不同播期溫光條件對秈稻產量和品質的影響

樊一凡，張艷艷，王藝媚，李俊周，杜彥修，孫紅正，彭 廷，趙全志，2，張 靜

（1.河南農業(yè)大學 農學院/河南省水稻生物學重點實驗室/水稻河南省工程實驗室，河南 鄭州 450046；2.貴州大學 農學院，貴州 貴陽 550025）

稻米是我國1/2 以上人口的主食[1]。隨著我國經濟的快速發(fā)展，水稻產量不斷提升，同時，人們對稻米品質的要求也越來越高。因此，高產優(yōu)質稻米的生產對穩(wěn)定糧食供求關系、增加農業(yè)經濟效益具有重要作用。稻米品質包括加工品質、外觀品質、蒸煮品質、營養(yǎng)品質等，是目前水稻研究的熱點方向之一[2-3]。馬義虎等[4]通過開展播期試驗發(fā)現，浙東南地區(qū)秈粳雜交稻甬優(yōu)1540 和雜交秈稻泰兩優(yōu)217 的產量主要受齊穗—成熟期的溫光資源調控，而品質與齊穗后20 d 至成熟階段的溫光資源關系密切。河南省水稻主要種植在南部的信陽、南陽等市，被稱為豫南稻區(qū)，位于河南、湖北、安徽三省交界處，屬于亞熱帶濕潤季風性氣候，生產上以雜交秈稻為主，具有明顯的過渡性特征，也具有發(fā)展水稻生產的優(yōu)越生態(tài)條件[5]。為保障糧食安全，引進或選育豐產優(yōu)質的秈稻品種是當地農戶增產增收的重要途徑。孫建軍等[6]對豫南沿淮稻區(qū)麥茬后種植遲熟中秈和中熟中粳品種水稻的播期研究發(fā)現，不同品種類型水稻產量隨播期推遲逐漸下降。水稻的產量和品質不僅與遺傳因素有關，還受到種植地區(qū)環(huán)境條件的調控，不同種植環(huán)境會引起水稻產量和品質形成發(fā)生變化。因此，適宜的播期是保障水稻高產和優(yōu)質的關鍵環(huán)節(jié)。目前，關于播期對水稻產量和品質的影響研究主要集中于產量、品質等方面，同時研究產量、品質和關鍵氣候影響因子的報道較少[4，7]，且不同地區(qū)溫光資源差異明顯，使得稻米品質形成的主導氣候因子因地而異。前人關于豫南稻區(qū)播期的研究多以粳稻為主[8-9]，而由播期引起的溫光條件差異對秈稻產量和品質的影響及關鍵氣候因子尚不明確。為此，在豫南稻區(qū)以3 個中秈雜交水稻品種為試驗材料，設置5 個播期為水稻生長創(chuàng)造不同的溫光條件，探究不同播期對豫南稻區(qū)秈稻產量和稻米加工品質、外觀品質、營養(yǎng)品質、蒸煮品質的影響，進一步明確豫南稻區(qū)高產優(yōu)質稻田溫光資源配置特征，以期為豫南稻區(qū)秈稻高產優(yōu)質栽培管理提供理論指導。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2019—2020 年在信陽市平橋區(qū)甘岸街道二郎村（114°01'E、32°18'N）河南農業(yè)大學水稻生產基地進行。試驗田位于淮河以南，屬亞熱帶濕潤季風性氣候，年均日照時間1 900～2 100 h，年平均氣溫15.1～15.3 ℃，年均無霜期225 d，年均降雨量900～1 400 mm。2019 年和2020 年水稻大田生長階段的溫度和光照強度變化如圖1 所示，5—7 月溫度總體上呈逐漸上升的趨勢，最高值出現在7 月下旬—8 月上旬，8 月下旬—11 月下旬溫度呈下降趨勢?？傮w上，2019 年5—7 月溫度高于2020 年同期。光照強度出現最高的時期與溫度一致，也在7月下旬—8月上旬。土壤類型為水稻土，pH值為6.41，有機質含量為29.29 g/kg，全氮含量為1.00 g/kg，堿解氮含量為56.74 mg/kg，速效磷含量為16.51 mg/kg，速效鉀含量為139.3 mg/kg。

圖1 2019年和2020年水稻生長階段的溫度和光照強度Fig.1 Temperature and light intensity at rice growth stages in 2019 and 2020

供試水稻品種為兆優(yōu)5431（秈型三系雜交水稻）、中浙優(yōu)8號（遲熟秈型三系雜交水稻）和Y 兩優(yōu)900（秈型兩系雜交水稻）。供試氮肥為尿素（含N 46%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O512%）

1.2 試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計，播期為主區(qū)，分別為4 月15 日（T1）、4 月30 日（T2）、5 月15 日（T3）、5 月30 日（T4）和6 月14 日（T5），品種為副區(qū)，3 次重復，小區(qū)面積為20 m2。采用塑料穴盤育秧，秧齡為20 d 時，單苗移栽，移栽密度為30 cm×20 cm。氮肥（以純N計）施用量為150 kg/hm2，按基肥∶分蘗肥∶穗肥為4∶4∶2 的比例施用；磷肥（以P2O5計）施用量為450 kg/hm2，全部作基肥施用；鉀肥（以K2O 計）施用量為300 kg/hm2，按基肥∶穗肥為5∶5 的比例隨著氮肥一并施用。其他大田管理同當地高產田常規(guī)栽培管理。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產量 成熟期，收獲5 m2長勢均勻具有代表性的植株，脫粒后曬干，稱質量，并測定谷物含水量，按照13.5%的標準含水量來計算產量。

1.3.2 稻米品質 稻谷貯藏3 個月后測定稻米品質。參照國家標準GB/T 17891—2017《優(yōu)質稻谷》測定稻谷的糙米率、精米率、整精米率。使用CanoScan 5600F 掃描儀測定稻米的堊白粒率、堊白度、長寬比。稻米的直鏈淀粉含量參照國家標準GB/T 15683—2008《稻米直鏈淀粉含量的測定》測定；蛋白質含量以全氮含量乘以6.25 進行換算，全氮含量采用濃硫酸-雙氧水消煮樣品、連續(xù)流動分析儀AA3進行測定。

1.3.3 溫光條件 采用WatchDog 2000 自動氣象記錄儀記錄2019 年和2020 年水稻抽穗至成熟階段逐日的溫度、光照時間、光照強度，計算抽穗至成熟階段的積溫、累積光照時間、累積光照強度。

1.4 數據處理

使用Excel 2016 進行數據初步整理及分析；使用SPSS 25.0 中Duncan’s 新復極差法進行差異顯著性分析；使用R Studio 4.1.0 軟件的vegan 包進行冗余分析（RDA）及作圖，使用hier.part 包進行解釋率分析及作圖。

2 結果與分析

2.1 不同播期對秈稻產量的影響

從表1可以看出，播期、品種、年份、播期與品種互作、播期與年份互作及播期、品種、年份互作均對秈稻產量有極顯著影響。隨著播期的推遲，3 個秈稻品種2 a 的平均產量均呈現先升高后降低的趨勢，2019 年表現為T2＞T1＞T3＞T4＞T5，T2 處理與T1和T3 處理差異不顯著，但顯著高于T4 和T5 處理，增幅分別為37.9%和129.4%，T5處理顯著低于其他處理；2020 年表現為T3＞T2＞T1＞T4＞T5，T3 處理與T1 和T2 處理差異不顯著，但顯著高于T4 和T5 處理，增幅分別為24.0%和279.5%，T5 處理顯著低于其他處理。不同品種間比較，3 個秈稻品種的產量在2019年和2020年的T1、T2和T4處理下均無顯著差異；2019年在T3處理下，兆優(yōu)5431的產量顯著高于中浙優(yōu)8 號，而在T5 處理下，兆優(yōu)5431 的產量顯著低于Y 兩優(yōu)900 和中浙優(yōu)8 號；2020 年在T5 處理下，Y 兩優(yōu)900 的產量最高，兆優(yōu)5431 次之，中浙優(yōu)8 號最低，三者差異顯著；2 a 均為T2 處理的Y 兩優(yōu)900 產量最高。2019 年和2020 年，隨著播期的推遲，Y兩優(yōu)900減產幅度最小，兆優(yōu)5431產量變化幅度較大。綜上，3個秈稻品種在T2和T3處理下產量較高，Y兩優(yōu)900隨播期推遲減產幅度最小。

表1 不同播期對秈稻產量的影響Tab.1 Effects of different sowing dates on yield of indica rice

2.2 不同播期對秈稻稻米加工品質的影響

從表2可以看出，播期、品種、播期與品種互作、播期與年份互作、品種與年份互作均對秈稻糙米率有極顯著的影響，播期、品種、年份、播期與品種互作均對精米率有極顯著的影響，播期、品種、年份及彼此間互作均對整精米率有極顯著的影響。2019年和2020 年3 個秈稻品種的平均糙米率均為T3 處理最高，T5處理最低，T3處理較T5處理分別顯著提高7.3%和7.2%。2019 年在T3 處理下，3 個秈稻品種糙米率差異不顯著；2020 年在T3 處理下，Y 兩優(yōu)900 糙米率顯著高于兆優(yōu)5431；2 a 在T5 處理下均為中浙優(yōu)8 號糙米率最高。2019 年3 個秈稻品種的平均精米率以T2 處理最高，2020 年以T3 處理精米率最高，2 a 均以T5 處理精米率最低，2019 年T2 處理比T5 處理高6.8%，2020 年T3 處理比T5 處理高6.9%；總體上，2019 年Y 兩優(yōu)900 精米率最高，2020年中浙優(yōu)8 號精米率最高。2019 年和2020 年3 個秈稻品種的平均整精米率均以T2 處理最高，T5 處理最低，T1、T2、T3、T4 處理間差異不顯著，2019 年分別較T5 處理提高17.9%、32.1%、27.0%、32.1%，2020 年分別較T5 處理顯著提高79.9%、83.9%、82.0%、56.7%；總體上，2019 年Y 兩優(yōu)900 的整精米率高于另外2 個品種，2020 年T1 和T5 處理Y 兩優(yōu)900 整精米率最高，T2、T3、T4 處理中浙優(yōu)8 號整精米率最高。隨著播期的推遲，Y 兩優(yōu)900 的整精米率減幅最小。綜上，T2 和T3 處理稻米加工品質較好，T5處理稻米加工品質最差。

表2 不同播期對秈稻稻米加工品質的影響Tab.2 Effects of different sowing dates on milling quality of indica rice %

2.3 不同播期對秈稻稻米外觀品質的影響

由表3可以看出，播期、品種、年份、播期與品種互作、播期與年份互作及播期、品種、年份互作均對秈稻稻米堊白粒率和堊白度有極顯著的影響，品種、年份、品種與年份互作、年份與播期互作及播期、品種、年份互作均對長寬比有極顯著的影響。隨著播期的推遲，3 個秈稻品種稻米平均堊白粒率和堊白度均呈現先下降后上升的趨勢，2019 年和2020 年堊白粒率和堊白度均以T2 處理最低，T5 處理最高；2 a T2 處理堊白粒率分別比T5 處理降低69.9%和77.6%，T2 處理堊白度分別比T5 處理降低69.8%和85.2%。對比3 個秈稻品種，2019 年T1、T3、T4 處理兆優(yōu)5431 的堊白粒率最低，T2 和T5 處理中浙優(yōu)8 號最低；2020 年T1、T2、T3 處理兆 優(yōu)5431 的堊白粒率最低，T4、T5 處理Y 兩優(yōu)900 最低。2019 年和2020 年不同播期處理間長寬比差異不顯著，不同品種間差異顯著，且均為兆優(yōu)5431 長寬比最大。綜合分析發(fā)現，T2處理稻米堊白粒率和堊白度最低，外觀品質最好；T5 處理稻米總體上外觀品質最差；兆優(yōu)5431外觀品質最好。

2.4 不同播期對秈稻稻米營養(yǎng)品質、蒸煮品質的影響

由表4 可以看出，播期、年份、品種與年份互作及播期、品種、年份互作對秈稻稻米蛋白質含量有極顯著的影響，播期與品種互作對蛋白質含量有顯著影響；播期、年份對直鏈淀粉含量有極顯著的影響，品種與年份互作、播期與年份互作對直鏈淀粉含量有顯著影響。3 個秈稻品種稻米平均蛋白質含量均隨著播期推遲呈現先上升后下降的趨勢，2 a均以T3 處理最高，T2 與T3 處理間差異不顯著，T5 處理最低，2019 和2020 年T3 處理分別比T5 處理顯著提高13.6%和20.0%。對于不同品種來說，2019 年T1—T4 處理3 個品種間蛋白質含量差異不顯著，T5處理浙優(yōu)8 號蛋白質含量顯著高于Y 兩優(yōu)900 和中浙優(yōu)8 號；2020 年T1—T3 處理Y 兩優(yōu)900 蛋白質含量最高，T4、T5 處理均以中浙優(yōu)8 號最高。隨著播期的推遲，2 a 3 個品種稻米平均直鏈淀粉含量均呈現先下降后上升的趨勢，表現為T2＜T1＜T3＜T4＜T5，2 a T2 處理直鏈淀粉含量分別比T5處理降低13.7%和19.2%。2019 年稻米直鏈淀粉含量總體上低于2020 年，同一處理不同品種之間直鏈淀粉含量總體上差異不顯著。綜上，T3 處理稻米營養(yǎng)品質最高，T2處理稻米蒸煮品質最好。

表4 不同播期對秈稻稻米蛋白質、直鏈淀粉含量的影響Tab.4 Effects of different sowing dates on protein and amylose contents of indica rice %

2.5 不同播期下秈稻抽穗至成熟階段溫光條件差異

對2020 年不同播期下3 個秈稻品種籽粒灌漿充實階段溫光條件進行分析（表5）發(fā)現，隨著播期的推遲，3 個品種5 個播期抽穗至成熟階段的溫光條件均隨著播期的推遲呈下降趨勢；在抽穗至抽穗后10 d、抽穗后10～20 d、抽穗后20 d至成熟階段，積溫、累積光照時間、累積光照強度總體上也隨著播期的推遲呈現下降的趨勢。對于抽穗至成熟的積溫、累積光照時間、累積光照強度，T5 處理較T1 處理分別下降了37.7%、19.2%、61.8%；對于抽穗至抽穗后10 d、抽穗后10～20 d、抽穗后20 d至成熟階段，T5 處理積溫較T1 處理分別下降了38.1%、30.3%、44.8%，累積光照時間分別下降了16.9%、13.1%、27.7%，累積光照強度分別下降了63.3%、65.2%、60.8%。對比3 個品種，抽穗至成熟階段，隨著播期的推遲，Y 兩優(yōu)900的積溫下降幅度最大，兆優(yōu)5431次之，中浙優(yōu)8號下降幅度最?。焕鄯e光照時間和累積光照強度也均以Y 兩優(yōu)900 下降幅度最大，兆優(yōu)5431和中浙優(yōu)8號下降幅度相當。

表5 2020年不同播期下秈稻抽穗至成熟階段溫光條件差異Tab.5 Difference of temperature and light conditions from heading to maturity of indica rice under different sowing dates in 2020

2.6 不同播期下溫光因子對秈稻稻米品質影響的RDA分析及其解釋率

由RDA 分析（圖2A）可知，2020 年3 個秈稻品種5 個播期下溫光因子對稻米品質的解釋率為73.02%，RDA1 對稻米品質的解釋率為65.93%，RDA2對稻米品質的解釋率為7.09%，可以看出抽穗至成熟階段的溫光因子是造成稻米品質差異的主要環(huán)境因素。由圖2B可知，對稻米品質的解釋率排名前3 的因子為抽穗后10～20 d 累積光照時間（Ash2）＞抽穗后10～20 d 積溫（At2）＞抽穗至抽穗后10 d 累積光照強度（Al1），其中Ash2 解釋率為11.98%，At2解釋率為9.82%，Al1解釋率為9.13%。

圖2 不同播期下溫光因子對秈稻稻米品質影響的RDA分析（A）及其解釋率（B）（2020年）Fig.2 RDA analysis（A）of the effect of temperature and light factors on the quality of indica rice under different sowing dates and their interpretation rates（B）in 2020

3 結論與討論

周麗慧等[10]認為，播期是決定水稻產量潛力和籽粒品質的重要栽培措施之一。王梓豪等[5]和李陽等[11]研究發(fā)現，部分水稻品種的產量均隨著播期的推遲呈先升高后降低的趨勢。本研究發(fā)現，隨著播期的推遲，3 個秈稻品種5 個播期抽穗至成熟階段的溫光條件均隨著播期的推遲呈下降趨勢，產量隨著播期的推遲先升高后降低，2 a 3 個品種均是T5處理產量最低，兆優(yōu)5431 均在T3 處理下產量最高，中浙優(yōu)8 號2019 年 在T2 處理下產量最高，2020 年則在T3處理下產量最高。對于3個秈稻品種，T2和T3處理積溫、累積光照時間和累積光照強度均低于T1處理，但高于T4和T5處理。因此，豫南秈稻取得高產的適宜播期不宜太早，更不可過晚（5 月30 日后），否則將導致生育后期遭遇較差的溫光條件，嚴重影響產量。

加工品質很大程度上由水稻的灌漿速率決定，溫度越高，灌漿速率越快，溫度過低則相反。抽穗后溫度呈下降趨勢，灌漿前期溫度高，灌漿速率過快，灌漿時間將會縮短，胚乳細胞的充實度變差，籽粒糊粉層細胞數量增多，糠粉層變厚，使得整精米率降低；灌漿期溫度過低，灌漿速率過慢，灌漿時間加長，胚乳細胞的充實度變差，甚至出現青粒，整精米率嚴重降低[12]。王云霞等[13]研究發(fā)現，高溫使稻米的整精米率下降。呂艷梅等[14]研究發(fā)現，抽穗期低溫脅迫會嚴重影響水稻的光合速率，進而降低水稻的精米率、整精米率。本研究發(fā)現，豫南稻區(qū)3個秈稻品種的加工品質均隨著播期的推遲呈現先上升后下降的趨勢。而馬義虎等[4]研究發(fā)現，浙東南地區(qū)稻米加工品質總體上隨播期推遲呈變優(yōu)的趨勢，浙東南地區(qū)水稻全生育期的有效積溫隨播期推遲基本呈先增后減的趨勢，而豫南稻區(qū)積溫則是隨播期推遲逐漸下降。因此，兩地溫光資源的不同是引起水稻產量和品質差異的主要原因之一。豫南稻區(qū)T2、T3處理產量較高，溫光條件較適中，這可能也是T3 處理糙米率和精米率、T2 處理整精米率較高的主要原因。

前人研究發(fā)現，堊白的發(fā)生是一個復雜的過程，受不同基因控制，并受不同種植年份和環(huán)境因素影響；在不同溫度下，不同水稻品種的籽粒堊白度有很大的變化范圍[15]。外觀品質與加工品質有密切的聯系，堊白是由于灌漿期淀粉的不完全積累造成的，對大米的加工、蒸煮食味品質也有很大影響[16]。堊白度和堊白粒率高的籽粒在研磨過程中也極容易產生碎米，降低加工品質。在非生物因素中，溫光條件對堊白有重要的影響，抽穗后高溫使水稻籽粒堊白度和堊白粒率增加，低溫、低光照也對堊白度、堊白粒率有不良影響。本研究中，3個秈稻品種的堊白粒率和堊白度均隨著播期的推遲呈現先下降后上升的趨勢，T5 處理抽穗至抽穗后20 d積溫和累積光照時間較T2 和T3 處理大幅下降，從而導致堊白粒率和堊白度顯著增加。稻米的粒型主要受遺傳特性控制，溫光條件對其影響甚微[17]。本研究也證實了這一點，兆優(yōu)5431在各個播期的長寬比均顯著高于中浙優(yōu)8號和Y兩優(yōu)900，且播期間差異不顯著。

溫光條件對稻米蛋白質含量和直鏈淀粉含量的影響研究結果不一。直鏈淀粉含量是決定稻米品質的重要指標，直接影響大米在蒸煮過程中對水分的吸收、體積的擴張以及飯粒的散聚性。研究發(fā)現，直鏈淀粉含量與蒸煮食味品質呈負相關，中至低等直鏈淀粉含量的米飯通常較軟，有較好的適口性，較好的飯粒光澤度，而高直鏈淀粉含量的米飯通常較硬，適口性較差[18-21]。AHMED 等[22]和SEUNG等[23]研究發(fā)現，通常直鏈淀粉含量隨著溫度的升高而降低。高溫對稻米淀粉顆粒結晶區(qū)的晶胞結構或微晶排列有較大影響[24]。低溫會減弱光合作用中酶促反應，降低光合強度，減少有機物的合成，阻礙淀粉累積。除溫度外，抽穗后灌漿期的光照也在一定程度上影響淀粉的合成與積累。光照對水稻光合作用、物質的合成、籽粒的灌漿充實都有一定的影響，從而影響米質[25]。本研究中，隨著播期的推遲，秈稻稻米直鏈淀粉含量先下降后升高，T2 處理直鏈淀粉含量最低，T5 處理最高，不同播期溫光條件差異較大，但直鏈淀粉含量均在適中范圍內，推測與遺傳因素相關。陳道宗[26]的研究也指出，遺傳基因對直鏈淀粉的影響、控制力較大。

研究發(fā)現，灌漿期高溫有利于提高稻米蛋白質含量[27]。曹云英[28]研究也發(fā)現，抽穗灌漿早期高溫使稻米蛋白質含量增加，尤其促進難消化的醇溶蛋白含量增加。RESURRECCION 等[29]研究發(fā)現，秈稻稻米蛋白質含量與溫度的關系呈拋物線型。程方民等[30]通過遮光試驗發(fā)現，灌漿期隨著光照強度的增加，稻米蛋白質含量逐漸降低。任萬軍等[31]認為，遮陰條件下植物光合作用下降，轉移到籽粒中的碳水化合物減少，而轉移至籽粒中的氮素增加，導致蛋白質含量增加。HONJYO[32]研究結果表明，灌漿后期光照強度越大，稻米蛋白質含量越高。本研究中，稻米蛋白質含量隨著播期的推遲先上升后下降，T3 處理稻米蛋白質含量高于其他處理，這與雷振山等[33]和王康君等[34]的研究結果一致。除Y 兩優(yōu)900 的T5 處理和2020 年兆優(yōu)5431 的T4、T5 處理溫光條件較差導致蛋白質含量較低外，其他處理3 個品種的蛋白質含量均在適中范圍內。前人研究發(fā)現，齊穗至齊穗后20 d 的溫度對稻米品質的影響更顯著[9]。本研究通過RDA 分析發(fā)現，抽穗至抽穗后20 d 的溫光條件是引起豫南稻區(qū)3個秈稻品種品質變化的主要環(huán)境因素，尤其是抽穗后10～20 d 的累積光照時間對稻米品質的影響最大。

綜上所述，隨著播期的推遲，豫南稻區(qū)秈稻抽穗至成熟期積溫、累積光照時間和累積光照強度均呈下降趨勢。播期引起的灌漿期溫光條件差異顯著影響稻米品質的形成。播期早，抽穗后積溫較高，而播期晚，抽穗后溫光資源不足，均使稻米品質變差。就不同播期下溫光因子綜合影響而言，抽穗至抽穗后20 d，尤其是抽穗后10～20 d 的累積光照時間是影響豫南稻區(qū)秈稻稻米品質的主要環(huán)境因子。因此，豫南稻區(qū)秈稻品種需要通過調整播期來改善抽穗后的溫光條件，促進其高產優(yōu)質潛力的發(fā)揮。