馮向前 徐建強(qiáng) 沈足金 王丹英 徐春梅 陳松 章秀福 肖玉蘋*
(1 中國(guó)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(zhǎng)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(duì)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(guó)審水稻品種中達(dá)到國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)2 級(jí)及以上的品種數(shù)量達(dá)到300 多個(gè),品種優(yōu)質(zhì)化率為54.2%;優(yōu)質(zhì)稻推廣面積亦逐年擴(kuò)大,2020 年水稻種植面積前10 位的品種中有8 個(gè)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(rùn),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(zhǎng)江中下游地區(qū)及華南北部地區(qū)大面積種植,2021 年全國(guó)種植面積達(dá)到13.3 萬hm2以上。
優(yōu)質(zhì)稻米的形成與生長(zhǎng)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(huì)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(duì)優(yōu)質(zhì)稻米質(zhì)的影響已有大量報(bào)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(bào)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(shí)期溫度、日照時(shí)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(shí)期溫度過高會(huì)對(duì)稻米品質(zhì)不利[19]。因此,通過調(diào)控播期實(shí)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(duì)播栽期差異導(dǎo)致的氣候條件變化,及其對(duì)優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)量米質(zhì)影響的研究尚未見系統(tǒng)報(bào)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。
試驗(yàn)于2020—2021 年在浙江省桐鄉(xiāng)市紅洋糧油農(nóng)機(jī)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(jìn)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(jī)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。
偏早中熟秈粳雜交稻甬優(yōu)1540:主莖葉片數(shù)14~15 葉,伸長(zhǎng)節(jié)間4~5 個(gè),千粒重23.1 g;整精米率70.2%,長(zhǎng)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(dá)到食用稻部頒優(yōu)質(zhì)2 等標(biāo)準(zhǔn)(長(zhǎng)江中下游單季晚粳稻區(qū)試送樣檢測(cè)結(jié)果);長(zhǎng)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)。
大區(qū)試驗(yàn),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(hù)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(jī)機(jī)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?;蕿?75 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(jī)插常規(guī)栽培要求。
表1 2020—2021 年播期對(duì)甬優(yōu)1540 生育進(jìn)程的影響
設(shè)3 個(gè)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。
1.4.1 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(jì)算有效穗數(shù),取代表性5 叢考察每穗總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。庫(kù)容=單位面積有效穗數(shù)×每穗總粒數(shù)。對(duì)每大區(qū)進(jìn)行實(shí)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(gè)月備用。依據(jù)NY/T 83—2017《米質(zhì)測(cè)定方法》測(cè)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(guó)家氣象觀測(cè)站(DZZ4 型國(guó)家級(jí)新型自動(dòng)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(shí)數(shù)和降雨量(見圖1)。
圖1 2020—2021 年氣候因子變化圖
使用Excel 2019 整理試驗(yàn)數(shù)據(jù),用R 語言(R 4.0.4)進(jìn)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。
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(shí)間隨播期的推遲延長(zhǎng)1 d。隨著播期推遲,甬優(yōu)1540 生殖生長(zhǎng)期略有延長(zhǎng),但由于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期縮短幅度較大,導(dǎo)致全生育期明顯縮短。
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(duì)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(dá)顯著水平。每穗總粒數(shù)、庫(kù)容、結(jié)實(shí)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(dá)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。
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(dá)極顯著水平。播期推遲后粒長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比和籽粒透明度無明顯變化,但長(zhǎng)寬比在年份間差異達(dá)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(dá)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(dá)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(dá)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。
由表4 可知,隨著播期推遲,甬優(yōu)1540 灌漿期日照時(shí)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(shì)。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(shì)(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(jìn)一步對(duì)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(shí)數(shù)、日均溫度等參數(shù)與株高(R=-1~-0.55,p<0.05)、結(jié)實(shí)率(R=-0.83~-0.77,p<0.05)、實(shí)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(zhǎng)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(shí)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(jìn)一步對(duì)灌漿期氣象因子與稻米品質(zhì)形成進(jìn)行相關(guān)分析(圖3)可得,日均日照時(shí)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(shí)數(shù)一致,說明隨著播期的推遲,灌漿期日均日照時(shí)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(huì)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。
對(duì)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(jìn)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(kù)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(huì)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
前人關(guān)于播期對(duì)水稻產(chǎn)量、生育特性影響的研究已有大量報(bào)道,但因種植生態(tài)區(qū)、生長(zhǎng)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(duì)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(shí)期會(huì)發(fā)生變化[25]。本研究中隨著播期延遲,甬優(yōu)1540 前期(營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和穗發(fā)育期)生育進(jìn)程加快,但灌漿期略有延長(zhǎng),全生育期明顯縮短(表2)。水稻生育進(jìn)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(jìn)程的主要?dú)庀笠蜃印1狙芯恐?,甬?yōu)1540 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期有效積溫隨播期的推遲顯著降低,所以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期表現(xiàn)為略有縮短,但對(duì)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(huì)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(kù)-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(gè)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(zhǎng)基點(diǎn)溫度范圍內(nèi),因此,我們推測(cè)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(qiáng))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(kù)容及轉(zhuǎn)化效率均得到提升。鑒此,我們推測(cè)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(qiáng)穩(wěn)定的前提下(適度高溫、高日均日照時(shí)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(zhǎng)日照時(shí)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(shí)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(duì)象,生育期長(zhǎng),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(gè),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(kù)容變化等指標(biāo)可能對(duì)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(jī)制具有一定的借鑒意義。
前人關(guān)于播期對(duì)稻米品質(zhì)的影響已有不少報(bào)道。趙慶勇等[32]研究發(fā)現(xiàn),5 個(gè)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(shì)。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(shì)。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(duì)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?dú)庀笠蜃?。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(shí)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(huì)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(duì)食味品質(zhì)的影響仍需進(jìn)一步研究。
本研究表明,隨著播期推遲,甬優(yōu)1540 灌漿期略有延長(zhǎng),營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)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(píng)價(jià),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(shí)現(xiàn)產(chǎn)量與米質(zhì)的協(xié)同變優(yōu)。