播期對(duì)水稻機(jī)械旱直播產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響

李 陽(yáng) 楊曉龍 汪本福 張枝盛 陳少愚 林義月 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，湖北 武漢 430064；2 長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

水稻(OryzasativaL．)是我國(guó)主要的糧食作物，傳統(tǒng)種植方式以移栽為主[1]，而當(dāng)前由于農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏、成本增加等因素[2]，嚴(yán)重影響農(nóng)民種植水稻的積極性，也給我國(guó)糧食安全帶來了隱患。因此，水稻輕簡(jiǎn)化種植方式越來越受到人們的關(guān)注。水稻旱直播技術(shù)是一種旱整田旱播種的種植方式，產(chǎn)量與傳統(tǒng)移栽無顯著差異[3]，同時(shí)具有節(jié)省勞動(dòng)力、節(jié)約育秧成本、提高水資源利用率[4]，提高莖稈抗折力、稈型指數(shù)，降低彎曲力矩與倒伏指數(shù)[5-6]等特點(diǎn)，對(duì)保障我國(guó)糧食安全具有重要意義。

合理選擇播種期有利于提高水稻對(duì)當(dāng)?shù)販毓赓Y源的利用，高效發(fā)揮水稻生產(chǎn)潛力[7]。姚義等[8]通過在江蘇地區(qū)麥稻輪作田調(diào)整直播水稻播期，發(fā)現(xiàn)隨播期延遲，作物生育期明顯縮短，生育期積溫和光照時(shí)數(shù)呈顯著減少趨勢(shì)，不利于提高產(chǎn)量和溫光資源利用；鄭盛華等[9]認(rèn)為川西平原兩熟區(qū)播期過早或過遲均不利于中早熟品種產(chǎn)量性狀的協(xié)調(diào)發(fā)展。播期也會(huì)對(duì)稻米品質(zhì)形成產(chǎn)生較大影響[10]。成臣等[11]研究認(rèn)為隨著播期延后，粳稻和秈稻的外觀品質(zhì)均變優(yōu)，蒸煮與食味品質(zhì)變劣，加工品質(zhì)呈先變優(yōu)后變劣的趨勢(shì)，其他方面變化趨勢(shì)不一致；王才林等[12]研究認(rèn)為播期對(duì)膠稠度影響最大，其次是直鏈淀粉含量、回復(fù)值、食味值和峰值時(shí)間，崩解值的影響最小。播期可以調(diào)節(jié)高溫對(duì)粳稻的危害程度，改變灌漿結(jié)實(shí)期的溫光資源，進(jìn)而間接或直接影響晚粳稻稻米品質(zhì)和產(chǎn)量[13]。然而前人對(duì)長(zhǎng)江流域冬閑田水稻旱直播理想的播種時(shí)期研究較少，其對(duì)稻米品質(zhì)的影響也不清楚。

長(zhǎng)江中下游地區(qū)年高溫天數(shù)較多，傳統(tǒng)移栽稻播種期不適宜旱直播水稻生產(chǎn)，可能對(duì)稻米品質(zhì)形成造成不利影響。鑒于此，本研究以長(zhǎng)江中游地區(qū)水稻旱直播技術(shù)為基礎(chǔ)，通過設(shè)置不同播種時(shí)間，探明不同播期對(duì)產(chǎn)量、光溫資源利用和稻米品質(zhì)的影響，旨在為機(jī)械旱直播水稻技術(shù)的大面積種植應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2017年和2018年在湖北省武漢市洪山區(qū)南湖試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤pH值7.13，有機(jī)質(zhì)26.3 g·kg-1，堿解氮110.0 mg·kg-1，速效磷7.2 mg·kg-1， 速效鉀112.3 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選擇品種：雜交秈稻廣兩優(yōu)476(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所供種)和常規(guī)秈稻黃華占(湖北省種子公司供種)。設(shè)置5種播期處理，即S1(5月10日)、S2(5月17日)、S3(5月24日)、S4(5月31日)、S5(6月7日)。采用2BD-10型水稻精量穴直播機(jī)(上海世達(dá)爾現(xiàn)代農(nóng)機(jī)有限公司)機(jī)械旱整田旱直播，播種尺寸為行株距25 cm×14 cm。廣兩優(yōu)476、黃華占播種量分別為22.5 kg·hm-2、45 kg·hm-2。 每個(gè)小區(qū)50 m2，3次重復(fù)。

氮、磷、鉀肥分別選用尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。施用純氮210 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2。 氮肥和鉀肥以基肥∶分蘗肥∶幼穗分化肥=4∶4∶2 比例施用，磷肥在施基肥時(shí)一次性施入。全生育期嚴(yán)格控制雜草和病蟲害。播種后灌溉2 cm水層，自然落干，分蘗前保持土壤濕潤(rùn)，沒有明水，分蘗期保持1～2 cm水層，幼穗分化期以后采用干濕交替灌溉。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

生育期調(diào)查：調(diào)查記載每個(gè)處理的幼穗分化期、齊穗期、成熟期時(shí)間。

稻米品質(zhì)：參照《NY/T 83-2017米質(zhì)測(cè)定方法》[14]測(cè)定稻谷糙米率、整精米率、堊白度、堊白粒率、直鏈淀粉含量等指標(biāo)；采用考馬斯亮蘭法[15]測(cè)定精米的蛋白質(zhì)含量。

丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量：齊穗期測(cè)定，參照張志良等[15]的硫代巴比妥酸法測(cè)定。

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成：水稻成熟時(shí)，每個(gè)小區(qū)選擇有代表性的區(qū)域5 m2進(jìn)行人工收割，人工脫粒，去除雜質(zhì)及空癟粒，晾曬；樣品收入室內(nèi)后進(jìn)行稱重并測(cè)定含水量，測(cè)定籽粒含水量用PM-8188型谷物水分測(cè)定儀(凱特電氣實(shí)驗(yàn)室有限公司，日本)。考種樣品取樣：按平均分蘗數(shù)，每個(gè)小區(qū)取6穴植株，人工脫粒，考察飽粒、空粒數(shù)和千粒重。

積溫利用率：利用有效積溫計(jì)算。有效積溫指生育期內(nèi)日平均溫度大于10℃的溫度總和，具體溫度數(shù)據(jù)由氣象站采集。按照以下公式計(jì)算積溫利用率：

積溫利用率(kg·℃-1·d-1·hm-2)=產(chǎn)量(kg·hm-2)/生育期間有效積溫(℃·d)。

輻射生產(chǎn)效率：該指標(biāo)使用的是有效輻射，由氣象站采集每天有效輻射數(shù)據(jù)，再計(jì)算全生育期累計(jì)輻射總量，然后根據(jù)以下公式計(jì)算輻射生產(chǎn)效率：

輻射生產(chǎn)效率(g·MJ-1)=單位面積產(chǎn)量(g·m-2)/單位面積有效輻射(MJ·m-2)。

氣象數(shù)據(jù)：試驗(yàn)期間使用CR 800小型農(nóng)業(yè)氣象站(坎貝爾科學(xué)股份有限公司，美國(guó))進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)收集。氣象數(shù)據(jù)指標(biāo)包括輻射量、最高溫度、最低溫度、平均溫度和相對(duì)濕度。

采集土樣：施入基肥前采集土壤樣品，采用五點(diǎn)取樣法，使用土壤取樣器取土壤表層0～20 cm土壤，將土壤樣品在室內(nèi)自然風(fēng)干，然后研磨過篩作為待測(cè)樣品，測(cè)定其有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷含量和pH值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)分析采用Statistix 9.0分析軟件，在P<0.05差異性水平上進(jìn)行最小差異分析。作圖采用Office Excel 2010軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生長(zhǎng)期間的溫度狀況

由圖1可知，2017年第一次高溫出現(xiàn)在5月29日，7月14日開始出現(xiàn)超過35℃的高溫，并持續(xù)29 d；2018年第一次高溫出現(xiàn)在5月16日，同樣于7月14日開始出現(xiàn)高溫，持續(xù)47 d。根據(jù)生育期調(diào)查數(shù)據(jù)，2017年黃華占的幼穗分化期于7月11日開始，廣兩優(yōu)476于7月13日開始，2018年幼穗分化期比上一年提前1～2 d。全生育期內(nèi)，2017年平均氣溫為27.0℃，2018年為27.8℃，相差0.8℃。

圖1 試驗(yàn)期間溫度變化趨勢(shì)Fig.1 Temperature variation trend during the study

2.2 不同處理對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，年份、品種、播期對(duì)結(jié)實(shí)率有極顯著影響，除年份和品種交互作用影響不顯著外，其他交互作用對(duì)結(jié)實(shí)率影響均達(dá)顯著水平，且品種和播期對(duì)有效穗、每穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均產(chǎn)生了極顯著影響。

播期對(duì)產(chǎn)量的影響極顯著，隨著播期延遲，2018年廣兩優(yōu)476產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，2017年兩品種和2018年黃華占產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢(shì)。廣兩優(yōu)476在2017年度S4處理下的產(chǎn)量最高，2018年度則以S5處理最高，但2018年產(chǎn)量較2017年大幅度降低，可能與2018年高溫有關(guān)；黃華占兩年的產(chǎn)量在各處理下的變化趨勢(shì)基本一致，均以S4處理最高，S5處理略有下降。

隨著播期的延后，2017年廣兩優(yōu)結(jié)實(shí)率先升高后降低，2018年廣兩優(yōu)476和兩年度黃華占結(jié)實(shí)率均呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，同年廣兩優(yōu)476的結(jié)實(shí)率略高于黃華占，但黃華占最低結(jié)實(shí)率與最高結(jié)實(shí)率的差值比廣兩優(yōu)476大，說明黃華占結(jié)實(shí)率受播期的影響較大。有效穗的變化趨勢(shì)與結(jié)實(shí)率類似，廣兩優(yōu)476的平均有效穗低于黃華占，兩年的趨勢(shì)一致。隨播期延后，廣兩優(yōu)476的每穗粒數(shù)表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，以S3處理最高；黃華占的每穗粒數(shù)表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。2017年度，各處理對(duì)千粒重的影響較小，兩品種在各處理下的千粒重均無顯著差異，2018年度，隨著播期的延后，千粒重有逐漸增大的趨勢(shì)。

2.3 不同處理對(duì)積溫利用率和輻射生產(chǎn)效率的影響

由表2可知，隨著播期的延后，廣兩優(yōu)476兩年全生育期有效輻射和全生育期有效積溫均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，黃華占以S1處理的有效輻射和有效積溫最高，其他處理略有波動(dòng)。隨著播期延后，廣兩優(yōu)476的輻射生產(chǎn)效率呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，以S5處理最高，兩年平均值為0.432 g·MJ-1，比S1處理平均值高31.4%；黃華占的輻射生產(chǎn)效率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，兩年均以S4處理最高，平均值為0.421 g·MJ-1，比S1處理平均值高40.6%。積溫利用率的變化趨勢(shì)基本與輻射生產(chǎn)效率一致，兩年度廣兩優(yōu)476最大積溫利用率的處理分別是S4處理(3.85 kg·℃-1·d-1·hm-2，2017年)和S5處理(3.59 kg·℃-1·d-1·hm-2，2018年)，兩者平均值比S1處理高26.3%；黃華占兩年的積溫利用率均以S4處理最高，平均值為3.61 kg·℃-1·d-1·hm-2，比最低值(S1處理)的平均值高33.7%?？梢姡?018年度播期對(duì)光溫資源利用率的影響高于2017年，特別是對(duì)S1和S2的影響較大。

表3顯示的是兩年不同處理下主要生育階段內(nèi)出現(xiàn)的高溫天數(shù)。結(jié)果表明，2018年全生育期超過35℃的高溫天數(shù)比2017年多20 d以上，生殖生長(zhǎng)期高溫天數(shù)多10 d以上。播種期至幼穗分化期的高溫天數(shù)隨著播期的延后呈增多的趨勢(shì)，兩品種趨勢(shì)一致，而該時(shí)期水稻的穗還未分化，因此高溫對(duì)稻米品質(zhì)的影響較小。幼穗分化期至齊穗期的高溫天數(shù)多于齊穗期至成熟期，兩個(gè)時(shí)間段的高溫天數(shù)均隨著播期的延后呈減少趨勢(shì)，兩品種趨勢(shì)一致。黃華占齊穗期至成熟期階段的高溫天數(shù)比廣兩優(yōu)476多3 d左右。

2.4 不同處理對(duì)稻米品質(zhì)的影響

由表4可知，不同年份對(duì)精米率有顯著影響，對(duì)糙米率、整精米率、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量均有極顯著影響，品種和播期處理對(duì)整精米率、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量有極顯著影響，且兩者交互作用對(duì)整精米率、堊白粒率、堊白度均有極顯著影響，播期對(duì)蛋白質(zhì)含量有極顯著影響，年份和品種的交互作用對(duì)直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量均有極顯著影響。

播期對(duì)糙米率、精米率的影響不顯著，對(duì)整精米率有極顯著影響。廣兩優(yōu)476在2018年的整精米率隨播期延后呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，以S5處理最高，比S1處理高4.7個(gè)百分點(diǎn)，而2017年差異不顯著；黃華占兩年均表現(xiàn)為S4處理的整精米率最高，S1處理最低，前者比后者平均高14.8個(gè)百分點(diǎn)。廣兩優(yōu)476堊白粒率隨著播期的延后呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，以S5處理最低，比最高值平均降低14.1個(gè)百分點(diǎn)；黃華占堊白粒率隨播期延后呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，S5處理比S1處理平均降低17.3個(gè)百分點(diǎn)。兩品種堊白度隨播期延后均呈逐漸降低趨勢(shì)，且廣兩優(yōu)476的堊白度高于黃華占，兩年趨勢(shì)一致。廣兩優(yōu)476在S5處理下堊白度比S1處理兩年平均值低7.8個(gè)百分點(diǎn)；黃華占則平均低4.6個(gè)百分點(diǎn)。兩品種直鏈淀粉含量變化趨勢(shì)和堊白度類似，廣兩優(yōu)476在S5處理下直鏈淀粉含量比S1處理兩年平均值低1.3個(gè)百分點(diǎn)；黃華占則平均低1.5個(gè)百分點(diǎn)。兩品種蛋白質(zhì)含量變化類似，均隨播期延后呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，兩年趨勢(shì)一致。廣兩優(yōu)476和黃華占在S5處理下兩年平均蛋白質(zhì)含量均比各自S1處理降低2.0個(gè)百分點(diǎn)。

表1 不同處理下的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子比較Table 1 Comparison of yield and yield components under different treatments

表2 不同處理對(duì)光溫資源利用的影響Table 2 Effects of different treatments on utilization of light and temperature resources

表3 不同生育階段最高溫度≥35℃的天數(shù)Table 3 The number of days with maximum temperature ≥35℃ at different growth stages

表4 不同處理下稻米品質(zhì)的比較Table 4 Comparison of rice quality under different treatments /%

2.5 不同處理對(duì)齊穗期葉片丙二醛(MDA)含量的影響

由圖2可知，兩品種MDA含量均在S1處理最高，隨著播期延后呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，S1、S2處理較高的MDA含量可能與其所經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間高溫脅迫有關(guān)，也說明這兩個(gè)播期對(duì)水稻葉片的生長(zhǎng)影響較大。同時(shí)，黃華占各處理下的MDA含量均高于廣兩優(yōu)476，說明播期導(dǎo)致的溫度條件變化對(duì)黃華占的影響大于對(duì)廣兩優(yōu)476的影響，即前者對(duì)播期響應(yīng)更敏感。

圖2 不同處理下齊穗期葉片丙二醛含量的比較Fig.2 Comparison of MDA content in leaves at full heading stage under different treatments

3 討論

明確旱直播水稻生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律對(duì)水稻旱直播種植技術(shù)的推廣具有重要意義。本研究結(jié)果表明，隨著播期的改變，水稻各生育階段經(jīng)歷不同的氣象條件，S1和S2的產(chǎn)量較低，其有效穗、結(jié)實(shí)率均低于其他處理(表1)，且生殖生長(zhǎng)期遭遇到的高溫天數(shù)多于其他處理(表3)，而S4和S5處理的水稻產(chǎn)量處于較高水平，高溫天數(shù)較少。前人認(rèn)為水稻生長(zhǎng)發(fā)育需要在適宜的溫度范圍內(nèi)，若揚(yáng)花期遇35℃以上的高溫就會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)生危害[16-17]，結(jié)實(shí)率顯著下降[18]。本研究中，2018年高溫天數(shù)增加導(dǎo)致結(jié)實(shí)率和有效穗數(shù)降低(表1)，與前人研究結(jié)果[18]基本一致。同時(shí)，本研究結(jié)果認(rèn)為S1和S2的葉片MDA含量較高(圖2)，對(duì)齊穗期葉片的生長(zhǎng)產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。前人研究認(rèn)為高溫處理下，水稻葉片中MDA含量及葉片浸提液電導(dǎo)率增加[19-21]，活性氧積累增加，對(duì)劍葉生理機(jī)能產(chǎn)生損害[22]，影響其對(duì)光能的吸收與轉(zhuǎn)化。針對(duì)這種危害，前人通過施用氮肥和硅肥來緩解對(duì)水稻灌漿結(jié)實(shí)的影響[23-24]，也研究選擇較耐高溫的水稻品種[25]來降低對(duì)生產(chǎn)的危害。

本研究結(jié)果表明，黃華占結(jié)實(shí)率受高溫影響程度高于廣兩優(yōu)476(表1)，說明兩水稻品種耐高溫的性能差異較大。正如王才林等[25]研究天井1號(hào)和小田代5號(hào)等水稻品種在連續(xù)11 d超過35℃高溫下，比正常溫度下的結(jié)實(shí)率下降60%以上，RY100和秋田小町等品種下降30%，而小麻粘、Mirukikuin及其與淮9726和早豐9號(hào)的F1等的結(jié)實(shí)率卻達(dá)到或接近正常水平。更有品種高溫下不能結(jié)實(shí)[26]。本研究中黃華占結(jié)實(shí)率下降顯著，而每穗粒數(shù)下降不明顯，甚至2018年S5處理相比2017年同期有升高現(xiàn)象，說明高溫可能造成黃華占不育籽粒數(shù)增多，正如曹云英等[27]研究發(fā)現(xiàn)高溫造成熱敏品種花藥開裂率和花粉育性顯著降低。本研究中播期對(duì)兩品種在高溫下的影響有一定的調(diào)節(jié)作用(表1)，且前三個(gè)播期的積溫利用率、輻射生產(chǎn)效率低于后兩個(gè)播期(表2)，說明高溫迫使植株積累和轉(zhuǎn)化光溫資源能力降低，所以合理的播種期可以有效提高品種的適應(yīng)性和光溫資源的利用，正如研究發(fā)現(xiàn)在太湖地區(qū)5月27日左右直播稻的光溫利用率最高[13]，而東北地區(qū)以5月10日的直播水稻物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量較高，產(chǎn)量最高[28]。長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫天數(shù)較多，且年降雨量空間分布不均勻，因此發(fā)展該地區(qū)耐熱品種和優(yōu)化播種期對(duì)提高溫光資源利用具有較大促進(jìn)作用。

稻米品質(zhì)形成是品種遺傳特性和環(huán)境條件相互作用的結(jié)果[29]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，播期對(duì)糙米率、精米率影響較小，說明該指標(biāo)對(duì)溫度的敏感度較遲鈍，這與前人研究結(jié)果類似[30]，堊白粒率和堊白度則受溫度影響較大，本研究中廣兩優(yōu)476在S5處理的堊白粒率比S1平均降低14.1個(gè)百分點(diǎn)，黃華占則降低17.3個(gè)百分點(diǎn)，兩品種的堊白度分別降低7.8和4.6個(gè)百分點(diǎn)(表4)，有研究認(rèn)為抽穗至成熟階段高溫會(huì)加快灌漿速率，縮短灌漿的持續(xù)期，導(dǎo)致籽粒光合產(chǎn)物不足，影響籽粒的充實(shí)度，最終造成米粒堊白增加，透明度變差[31]，正如本研究中2018年高溫天數(shù)多于2017年，使得2018年度籽粒堊白度升高。本研究中直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量隨著播期延后呈逐漸降低的趨勢(shì)(表4)，張桂蓮等[32]研究認(rèn)為抽穗結(jié)實(shí)期高溫使直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量增加，膠稠度降低，但也有研究認(rèn)為高溫條件下稻米直鏈淀粉含量有下降趨勢(shì)[33-34]，這可能與品種差異有關(guān)[35]，而對(duì)于造成這種差異的內(nèi)在原因仍需進(jìn)一步研究。綜上，不同品種的耐高溫性質(zhì)直接影響其稻米品質(zhì)的形成，播期的調(diào)整可有效避免高溫脅迫對(duì)旱直播水稻品質(zhì)的不利影響。

4 結(jié)論

本研究表明，長(zhǎng)江中游地區(qū)機(jī)械旱直播水稻于5月中上旬播種會(huì)使水稻在生殖生長(zhǎng)期遭遇高溫危害，有效穗和結(jié)實(shí)率顯著下降，產(chǎn)量降低，且稻米外觀品質(zhì)降低，而將播期延遲到5月底至6月上旬，則對(duì)產(chǎn)量的提高和稻米品質(zhì)的改善均有積極影響?？梢?，該地區(qū)的機(jī)械旱直播水稻可通過調(diào)整播期和選擇較耐熱的品種來降低高溫危害，提高穩(wěn)產(chǎn)能力。