播期對江淮一季稻生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的影響

柳軍 王學(xué)林 張玉龍 鄧斌 王志 曾凱

摘要：合理確定水稻最佳播期是實現(xiàn)水稻高產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。以江淮一季稻主栽品種輻優(yōu)17為試材，于2018年3—9月在安徽省合肥市農(nóng)業(yè)氣象試驗站設(shè)計水稻大田分期播種試驗，系統(tǒng)分析播期對水稻生長發(fā)育、灌漿特性及產(chǎn)量構(gòu)成等方面的影響。研究表明：（1）播期越早，水稻營養(yǎng)生長階段和全生育期越長;不同播期下水稻植株生長高度變化趨勢基本一致，增長速率以4月16日播期最大，水稻葉面積指數(shù)在3月27日和4月16日播期明顯優(yōu)于其他播期，更有利于提高水稻光合生產(chǎn)能力。（2）各播期水稻群體植株地上部分干物質(zhì)積累過程均略呈拉長的“S”形曲線，4月16日播期的干物質(zhì)積累最大增長速率出現(xiàn)時間最早，3月27日、4月6日播期次之，4月26日最晚。（3）各播期水稻千粒質(zhì)量積累過程呈“慢—快—慢”的“S”形曲線，水稻籽粒灌漿速度均為明顯的單峰變化曲線，但各播期水稻灌漿特征參數(shù)差異較大。總體來說，播期越遲，灌漿持續(xù)時間越短，越有利于水稻粒質(zhì)量積累。（4）播期改變對水稻產(chǎn)量構(gòu)成影響較大，適當(dāng)早播（4月16日）可增加水稻穗結(jié)實粒數(shù)、降低空殼率和秕谷粒，從而提高水稻產(chǎn)量。本研究結(jié)果可為江淮一季稻高產(chǎn)栽培提供一定的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：江淮地區(qū);一季稻;最佳播期;生長發(fā)育;產(chǎn)量形成;Logistic方程

中圖分類號：S511.04文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2020）22-0049-07

作者簡介：柳軍（1972—），男，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)研究。E-mail：simliou@sohu.com。

通信作者：王學(xué)林，碩士，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究。E-mail：912856253@qq.com。

水稻（OryzasativaL.）屬于禾本科稻亞科稻屬，是世界上三大主要糧食作物之一，廣泛種植于熱帶和亞熱帶地區(qū)[1]。安徽省水稻種植區(qū)主要分布在沿江、江淮和沿淮等地，水稻生產(chǎn)以單季中稻為主[2-3]。近年來，隨著全球氣候的持續(xù)變暖，單季稻原有的熟制、布局和結(jié)構(gòu)均相應(yīng)發(fā)生了較大調(diào)整，如繼續(xù)按以往確定的水稻最佳適播期播種，很難充分利用氣候資源。因此，系統(tǒng)開展氣候變化背景下水稻適播期試驗，確保水稻的豐產(chǎn)豐收與高產(chǎn)高效，已成為人們最為關(guān)心的問題。

前人關(guān)于播期對水稻生長特性及產(chǎn)量形成等方面的影響已有不少研究，但由于各地區(qū)栽培生態(tài)條件和品種特性等因素不同，研究結(jié)果也不盡相同。已有研究發(fā)現(xiàn)，播期會影響水稻生育期時間長短[4]、灌漿速率[5]、稻米品質(zhì)[6]、光合勢[7]、產(chǎn)量構(gòu)成[8-13]等。霍中洋等研究發(fā)現(xiàn)，隨著播期的推遲，水稻干物質(zhì)積累量及葉、莖的輸出量、輸出率和輸出物質(zhì)轉(zhuǎn)化率均呈明顯的下降趨勢[14]。黃禮慶等認(rèn)為，播期對水稻的生育期、植株性狀和產(chǎn)量等指標(biāo)影響較大，播期不同的水稻，生長發(fā)育進(jìn)程、植株生長高度、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)等差異較大[15]。杜斌的研究表明，選擇合適播種期是水稻獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)，播期在一定程度上影響水稻生長發(fā)育進(jìn)程，從而影響水稻產(chǎn)量構(gòu)成及品質(zhì)優(yōu)劣，根據(jù)水稻品種特性確定最佳適播期是水稻獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要途徑之一[16]。

因此，本研究以推廣面積較大的主栽品種輻優(yōu)17為試驗材料，在安徽省合肥市農(nóng)業(yè)氣象試驗站開展大田分期播種試驗，對不同播期條件下水稻生長發(fā)育情況、產(chǎn)量構(gòu)成等進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期為江淮一季稻的高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論與實踐依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地點

試驗在安徽省合肥市農(nóng)業(yè)氣象試驗站（117°03′E、31°57′N）進(jìn)行，該站位于安徽省中部經(jīng)開區(qū)高劉鎮(zhèn)長崗社區(qū)滁河干渠西側(cè)（圖1），屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，海拔高度49.8m，年平均氣溫16.2℃;年降水量1000.9mm，分布不均勻，主要集中在6—8月;年日照時數(shù)1868.1h，土壤為壤黏土，呈酸性，肥力中等。

1.2試驗設(shè)計

試驗用水稻品種為輻優(yōu)17，為江淮地區(qū)單季稻主栽品種。采取分期播種方式開展田間試驗，分4個播期進(jìn)行播種，每隔10d開展1期，于2018年3月27日開始播第1期，其后在4月6日、4月16日和4月26日分別進(jìn)行播種，各播期水稻均按照35d的秧田期進(jìn)行移栽，移栽行株距為20cm×18cm，每穴插2棵秧苗。各播期分別設(shè)置5個重復(fù)試驗，1～4重復(fù)小區(qū)用于試驗觀測;第5重復(fù)小區(qū)用于產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析等，不進(jìn)行觀測活動，小區(qū)面積為5m×4m，南北行向。生長期間沒有進(jìn)行水分灌溉，以旱作雨養(yǎng)為主，水稻生長期各小區(qū)田間管理措施保持一致。

1.3觀測項目與方法

1.3.1生育期觀測嚴(yán)格按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》[17]開展水稻生育期觀測，包括播種、出苗、3葉、移栽、返青、分蘗、拔節(jié)、孕穗、抽穗、乳熟、成熟期。其中移栽、返青期根據(jù)播種方式的需要進(jìn)行觀測。

1.3.2生長狀況與生長量測定植株生長高度測定：在水稻移栽期（移栽前3d內(nèi)）、返青、拔節(jié)、抽穗、乳熟期進(jìn)行株高的測定，將最長葉片拉直，測至葉片頂端，另外抽穗后同時還需測定穗頂端高度。在每個重復(fù)小區(qū)順序測定10株（莖），求平均值后記錄各重復(fù)小區(qū)株高，以cm為單位，取1位小數(shù)。

地上部分干物質(zhì)量測定：在水稻的3葉、移栽期（移栽前3d內(nèi)）、分蘗、拔節(jié)、抽穗、乳熟和成熟的普遍期測定地上部分干物質(zhì)量。在每個重復(fù)小區(qū)順序挖取10株（莖），共40株（莖），先取20株（莖）用于葉面積的測定，然后將其余20株（莖）樣本的莖稈、葉鞘、葉、穗分開，分別稱取鮮質(zhì)量，烘干后稱取干質(zhì)量，并求取平均值。以g/株（莖）為單位記錄數(shù)據(jù)，取小數(shù)2位。

葉面積指數(shù)（LAI）測定：在水稻的3葉、移栽期（移栽前3d內(nèi)）、分蘗、拔節(jié)、抽穗、乳熟、成熟期開展葉面積指數(shù)測定。在地上部分干物質(zhì)量測定的樣本中，連續(xù)取20株（莖），每株（莖）取其上、中、下部位葉片各1張，共取展開的綠色完整葉片60張，測定其葉面積，并求取平均值。以cm2/株（莖）為單位，取2位小數(shù)，換算成葉面積指數(shù)。

1.3.3灌漿速率測定在水稻籽粒形成至成熟期間，開展水稻灌漿速率的測定。于水稻開花始期，在每個重復(fù)小區(qū)，選擇同日開花、穗大小相仿的200個穗，掛牌，并注明日期，供灌漿速率測定用。開花后每5d取樣1次，直到成熟。[JP2]每次取20穗（每個重復(fù)小區(qū)取5穗），取下籽粒，數(shù)出總粒數(shù)，放入鋁盒中稱鮮質(zhì)量，烘干后稱干質(zhì)量，求取每穗籽粒干質(zhì)量。灌漿速率測定方法按《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》[17]要求進(jìn)行。以g/穗為單位記錄數(shù)據(jù)，取2位小數(shù)。

1.3.4產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析在水稻成熟期，在各分期播種重復(fù)小區(qū)，分別對1～4個重復(fù)小區(qū)連續(xù)取5穴，第5小區(qū)取20穴，共計40穴，沿基部剪下取回。分別數(shù)出各試驗處理區(qū)樣本總莖數(shù)，再將有效穗連同穗柄剪下，數(shù)出總穗數(shù)。按穗的長度，分3組分別數(shù)出數(shù)量，從各組中按比例共取50個穗，供穗粒數(shù)、穗結(jié)實粒數(shù)、空殼率、秕谷率分析用。對40穴其余樣本脫粒，將籽粒（含已抽出的50穗上的籽粒）、莖稈（含脫粒穗軸）曬干，用于千粒質(zhì)量、莖稈比分析。水稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析的項目包括穗粒數(shù)、穗結(jié)實粒數(shù)、空殼率、秕谷率、千粒質(zhì)量、理論產(chǎn)量、株成穗數(shù)、成穗率、莖稈質(zhì)量、籽粒與莖稈比。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

水稻群體植株干物質(zhì)積累量和籽粒生長過程可用Logistic方程Y=A/（1+Be-kt）或Y=A/（1+eb-kt）加以擬合描述，其一階導(dǎo)數(shù)dy/dx=ABke-kt/（1+Be-kt）2可用于描述水稻群體植株干物質(zhì)積累過程和籽粒生長過程中指標(biāo)動態(tài)變化特征[18-19]。根據(jù)Logistic方程及其一階導(dǎo)數(shù)，可計算出水稻籽粒生長過程中一些基礎(chǔ)特性參數(shù)（Co、t、Tm和Vm）和灌漿特性參數(shù)（T1、T2、T3、W1、W2、W3、V1、V2、V3、T和Va），各參數(shù)的意義和計算方法見參考文獻(xiàn)[20-22]。

2結(jié)果與分析

2.1不同播期對水稻生長發(fā)育的影響

2.1.1不同播期對水稻生育進(jìn)程的影響水稻的生長發(fā)育除受遺傳特性等內(nèi)在因素影響外，還與水稻生境潛熱、光照等外部因子息息相關(guān)，不同播期的溫光效應(yīng)存在明顯的不同，播期對水稻生育期有著明顯的調(diào)節(jié)作用。由表1可知，播種越早（3月27日）全生育期越長（156d），晚播水稻（4月26日）全生育期僅有139d，兩者相差了17d，播期每向后推遲10d，水稻全生育期縮短約4d。4個播期下水稻營養(yǎng)生長階段的天數(shù)分別為95、93、91、89d，隨播期的延遲呈逐漸減少的趨勢，主要是由于隨著播期的推遲，氣溫逐漸升高，水稻生長發(fā)育加快，導(dǎo)致水稻營養(yǎng)生長階段時間相應(yīng)明顯縮短，生育進(jìn)程加快，而營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)階段和后期生殖生長階段變化規(guī)律不明顯，可能是由于受極端高低溫等高影響天氣所致。

2.1.2不同播期對水稻植株生長高度的影響由圖2可知，不同播期水稻植株生長高度變化曲線基本一致，各播期在各生長發(fā)育階段均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，其中在返青階段后，SD3播期增長速率明顯高于其他播期。

2.1.3不同播期對水稻植株葉面積指數(shù)的影響從圖3可以看出，不同播期水稻的葉面積指數(shù)在不同生育期均存在一定差異，3葉期至移栽前3d，隨著播期的推遲，[JP2]水稻葉面積指數(shù)表現(xiàn)為SD4>SD3>SD2>SD1，最晚播期（4月26日）葉面積指數(shù)達(dá)到2.75，明顯高于其他播期，表明播期越晚，溫光效應(yīng)越好，越有利于提高水稻群體光合生產(chǎn)力。在分蘗期之后，不同播期水稻葉面積指數(shù)隨生育期的推進(jìn)

變化趨勢明顯不同，但總體上呈現(xiàn)先增后減的趨勢，其中分蘗期—拔節(jié)期SD3的LAI增速最快，SD1和SD4次之，SD2增速最慢，但在拔節(jié)期—抽穗期，SD3有明顯下降趨勢，SD1、SD3、SD4播期LAI均在乳熟期達(dá)到最大值，而此時SD2播期LAI呈下降趨勢，以上分析表明，僅從LAI看，選擇SD1、SD3播期明顯優(yōu)于SD2和SD4，過晚播種會明顯抑制LAI的增長，使LAI明顯降低，而SD1和SD3播期下水稻LAI變化動態(tài)合理且數(shù)值大，有利于提高水稻光合生產(chǎn)能力。

2.1.4不同播期對水稻莖葉干物質(zhì)積累的影響由圖4可知，不同播期下水稻群體植株干物質(zhì)積累過程均略呈拉長的“S”形曲線，即先后經(jīng)歷始盛期—高峰期—盛末期3個不同階段，不同播期下的水稻群體植株干物質(zhì)積累和播種后天數(shù)的關(guān)系符合經(jīng)典的Logistic方程曲線。因此，本研究采用全局優(yōu)化算法對不同播期下的Logistic方程參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，由表2可知，各播期下回歸方程相關(guān)系數(shù)（r2）均較高。從圖4可以看出，各播期下水稻群體植株的干物質(zhì)累積在出苗后60d左右，即移栽期以后表現(xiàn)[JP+1]為快速遞增趨勢。比較不同播期下干物質(zhì)積累量隨時間的變化曲線可以看出，4月6日播種的水稻干物質(zhì)積累量最少，其他3個播期表現(xiàn)為4月26日>3月27日>4月16日。不同播期下水稻植株干物質(zhì)積累速率在整個生育期的變化趨勢是一致的，表現(xiàn)為下開口拋物線型，水稻植株干物質(zhì)最大積累速率以4月26日播期最大，3月27日播期最小。

2.2不同播期對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.2.1不同播期對水稻灌漿過程的影響從圖5可以看出，水稻千粒質(zhì)量的積累過程呈“慢—快—慢”的“S”形曲線，先后經(jīng)歷漸增期—快增期—緩增期3個階段。綜合來看，由于開花后營養(yǎng)器官干物質(zhì)的積累和向籽粒庫的迅速分配，不同播期處理在開花后0～10d為水稻千粒質(zhì)量積累漸增期，10～25d千粒質(zhì)量迅速增加，25d之后增加趨勢又趨于緩慢。水稻的千粒質(zhì)量總體隨播期的推遲而增加，在開花后55d，4月26日播種的水稻千粒質(zhì)量最高，為29.26g，比播期為4月16日、4月6日和3月27日的千粒質(zhì)量分別增加1.02、2.22、3.17g。各播期處理下的水稻籽粒灌漿速率均呈明顯的單峰變化曲線（圖5）。4月6日、4月16日、4月26日播種的水稻籽粒最大灌漿速率出現(xiàn)的日期（Tm）比3月27日分別提前了3.08、5.24、7.94d;水稻籽粒最大灌漿速率（Vm）也隨播期的推遲呈先降低后增加的趨勢，其中3月27日播期的最大灌漿速率為100g/（千粒·d），4月6日播期減小為0.98g/（千?！），4月16日和4月26日播期迅速增大，分別為1.02、1.12g/（千粒·d）;持續(xù)灌漿時間（T）也隨水稻播期的推遲而減小，起始生長勢（Co）以4月26日播期最大，3月27日播期最小，說明水稻起始灌漿潛力隨著水稻播期的推遲而升高;從灌漿的3個階段來看，各播期處理漸增期（T1）最短，而緩增期（T3）最長，水稻千粒質(zhì)量積累階段緩增期平均比漸增期長17.85d，比快增期（T2）長892d。3個階段的粒質(zhì)量在不同的階段均表現(xiàn)為隨著播期的推遲逐漸增加，相應(yīng)的3個階段灌漿速率則表現(xiàn)出先減小后增加的趨勢（表3）。圖5表明，水稻千粒質(zhì)量形成階段緩增期持續(xù)時間雖在整個灌漿期所占比例較大，但灌漿速率慢，最終粒質(zhì)量積累量不高，而快增期持續(xù)時間較長且灌漿速率較快，是水稻千粒質(zhì)量形成和干物質(zhì)積累最多的階段，快增期和漸增期較高的粒質(zhì)量積累量對于減小后期氣象條件對水稻灌漿的不利影響、穩(wěn)定粒質(zhì)量有積極作用。隨播期推遲，緩增期、快增期、漸增期水稻灌漿持續(xù)時間均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，而千粒質(zhì)量均表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢，表明播期越遲，水稻灌漿期光溫條件越好，灌漿時間越短，越有利于水稻粒質(zhì)量增加。

2.2.2不同播期對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響由表4可知，播期改變對水稻產(chǎn)量影響較大，其中SD3播期理論產(chǎn)量最高，為2284.7kg/hm2，SD1和SD2播期次之，SD4播期最低。4個播期下水稻千粒質(zhì)量為265～29.8g，各播期之間差異較小;但不同播期水稻的穗粒數(shù)、穗結(jié)實粒數(shù)、空殼率、秕谷率、莖稈質(zhì)量和籽粒與莖稈比均存在一定差異。SD1播期穗粒數(shù)最多，達(dá)230.7粒，比SD2、SD3、SD4播期分別高277%、3.4%、28.4%;而穗結(jié)實粒數(shù)SD3播期最多，為192.0粒，分別比SD1、SD2、SD4播期高6.8、11.4、79.9粒;隨著播期的推遲，空殼率呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，SD1和SD4播期秕谷率高于SD2[JP2]和SD3播期;各播期的莖稈質(zhì)量以SD3播期最高，為2431.3g/m2，SD4播期最低，為1322.2g/m2;籽粒與莖稈比以SD1播期最低，SD3播期次之，SD2和SD4播期最高。不同播期間產(chǎn)量的差異主要是由穗結(jié)實粒數(shù)、穗粒數(shù)、空殼率和秕谷率不同所致，說明播期對產(chǎn)量構(gòu)成影響較大。SD3播期除穗粒數(shù)略低于SD1播期、千粒質(zhì)量略低于SD4播期以外，穗結(jié)實粒數(shù)、秕谷率和理論產(chǎn)量均優(yōu)于其他播期。

3結(jié)果與討論

本研究以推廣面積較大的江淮一季稻主栽品種輻優(yōu)17為試材，在合肥市典型的亞熱帶濕潤性雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)生態(tài)條件下開展大田分期播種試驗，研究認(rèn)為，播期對一季稻生長發(fā)育及產(chǎn)量具有較大影響。水稻生育期可分為播種期—抽穗期和抽穗期—成熟期2個重要生長發(fā)育階段，本研究表明，播期對一季稻全生育期及不同生育階段持續(xù)時間影響較大。播期越遲，全生育期持續(xù)時間越短，這與前人研究結(jié)果[10，14]較為一致。葉面積指數(shù)是群體結(jié)構(gòu)的重要量化指標(biāo)，是影響作物產(chǎn)量的重要因素，研究表明，適宜的播期可顯著提高水稻的LAI，進(jìn)而影響水稻群體的光合勢和生長率，適宜的LAI有利水稻群體干物質(zhì)積累[21]。本研究表明，3月27日或者4月16日播種的水稻LAI變化動態(tài)合理且數(shù)值較大，最有利于江淮一季稻光合生產(chǎn)能力的提高。

霍中洋等研究表明，播期推遲對水稻的光合生產(chǎn)和干物質(zhì)積累影響較大，水稻的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量約70%來自于抽穗后的干物質(zhì)積累，高產(chǎn)栽培不僅要保證前、中期有一定的干物質(zhì)積累基礎(chǔ)，更要重視抽穗后的光合生產(chǎn)和干物質(zhì)積累[14]。本研究證實，不同播期下水稻群體植株干物質(zhì)積累過程表現(xiàn)為明顯的“慢—快—慢”Logistic增長曲線，干物質(zhì)累積快增期約出現(xiàn)在出苗后60d左右，這種變化趨勢與張凱等得出的小麥干物質(zhì)積累過程[22]較為相似。

在播期對水稻籽粒灌漿特性的影響方面，許多學(xué)者做了大量的工作[5，23-24]，袁繼超等研究證實，水稻籽粒的灌漿特性受播種期影響較大，不同播期之間籽粒達(dá)到最大灌漿速率的時間間隔、起始勢、最大和平均灌漿速率等籽粒灌漿特征參數(shù)存在較大差異，適期播種水稻的灌漿速率高、籽粒大、充實度高[25]。此外，水稻籽粒灌漿特性受播期影響也有種間差異[26]。本研究表明，播期對水稻籽粒灌漿特征有明顯影響，雖各播期處理下的水稻籽粒灌漿速率均呈明顯一致的單峰變化曲線，但不同播期處理下的水稻灌漿特征參數(shù)存在明顯的差異。

水稻產(chǎn)量主要由水稻品種本身的遺傳特性和外界環(huán)境條件共同決定，適宜的播期有助于水稻最大限度利用溫光資源[27-28]，充分發(fā)揮水稻品種的產(chǎn)量潛力[7]。本研究結(jié)果表明，播期改變對各水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素影響較大，適宜的播期（4月16日）可有效提高穗結(jié)實粒數(shù)和理論產(chǎn)量，減少空殼率和秕谷，早播和晚播均不利于形成高產(chǎn)，本研究結(jié)果與李秀芬等的研究結(jié)果[8]較為一致，可能是因為早播稻在抽穗結(jié)實階段受到的高溫?zé)岷?yán)重影響了籽粒的灌漿速率和持續(xù)時間，而晚播又常伴隨低溫冷害，不利于水稻灌漿結(jié)實。

本研究以江淮一季稻主栽品種輻優(yōu)17為研究對象，采用大田分期播種試驗確定最佳適播期，得出在4月16日前后播種輻優(yōu)17，有利于獲得較高產(chǎn)量。然而本研究結(jié)果也存在很多不足之處，如水稻最終產(chǎn)量受人為管理、病蟲害以及當(dāng)年的氣候條件影響較大，本研究所確定的最佳適播期還需綜合考慮當(dāng)年的氣候年景，因地制宜地開展生產(chǎn)。另外，本研究僅分析了江淮一季稻輻優(yōu)17的最佳適播期，結(jié)論對其他品種是否適用還有待進(jìn)一步試驗。

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