頭季留茬高度對(duì)水稻再生季產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響

李 陽(yáng) 楊曉龍 汪本福 張枝盛 陳少愚 李進(jìn)蘭 程建平

（1湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/糧食作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，430064，湖北武漢；2黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，438000，湖北黃岡）

全球超過(guò) 30億人口以水稻為主食[1]，然而，人口增長(zhǎng)和勞動(dòng)力短缺等因素使得糧食短缺問(wèn)題逐漸凸顯[2]。水稻也是我國(guó)主要的糧食作物之一，超過(guò)65%的人口以水稻為主糧[3]。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)需要增加 20%的水稻才能滿足需求[4]。有研究[5-6]認(rèn)為，在現(xiàn)有耕地面積上增加糧食必須依靠增加籽粒產(chǎn)量和收獲頻次。

再生稻被認(rèn)為是一種高效、綠色、簡(jiǎn)單的種植模式，可以提高收獲指數(shù)[7]。再生稻有利于增加周年產(chǎn)量，提高農(nóng)民種田效益，緩解農(nóng)忙，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度[8]，且再生季稻米品質(zhì)好，故得到了廣泛種植和推廣，但地區(qū)、品種等對(duì)再生稻產(chǎn)量影響顯著[9-11]。對(duì)適宜作再生稻種植的品種各項(xiàng)指標(biāo)研究[12-13]發(fā)現(xiàn)，再生力可作為再生季產(chǎn)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。強(qiáng)再生力品種的再生季有效穗數(shù)較高，可保障再生季產(chǎn)量[14-15]。外源化學(xué)調(diào)控可顯著提高水稻有效穗數(shù)[16]和再生力[17]，頭季留茬高度也是影響再生季有效穗數(shù)的關(guān)鍵因素。留茬40cm有利于頭季根系活力的恢復(fù)和維持，增加再生率和產(chǎn)量[18-19]；留茬高于15cm有利于千粒重、籽粒和稻草產(chǎn)量增加[20]；20cm的留茬高度可以增加基部節(jié)位腋芽的萌發(fā)，提高產(chǎn)量，但會(huì)顯著推遲成熟期[21]，這種差異可能與不同品種的再生芽萌發(fā)特性有關(guān)[22]。生育期的改變對(duì)再生芽干物質(zhì)積累和稻米品質(zhì)有顯著影響。灌漿結(jié)實(shí)期間的氣溫對(duì)稻米品質(zhì)影響最大[23-24]，抽穗灌漿期晝夜溫差大，有利于干物質(zhì)積累，稻米品質(zhì)表現(xiàn)較優(yōu)[25]。不同品種和栽培措施下再生季稻穗灌漿時(shí)間存在較大差異，因而會(huì)顯著影響稻米品質(zhì)。留茬高度影響再生季植株的生育期，進(jìn)而會(huì)影響灌漿時(shí)間及后期灌漿時(shí)的氣溫。

本文以2個(gè)秈型水稻品種為研究對(duì)象，考察其在長(zhǎng)江流域大氣候條件下，不同留茬高度對(duì)再生季產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響，為二者的協(xié)同提高提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2015和2017年在湖北省武漢市南湖核心試驗(yàn)田進(jìn)行（2016年內(nèi)澇，試驗(yàn)作廢）。供試材料為秈型兩系雜交水稻品種新兩優(yōu)223和秈型常規(guī)稻黃華占。試驗(yàn)田為冬閑田，土壤有機(jī)質(zhì)27.8g/kg、堿解氮 111.0mg/kg、速效磷 8.1mg/kg、速效鉀123.4mg/kg，pH 7.53。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以品種為主處理，留茬高度為副處理。頭季采用人工收割，設(shè)置高留茬（40cm，HS）、中留茬（20cm，MS）和低留茬（5cm，LS）3個(gè)留茬高度處理。每個(gè)小區(qū)50m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。小區(qū)間作埂，并包塑料薄膜。3月25日播種，拱棚水育秧，秧苗秧齡 28d。人工移栽，株行距為13.2cm×26.4cm，兩本栽插。

頭季施純氮 180kg/hm2，鉀肥（K2O）150kg/hm2，基肥:分蘗期追肥:幼穗分化期追肥=5:2:3。磷肥（P2O5）108kg/hm2，全部作基肥施入。施用基肥時(shí)補(bǔ)施大粒鋅 1kg/hm2。再生季促芽肥施尿素150kg/hm2，于頭季抽穗后20d施用；提苗肥施尿素112.5kg/hm2、氯化鉀 75kg/hm2，于頭季收割后 3d內(nèi)結(jié)合灌水施用。全生育期嚴(yán)格控制病蟲(chóng)草害，精細(xì)控水。

1.3 取樣與項(xiàng)目測(cè)定

1.3.1 測(cè)產(chǎn)與考種 每個(gè)小區(qū)選擇有代表性的區(qū)域 10m2進(jìn)行人工收割和脫粒，去除雜草和空癟粒后晾曬。樣品收入室內(nèi)后，隔1d進(jìn)行稱重并用PM-8188型谷物水分測(cè)定儀測(cè)定籽粒含水量。按平均分蘗數(shù)取植株樣品，考察再生穗的飽粒數(shù)、癟粒數(shù)和千粒重。

1.3.2 土樣采集 施基肥前采集土壤樣品，采取5點(diǎn)取樣法，使用土壤取樣器取土層0～20cm土壤，將土壤樣品在室內(nèi)自然風(fēng)干后碾碎過(guò)篩，作為待測(cè)樣品，測(cè)定其有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀和速效磷含量及pH。

1.3.3 稻米品質(zhì) 參照 NY/T 83-2017[26]測(cè)定稻谷糙米率、整精米率、堊白度、堊白粒率和直鏈淀粉含量等指標(biāo)，采用考馬斯亮蘭法測(cè)定精米的蛋白質(zhì)含量。

1.3.4 葉面積指數(shù) 于再生季齊穗期取樣，每個(gè)小區(qū)取樣 0.5m2用于測(cè)定葉面積。葉面積指數(shù)（LAI）=樣品植株總?cè)~面積/取樣植株占地面積。

1.3.5 氮素含量 于再生季成熟期取樣，每個(gè)小區(qū)取樣 0.5m2，人工分解樣品，70℃烘箱烘干，再用粉碎機(jī)粉碎。采用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀SmartChem140測(cè)定新芽、主莖、葉片和穗部的氮素含量。

1.3.6 光合速率 在再生季齊穗期，每個(gè)小區(qū)選3片葉測(cè)定最上部生長(zhǎng)狀態(tài)一致的劍葉的凈光合速率（Pn），用LI-6400XT型光合儀進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用 Statistix 9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用Microsoft Excel進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)再生季產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表 1可知，隨著留茬高度的降低，2015和2017年 2個(gè)品種的產(chǎn)量均呈降低趨勢(shì)。3個(gè)處理下，新兩優(yōu)223產(chǎn)量顯著高于黃華占，前者平均產(chǎn)量比后者分別高26.0%、24.4%和20.0%。產(chǎn)量構(gòu)成因子中，有效穗數(shù)對(duì)產(chǎn)量影響較大，隨著留茬高度的降低，有效穗數(shù)整體呈顯著下降趨勢(shì)，新兩優(yōu)223 HS處理2年平均有效穗數(shù)分別比MS和LS處理高 19.0%和 48.6%，黃華占在相同處理下分別高3.6%和 30.5%。穗粒數(shù)隨留茬高度的降低呈升高趨勢(shì)，LS處理最高，2個(gè)品種趨勢(shì)一致，且LS處理的黃花占穗粒數(shù)高于新兩優(yōu)223，HS和MS處理則較低。再生季結(jié)實(shí)率隨留茬高度降低整體上呈下降趨勢(shì)，相同處理下黃華占的結(jié)實(shí)率均高于新兩優(yōu)223。2個(gè)品種的千粒重變化趨勢(shì)不一致，新兩優(yōu)223千粒重隨留茬高度降低呈升高趨勢(shì)，而黃華占呈下降趨勢(shì)。

表1 不同處理對(duì)再生季水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Table 1 Effects of different treatments on yield and its components of ratoon season rice

2.2 不同處理對(duì)再生季稻米品質(zhì)的影響

由表2可知，不同留茬高度對(duì)再生稻糙米率影響顯著，隨著留茬高度的降低，2個(gè)品種糙米率均呈下降趨勢(shì)，同一處理下，除2017年HS處理外，新兩優(yōu)223糙米率顯著高于黃華占。整精米率也有相同趨勢(shì)，新兩優(yōu)223整精米率隨留茬高度降低而顯著下降，HS比LS處理平均高59.7%，各處理下黃華占整精米率顯著高于新兩優(yōu)223，前者比后者平均高77.7%。堊白粒率隨留茬高度降低呈下降趨勢(shì)，各處理下新兩優(yōu)223堊白粒率顯著高于黃華占，堊白度的趨勢(shì)與之類(lèi)似，2個(gè)品種HS處理的堊白度顯著高于其他2個(gè)處理。各處理對(duì)同一品種的稻米直鏈淀粉含量沒(méi)有顯著影響，各處理下新兩優(yōu)223的直鏈淀粉含量低于黃華占。蛋白質(zhì)含量也隨著留茬高度的降低呈下降趨勢(shì)，2年中2個(gè)品種趨勢(shì)一致，各處理下新兩優(yōu)223的蛋白質(zhì)含量高于黃華占。

表2 不同處理再生季稻米品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different treatments on grain quality of ratoon season rice

稻米品質(zhì)除了受處理和品種影響外，還受不同年份氣候差異的影響，且各影響因素之間的交互作用也會(huì)造成品質(zhì)差異。由表3可知，不同年份對(duì)糙米率和直鏈淀粉含量有顯著影響，對(duì)其他指標(biāo)無(wú)顯著影響。不同品種對(duì)稻米品質(zhì)的影響較大，除堊白度外，對(duì)其他指標(biāo)的影響均達(dá)極顯著水平。除直鏈淀粉含量外，留茬高度處理對(duì)其他各指標(biāo)影響均達(dá)極顯著水平，且與品種的交互作用對(duì)碾磨品質(zhì)和直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量的影響均達(dá)顯著水平，其他各因素間的交互作用差異不顯著。

表3 各因素對(duì)稻米品質(zhì)影響的顯著性統(tǒng)計(jì)分析Table 3 Statistical analysis of the influence of various factors on rice quality

2.3 不同處理對(duì)再生季水稻LAI的影響

由圖1可知，2個(gè)品種水稻再生季LAI在1.50～2.50之間，均處于較低水平。留茬高度對(duì)2個(gè)品種的LAI影響顯著，MS處理下新兩優(yōu)223的LAI最高，分別比HS和LS處理高22.7%和40.5%；黃華占HS和MS處理的LAI差異不顯著，但均顯著高于LS處理。

圖1 2個(gè)品種水稻再生季齊穗期LAI比較Fig.1 Comparison of LAI between the two rice cultivars at the heading stage in ratoon season

2.4 再生季氮素含量與產(chǎn)量的相關(guān)性

由圖2可知，再生季水稻新芽、葉片和主莖的氮素含量與產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)，穗氮素含量與產(chǎn)量的相關(guān)性不顯著，前三者較高的氮素含量為再生季的能量來(lái)源提供有力支撐，也為后期向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)更多的物質(zhì)提供足夠的源。

圖2 再生季各營(yíng)養(yǎng)器官氮素含量與產(chǎn)量的相關(guān)性Fig.2 Correlations between nitrogen contents of vegetative organs and yield in ratoon season

2.5 不同處理對(duì)再生季葉片光合特性的影響

如表4所示，HS處理的Pn、Gs、Ci和Tr均高于MS和LS處理，2個(gè)品種趨勢(shì)一致。相同處理下，新兩優(yōu)223的Pn略高于黃華占，Tr顯著高于黃華占，2年趨勢(shì)一致。HS和LS處理下，新兩優(yōu)223的Gs和Ci均低于黃華占，且隨著留茬高度降低，新兩優(yōu)223的2個(gè)指標(biāo)下降程度高于黃華占，2年的趨勢(shì)一致，說(shuō)明留茬高度處理對(duì)新兩優(yōu)223的影響程度大于黃華占。

表4 不同處理對(duì)水稻齊穗期光合特性的影響Table 4 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of rice at heading stage

3 討論

3.1 留茬高度對(duì)再生季水稻群體生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成的影響

頭季收割留茬高度是影響再生季產(chǎn)量的關(guān)鍵栽培措施，影響再生季腋芽從主莖哪個(gè)節(jié)位萌發(fā)，也直接影響再生季群體的生育期和發(fā)育進(jìn)程。本研究2個(gè)年份HS處理的產(chǎn)量均顯著高于LS處理，2個(gè)品種趨勢(shì)相同，而相同處理下，新兩優(yōu)223產(chǎn)量顯著高于黃華占，前者比后者在HS、MS和LS處理下平均分別高26.0%、24.4%和20.0%；再生季有效穗數(shù)對(duì)產(chǎn)量影響較大，隨留茬高度的降低，再生季有效穗數(shù)也呈下降趨勢(shì)，這與前人[14,27]的研究結(jié)果一致；穗粒數(shù)隨留茬高度的降低呈增加趨勢(shì)，前人[28-29]有類(lèi)似的結(jié)論。結(jié)實(shí)率也是影響再生稻產(chǎn)量的重要因素[30]。本研究中黃華占LS處理的結(jié)實(shí)率顯著降低，其他均無(wú)顯著變化，說(shuō)明結(jié)實(shí)率對(duì)于產(chǎn)量不是主要影響因素；本研究中新兩優(yōu)223 LS處理的千粒重大于HS和MS處理，穗粒數(shù)也顯著增加，但其有效穗數(shù)較低，導(dǎo)致庫(kù)容量不高，產(chǎn)量較低。因此，本研究認(rèn)為，水稻品種再生季較大的庫(kù)容量是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。不同類(lèi)型水稻提高庫(kù)容量的方式可能不同[31]。

Pn是影響水稻干物質(zhì)積累的重要因素，而群體的Pn與群體的大小和葉片氮素含量有直接關(guān)系。本研究中，HS處理的植株葉片Pn高于其他處理，這可能與不同處理下齊穗期溫度差異有較大關(guān)系，因留茬高度的差異直接導(dǎo)致再生季生育時(shí)期的差異[32]，HS處理齊穗期一般在9月15日左右，MS和LS處理則分別延遲5～10d和10～15d，即隨著留茬高度降低，齊穗時(shí)間明顯延遲，同時(shí)MS處理的群體LAI也顯著高于LS處理。葉片、新芽和主莖的氮素含量也和再生季產(chǎn)量呈極顯著的正相關(guān)，這都為HS和MS處理較高的產(chǎn)量打下基礎(chǔ)。

3.2 留茬高度對(duì)再生季稻米品質(zhì)的影響

本研究中，LS處理的生育期比HS處理長(zhǎng)15d左右，那么不同節(jié)位再生芽的灌漿期溫度就有較大差異，再生季全生育期所需積溫也表現(xiàn)出較大差異。趙慶勇等[33]研究表明，稻米加工品質(zhì)隨播期的推遲呈上升趨勢(shì)，尤以整精米率的變化最為明顯，說(shuō)明推遲播種，稻米加工品質(zhì)變優(yōu)，而本研究中LS處理延遲了生育期，加工品質(zhì)也顯著下降。堊白度對(duì)溫度最為敏感，在低溫條件下，籽粒充實(shí)度好，質(zhì)地緊密，堊白少，特別是灌漿結(jié)實(shí)期溫度對(duì)外觀品質(zhì)的影響最為顯著[34]，期間高溫會(huì)導(dǎo)致籽粒灌漿加速，消耗較多的養(yǎng)分，米粒充實(shí)度變差，使堊白度和堊白粒率增加[33]。LS處理的堊白度和堊白粒率顯著低于 HS處理，HS處理的各節(jié)位堊白度和堊白粒率有相同的趨勢(shì)，再生季灌漿結(jié)實(shí)期在9月上旬，一般不會(huì)出現(xiàn)高溫現(xiàn)象，晝夜溫差逐漸加大。晝夜溫差大有利于干物質(zhì)積累，米質(zhì)表現(xiàn)較優(yōu)[25]。而本研究LS處理的生育期較長(zhǎng)，灌漿結(jié)實(shí)期正處于該階段，是其堊白度低的關(guān)鍵因素。隨著留茬高度降低，新兩優(yōu)223整精米率呈顯著下降趨勢(shì)，朱碧巖等[35]認(rèn)為，秈稻品種形成較高整精米率的適宜溫度為23.11℃～24.65℃，本研究LS處理的灌漿結(jié)實(shí)期在10月初，平均溫度不到20℃，影響了整精米率。此外，也有研究[36]認(rèn)為，根系發(fā)育對(duì)稻米品質(zhì)有較大影響，再生稻留茬高度不同也會(huì)對(duì)再生苗的根系發(fā)育產(chǎn)生影響[18]，那么是否會(huì)進(jìn)一步影響穗部發(fā)育，還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

頭季收割后 HS處理的水稻再生季平均產(chǎn)量4.13t/hm2，比MS和LS處理分別高9.9%和16.3%，即隨著留茬高度降低，產(chǎn)量下降，稻米碾磨品質(zhì)顯著下降，特別是新兩優(yōu)223整精米率下降幅度最大，HS處理分別比MS和LS處理高26.8%和59.7%，黃華占降低幅度較??；隨著留茬高度降低，2個(gè)品種外觀品質(zhì)有顯著提高，HS處理堊白度顯著高于其他2個(gè)處理。因此，可根據(jù)品種特性，調(diào)節(jié)頭季收割留茬高度，使水稻產(chǎn)量和品質(zhì)均處于較高水平。