播期对江淮一季稻生长发育及产量形成的影响

2020-03-03柳军王学林张玉龙邓斌王志曾凯

江苏农业科学 2020年22期

柳军王学林张玉龙邓斌王志曾凯

摘要：合理确定水稻最佳播期是实现水稻高产的重要环节。以江淮一季稻主栽品种辐优17为试材，于2018年3—9月在安徽省合肥市农业气象试验站设计水稻大田分期播种试验，系统分析播期对水稻生长发育、灌浆特性及产量构成等方面的影响。研究表明：（1）播期越早，水稻营养生长阶段和全生育期越长;不同播期下水稻植株生长高度变化趋势基本一致，增长速率以4月16日播期最大，水稻叶面积指数在3月27日和4月16日播期明显优于其他播期，更有利于提高水稻光合生产能力。（2）各播期水稻群体植株地上部分干物质积累过程均略呈拉长的“S”形曲线，4月16日播期的干物质积累最大增长速率出现时间最早，3月27日、4月6日播期次之，4月26日最晚。（3）各播期水稻千粒质量积累过程呈“慢—快—慢”的“S”形曲线，水稻籽粒灌浆速度均为明显的单峰变化曲线，但各播期水稻灌浆特征参数差异较大。总体来说，播期越迟，灌浆持续时间越短，越有利于水稻粒质量积累。（4）播期改变对水稻产量构成影响较大，适当早播（4月16日）可增加水稻穗结实粒数、降低空壳率和秕谷粒，从而提高水稻产量。本研究结果可为江淮一季稻高产栽培提供一定的科学依据。

关键词：江淮地区;一季稻;最佳播期;生长发育;产量形成;Logistic方程

中图分类号：S511.04文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2020）22-0049-07

作者简介：柳军（1972—），男，高级工程师，主要从事农业气象防灾减灾研究。E-mail：simliou@sohu.com。

通信作者：王学林，硕士，工程师，主要从事农业气象灾害研究。E-mail：912856253@qq.com。

水稻（OryzasativaL.）属于禾本科稻亚科稻属，是世界上三大主要粮食作物之一，广泛种植于热带和亚热带地区[1]。安徽省水稻种植区主要分布在沿江、江淮和沿淮等地，水稻生产以单季中稻为主[2-3]。近年来，随着全球气候的持续变暖，单季稻原有的熟制、布局和结构均相应发生了较大调整，如继续按以往确定的水稻最佳适播期播种，很难充分利用气候资源。因此，系统开展气候变化背景下水稻适播期试验，确保水稻的丰产丰收与高产高效，已成为人们最为关心的问题。

前人关于播期对水稻生长特性及产量形成等方面的影响已有不少研究，但由于各地区栽培生态条件和品种特性等因素不同，研究结果也不尽相同。已有研究發现，播期会影响水稻生育期时间长短[4]、灌浆速率[5]、稻米品质[6]、光合势[7]、产量构成[8-13]等。霍中洋等研究发现，随着播期的推迟，水稻干物质积累量及叶、茎的输出量、输出率和输出物质转化率均呈明显的下降趋势[14]。黄礼庆等认为，播期对水稻的生育期、植株性状和产量等指标影响较大，播期不同的水稻，生长发育进程、植株生长高度、产量结构等差异较大[15]。杜斌的研究表明，选择合适播种期是水稻获得高产的基础，播期在一定程度上影响水稻生长发育进程，从而影响水稻产量构成及品质优劣，根据水稻品种特性确定最佳适播期是水稻获得高产稳产的主要途径之一[16]。

因此，本研究以推广面积较大的主栽品种辐优17为试验材料，在安徽省合肥市农业气象试验站开展大田分期播种试验，对不同播期条件下水稻生长发育情况、产量构成等进行系统研究，以期为江淮一季稻的高产高效生产提供理论与实践依据。

1材料与方法

1.1试验地点

试验在安徽省合肥市农业气象试验站（117°03′E、31°57′N）进行，该站位于安徽省中部经开区高刘镇长岗社区滁河干渠西侧（图1），属于亚热带季风气候区，海拔高度49.8m，年平均气温16.2℃;年降水量1000.9mm，分布不均匀，主要集中在6—8月;年日照时数1868.1h，土壤为壤黏土，呈酸性，肥力中等。

1.2试验设计

试验用水稻品种为辐优17，为江淮地区单季稻主栽品种。采取分期播种方式开展田间试验，分4个播期进行播种，每隔10d开展1期，于2018年3月27日开始播第1期，其后在4月6日、4月16日和4月26日分别进行播种，各播期水稻均按照35d的秧田期进行移栽，移栽行株距为20cm×18cm，每穴插2棵秧苗。各播期分别设置5个重复试验，1～4重复小区用于试验观测;第5重复小区用于产量结构分析等，不进行观测活动，小区面积为5m×4m，南北行向。生长期间没有进行水分灌溉，以旱作雨养为主，水稻生长期各小区田间管理措施保持一致。

1.3观测项目与方法

1.3.1生育期观测严格按照《农业气象观测规范》[17]开展水稻生育期观测，包括播种、出苗、3叶、移栽、返青、分蘖、拔节、孕穗、抽穗、乳熟、成熟期。其中移栽、返青期根据播种方式的需要进行观测。

1.3.2生长状况与生长量测定植株生长高度测定：在水稻移栽期（移栽前3d内）、返青、拔节、抽穗、乳熟期进行株高的测定，将最长叶片拉直，测至叶片顶端，另外抽穗后同时还需测定穗顶端高度。在每个重复小区顺序测定10株（茎），求平均值后记录各重复小区株高，以cm为单位，取1位小数。

地上部分干物质量测定：在水稻的3叶、移栽期（移栽前3d内）、分蘖、拔节、抽穗、乳熟和成熟的普遍期测定地上部分干物质量。在每个重复小区顺序挖取10株（茎），共40株（茎），先取20株（茎）用于叶面积的测定，然后将其余20株（茎）样本的茎秆、叶鞘、叶、穗分开，分别称取鲜质量，烘干后称取干质量，并求取平均值。以g/株（茎）为单位记录数据，取小数2位。

叶面积指数（LAI）测定：在水稻的3叶、移栽期（移栽前3d内）、分蘖、拔节、抽穗、乳熟、成熟期开展叶面积指数测定。在地上部分干物质量测定的样本中，连续取20株（茎），每株（茎）取其上、中、下部位叶片各1张，共取展开的绿色完整叶片60张，测定其叶面积，并求取平均值。以cm2/株（茎）为单位，取2位小数，换算成叶面积指数。

1.3.3灌浆速率测定在水稻籽粒形成至成熟期间，开展水稻灌浆速率的测定。于水稻开花始期，在每个重复小区，选择同日开花、穗大小相仿的200个穗，挂牌，并注明日期，供灌浆速率测定用。开花后每5d取样1次，直到成熟。[JP2]每次取20穗（每个重复小区取5穗），取下籽粒，数出总粒数，放入铝盒中称鲜质量，烘干后称干质量，求取每穗籽粒干质量。灌浆速率测定方法按《农业气象观测规范》[17]要求进行。以g/穗为单位记录数据，取2位小数。

1.3.4产量结构分析在水稻成熟期，在各分期播种重复小区，分别对1～4个重复小区连续取5穴，第5小区取20穴，共计40穴，沿基部剪下取回。分别数出各试验处理区样本总茎数，再将有效穗连同穗柄剪下，数出总穗数。按穗的长度，分3组分别数出数量，从各组中按比例共取50个穗，供穗粒数、穗结实粒数、空壳率、秕谷率分析用。对40穴其余样本脱粒，将籽粒（含已抽出的50穗上的籽粒）、茎秆（含脱粒穗轴）晒干，用于千粒质量、茎秆比分析。水稻产量结构分析的项目包括穗粒数、穗结实粒数、空壳率、秕谷率、千粒质量、理论产量、株成穗数、成穗率、茎秆质量、籽粒与茎秆比。

1.4数据统计与分析

水稻群体植株干物质积累量和籽粒生长过程可用Logistic方程Y=A/（1+Be-kt）或Y=A/（1+eb-kt）加以拟合描述，其一阶导数dy/dx=ABke-kt/（1+Be-kt）2可用于描述水稻群体植株干物质积累过程和籽粒生长过程中指标动态变化特征[18-19]。根据Logistic方程及其一阶导数，可计算出水稻籽粒生长过程中一些基础特性参数（Co、t、Tm和Vm）和灌浆特性参数（T1、T2、T3、W1、W2、W3、V1、V2、V3、T和Va），各参数的意义和计算方法见参考文献[20-22]。

2结果与分析

2.1不同播期对水稻生长发育的影响

2.1.1不同播期对水稻生育进程的影响水稻的生长发育除受遗传特性等内在因素影响外，还与水稻生境潜热、光照等外部因子息息相关，不同播期的温光效应存在明显的不同，播期对水稻生育期有着明显的调节作用。由表1可知，播种越早（3月27日）全生育期越长（156d），晚播水稻（4月26日）全生育期仅有139d，两者相差了17d，播期每向后推迟10d，水稻全生育期缩短约4d。4个播期下水稻营养生长阶段的天数分别为95、93、91、89d，随播期的延迟呈逐渐减少的趋势，主要是由于随着播期的推迟，气温逐渐升高，水稻生长发育加快，导致水稻营养生长阶段时间相应明显缩短，生育进程加快，而营养生长与生殖生长并进阶段和后期生殖生长阶段变化规律不明显，可能是由于受极端高低温等高影响天气所致。

2.1.2不同播期对水稻植株生长高度的影响由图2可知，不同播期水稻植株生长高度变化曲线基本一致，各播期在各生长发育阶段均呈现逐渐增加的趋势，其中在返青阶段后，SD3播期增长速率明显高于其他播期。

2.1.3不同播期對水稻植株叶面积指数的影响从图3可以看出，不同播期水稻的叶面积指数在不同生育期均存在一定差异，3叶期至移栽前3d，随着播期的推迟，[JP2]水稻叶面积指数表现为SD4>SD3>SD2>SD1，最晚播期（4月26日）叶面积指数达到2.75，明显高于其他播期，表明播期越晚，温光效应越好，越有利于提高水稻群体光合生产力。在分蘖期之后，不同播期水稻叶面积指数随生育期的推进

变化趋势明显不同，但总体上呈现先增后减的趋势，其中分蘖期—拔节期SD3的LAI增速最快，SD1和SD4次之，SD2增速最慢，但在拔节期—抽穗期，SD3有明显下降趋势，SD1、SD3、SD4播期LAI均在乳熟期达到最大值，而此时SD2播期LAI呈下降趋势，以上分析表明，仅从LAI看，选择SD1、SD3播期明显优于SD2和SD4，过晚播种会明显抑制LAI的增长，使LAI明显降低，而SD1和SD3播期下水稻LAI变化动态合理且数值大，有利于提高水稻光合生产能力。

2.1.4不同播期对水稻茎叶干物质积累的影响由图4可知，不同播期下水稻群体植株干物质积累过程均略呈拉长的“S”形曲线，即先后经历始盛期—高峰期—盛末期3个不同阶段，不同播期下的水稻群体植株干物质积累和播种后天数的关系符合经典的Logistic方程曲线。因此，本研究采用全局优化算法对不同播期下的Logistic方程参数进行优化，由表2可知，各播期下回归方程相关系数（r2）均较高。从图4可以看出，各播期下水稻群体植株的干物质累积在出苗后60d左右，即移栽期以后表现[JP+1]为快速递增趋势。比较不同播期下干物质积累量随时间的变化曲线可以看出，4月6日播种的水稻干物质积累量最少，其他3个播期表现为4月26日>3月27日>4月16日。不同播期下水稻植株干物质积累速率在整个生育期的变化趋势是一致的，表现为下开口抛物线型，水稻植株干物质最大积累速率以4月26日播期最大，3月27日播期最小。

2.2不同播期对水稻产量及其构成因素的影响

2.2.1不同播期对水稻灌浆过程的影响从图5可以看出，水稻千粒质量的积累过程呈“慢—快—慢”的“S”形曲线，先后经历渐增期—快增期—缓增期3个阶段。综合来看，由于开花后营养器官干物质的积累和向籽粒库的迅速分配，不同播期处理在开花后0～10d为水稻千粒质量积累渐增期，10～25d千粒质量迅速增加，25d之后增加趋势又趋于缓慢。水稻的千粒质量总体随播期的推迟而增加，在开花后55d，4月26日播种的水稻千粒质量最高，为29.26g，比播期为4月16日、4月6日和3月27日的千粒质量分别增加1.02、2.22、3.17g。各播期处理下的水稻籽粒灌浆速率均呈明显的单峰变化曲线（图5）。4月6日、4月16日、4月26日播种的水稻籽粒最大灌浆速率出现的日期（Tm）比3月27日分别提前了3.08、5.24、7.94d;水稻籽粒最大灌浆速率（Vm）也随播期的推迟呈先降低后增加的趋势，其中3月27日播期的最大灌浆速率为100g/（千粒·d），4月6日播期减小为0.98g/（千粒·d），4月16日和4月26日播期迅速增大，分别为1.02、1.12g/（千粒·d）;持续灌浆时间（T）也随水稻播期的推迟而减小，起始生长势（Co）以4月26日播期最大，3月27日播期最小，说明水稻起始灌浆潜力随着水稻播期的推迟而升高;从灌浆的3个阶段来看，各播期处理渐增期（T1）最短，而缓增期（T3）最长，水稻千粒质量积累阶段缓增期平均比渐增期长17.85d，比快增期（T2）长892d。3个阶段的粒质量在不同的阶段均表现为随着播期的推迟逐渐增加，相应的3个阶段灌浆速率则表现出先减小后增加的趋势（表3）。图5表明，水稻千粒质量形成阶段缓增期持续时间虽在整个灌浆期所占比例较大，但灌浆速率慢，最终粒质量积累量不高，而快增期持续时间较长且灌浆速率较快，是水稻千粒质量形成和干物质积累最多的阶段，快增期和渐增期较高的粒质量积累量对于减小后期气象条件对水稻灌浆的不利影响、稳定粒质量有积极作用。随播期推迟，缓增期、快增期、渐增期水稻灌浆持续时间均呈现逐渐减小的趋势，而千粒质量均表现为逐渐增大的趋势，表明播期越迟，水稻灌浆期光温条件越好，灌浆时间越短，越有利于水稻粒质量增加。

2.2.2不同播期对水稻产量及其构成因素的影响由表4可知，播期改变对水稻产量影响较大，其中SD3播期理论产量最高，为2284.7kg/hm2，SD1和SD2播期次之，SD4播期最低。4个播期下水稻千粒质量为265～29.8g，各播期之间差异较小;但不同播期水稻的穗粒数、穗结实粒数、空壳率、秕谷率、茎秆质量和籽粒与茎秆比均存在一定差异。SD1播期穗粒数最多，达230.7粒，比SD2、SD3、SD4播期分别高277%、3.4%、28.4%;而穗结实粒数SD3播期最多，为192.0粒，分别比SD1、SD2、SD4播期高6.8、11.4、79.9粒;随着播期的推迟，空壳率呈现明显的下降趋势，SD1和SD4播期秕谷率高于SD2[JP2]和SD3播期;各播期的茎秆质量以SD3播期最高，为2431.3g/m2，SD4播期最低，为1322.2g/m2;籽粒与茎秆比以SD1播期最低，SD3播期次之，SD2和SD4播期最高。不同播期间产量的差异主要是由穗结实粒数、穗粒数、空壳率和秕谷率不同所致，说明播期对产量构成影响较大。SD3播期除穗粒数略低于SD1播期、千粒质量略低于SD4播期以外，穗结实粒数、秕谷率和理论产量均优于其他播期。

3结果与讨论

本研究以推广面积较大的江淮一季稻主栽品种辐优17为试材，在合肥市典型的亚热带湿润性雨养农业生态条件下开展大田分期播种试验，研究认为，播期对一季稻生长发育及产量具有较大影响。水稻生育期可分为播种期—抽穗期和抽穗期—成熟期2个重要生长发育阶段，本研究表明，播期对一季稻全生育期及不同生育阶段持续时间影响较大。播期越迟，全生育期持续时间越短，这与前人研究结果[10，14]较为一致。叶面积指数是群体结构的重要量化指标，是影响作物产量的重要因素，研究表明，适宜的播期可显著提高水稻的LAI，进而影响水稻群体的光合势和生长率，适宜的LAI有利水稻群体干物质积累[21]。本研究表明，3月27日或者4月16日播种的水稻LAI变化动态合理且数值较大，最有利于江淮一季稻光合生产能力的提高。

霍中洋等研究表明，播期推迟对水稻的光合生产和干物质积累影响较大，水稻的经济产量约70%来自于抽穗后的干物质积累，高产栽培不仅要保证前、中期有一定的干物质积累基础，更要重视抽穗后的光合生产和干物质积累[14]。本研究证实，不同播期下水稻群体植株干物质积累过程表现为明显的“慢—快—慢”Logistic增长曲线，干物质累积快增期约出现在出苗后60d左右，这种变化趋势与张凯等得出的小麦干物质积累过程[22]较为相似。

在播期对水稻籽粒灌浆特性的影响方面，许多学者做了大量的工作[5，23-24]，袁继超等研究证实，水稻籽粒的灌浆特性受播种期影响较大，不同播期之间籽粒达到最大灌浆速率的时间间隔、起始势、最大和平均灌浆速率等籽粒灌浆特征参数存在较大差异，适期播种水稻的灌浆速率高、籽粒大、充实度高[25]。此外，水稻籽粒灌浆特性受播期影响也有种间差异[26]。本研究表明，播期对水稻籽粒灌浆特征有明显影响，虽各播期处理下的水稻籽粒灌浆速率均呈明显一致的单峰变化曲线，但不同播期处理下的水稻灌浆特征参数存在明显的差异。

水稻产量主要由水稻品种本身的遗传特性和外界环境条件共同决定，适宜的播期有助于水稻最大限度利用温光资源[27-28]，充分发挥水稻品种的产量潜力[7]。本研究结果表明，播期改变对各水稻产量构成因素影响较大，适宜的播期（4月16日）可有效提高穗结实粒数和理论产量，减少空壳率和秕谷，早播和晚播均不利于形成高产，本研究结果与李秀芬等的研究结果[8]较为一致，可能是因为早播稻在抽穗结实阶段受到的高温热害严重影响了籽粒的灌浆速率和持续时间，而晚播又常伴随低温冷害，不利于水稻灌浆结实。

本研究以江淮一季稻主栽品种辐优17为研究对象，采用大田分期播种试验确定最佳适播期，得出在4月16日前后播种辐优17，有利于获得较高产量。然而本研究结果也存在很多不足之处，如水稻最终产量受人为管理、病虫害以及当年的气候条件影响较大，本研究所确定的最佳适播期还需综合考虑当年的气候年景，因地制宜地开展生产。另外，本研究仅分析了江淮一季稻辐优17的最佳适播期，结论对其他品种是否适用还有待进一步试验。

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