播期對秈粳雜交稻甬優(yōu)1540 產(chǎn)量、品質(zhì)的影響及其與氣候因子的相關(guān)性

馮向前 徐建強 沈足金 王丹英 徐春梅 陳松 章秀福 肖玉蘋*

（1 中國水稻研究所，杭州 310006；2 嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院桐鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，浙江 桐鄉(xiāng) 314500；3 長江大學(xué)，湖北 荊州 434025；#共同第一作者：201604651@yangtzeu.edu.cn; ttttxjq@163.com；*通信作者：179188746@qq.com）

隨著生活水平的提高，人們對優(yōu)質(zhì)稻米的需求越來越大[1]。近年來，通過審定的優(yōu)質(zhì)稻品種占比逐年增大，2021 年國審水稻品種中達到國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)2 級及以上的品種數(shù)量達到300 多個，品種優(yōu)質(zhì)化率為54.2%；優(yōu)質(zhì)稻推廣面積亦逐年擴大，2020 年水稻種植面積前10 位的品種中有8 個為優(yōu)質(zhì)稻，占水稻推廣面積的17.0%[2]。優(yōu)質(zhì)稻品種甬優(yōu)1540 既具有秈稻米飯的蓬松清香，又具有粳稻米飯的柔滑甘潤，既能適應(yīng)喜食秈米人群又能滿足喜食粳米人群[3]，因此在長江中下游地區(qū)及華南北部地區(qū)大面積種植，2021 年全國種植面積達到13.3 萬hm2以上。

優(yōu)質(zhì)稻米的形成與生長環(huán)境密不可分，生態(tài)區(qū)選擇[4-7]、播栽期配置[8-10]均會不同程度影響稻米品質(zhì)的形成。其中播期配置是優(yōu)質(zhì)稻米質(zhì)屬地優(yōu)化的重要栽培措施。播期差異對優(yōu)質(zhì)稻米質(zhì)的影響已有大量報道，但以往的研究局限在播期設(shè)置與稻米品質(zhì)差異方面，不同報道的結(jié)果不盡相同。以直鏈淀粉含量為例，隨著播期推遲，不同區(qū)域、不同品種的直鏈淀粉含量，可表現(xiàn)為升高[11-12]、不變[13]和降低[14]等現(xiàn)象。優(yōu)質(zhì)稻米質(zhì)形成與生育期內(nèi)（尤其是灌漿期）氣候特征密切相關(guān)。現(xiàn)有研究表明，在各種氣象因子中溫度和光照尤為重要[15-16]。其中堊白面積、堊白粒率、膠稠度往往與結(jié)實期溫度、日照時數(shù)成正相關(guān)，而直鏈淀粉含量、糙米率、精米率、整精米率和堿消值則表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)[17-18]。一般認(rèn)為，結(jié)實期溫度過高會對稻米品質(zhì)不利[19]。因此，通過調(diào)控播期實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)稻米質(zhì)提升，需明確氣候特征與優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)提升的關(guān)系。但現(xiàn)有針對播栽期差異導(dǎo)致的氣候條件變化，及其對優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)量米質(zhì)影響的研究尚未見系統(tǒng)報道。

本研究以甬優(yōu)1540 為材料，通過設(shè)置不同播期，構(gòu)建不同的灌漿期氣候環(huán)境，探索影響優(yōu)質(zhì)稻米質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵氣候指標(biāo)，為優(yōu)化播期配置提升產(chǎn)量和米質(zhì)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與條件

試驗于2020—2021 年在浙江省桐鄉(xiāng)市紅洋糧油農(nóng)機專業(yè)合作社基地（東經(jīng)：120°34′18″，北緯：30°42′58″，海拔4.6 m）進行，前作空閑田，供試土壤為潴育型水稻土中的黃斑田土屬，粉砂質(zhì)粘土，地力中等。供試土壤pH 值5.8，有機質(zhì)25.1 g/kg，全氮150 mg/kg，速效磷8.4 mg/kg，速效鉀185.0 mg/kg。

1.2 試驗材料

偏早中熟秈粳雜交稻甬優(yōu)1540：主莖葉片數(shù)14～15 葉，伸長節(jié)間4～5 個，千粒重23.1 g；整精米率70.2%，長寬比2.3，堊白粒率18%，堊白度3.0%，膠稠度75 mm，直鏈淀粉含量14.3%，達到食用稻部頒優(yōu)質(zhì)2 等標(biāo)準(zhǔn)（長江中下游單季晚粳稻區(qū)試送樣檢測結(jié)果）；長江中下游單季晚粳稻區(qū)試平均產(chǎn)量10.7 t/hm2（數(shù)據(jù)來源：https://www.ricedata.cn）。

1.3 試驗設(shè)計

大區(qū)試驗，面積600 m2（15 m×40 m）。各處理用塑料薄膜覆蓋的田埂隔離，四周設(shè)保護行。采用全基質(zhì)疊盤暗育苗，軟盤（規(guī)格58 cm×28 cm）水育秧，落谷量90 g/盤（干質(zhì)量），采用東洋PF455S 式插秧機機插，移栽期見表1。氮、磷、鉀肥施用量分別為219.0 kg/hm2、55.5 kg/hm2、96.8 kg/hm2，按基肥∶蘗肥∶穗肥=34∶47∶19 施用。基肥為375 kg/hm2緩控釋復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=20∶10∶15），蘗肥為225 kg/hm2尿素，穗肥為225 kg/hm2水稻配方肥（N-P2O5-K2O=18∶8∶18）。蘗肥于栽后20 d 施，穗肥于倒4 葉期施，田間管理措施按機插常規(guī)栽培要求。

表1 2020—2021 年播期對甬優(yōu)1540 生育進程的影響

設(shè)3 個播種期處理：2020 年和2021 年均為4 月30 日（Ⅰ）、5 月10 日（Ⅱ）和5 月20 日（Ⅲ）。2020 年移栽期分別為5 月20 日、5 月31 日和6 月12 日，2021年移栽期分別為5 月21 日、6 月2 日和6 月13 日。3次重復(fù)。栽插行株距統(tǒng)一為25 cm×20 cm，每叢插1～2株苗，葉齡3 葉。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 生育期

準(zhǔn)確記錄不同處理的拔節(jié)期、抽穗期、齊穗期和成熟期。

1.4.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成

于成熟期每大區(qū)調(diào)查50 叢，計算有效穗數(shù)，取代表性5 叢考察每穗總粒數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重。庫容=單位面積有效穗數(shù)×每穗總粒數(shù)。對每大區(qū)進行實打單收，晾曬至標(biāo)準(zhǔn)水分，去除莖稈、泥塊等雜質(zhì)后稱重。3 次重復(fù)。

1.4.3 稻米品質(zhì)

成熟期稻谷在空氣干燥條件下收獲，自然風(fēng)干后在室溫下貯藏3 個月備用。依據(jù)NY/T 83—2017《米質(zhì)測定方法》測定稻米加工品質(zhì)（糙米率、精米率、整精米率）、外觀品質(zhì)（粒型、堊白粒率、堊白度、透明度）和蒸煮食味品質(zhì)（堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量）。

1.4.4 氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)來源于浙江省桐鄉(xiāng)國家氣象觀測站（DZZ4 型國家級新型自動站，航天新氣象科技有限公司）采集的水稻全生育期日均溫度、日最高與最低溫度、日照時數(shù)和降雨量（見圖1）。

圖1 2020—2021 年氣候因子變化圖

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析

使用Excel 2019 整理試驗數(shù)據(jù)，用R 語言（R 4.0.4）進行方差和主成分分析，差異顯著性采用最小顯著性差數(shù)（LSD）方法，使用OriginPro 2021 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對甬優(yōu)1540 生育期的影響

由表1 可見，相比播期Ⅰ，甬優(yōu)1540 全生育期隨播期推遲而縮短，播期每推遲10 d，全生育期分別縮短4～6 d。其中播種～拔節(jié)期隨播期的推遲縮短2～4 d，拔節(jié)～齊穗期隨播期的推遲縮短1～2 d，齊穗～成熟期隨播期的推遲縮短1 d，而灌漿時間隨播期的推遲延長1 d。隨著播期推遲，甬優(yōu)1540 生殖生長期略有延長，但由于營養(yǎng)生長期縮短幅度較大，導(dǎo)致全生育期明顯縮短。

2.2 播期對甬優(yōu)1540 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

如表2 所示，甬優(yōu)1540 在不同播期下2020 年產(chǎn)量均高于2021 年，各處理產(chǎn)量要比2021 年高2.9%～3.6%。隨著播期的推遲，甬優(yōu)1540 產(chǎn)量先顯著增加后略有降低，播期Ⅲ和播期Ⅱ產(chǎn)量均顯著高于播期Ⅰ，分別高6.6%～6.8%（2020 年）和6.1%～6.4%（2021 年）；但播期Ⅱ和播期Ⅲ間差異不顯著。

表2 播期對甬優(yōu)1540 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表2 可見，隨著播期推遲，甬優(yōu)1540 有效穗數(shù)表現(xiàn)為2020 無顯著差異，而2021 年播期Ⅲ要顯著高于播期Ⅰ，年份間差異達顯著水平。每穗總粒數(shù)、庫容、結(jié)實率2 年間均隨著播期推遲不同程度提高，播期Ⅱ和播期Ⅲ均顯著高于播期Ⅰ，但播期Ⅱ和播期Ⅲ之間差異不顯著。千粒重隨播期推遲有所增加，播期間差異達極顯著水平。綜上，除有效穗數(shù)外，隨著播期延遲甬優(yōu)1540 產(chǎn)量構(gòu)成因子均有不同程度增加，但播期Ⅱ和Ⅲ間無顯著差異。

2.3 播期對甬優(yōu)1540 稻米品質(zhì)的影響

由表3 可知，播期推遲后甬優(yōu)1540 的糙米率無明顯變化，而精米率和整精米率則不同程度提高（2021年精米率除外），播期間及年份間差異均達極顯著水平。播期推遲后粒長、長寬比和籽粒透明度無明顯變化，但長寬比在年份間差異達極顯著水平。播期推遲后堊白粒率和堊白度逐漸降低，播期間差異達顯著水平，其中堊白粒率在不同年份下同一播期均表現(xiàn)為2020年顯著低于2021 年，年份間差異達極顯著水平。蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量年份間表現(xiàn)不一，2020 年蛋白質(zhì)含量隨播期推遲顯著提高，而2021 年則表現(xiàn)為先升高后降低，且年份間差異達極顯著水平。直鏈淀粉含量變化與蛋白質(zhì)含量變化相反。膠稠度和堿消值年際間變化不一致，2020 年不同播期處理無顯著差異，而2021 年則表現(xiàn)為隨播期延遲逐漸提高。

表3 不同播期處理甬優(yōu)1540 的主要稻米品質(zhì)

綜上，播期推遲后，甬優(yōu)1540 的加工、外觀不同程度提升，而食味品質(zhì)則變化不一。

2.4 灌漿期氣象因子對甬優(yōu)1540 稻米品質(zhì)及產(chǎn)量性狀的影響

由表4 可知，隨著播期推遲，甬優(yōu)1540 灌漿期日照時數(shù)、日平均氣溫、日最高溫度和日最低氣溫均呈逐漸降低趨勢。降雨量與晝夜溫差在不同年際間存在一定差異，降雨量隨播期的推遲有降低趨勢（2020 年播期Ⅰ和播期Ⅱ除外），晝夜溫差隨播期的推遲差異小。進一步對氣象因子與產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的相關(guān)分析（圖2）表明，灌漿期日照時數(shù)、日均溫度等參數(shù)與株高（R=-1～-0.55，p＜0.05）、結(jié)實率（R=-0.83～-0.77，p＜0.05）、實際產(chǎn)量（R=-0.83～-0.52，p＜0.05）負(fù)相關(guān)；而灌漿期晝夜溫差（R=0.25～0.48，無顯著差異）、全生育期日均低溫（R=0.54～0.62，無顯著差異），則在一定程度上與千粒重正相關(guān)。此外，分蘗期（R=-0.82，p＜0.05）、穗發(fā)育期（R=-0.85，p＜0.05）長短與產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)。綜上，播期延遲導(dǎo)致的溫度變化是影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵，其中灌漿期溫度的降低導(dǎo)致結(jié)實率增加，而晝夜溫差增大有利于千粒重提高。

圖2 甬優(yōu)1540 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子與生育期溫光資源的相關(guān)熱圖

表4 不同播期的甬優(yōu)1540 灌漿期氣象因子差異

進一步對灌漿期氣象因子與稻米品質(zhì)形成進行相關(guān)分析（圖3）可得，日均日照時數(shù)與稻米加工品質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)（糙米率：R=-0.58，p＜0.05；精米率：R=-0.90，p＜0.05；整精米率：R=-0.86，p＜0.05），與稻米堊白呈顯著正相關(guān)（堊白粒率：R=0.88，p＜0.05；堊白度：R=0.56，p＜0.05）。日平均氣溫、日最高溫度、日最低溫度與稻米品質(zhì)性狀的相關(guān)規(guī)律與日照時數(shù)一致，說明隨著播期的推遲，灌漿期日均日照時數(shù)、日平均氣溫、日最高溫度和日最低溫度降低，從而顯著提高稻米加工品質(zhì)，降低堊白。

圖3 灌漿期溫光資源與甬優(yōu)1540 稻米品質(zhì)的相關(guān)熱圖

降雨量與整精米率（R=-0.49，p＜0.05）、堿消值（R=-0.59，p＜0.05）顯著負(fù)相關(guān)，與堊白粒率（R=0.49，p＜0.05）、堊白度（R=0.66，p＜0.05）、直鏈淀粉含量（R=0.49，p＜0.05）顯著正相關(guān)，說明降雨量增加會增加堊白度及堊白粒率。晝夜溫差與稻米外觀品質(zhì)顯著負(fù)相關(guān)（糙米率：R=-0.63，p＜0.05；精米率：R=-0.67，p＜0.05），與堿消值（R=0.50，p＜0.05）、膠稠度（R=0.87，p＜0.05）、蛋白質(zhì)含量（R=0.74，p＜0.05）顯著正相關(guān)，而與直鏈淀粉含量（R=-0.83，p＜0.05）顯著負(fù)相關(guān)，表明隨著播期推遲，灌漿期晝夜溫差變大，有助于稻米外觀和蒸煮品質(zhì)的提升。

2.5 不同播期處理下甬優(yōu)1540 主要性狀主成分分析

對不同播期下甬優(yōu)1540 稻米品質(zhì)、產(chǎn)量構(gòu)成因子等相關(guān)參數(shù)分別進行主成分分析，以解析不同播期甬優(yōu)1540 特有的生理特征及其差異。

由圖4 可見，播期Ⅱ與播期Ⅲ在主成分1 和主成分2 下荷載相似，表現(xiàn)高度重合性；與播期Ⅰ在主成分1 下差異較小、在主成分2 上差異顯著。主成分2 正效應(yīng)為每穗總粒數(shù)、庫容、產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和膠稠度，負(fù)效應(yīng)為堊白度、堊白粒率和直鏈淀粉含量。說明主成分2 為高產(chǎn)但食味品質(zhì)劣化的綜合屬性。說明隨著播期的推遲，甬優(yōu)1540 的產(chǎn)量和外觀品質(zhì)會有所提高，但食味品質(zhì)降低。

圖4 甬優(yōu)1540 不同播期處理主成分載荷信息圖

3 討論

3.1 播期延遲對優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)量的影響

前人關(guān)于播期對水稻產(chǎn)量、生育特性影響的研究已有大量報道，但因種植生態(tài)區(qū)、生長季、品種以及研究方法的差異，結(jié)果并不一致[12，20-22]。曾仁杰[23]研究了播期對湖南優(yōu)質(zhì)稻玉針香的影響，結(jié)果表明，隨著播期推遲，玉針香產(chǎn)量先升后降，最高產(chǎn)量出現(xiàn)在5 月8 日至5 月18 日之間。而徐年龍等[24]則發(fā)現(xiàn)，優(yōu)質(zhì)稻南粳9108 產(chǎn)量隨著播期推遲而逐漸降低，最佳播期為5 月14 日前后。本研究結(jié)果與其基本相符，優(yōu)質(zhì)稻甬優(yōu)1540 在杭嘉湖稻區(qū)5 月10 日播種產(chǎn)量較高。

隨著播期推遲，水稻生育時期會發(fā)生變化[25]。本研究中隨著播期延遲，甬優(yōu)1540 前期（營養(yǎng)生長期和穗發(fā)育期）生育進程加快，但灌漿期略有延長，全生育期明顯縮短（表2）。水稻生育進程一般與溫光資源配置密切相關(guān)[26-28]，其中溫度是影響生育進程的主要氣象因子。本研究中，甬優(yōu)1540 營養(yǎng)生長期有效積溫隨播期的推遲顯著降低，所以營養(yǎng)生長期表現(xiàn)為略有縮短，但對于群體有效穗的影響不顯著，由此可見，適度遲播并不影響高產(chǎn)群體的構(gòu)建。但隨著播期推遲，生育階段會發(fā)生變化并作用于各產(chǎn)量構(gòu)成因子。本研究中，生育期縮短導(dǎo)致溫光資源配置發(fā)生變化，全生育階段平均溫度、最低溫度、最高溫度都不同程度降低，其中以穗發(fā)育和籽粒灌漿階段最為關(guān)鍵（表4）。水稻產(chǎn)量受庫-源-流限制，灌漿期溫度、日照是光合產(chǎn)物積累的保證，本研究中3 個播期處理差異較小，灌漿期平均溫度保持在22.1 ℃～28.5 ℃，不同播期間灌漿期平均溫差僅在1.0 ℃以內(nèi)，屬于適宜水稻生長基點溫度范圍內(nèi)，因此，我們推測該階段的溫度細(xì)微變化可能尚不足以造成光合積累（源強）的顯著性變化[29]。但從PCA 結(jié)果分析，穗發(fā)育階段溫度降低，有利于減少穎花退化，提高每穗粒數(shù)；而灌漿期晝夜溫差增大則有利于千粒重提高（圖2），這表明庫容及轉(zhuǎn)化效率均得到提升。鑒此，我們推測單季稻優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的播期精調(diào)優(yōu)化，應(yīng)在保證灌漿期源強穩(wěn)定的前提下（適度高溫、高日均日照時數(shù)），適度降低穗分化期溫度，提高灌漿期晝夜溫差。

值得注意的是，灌漿期適度高溫、長日照時數(shù)是籽粒產(chǎn)量的基礎(chǔ)，該階段光合產(chǎn)物積累量占全生育期50%以上[30-31]。但本研究中灌漿期日照時數(shù)、溫度與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，這可能與本研究的生態(tài)類型和播期處理有關(guān)。本研究以單季稻為對象，生育期長，播期處理導(dǎo)致的局部細(xì)微變化無法體現(xiàn)；其次播期僅為3 個，這使得在相關(guān)性分析或其他分析中存在一定的偶然性。從研究結(jié)果上看，本研究中的米質(zhì)、庫容變化等指標(biāo)可能對于溫度的細(xì)微變化更為敏感，故而數(shù)據(jù)分析解析的生理機制具有一定的借鑒意義。

3.2 氣候因子對優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的影響

前人關(guān)于播期對稻米品質(zhì)的影響已有不少報道。趙慶勇等[32]研究發(fā)現(xiàn)，5 個不同生態(tài)類型的粳稻隨著播期推遲其直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量均有提高的趨勢。朱鎮(zhèn)等[33-34]研究表明，早熟晚粳南粳44 和中熟晚粳南粳46 直鏈淀粉含量在不同播期間差異較大，但無明顯規(guī)律。姚姝等[35]的研究表明，隨著播期推遲，半糯粳稻的直鏈淀粉含量呈降低趨勢。王才林等[36]研究表明，隨著播期推遲，半糯粳稻的直鏈淀粉含量升高，膠稠度下降，外觀品質(zhì)普遍提高。本研究中，甬優(yōu)1540 隨著播期延遲，其加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)（堊白度降低）和蒸煮品質(zhì)（如膠稠度、堿消值）均有所提升；食味品質(zhì)中直鏈淀粉含量降低而蛋白質(zhì)含量升高。這表明，播期推遲有利于甬優(yōu)1540 稻米外觀、蒸煮品質(zhì)的提高，但對食味品質(zhì)的影響尚不明確。

灌漿期晝夜溫差是影響稻米品質(zhì)形成的重要氣象因子。崔弘等[37]基于不同類型粳稻品種研究發(fā)現(xiàn)，灌漿期晝夜溫差與稻米加工和外觀品質(zhì)負(fù)相關(guān)，而與食味品質(zhì)正相關(guān)。前者與本研究結(jié)果基本一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，灌漿期晝夜溫差提高有利于提升稻米蒸煮品質(zhì)。除晝夜溫差外，隨著播期推遲，灌漿期日照時數(shù)、溫度降低，有利于提高甬優(yōu)1540 稻米加工品質(zhì)，改善外觀品質(zhì)（如堊白）；能夠降低直鏈淀粉含量，但卻又會提高蛋白質(zhì)含量，因此播期推遲導(dǎo)致的灌漿期溫度變化對食味品質(zhì)的影響仍需進一步研究。

4 結(jié)論

本研究表明，隨著播期推遲，甬優(yōu)1540 灌漿期略有延長，營養(yǎng)生長期縮短，全生育期明顯縮短；產(chǎn)量顯著增加，增產(chǎn)主要源于除有效穗數(shù)外產(chǎn)量構(gòu)成因子的不同程度增加；加工、外觀品質(zhì)不同程度提升，蒸煮品質(zhì)有所下降。綜合評價，杭嘉湖稻區(qū)優(yōu)質(zhì)稻甬優(yōu)1540在5 月10 日左右播種能一定程度上實現(xiàn)產(chǎn)量與米質(zhì)的協(xié)同變優(yōu)。