高溫對黃河三角洲地區(qū)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

魏立興 王智華 侯紅燕 徐德芳 婁金華

摘要：本研究以津粳253、潤農(nóng)4號和晶兩優(yōu)1212為材料，通過對比分析2017、2018年的試驗數(shù)據(jù)，研究生育期間高溫脅迫對水稻生長、產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響。結果表明：高溫導致水稻的每穗總粒數(shù)、結實率、千粒重、產(chǎn)量下降，3個品種（津粳253、潤農(nóng)4號和晶兩優(yōu)1212）產(chǎn)量分別降低13.0%、9.1%和29.0%;而稻米的堊白質(zhì)粒和直鏈淀粉含量增加明顯，稻米食味值降低。該結果可為進一步了解高溫對水稻結實和稻米品質(zhì)的影響機理、篩選黃河三角洲地區(qū)耐熱性強的水稻品種提供理論依據(jù)。

關鍵詞：水稻;高溫脅迫;產(chǎn)量;稻米品質(zhì)

中圖分類號：S511.01文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）05-0038-04

伴隨溫室效應增強，地表氣溫逐漸升高，20世紀全球平均氣溫上升0.4～0.8℃，中國同期氣溫升高0.5～0.8℃，預計21世紀末全球氣溫仍將上升1.4～5.8℃;極端天氣在全球?qū)⒏宇l繁出現(xiàn)，且持續(xù)時間更長，作物生產(chǎn)風險也日益嚴重[1，2]。

水稻是中國主要糧食作物，高溫熱害會對其生產(chǎn)造成巨大影響[3]。黃河三角洲地區(qū)是我國濱海鹽堿地集中分布區(qū)之一，約有90%的土壤屬于不同程度的鹽漬土范疇。該區(qū)水資源豐富，光照充足，雨熱同步，稻作條件優(yōu)越，是山東省重要的水稻種植區(qū)。其境內(nèi)水稻品種大多是常規(guī)粳米，屬典型的沿黃稻[4]。

近年來，黃淮以及南方稻區(qū)7—8月極易出現(xiàn)高溫天氣[5-8]，此時正值水稻生長關鍵期，極端高溫天氣影響水稻生長發(fā)育，導致水稻減產(chǎn)和品質(zhì)降低[9，10]。研究表明，水稻生長在環(huán)境敏感期間溫度每升高1℃，會導致產(chǎn)量損失10%以上[11]。2017—2018年本課題組開展水稻品種比較試驗時，2018年出現(xiàn)異常高溫天氣，其7、8月份平均最高（低）溫分別比2017年高0.6℃（0.3℃）和1.0℃（0.9℃）。據(jù)此，以兩年試驗數(shù)據(jù)為材料，分析高溫對黃河三角洲濱海鹽堿稻區(qū)水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為水稻逆境抗性研究、篩選耐熱性強的優(yōu)質(zhì)水稻品種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試品種

潤農(nóng)4號由山東潤農(nóng)種業(yè)科技有限公司提供，晶兩優(yōu)1212（雜交稻）由湖南隆平高科種業(yè)有限公司提供，津粳253在當?shù)胤N子公司購買。

1.2試驗地概況

試驗于2017—2018年在山東省東營市墾利區(qū)李王村進行。該地位于山東北部黃河三角洲地區(qū)，屬溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫13℃左右，年均降水量550～600mm，且多集中在夏季，占全年降水量的65%。土壤類型為濱海鹽化潮土，質(zhì)地砂壤，0～20cm土層土壤基本理化性狀如表1所示。

2017、2018年氣溫出現(xiàn)較大差異，其中2017年7、8月份平均最高（低）氣溫分別為31.9℃（25.0℃）和30.1℃（23.5℃），而2018年7、8月平均最高（低）氣溫分別為32.5℃（25.3℃）和31.1℃（24.4℃）。另外，2017年7、8月份連續(xù)最高氣溫超過34℃天數(shù)分別為5天和0天，而2018年7、8月份連續(xù)最高氣溫超過34℃天數(shù)分別為8天和5天。

1.3試驗設計

試驗采取隨機區(qū)組排列，每個品種重復3次。常規(guī)稻種植：4～5株/穴，行距28.3cm，穴距14.3cm;雜交稻種植：2～3株/穴，行距28.3cm，穴距25cm。

1.4栽培管理

4月15日進行水稻浸種，4月20日采用旱育秧技術育苗，整平秧床后按常規(guī)播種。5月30日人工插秧栽培。分蘗前施尿素90.0kg/hm2;分蘗肥施史丹利復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）187.5kg/hm2、尿素150.0kg/hm2;穗肥施史丹利復合肥150.0kg/hm2、尿素150.0kg/hm2;揚花后期施史丹利復合肥112.5kg/hm2、尿素112.5kg/hm2;灌漿期施史丹利復合肥150.0kg/hm2、尿素150.0kg/hm2。其它田間管理措施同常規(guī)田塊。

1.5指標測定

1.5.1土壤理化指標土壤灌水翻耕前，交叉隨機采集5個點的0～20cm耕層土壤，室內(nèi)避光自然風干過2mm篩后進行土壤理化指標測定。速效氮用凱氏定氮法測定;速效磷采用0.5mol/L碳酸氫鈉浸提、鉬銻抗比色法測定;速效鉀采用乙酸銨提取、火焰光度計測定;土壤有機質(zhì)含量采用外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定;土壤pH值采用去離子水提取電位法測定。具體操作過程參照魯如坤[12]的方法。

1.5.2主要農(nóng)藝性狀基本苗數(shù)：移栽返青后定點連續(xù)調(diào)查10穴，包括主苗與分蘗苗，取平均值折算成每公頃基本苗。最高苗數(shù)：分蘗盛期在調(diào)查基本苗的定點處每隔3天調(diào)查一次苗數(shù)，直至不再增加為止，取平均值折算成公頃最高苗數(shù)。分蘗率（%）=（最高苗數(shù)-基本苗數(shù)）/基本苗數(shù)×100。有效穗數(shù)：成熟期在調(diào)查基本苗的定點處調(diào)查有效穗數(shù)，抽穗結實少于5粒的穗不計入有效穗，但白穗計入。株高：成熟期選10穴有代表性的植株，測量每穴的最高者，從莖基部至穗頂（不連芒），取其平均值。

1.5.3產(chǎn)量和產(chǎn)量構成因素水稻成熟后，每個處理隨機選定3個代表性的1m2樣方，每個樣方中選取與所有穴植株平均穗數(shù)相近的一棵植株為考種樣品，然后根據(jù)Yoshida（1981）[13]的方法對樣品進行考種，測定每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、有效穗數(shù)、結實率、千粒重等產(chǎn)量指標。收獲各試驗樣區(qū)的水稻實收測產(chǎn)。

1.5.4稻米食味品質(zhì)利用米粒食味計（型號：RLTA10B-L，日本佐竹公司產(chǎn)品）測定食味值、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和水分。利用大米顆粒評定儀（型號：RGQI20A，日本佐竹公司產(chǎn)品）測定完整米、堊白質(zhì)粒等。

1.6數(shù)據(jù)處理

利用MicrosoftExcel2010進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，采用SPSS軟件進行顯著性分析。

2結果與分析

2.1高溫對水稻農(nóng)藝性狀的影響

表2顯示，與2017年相比，2018年津粳253、潤農(nóng)4號和晶兩優(yōu)1212的分蘗率分別下降29.7%、10.1%和9.7%，其最高苗數(shù)和有效穗分別下降20.8%、10.5%、11.5%和4.3%、2.6%、1.0%。2018年水稻的最高苗數(shù)、分蘗率和有效穗低于2017年的同期水平，其原因可能是高溫增加濱海鹽堿稻區(qū)水稻鹽害程度，從而降低水稻分蘗能力。這與沙漢景等人研究結果一致[14]。另外，3個水稻品種的株高分別提高0.8%、0.4%和6.9%。

2.2高溫對水稻產(chǎn)量因素的影響

2.2.1高溫對水稻產(chǎn)量的影響由圖1可知，2018年水稻產(chǎn)量顯著低于2017年，津粳253、潤農(nóng)4號和晶兩優(yōu)1212分別減產(chǎn)13.0%、9.1%和29.0%，其中晶兩優(yōu)1212減產(chǎn)最多。

2.2.2高溫對水稻產(chǎn)量構成因素的影響由表3看出，與2017年相比，2018年水稻的穗總粒數(shù)、實粒數(shù)和結實率均呈現(xiàn)下降趨勢，其中結實率影響顯著，津粳253、潤農(nóng)4號和晶兩優(yōu)1212分別下降1.9%、3.6%和2.5%。2018年水稻的千粒重略高于2017年，其中津粳253、潤農(nóng)4號和晶兩優(yōu)1212分別增加1.2%、1.3%和0.4%。千粒重的增加可能與源庫關系變化有關，水稻干物質(zhì)積累和運輸受高溫影響不顯著，但空秕率的提高導致源庫比提升，從而可能增加千粒重。

2.3高溫對水稻品質(zhì)的影響

由表4看出，與2017年相比，2018年津粳253、潤農(nóng)4號和晶兩優(yōu)1212的蛋白質(zhì)、直鏈淀粉含量和堊白粒率均不同程度增加，其中直鏈淀粉含量和堊白粒率分別增加2.6%、2.6%、0.5%和50.0%、31.3%、20.8%，說明高溫對水稻直鏈淀粉含量和堊白質(zhì)粒影響顯著。而3個品種稻米的食味值和整米率分別降低6.2%、7.7%、1.7%和2.1%、1.8%、0.8%。

3討論與結論

水稻整個生長階段，孕穗至抽穗揚花期是高溫熱害最敏感期，其它生育期為次敏感期。如果高溫敏感期遭受高溫脅迫會降低結實率、粒重，導致產(chǎn)量損失和稻米品質(zhì)下降[15]。本試驗結果顯示，黃河三角洲地區(qū)水稻生育期（7、8月份）突遇高溫會導致分蘗率和有效穗數(shù)下降、結實率顯著降低、株高和千粒重略微增加，水稻減產(chǎn)顯著。其原因可能是分蘗期高溫加大了水稻鹽害程度，降低了水稻分蘗能力，促進了主莖生長，增加了株高。水稻分蘗力下降一定程度上影響到有效穗數(shù)。高溫對每穗總粒數(shù)影響不顯著，可能是水稻抽穗開花期穎花總量已基本確定，高溫引起了花粉敗育，空秕粒增多，結實率降低，最終導致水稻減產(chǎn)。

研究表明，高溫會加速水稻籽粒灌漿、縮減灌漿時間，導致水稻千粒重降低[16，17]。而本試驗結果顯示，3個水稻品種千粒重稍有提高，有可能是抽穗開花期遇到高溫后，穎花受精過程受到嚴重干擾，受精率顯著下降，實粒數(shù)減少，源庫比增加，引起千粒重的提升。這與前人研究結果一致[18]。

目前很多試驗證實，水稻抽穗開花期至灌漿期遇高溫熱害會降低稻米外觀和品質(zhì)，增加稻米堊白粒率和整米率，提升直鏈淀粉含量，引起水稻品質(zhì)降低[19，20]，這與本試驗結果一致。另外，受高溫影響后3個水稻品種的直鏈淀粉含量不同程度升高，而食味值出現(xiàn)對應降低，說明直鏈淀粉含量很大程度上決定稻米食味品質(zhì)。因此降低稻米中的直鏈淀粉含量可作為優(yōu)質(zhì)稻米選育標準之一。

近年來，黃淮以及南方稻區(qū)高溫天氣越發(fā)頻繁，熱害十分嚴重。同時，隨著黃河三角洲地區(qū)種植業(yè)結構調(diào)整，直播、機械插秧等簡化栽培技術推廣，早熟品種面積擴大，水稻抽穗開花期有所提前，一定程度上增大了水稻高溫敏感期遭遇高溫災害性天氣的幾率。本研究分析了高溫對濱海鹽堿稻區(qū)水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量構成因素的影響，其結果可為進一步了解高溫對水稻結實和稻米品質(zhì)的影響機理、篩選黃河三角洲地區(qū)耐熱性強的水稻品種提供理論依據(jù)。

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