江淮下游不同播期對稻–麥周年作物產(chǎn)量、品質(zhì)及溫光資源利用的影響

陳天曄 袁嘉琦 劉艷陽 許 軻 郭保衛(wèi) 戴其根 霍中洋 張洪程 李國輝 魏海燕

江淮下游不同播期對稻–麥周年作物產(chǎn)量、品質(zhì)及溫光資源利用的影響

陳天曄 袁嘉琦 劉艷陽*許 軻*郭保衛(wèi) 戴其根 霍中洋 張洪程 李國輝 魏海燕

揚州大學農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江流域稻作技術創(chuàng)新中心 / 江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點 / 江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心 / 揚州大學水稻產(chǎn)業(yè)工程技術研究院, 江蘇揚州 225009

對江淮下游稻麥兩熟高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種植模式周年氣候資源分配和利用特征的探究, 可以為當?shù)貦C插水稻–小麥周年產(chǎn)量和氣候資源利用效率的提高提供一定的理論依據(jù)。在泰州興化市, 水稻季以遲熟中粳南粳9108和中熟中粳連粳11為材料, 設置5月22日(R-I)、5月29日(R-II)和6月5日(R-III) 3個播期, 小麥季以冬小麥寧麥13為材料, 設置11月5日(W-I)、11月15日(W-II)和11月25日(W-III) 3個播期, 分析了不同播期下機插水稻–小麥周年高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)形成與稻季、麥季資源分配特征。結(jié)果表明, 水稻季, 隨著播期推遲, 遲熟中粳南粳9108產(chǎn)量、溫光資源量及其生產(chǎn)效率均顯著下降, 中熟中粳連粳11溫光資源量呈下降趨勢, 但產(chǎn)量及溫光利用率呈先升后降趨勢, 各播期遲熟中粳產(chǎn)量均高于中熟中粳。小麥季, 產(chǎn)量、溫光資源量及其生產(chǎn)效率均隨播期推遲有不同程度降低。從周年生產(chǎn)看, 周年稻麥產(chǎn)量隨兩季作物播期的推遲顯著降低, 其中遲熟中粳南粳9108播期R-I與小麥播期W-I組合在所有處理中產(chǎn)量最高。水稻產(chǎn)量占周年產(chǎn)量比例最高為62.99%, 最低為55.86%。兩季間積溫分配率水稻季最高為68.38%, 小麥季最高為34.14%。季節(jié)間輻射量分配率水稻季平均為51.7%, 小麥季平均為48.3%。周年積溫生產(chǎn)效率和光能生產(chǎn)效率隨著稻麥播期推遲, 呈下降趨勢, 播期越遲減少越顯著。品質(zhì)方面, 遲熟中粳南粳9108的加工品質(zhì)均隨著播期推遲變劣而外觀品質(zhì)變優(yōu), 中熟中粳連粳11加工品質(zhì)變優(yōu)而外觀品質(zhì)變劣。兩品種蒸煮食味品質(zhì)及營養(yǎng)品質(zhì)(除中熟中粳連粳11食味值外)均隨播期推遲變劣。小麥的濕面筋含量和蛋白質(zhì)含量均隨播期推遲而減少。通過優(yōu)化稻麥播栽期, 選用適宜生育期水稻品種, 可提高周年產(chǎn)量和光溫資源生產(chǎn)效率, 是提升江淮下游機插水稻–冬小麥模式生產(chǎn)力的有效技術途徑。

江淮下游; 稻麥周年; 播期; 溫光資源; 分配與利用效率

水稻和小麥是我國最主要的糧食作物, 占居民口糧消費量的86.1%[1], 稻麥的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)對我國糧食安全具有重要意義。江淮地區(qū)溫光水等氣候資源優(yōu)越, 是我國水稻和小麥主產(chǎn)區(qū)之一, 也是稻麥兩熟區(qū)面積最大和生產(chǎn)力水平最高的地區(qū), 持續(xù)穩(wěn)定的稻麥生產(chǎn)對我國糧食生產(chǎn)具有重要的示范作用。

影響作物生產(chǎn)的主要因素除品種遺傳特性和種植方式外, 溫光生態(tài)條件是影響作物生產(chǎn)的關鍵因素, 與作物生長相匹配的充足溫光資源是作物獲得高產(chǎn)的環(huán)境保障[2]。近些年來全球氣候變暖加劇, 1960—2007年間江淮地區(qū)全年、小麥生長季和水稻生長季平均氣溫顯著上升, 每10年遞增速率分別為0.28℃、0.39℃和0.17℃[3-5]。受氣候變化影響, 區(qū)域氣候災害頻發(fā), 周年自然資源配置與利用發(fā)生較大變化, 原有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加[6]。隨著江淮地區(qū)水稻輕簡化、機械栽(播)技術的應用[7]以及粳稻化進程加快, 水稻成熟期不斷延遲, 收獲期普遍在10月下旬和11月上旬, 規(guī)模種植大戶為節(jié)省水稻貯藏成本往往收獲期更遲, 對小麥適期播種帶來較大影響, 茬口銜接時間更趨緊張。實踐和研究表明當?shù)匦←溸m播期范圍為10月25日至11月5日, 而目前實際小麥播種期較適宜播期推遲10 d左右, 甚至20 d以上, 導致小麥成熟期也相應推遲[8], 稻麥兩季資源分配矛盾日趨尖銳, 形成了稻麥“雙遲”生產(chǎn)模式[9], 影響了稻麥產(chǎn)量的穩(wěn)定。因此, 重新明確目前水稻、小麥兩熟制季節(jié)間溫光資源的合理配比特征, 有利于高效利用溫光資源, 充分發(fā)揮作物品種潛力, 確保糧食高效高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

前人針對作物周年溫光利用及兩季間資源分配有較多研究, 周寶元等[10]認為黃淮海地區(qū)冬小麥–夏玉米和雙季玉米高產(chǎn)高效種植模式核心是充分發(fā)揮玉米高光效及高物質(zhì)生產(chǎn)能力的優(yōu)勢, 使玉米季能獲得較多溫光資源。賴純佳等[11]根據(jù)多年氣象資料和產(chǎn)量數(shù)據(jù)研究認為淮河流域小麥–水稻種植制度氣候適宜度呈下降趨勢。杜祥備等[12]研究表明粳稻–小麥和秈稻–小麥種植模式均具有較高的資源利用效率, 優(yōu)化配置兩熟制季節(jié)間資源分配是進一步提升區(qū)域糧食周年產(chǎn)量潛力和資源效率的關鍵, 水稻較小麥更具增產(chǎn)潛力。王龍俊等[13]分析了江蘇不同生態(tài)區(qū)溫光水等主要氣象因素、土壤肥力、品種類型及周年種植現(xiàn)狀認為江蘇省完全具備稻麥周年高產(chǎn)高效生產(chǎn)的條件, 但仍表現(xiàn)為季節(jié)緊張, 茬口銜接與品種組合需統(tǒng)籌優(yōu)化。龔金龍等[9]研究稻麥不同栽培模式發(fā)現(xiàn), 稻麥“雙遲”栽培也可以實現(xiàn)稻麥周年噸糧生產(chǎn)。前人對江淮地區(qū)作物溫光資源利用方面有較多研究, 但大多是對單一作物水稻或者小麥為研究對象[14-18], 在稻麥周年種植制度下, 季節(jié)間溫光資源分配和高效利用以及作物周年產(chǎn)出的研究較少。本試驗針對在全球變暖的大環(huán)境下江淮東部地區(qū)現(xiàn)有稻麥周年作物種植茬口矛盾尖銳等問題, 通過設置稻麥播種期創(chuàng)造不同的典型茬口類型, 研究全年稻麥產(chǎn)量、品質(zhì)以及光熱資源分配比, 明確周年稻麥最佳播期搭配, 確保作物生產(chǎn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)以及資源高效利用。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2017—2018年在揚州大學農(nóng)學院校外試驗基地興化市釣魚鎮(zhèn)(33°05'N, 119°58'E)進行。該地位于江淮之間, 里下河腹部, 屬北亞熱帶濕潤氣候區(qū), 年平均溫度15℃左右, 年日照時數(shù)2305.6 h左右, 年降水量1024.8 mm左右, 無霜期227 d左右。土壤為勤泥土, 質(zhì)地黏性, 地力中等, 0~20 cm土層含有機質(zhì)26.8 g kg–1、全氮1.9 g kg–1、速效磷13.6 mg kg–1、速效鉀156.6 mg kg–1。

1.2 試驗設計

2017年和2018年小麥季供試小麥品種為寧麥13。設置3個播期: 11月5日(W-I)、11月15日(W-II)和11月25日(W-III), 條播行距25 cm, 基本苗300×104hm–2。公頃施用氮肥240 kg、磷肥120 kg、鉀肥120 kg; 氮肥運籌為基肥∶苗肥∶拔節(jié)肥 = 5∶1∶4。每處理重復3次, 小區(qū)面積20 m2。

水稻季供試品種為遲熟中粳南粳9108和中熟中粳連粳11。采用二因素裂區(qū)設計, 播種期為主區(qū), 水稻品種為裂區(qū), 每處理重復3次, 小區(qū)面積15 m2。設置3個播期為5月22日(R-I)、5月29日(R-II)和6月5日(R-III), 塑盤濕潤育秧, 移栽秧齡統(tǒng)一為18 d, 栽插行株距為30 cm×12 cm, 每穴4株苗。公頃施用氮肥300 kg, 運籌方式為基肥∶分蘗肥∶穗肥為3∶3∶4, 穗肥于倒四葉和倒二葉期分等量施用。公頃施用磷肥120 kg, 鉀肥225 kg, 磷肥全作基肥1次施用, 鉀肥分2次施用, 其中基肥和促花肥(倒四葉)各占50%。機插時薄水移栽活棵, 分蘗期穩(wěn)定淺水層灌溉; 在有效分蘗臨界葉齡的前一個葉齡(N?n?1), 莖蘗數(shù)達到預期穗數(shù)的80%時, 開始排水擱田; 拔節(jié)至成熟期實行干濕交替灌溉, 直至收獲前15~20 d。病蟲草害防治按當?shù)卮竺娣e生產(chǎn)統(tǒng)一實施。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生育期 觀測并記載供試水稻小麥品種拔節(jié)、抽穗、成熟等主要生育時期對應的準確日期。

1.3.2 產(chǎn)量 水稻季: 成熟期各小區(qū)選取3點, 每點連續(xù)收割50穴(除去邊行), 測定籽粒含水量, 計算實際產(chǎn)量。小麥季: 成熟期各小區(qū)選取割3點, 每點收割1.5 m2, 測定籽粒含水量, 計算實際產(chǎn)量。

1.3.3 氣象數(shù)據(jù)收集 氣象數(shù)據(jù)來源于興化市氣象站, 主要包括全年積溫和日照時數(shù)等。

1.3.4 季節(jié)間資源分配率與資源分配比例 氣象資源計算過程中, 水稻、小麥分別從播種開始累加到收獲結(jié)束, 周年為兩季相加減去重復計算部分。兩熟制季節(jié)間的資源分配率和資源分配比例等指標的相應計算公式如下[19]。

積溫分配率(TDR) = 季節(jié)內(nèi)積溫量(T)/周年積溫總量(T)

輻射分配率(RDR) = 季節(jié)內(nèi)輻射量(R)/周年輻射總量(R)

積溫比值(TR) = 第一季積溫量(T1)/第二季積溫量(T2)

輻射比值(RR) = 第一季輻射量(R1)/第二季輻射量(R2)

太陽總輻射Q = Q0(a＋bS/S0)

式中, Q為太陽總輻射, Q0為天文輻射, S為實測日照時數(shù), S0為太陽可照時數(shù), S/S0為日照百分率, a、b為待定系數(shù)[20]。

積溫計算過程中, 小麥季下限溫度取值為0℃, 水稻季下限溫度取值為10℃[21]。

1.3.5 光照、溫度生產(chǎn)效率 按下面公式計算光照、溫度生產(chǎn)效率[22]。

光能生產(chǎn)效率(g MJ–1)=籽粒產(chǎn)量/單位面積的太陽輻射

積溫生產(chǎn)效率(kg hm–2℃–1)=單位面積籽粒產(chǎn)量/生育期間積溫總量

1.3.6 稻米及品質(zhì) 水稻收獲脫粒、曬干, 室內(nèi)貯藏3個月后, 用NP-4350型風選機風選, 參照中華人民共和國國家標準《GB/T17891-1999優(yōu)質(zhì)稻谷》測定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白大小、堊白度、膠稠度等。采用瑞典Foss Tecator公司生產(chǎn)的近紅外谷物分析儀(Infrared 1241 Grain Analyzer)測定精米的蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量。

1.3.7 小麥品質(zhì) 蛋白質(zhì)含量按照國標GB5511-85, 用凱氏微量定氮法測定; 洗面筋儀(瑞典FallingNumber公司2100型)測定濕面筋含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2007和SPSS 16.0軟件處理和統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對作物生育進程的影響

分析不同播期對稻麥生育進程的影響發(fā)現(xiàn)(表1和表2), 水稻播種期每推遲1 d, 南粳9108和連粳11總生育期分別減少0.5 d和0.64 d, 成熟收獲期R-III播期較R-I播期分別推遲7 d和5 d。小麥播期每推遲10 d, 出苗所需天數(shù)分別增加1 d和5 d, 拔節(jié)期推遲3~4 d, 成熟收獲期推遲1~2 d。在稻麥周年生產(chǎn)過程中, 盡早播種使水稻和小麥生長時間發(fā)生重疊, 水稻R-I播期與前茬小麥生長重疊時間為12~15 d, 水稻R-II播期與前茬小麥生長重疊時間為5~8 d, 水稻R-III播期未與前茬小麥季生長時間有所重疊。這說明, 在試驗范圍播期內(nèi), 水稻盡早播種有利于提高稻麥周年的總溫光利用量以及利用率。

表1 播期對不同品種水稻主要生育時期的影響

R-I: 5月22日播種的水稻處理; R-II: 5月29日播種的水稻處理; R-III: 6月5日播種的水稻處理。

R-I: rice treatment sown on May 22; R-II: rice treatment sown on May 29; R-III: rice treatment sown on Jun. 6.

表2 播期對小麥主要生育時期的影響

W-I: 11月5日播種的小麥處理; W-II: 11月5日播種的小麥處理; W-III: 11月5日播種的小麥處理。

W-I: wheat treatment sown on Nov. 5; W-II: wheat treatment sown on Nov. 15; W-III: wheat treatment sown on Nov. 25.

2.2 播期對稻麥周年產(chǎn)量的影響

表3表明, 水稻季, 隨著播期推遲, 各處理遲熟中粳南粳9108產(chǎn)量均顯著下降, 播期每推遲7 d, 產(chǎn)量平均下降0.465 t hm–2, 中熟中粳產(chǎn)量連粳11以R-II播期為最高, 早播、晚播均會使產(chǎn)量下降, 早播7 d下降0.19 t hm–2, 晚播7 d下降0.6 t hm–2。不同生育類型水稻品種產(chǎn)量受播期影響程度 (變異系數(shù)) 表現(xiàn)為遲熟中粳(3.5%) >中熟中粳(2.3%)。水稻產(chǎn)量占周年產(chǎn)量比例最高為62.99%, 最低為55.86%。

小麥季, 隨著播期推遲, 各處理產(chǎn)量呈現(xiàn)遞減趨勢, 不同播期間差異顯著, 與W-I播期相比, W-II播期、W-III播期分別減產(chǎn)4.7%和20.7%。小麥產(chǎn)量占周年產(chǎn)量比例最高為44.14%, 最低為37.01%。各品種日產(chǎn)量均與產(chǎn)量趨勢一致, 中熟中粳品種連粳11在同一播期下均比遲熟中粳品種南粳9108高。

從稻麥周年來看, 遲熟中粳南粳9108的R-I播期與小麥W-III播期、R-III播期與小麥W-I播期, 中熟中粳連粳11的R-I播期與小麥W-III播期等3個組合由于作物成熟期較遲, 不能及時接茬。稻麥周年的產(chǎn)量隨著兩季作物播期的推遲呈顯著減少趨勢, 其中遲熟中粳南粳9108 R-I播期與小麥W-I播期組合在所有處理中產(chǎn)量最高, 為19.48 t hm–2, 中熟中粳連粳11 R-II與小麥W-I播期組合產(chǎn)量最高, 為19.09 t hm–2。在相同水稻播期條件下, 隨著小麥播期推遲, 水稻產(chǎn)量占周年產(chǎn)量比、水稻/小麥產(chǎn)量比均呈增加趨勢。

表3 播期對稻麥周年產(chǎn)量的影響

處理和縮寫同表1和表2?！啊北硎緹o法及時接茬的作物播期。同列數(shù)值后無相同小寫字母表示各因素不同水平間差異達0.05顯著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Tables 1 and 2. “—” means treatment of crops cannot be sown in time. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level.

2.3 不同播期對稻麥周年溫光資源分配的影響

2.3.1 不同播期對水稻季、小麥季及周年積溫分配的影響 表4可知, 不同播期水稻季、小麥季和周年累計有效積溫變化幅度較大, 且隨著播期的推遲稻季、麥季和周年積溫積累量變化趨勢一致, 均呈顯著性下降。水稻季, 隨播種期推遲, R-II播期和R-III播期較R-I播期全生育期積溫分別平均減少118.3℃和208.1℃, 有效積溫分配率分別減少3.0%和5.3%。

小麥季隨播期推遲, W-II播期和W-III播期較W-I播期全生育期積溫分別減少83.8℃和145.8℃, 有效積溫分配率較少4.3%和7.4%。水稻季全生育期有效積溫分配率最高為68.38%, 最低為61.20%, 遲熟中粳南粳9108全生育期有效積溫分配率略高于中熟中粳連粳11; 小麥季全生育期有效積溫分配率最高為34.14%, 最低為31.61%。麥季與稻季全生育期有效積溫比值平均為0.49 (遲熟中粳南粳9108)和0.52 (中熟中粳連粳11)。

表4 播期對稻麥周年有效積溫資源分配的影響

處理和縮寫同表1和表2。“—”表示無法及時接茬的作物播期處理。同列數(shù)值后無相同小寫字母表示各因素不同水平間差異達0.05顯著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Tables 1 and 2. “—” means treatment of crops can not be sown in time. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level.

2.3.2 不同播期對水稻季、小麥季及周年輻射量的影響 表5分析表明, 不同播期水稻季、小麥季和周年有效輻射量變化幅度較大, 且隨著播期的推遲稻季、麥季和周年積溫積累量變化趨勢一致, 均呈顯著性下降。水稻季, 遲熟中粳南粳9108不同播期處理輻射量分別為3043.5、3009.9和2929.8 MJ m–2, R-II播期和R-III播期較R-I播期輻射量分別減少33.6 MJ m–2和113.7 MJ m–2, 輻射量分配率分別減少1.1%和3.7%; 中熟中粳連粳11不同播期處理輻射量分別為2979.2、2914.9和2814.8 MJ m–2, R-II播期和R-III播期較R-I播期輻射量分別減少64.6 MJ m–2和164.4 MJ m–2, 輻射量分配率分別減少2.2%和5.5%。

小麥季, 不同播期輻射量分別為2773.7、2706.8和2659.0 MJ m–2, W-II播期和W-III播期較W-I播期輻射量分別減少66.9 MJ m–2和114.7 MJ m–2, 輻射分配率2.4%和4.1%。在試驗范圍內(nèi), 早播更能促進稻、麥植株對太陽輻射的利用。季節(jié)間輻射量分配率小麥季平均為47.0%, 水稻季輻射量分配率平均為51.0%。兩季間平均輻射比值為0.90 (遲熟中粳)和0.94 (中熟中粳)。

2.3.3 水稻季和小麥季溫光資源生產(chǎn)效率比較

表6可知, 在試驗播期范圍內(nèi), 水稻季, 遲熟中粳南粳9108 R-I播期和R-II播期積溫生產(chǎn)效率未表現(xiàn)出顯著差異, 分別為2.869 kg hm–2℃–1和2.876 kg hm–2℃–1, 但二者與R-III播期(2.780 kg hm–2℃–1)差異顯著; 中熟中粳連粳11積溫生產(chǎn)效率隨著播期推遲而升高, R-II播期和R-III播期差異不顯著, 但二者與R-I播期差異顯著, 過早播種導致其積溫生產(chǎn)效率顯著下降。光能生產(chǎn)效率在不同水稻品種間響應略有差異。遲熟中粳南粳9108光能生產(chǎn)效率R-II播期較播期I略有下降, 分別為0.372 g MJ–1和0.366 g MJ–1, 處理間未表現(xiàn)出顯著差異, R-III播期與R-I播期、R-II播期差異顯著, 較R-I播期下降0.017 g MJ–1; 中熟中粳連粳11 R-II播期處理光能生產(chǎn)效率最高, 為0.375 g MJ?1, 過早播種或者過遲播種均會導致其光能生產(chǎn)效率下降, R-II播期與R-I播期、R-III播期之間差異顯著。

表5 播期對稻麥周年輻射分配的影響

處理和縮寫同表1和表2。“—”表示無法及時接茬的作物播期處理。同列數(shù)值后無相同小寫字母表示各因素不同水平間差異達0.05顯著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Tables 1 and 2. “—” means treatment of crops can not be sown in time. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level.

小麥季, 隨著播期推遲, 積溫生產(chǎn)效率和光能生產(chǎn)效率均有不同程度下降。小麥積溫生產(chǎn)效率W-I播期和W-II播期分別為4.143 kg hm–2℃–1和4.120 kg hm–2℃–1, 二者差異不顯著, W-III播期(3.547 kg hm?2℃–1)較W-I播期下降14.3%, 差異顯著。小麥光能生產(chǎn)效率W-II播期(0.287 g MJ–1)較W-I播期(0.294 g MJ–1)略有下降, 差異未達顯著水平, W-III播期(0.243 g MJ–1)較W-I播期下降17.2%, 差異顯著。上述結(jié)果表明, 水稻季的積溫生產(chǎn)效率顯著低于小麥季, 但其光能生產(chǎn)效率顯著高于小麥季。周年積溫生產(chǎn)效率和光能生產(chǎn)效率隨著水稻和小麥的播期推遲, 呈現(xiàn)下降趨勢, 播期越遲, 減少越顯著, 遲熟中粳南粳9108變化范圍分別為3.444~3.045kg hm–2℃–1和0.345~0.303 g MJ–1, 中熟中粳連粳11變化范圍為3.404~3.152kg hm–2℃–1和0.341~0.308 g MJ–1; 小麥季變化范圍為4.143~3.547kg hm–2℃–1和0.294~0.243 g MJ–1。

2.4 播期對水稻品質(zhì)的影響

2.4.1 播期對水稻碾米品質(zhì)及外觀品質(zhì)的影響

表7可知, 不同類型水稻碾米及外觀品質(zhì)對播期的推遲有著不同的響應, 遲熟中粳南粳9108的糙米率、精米率和整精米率及堊白度和堊白粒率均隨著播期的推遲呈顯著下降趨勢, 中熟中粳連粳11的糙米率、精米率和整精米率及堊白度和堊白粒率呈顯著上升趨勢。影響程度表現(xiàn)為遲熟中粳＞中熟中粳。

表6 播期對小麥、水稻光能生產(chǎn)效率和積溫生產(chǎn)效率的影響

處理和縮寫同表1和表2。“—”表示無法及時接茬的作物播期處理。同列數(shù)值后無相同小寫字母表示各因素不同水平間差異達0.05顯著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Tables 1 and 2. “—” means treatment of crops can not be sown in time. Values followed by different lowercase letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level.

表7 播期對水稻碾米品質(zhì)及外觀品質(zhì)的影響

處理和部分縮寫同表1。同列數(shù)值后無相同小寫字母表示各因素不同水平間差異達0.05顯著水平。

Treatments and partial abbreviations are the same as those given in Table 1. Values followed by different letters are significantly different among the treatments at the 0.05 probability level. BRR: brown rice rate; MRR: milled rice rate; HMR: head milled rice rate; ChD: chalkiness degree; ChR: chalky rice rate.

2.4.2 蒸煮食味及營養(yǎng)品質(zhì) 表8可知, 隨播期的推遲, 2個品種的直鏈淀粉含量變化趨勢有所不同,南粳9108直鏈淀粉含量在試驗播期范圍內(nèi)無顯著差異。連粳11直鏈淀粉含量隨著播期的推遲呈線性上升的趨勢, 播期每推遲7 d, 直鏈淀粉含量上升1.425%。2品種的膠稠度均隨著播期推遲有不同程度的下降, 播期每推遲7 d, 南粳9108膠稠度減短4.75 mm, 連粳11膠稠度減短1.63 mm。隨著播期推遲, 中熟中粳連粳11和遲熟中粳南粳9108蛋白質(zhì)含量有上升的趨勢, 但相對于其他稻米品質(zhì)指標, 蛋白質(zhì)含量對播期推遲的響應較小(兩品種變異系數(shù)分別為0.67%和1.02%)。

隨著播期的推遲, 遲熟中粳南粳9108的食味值呈現(xiàn)出下降趨勢, R-II播期、R-III播期之間差異不顯著, 二者與R-I播期差異顯著; 中熟中粳連粳11表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢, R-II播期為最高, 達到70.75, 各播期之間存在顯著差異, 過早或推遲播期均會使食味值大幅度下降, 變異系數(shù)達到5.29%。

表8 播期對水稻營養(yǎng)及食味品質(zhì)的影響

處理和縮寫同表1。同列數(shù)值后無相同小寫字母表示各因素不同水平間差異達0.05顯著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Table 1. Values followed by different letters are significantly different in grain yield among the treatments at the 0.05 probability level.

2.5 播期對小麥主要品質(zhì)的影響

表9可知, 隨著播期的推遲, 小麥濕面筋含量和蛋白質(zhì)含量均呈顯著上升趨勢, 播期每推遲10 d, 濕面筋含量增加3.8%和8.3%, 蛋白質(zhì)含量增加6.7%和10.9%。說明遲播有利與小麥濕面筋含量和蛋白質(zhì)的積累。

表9 播期對小麥濕面筋含量及蛋白質(zhì)的影響

處理和部分縮寫同表2。同列數(shù)值后無相同小寫字母表示各因素不同水平間差異達0.05顯著水平。

Treatments and abbreviations are the same as those in Table 2. Values followed by different letters are significantly different in grain yield among the treatments at the 0.05 probability level.

3 討論

3.1 播期對稻麥周年產(chǎn)量的影響

合理的耕作制度是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)持續(xù)高產(chǎn)、高效的重要基礎和保證, 而生態(tài)條件決定了相應的耕作制度[23], 決定了光、溫等資源與作物品種、播期、生育期等的匹配度, 影響了作物生長發(fā)育及產(chǎn)量與品質(zhì)[24]。為保證我國糧食安全, 江淮地區(qū)稻麥輪作耕作制度在種植品種及種植方式上不斷被調(diào)整, “秈改粳”和機械化栽插面積不斷擴大, 且表現(xiàn)了較好的增產(chǎn)優(yōu)勢。耕作制度的調(diào)整雖然有利于水稻和小麥總產(chǎn)量的提高, 但也因水稻生育期的延長造成了現(xiàn)今稻麥兩季間光熱資源矛盾突出, 小麥播期被大大推遲[8]。前人研究表明, 不同小麥品種在一定范圍內(nèi)隨著播期的推遲, 籽粒產(chǎn)量下降, 適期播種產(chǎn)量最高, 過早或過遲播種均不利于高產(chǎn)[25]。而隨著全球氣候變暖, 秋末冬初和冬季氣溫偏高趨勢非常明顯, 冬小麥冬前旺長年份增多, 適期晚播已成為可能。龔金龍等[9]通過設置不同熟期水稻品種及其對應小麥不同播期研究表明, 隨著水稻生育期時間延長, 水稻產(chǎn)量增加, 小麥產(chǎn)量減少, 而稻麥周年產(chǎn)量不斷升高, 說明稻麥“雙遲”栽培即“遲熟”水稻和“遲播”小麥是實現(xiàn)稻麥周年高產(chǎn)生產(chǎn)的途徑之一。許軻等[26]、姚義等[27]和邢志鵬等[28]研究均認為隨著播期的推遲, 不同類型水稻生育期縮短, 產(chǎn)量均呈下降趨勢。本研究針對江淮區(qū)域稻麥兩熟種植模式周年產(chǎn)量分析表明, 在早播及適播條件下, 遲熟中粳南粳9108的最高周年產(chǎn)量比中熟中粳連粳11分別高0.58 t hm–2和0.08 t hm–2, 在遲播條件下, 中熟中粳連粳11的最高周年產(chǎn)量較遲熟中粳南粳9108高0.33 t hm–2。其中, 水稻產(chǎn)量所占比重最高, 變化范圍為55.87%~ 61.63%, 大于小麥的比重, 且遲熟中粳南粳9108產(chǎn)量略高, 中熟中粳連粳11略低。由于多年來水稻具有較高的價格優(yōu)勢, 生產(chǎn)效益在稻麥周年效益中占有重要地位, 故該區(qū)域一般將水稻生產(chǎn)放在首位, 小麥生產(chǎn)居于其次。本研究表明, 遲熟中粳南粳9108和中熟中粳連粳11 R-II播期、R-III播期比R-I播期產(chǎn)量分別降低2.74%、8.22%和-1.77%、3.82%, 而小麥W-II播期和W-III播期比W-I播期產(chǎn)量分別降低4.78%和20.71%。綜上, 選用遲熟中粳水稻品種5月下旬播種, 6月上中旬移栽, 可在10月底收獲; 中熟中粳品種6月上旬及以后播種, 6月下旬移栽, 10月底完成收獲, 可使小麥能在11月上旬適期播種, 6月初及時收獲。隨著目前水稻、小麥二者價格差距的縮小, 協(xié)調(diào)水稻收獲期, 提早小麥播種期, 強化提高小麥產(chǎn)量是提高稻麥周年高效的重要途徑。

3.2 播期對稻麥周年溫光資源利用的影響

作物生產(chǎn)與當?shù)氐臍夂驐l件密切相關, 溫光水資源是作物高產(chǎn)的先決條件[29-30]。但是不同作物或品種類型的生育期及利用溫光資源能力存在顯著差異, 作物生育進程與生育期內(nèi)溫光資源的季節(jié)進程高效協(xié)調(diào)同步, 是獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關鍵所在, 兩熟制季節(jié)間資源優(yōu)化配置是提升區(qū)域周年糧食產(chǎn)量潛力和資源利用效率的關鍵[31-32]。雖然光溫等生態(tài)條件是人為不可控的自然條件, 但可通過選用合適作物品種、調(diào)節(jié)作物播栽期和收獲期等措施在較大程度上調(diào)控生長季光溫等分配, 協(xié)調(diào)光溫與作物生長發(fā)育的關系, 促進作物產(chǎn)量潛力和資源利用效率協(xié)同提升[29]。本研究表明, 在同一播期條件下遲熟中粳南粳9108比中熟中粳連粳11所截獲的積溫量分別多94.0℃、71.2℃和206.3℃, 輻射量分別多64.3、95.1和115.3 MJ m–2。進一步分析溫光資源利用效率發(fā)現(xiàn), 在試驗播期范圍內(nèi), 積溫生產(chǎn)效率隨著播期的推遲, 南粳9108表現(xiàn)為下降趨勢, 而連粳11表現(xiàn)為上升趨勢。同一播期下, 連粳11的積溫生產(chǎn)效率分別比南粳9108高-2.81%、1.16%和5.22%。水稻光能生產(chǎn)效率隨播期變化趨勢與積溫生產(chǎn)效率基本相同, 除R-I播期外, 中熟中粳品種的光能生產(chǎn)效率均大于遲熟中粳品種, R-II播期、R-III播期分別高2.5%和3.5%。結(jié)合產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析表明, 在早播及適播條件下, 選用相對遲熟的品種能截獲更多的溫光資源, 且溫光資源生產(chǎn)效率較高, 能進一步提升區(qū)域糧食周年產(chǎn)量潛力, 沖擊高產(chǎn)。從資源生產(chǎn)效率方面, 連粳11等中熟中粳品種較遲熟中粳的資源生產(chǎn)效率更高, 且具有較高的日產(chǎn)量, 從生育期方面, 中熟中粳收獲期相對較早, 為下茬小麥生產(chǎn)提供足夠換茬時間, 所以選用生育期較短的水稻品種, 能較好穩(wěn)定協(xié)調(diào)稻麥產(chǎn)量, 提高稻麥周年綜合生產(chǎn)力。

以往的高產(chǎn)經(jīng)驗證明稻麥周年種植制度中水稻具有更高的產(chǎn)量優(yōu)勢[33-34], 杜祥備等[12]也指出稻麥兩熟種植模式下, 在滿足小麥季輻射量達2685.0 MJ m–2、累積積溫1925.0℃的前提下, 可以將更多光溫資源分配給水稻。對小麥季溫光資源進行分析, 本研究結(jié)果表明, 隨著播期推遲, 小麥產(chǎn)量、積溫和輻射量均呈顯著性下降, W-II播期和W-I播期的積溫及光能生產(chǎn)效率并無顯著差異, 繼續(xù)推遲播期, 小麥資源利用效率則顯著下降, W-III播期積溫生產(chǎn)效率下降14.4%, 光能生產(chǎn)效率下降17.3%。單從溫光資源利用角度考慮, 在當前溫光條件下, 小麥播期推遲至11月15日還能維持較高的溫光資源利用效率及產(chǎn)量。因此, 優(yōu)化水稻–冬小麥模式季節(jié)間氣候資源配置, 探索兩季最佳的氣候資源搭配模式是進一步挖掘江淮地區(qū)周年產(chǎn)量潛力和資源利用效率的重要途徑。

3.3 播期對周年作物品質(zhì)的影響

播期對稻米的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)都有不同程度的影響[35]。關于此方面的研究前人開展較多, 但由于試驗地點、參試品種、栽培方式及播期設置的不同, 研究結(jié)果亦不甚一致[36-37]。姚義等[27]通過研究不同生育類型麥茬直播稻表明, 隨著播期的推遲, 水稻外觀品質(zhì)變優(yōu), 蒸煮與食味品質(zhì)變劣, 加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的變化因品種類型而異, 中熟中粳和遲熟中粳類型品種的加工品質(zhì)變優(yōu)而營養(yǎng)品質(zhì)變劣, 早熟晚粳類型品種的加工品質(zhì)變劣而營養(yǎng)品質(zhì)變優(yōu)。朱大偉[37]研究南粳系列軟米發(fā)現(xiàn), 播期推遲, 稻米加工品質(zhì)有變劣趨勢, 而外觀品質(zhì)變優(yōu), 蛋白質(zhì)含量下降, 直鏈淀粉含量和膠稠度上升。翟超群等[38]研究表明, 隨播期推遲, 中熟中粳徐稻3號加工品質(zhì)呈先下降后上升趨勢, 外觀品質(zhì)呈先變優(yōu)后變劣趨勢。綜上可見, 眾多研究認為, 在各稻米品質(zhì)性狀中, 不同生育類型品種稻米的不同性狀對播期的響應不同。綜合本研究結(jié)果可以看出, 播期對水稻外觀品質(zhì)的影響最大, 選用的2個品種的稻米品質(zhì)在播期推遲條件下有不同的響應, 隨著播期推遲, 南粳9108直鏈淀粉含量無明顯差異, 連粳11直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量上升, 膠稠度下降。其他品質(zhì)指標, 2品種表現(xiàn)出不同的趨勢, 南粳9108碾米品質(zhì)變劣, 外觀品質(zhì)變優(yōu), 連粳11碾米品質(zhì)變優(yōu), 外觀品質(zhì)變劣。從食味指標分析, 南粳9108 R-I播期食味值最高, 顯著高于其他播期。連粳11 R-II播期食味值最高, 過早或過晚播種均會使食味值降低, 且下降幅度較大, 各播期間差異顯著。南粳9108對播期推遲的響應與朱大偉[36]的研究結(jié)果基本一致, 而連粳11的研究結(jié)果與姚義等[27]的結(jié)論相類似。

對于小麥品質(zhì), 本文主要研究了稻麥周年體系下小麥主要品質(zhì)指標中蛋白質(zhì)含量及其濕面筋含量的播期效應。蘭濤等[39]研究6種不同生態(tài)類型小麥發(fā)現(xiàn), 在不同播期條件下, 晚播與早播、適播相比, 產(chǎn)量與品質(zhì)都有所下降, 蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量呈顯著線性正相關關系。劉艷陽等[40]在揚州研究表明, 隨著播期推遲, 小麥蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量呈現(xiàn)出一個先下降后上升趨勢。在相同播期范圍內(nèi), 該研究與本試驗表現(xiàn)出的結(jié)果相一致。本試驗表明, 播期推遲, 小麥蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量均顯著上升, 濕面筋含量上升幅度較蛋白質(zhì)含量大。

4 結(jié)論

江淮下游稻麥兩熟種植模式下, 稻麥不同播期組合對不同類型品種周年產(chǎn)量、品質(zhì)與溫光資源分配和利用有較大影響, 合理配置水稻和小麥收獲和播種期, 可優(yōu)化水稻季溫光資源和提高利用率, 提升該地區(qū)稻麥周年生產(chǎn)力。江淮下游機插水稻早播條件下(5月29日前), 遲熟中粳南粳9108機插模式搭配寧麥13早播種能達到較高的周年產(chǎn)量, 且稻米品質(zhì)較高, 可實現(xiàn)稻麥周年高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和溫光資源高效利用。播期較遲條件下(5月29日后), 中熟中粳連粳11機插模式搭配寧麥13早播種, 能穩(wěn)定稻麥產(chǎn)量, 且稻米加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)變優(yōu), 提高溫光資源利用效率。小麥應確保11月15日前完成播種, 能實現(xiàn)小麥季較高產(chǎn)量和溫光資源利用效率。因此, 江淮下游機插水稻–小麥兩熟種植模式中, 通過稻麥合理播期搭配, 選用成熟期適宜的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻品種, 配合小麥適期早播是實現(xiàn)該地區(qū)高效溫光資源利用和稻麥穩(wěn)定高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的有效技術途徑。

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Effects of different sowing dates on crop yield, quality, and annual light-temperature resources utilization for rice–wheat double cropping system in the lower reaches of the Yangtze-Huaihe Rivers valley

CHEN Tian-Ye, YUAN Jia-Qi, LIU Yan-Yang*, XU Ke*, GUO Bao-Wei, DAI Qi-Gen, HUO Zhong-Yang, ZHANG Hong-Cheng, LI Guo-Hui, and WEI Hai-Yan

Innovation Center of Rice Cultivation Technology in the Yangtze Valley, Ministry of Agriculture and Rural Affairs / The Nurturing center of Jiangsu for National Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology / Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops / Research Institute of Rice Industrial Engineering Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China

Clarifying the characteristics of the annual light-temperature resources distribution and use efficiency for mechanical transplanted rice-winter wheat double cropping system with high yield and high quality is essential for increasing annual yield and climatic resources use efficiency in the lower reaches of Yangtze-Huaihe Rivers valley. Nanjing 9108 (late-ripen mediumrice, LRMJ), Lianjing 11 (medium-ripen mediumrice, MRMJ) and Ningmai 13 (winter wheat) were used in the annual field experiment with three different rice sowing date (May 22 (R-I), May 29 (R-II) and June 5 (R-III)) treatments and three different wheat sowing date (November 5 (W-I), November 15 (W-II) and November 25 (W-III)) treatments at Xinghua county of Taizhou city in Jiangsu province. The character of yield, quality formation, annual accumulated temperature, and solar radiation resources distribution were investigated. The results showed that, in rice season, the yield, the amount and production efficiency of the light-temperature resources decreased significantly in Nanjing 9108 with sowing date delayed, whereas the yield and the utilization efficiency of light-temperature resources first reached maximum in R-II treatment and then declined, and the amount of light-temperature resource decreased in Lianjing11. In all sowing date treatments, the yield of Nanjing 9108 (LRMJ) was higher than that of Lianjing 11 (MRMJ). In wheat season, with sowing date delayed, the yield, the amount and production efficiency of light-temperature resources of Ningmai 13 decreased to some extent with the delay of sowing dates. From the perspective of annual production, the annual yield of rice-wheat decreased significantly with the delay of rice-wheat sowing date, and was the highest with combination of R-I for Nanjing 9108 and W-I for Ningmai 13 among all the treatmentsThe highest ratio of rice yield to annual yield was 62.99%, and the lowest was 55.86%. The highest distribution rate of annual accumulated temperature was 68.38% in rice season and 34.14% in wheat season. The average distribution rate of annual radiation was 51.7% in rice season and 48.3% in wheat season. The downward trend was found in production efficiency of annual accumulated temperature and radiation with the delay of sowing date in rice-wheat season, and the later the sowing date, the more significant the reduction. In terms of quality, with sowing date delayed, the milling quality of Nanjing 9108 (LRMJ) became better and the appearance quality became worse, however, the milling quality of Lianjing11 (MRMJ) became worse and the appearance quality became better. In addition, the cooking and eating quality and nutritional quality of the two varieties (except the taste value of Lianjing 11) became worse. Furthermore, wet gluten content and protein content of Ningmai 13 decreased significantly with sowing date delayed. Therefore, it is an effective approach for promoting the sustainable productivity of mechanical transplanted rice–winter wheat double cropping system by optimizing sowing date and selecting rice varieties with suitable growth durations to achieve high production efficiency of light-temperature resources and annual crop yield in the lower reaches of Yangtze-Huaihe Rivers valley.

the lower reaches of Yangtze-Huaihe Rivers valley; annual cultivation for rice and wheat; sowing date; light-temperature resources; efficiency of allocation and utilization

10.3724/SP.J.1006.2020.02007

本研究由國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFD030120102, 2018YFD0300802), 江蘇省重點研發(fā)計劃項目(BE2017343)和江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程項目資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0300102, 2018YFD0300802), the Key Research Program of Jiangsu Province (BE2017343), and the Project Funded by the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD).

許軻, E-mail: xuke@yzu.edu.cn; 劉艷陽, E-mail: yyliu@yzu.edu.cn

E-mail: 419265941@qq.com

2020-02-12;

2020-06-02;

2020-06-30.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200630.1550.006.html