明該品種在茬口銜接方面,特別適合作為麥-稻或油-稻兩熟制直播稻品種,若進一步改善水肥調(diào)控和直播栽培技術(shù),發(fā)掘其產(chǎn)量潛力,在生產(chǎn)上應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)論

在川西平原稻田兩熟區(qū)設(shè)置的直播播期范圍內(nèi),3種類型秈稻的Pn 隨著播期推遲總體呈顯著下降趨勢。隨著播期推遲,中早熟品種產(chǎn)量呈先升高后降低趨勢,中熟和中遲熟品種產(chǎn)量均呈顯著下降趨勢。播期推遲顯著降低中熟和中遲熟品種的有效穗數(shù)和結(jié)實率,導(dǎo)致產(chǎn)量顯著下降。針對川西平原氣候條件,為盡可能提高直播稻產(chǎn)量,3 種類型秈稻適宜播期在4月5日-4月26日之間。中早熟品種(內(nèi)5 優(yōu)玉香1 號),可適當(dāng)推遲播期,適合作為當(dāng)?shù)佧?稻或油-稻兩熟制直播稻品種推廣應(yīng)用。