淮北地区优质食味粳稻温光适应性和最佳播种期

许方甫，卞金龙，韩超，陈志青，刘国栋，邢志鹏，胡雅杰，魏海燕，张洪程

扬州大学/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/江苏省优质粳稻产业工程研究中心，江苏扬州 225009

0 引言

【研究意义】淮北地区是江苏省重要的水稻生产基地，2017年江苏省水稻种植总面积为223.77万hm2，其中淮北稻区水稻种植面积为129.34万hm2，占江苏省水稻总面积的57.8%[1]。随着人们生活水平的提高和农业供给侧结构改革，人们对稻米品质的要求不断提升，对主食稻米的需求由数量型向品质型和食味型转变[2]。稻米品质改良成为目前水稻育种的重要目标之一，近年来江苏省审定通过了一批适宜淮北地区种植的优质食味粳稻品种[3-5]，深受广大消费者的喜爱，而这批优质食味粳稻品种在淮北地区的温光生态适应性是一个亟待探究的问题。随着经济的快速发展，温室气体排放增加[6]，在过去一个世纪全球温度升高 0.72℃[7]；大气污染严重，导致气溶胶粒子浓度增加，太阳辐射量呈下降趋势[8-9]。淮北地区处于我国南北气候的分界线秦岭-淮河线上，生态环境脆弱，是气候变化的敏感区[10]。1978—2007年平均温度比1957—1986年平均温度升高0.60℃[11]。太阳辐射量显著降低，近50年来太阳总辐射量每10年平均减少65 MJ·m-2[12]。针对淮北地区不断变化的温度和光照条件，研究温光对水稻产量、品质和生态适应性的影响，对优质食味粳稻在淮北地区的区域优化布局显得至关重要。【前人研究进展】适宜的温度和充足的光照是水稻高产的关键因素[13]。苗期温度低于 12℃，导致幼苗发育不良[14]，分蘖期最适温度为28.4℃[15]。水稻灌浆结实期最适温度为25℃—30℃，温度过高或过低导致结实率和千粒重下降，水稻产量显著降低[16-22]。水稻生育期辐射量光照减弱，对产量造成负面影响。全生育期太阳辐射积累量与产量呈显著的正相关关系[11]，生殖生长和灌浆结实期日均辐射量与产量极显著正相关[12]。随着播期的推迟，水稻产量呈降低或先增高后降低趋势[23-26]。【本研究切入点】前人研究温度和光照对水稻产量的影响，主要针对1个或2个生育阶段；而播期处理试验多关注不同播期对水稻产量的影响，对不同播期处理下各生育阶段温光差异与水稻产量的关系研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究针对可在淮北地区种植的中熟中粳和迟熟中粳 2种生育类型的优质食味粳稻，设置了 7个播种期，研究不同播期条件下水稻产量、生育期、各生育阶段的温光差异，通过水稻产量与各阶段的温光资源的相关性分析，探究不同生育类型优质食味粳稻在淮北地区高产形成的温光条件与适宜播种期，为淮北地区稻麦两熟、温光资源相对紧张条件下的水稻优质高产提供重要的理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于 2017—2018年在扬州大学校外试验基地江苏省连云港市东海县石榴街道浦西村（34°35′N，118°45′E）进行，属暖温带湿润季风气候，年降水量913 mm，无霜期225 d，常年日照时数2 300 h。试验土质为砂壤土，地力中等，前茬小麦。土壤含氮1.63 g·kg-1、速效磷 36.5 mg·kg-1、速效钾 89.3 mg·kg-1。

1.2 试验品种

以近年来培育的低直链淀粉含量的优质食味水稻品种为供试材料，其中，中熟中粳类型品种为南粳505和南粳2728，迟熟中粳类型品种为南粳9108和福粳1606。

1.3 试验设计

2017年和2018年2年分别设置5月10日（S1）、5月17日（S2）、5月24日（S3）、5月31日（S4）、6月7日（S5）、6月14日（S6）、6月21日（S7）7个播种期，采用裂区设计，播期为主区，品种为副区。小区面积为15 m2（3 m×5 m），重复3次。塑料硬盘旱育小苗，落谷干种子 120 g/盘，移栽期水稻秧龄为20 d，栽插行株距为30 cm×12 cm，每穴4苗栽插，移栽后及时查漏补缺，确保足够的基本苗数。

1.4 田间管理

小区间打埂隔离，并用塑料薄膜覆盖埂体，保证每个小区单独排灌。氮肥施用量为270 kg·hm-2（基肥∶分蘖肥∶穗肥=3.5∶3.5∶3），分蘖肥在移栽后7 d施用，穗肥于水稻倒4叶期施用。氮（纯N）∶磷（P5O2）∶钾（K2O）比例为2∶1∶2，磷肥一次性基施，钾肥分别于耕翻前、拔节期等量施入。水分管理及病虫草害防治等相关栽培措施均按照高产栽培要求实施。

1.5 测定项目与方法

观测并记载每个处理的拔节、抽穗和成熟的准确日期（表1）。成熟期从各小区割取50穴，脱粒、去杂晒干后称重，按照14%水分含量换算实际产量。水稻生长期间的日均温度、日照时数和降雨量由东海县气象局提供（图1）。

1.6 数据计算与统计方法

本研究采用广泛使用的Angstrom-Prescott模型[27-29]，将日照时数换算成太阳辐射日总量Q（MJ·m-2·d-1）。主要计算公式如下：

Q=Q0（a + b S/S0）

式中，Q0为天文辐射（MJ·m-2·d-1），S 为太阳实测日照时数（h），S0为太阳可照时数（h），S/S0为日照百分率，a、b为待定系数[30]（表2）。

表2 Angstrom-Prescott模型各月份待定系数Table 2 The coefficients a and b of each month in Angstrom-Prescott model

用Microsoft excel 2016整理数据，在SPSS11.5中统计分析，用Sigmaplot11.0作图。

2 结果

2.1 播期对产量的影响

随着播种期的推迟，2种生育类型4个水稻品种产量均显著降低（表3）。其中，中熟中粳S2、S3、S4、S5、S6和 S7处理比 S1处理产量分别降低了2.36%、6.00%、10.73%、16.93%、22.97%和29.96%。播期每推迟7 d，产量下降0.49 t·hm-2。迟熟中粳S2、S3、S4、S5、S6和S7处理比S1处理产量分别降低了2.40%、7.43%、13.29%、21.96%、30.70%和37.07%。播期每推迟7 d，产量下降0.63 t·hm-2。迟熟中粳减产幅度大于中熟中粳。年度、播期、类型与播期互作对水稻产量影响显著。

表3 不同播期处理下水稻产量差异Table 3 The yield difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (t·hm-2)

2.2 播期对生育天数的影响

随着播期的推迟，2种生育类型水稻的播种至拔节期、拔节至抽穗期和全生育期天数均呈下降趋势（表4）。其中，中熟中粳播种至拔节期、拔节至抽穗期和全生育期S7处理比S1处理生育天数分别减少16、8和20 d。迟熟中粳播种至拔节期、拔节至抽穗期和全生育期S7处理比S1处理生育天数分别减少15、8和27 d。中熟中粳抽穗至成熟期生育天数有增加的趋势，迟熟中粳抽穗至成熟期 S1—S4处理生育天数呈增加趋势，S5—S7处理由于不能成熟，成熟期以收获日期计算，生育天数减少。全生育期天数减少，主要表现为播种至抽穗期生育天数的减少。分析产量与全生育天数发现，2种类型水稻产量与全生育期天数均呈极显著的正相关关系（图2）。

表4 不同播期处理下主要生育阶段天数的差异Table 4 Number of days in the main fertility stage difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (d)

2.3 播期对日均温度的影响

播种至拔节期日均温度随着播期的推迟呈显著升高，中熟中粳和迟熟中粳播种至拔节期S7处理比S1处理日均温度分别增加了3.6℃和3.2℃（表5）。拔节至抽穗期和抽穗至成熟期日均温度随播期推迟均显著下降，中熟中粳和迟熟中粳拔节至抽穗期S7处理比S1处理日均温度分别降低了3.2℃和3.9℃；抽穗至成熟期 S7处理比S1处理日均温度分别降低了4.0℃和3.1℃。2种类型全生育期日均温度随播期推迟显著下降。中熟中粳和迟熟中粳全生育期日均温度S7处理比S1处理分别下降1.4℃和1.0℃。在类型间、播期间及其两者互作效应上，各生育阶段日均温度差异显著。在年度间、年度与播期互作效应上，播种至拔节期、拔节至抽穗期和全生育期日均温度差异显著。

表5 不同播期处理下主要生育阶段水稻日均温度的差异Table 5 Mean daily temperature in the main fertility stage difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (℃)

2种生育类型水稻产量与播种至拔节期日均温度极显著负相关（图3-a），与拔节至抽穗期、抽穗至成熟期和全生育期日均温度极显著正相关（图3-b、c、d）。各生育阶段中熟中粳产量与日均温度的相关性系数均大于迟熟中粳。

2.4 播期对积温的影响

随着播种期的推迟，各生育阶段积温均呈下降趋势（表6）。其中，中熟中粳水稻S2、S3、S4、S5、S6和 S7处理分别比 S1处理的全生育期积温下降2.39%、4.40%、6.69%、9.95%、13.79%和 16.59%。播种期每推迟7 d，全生育期积温下降106.6℃。迟熟中粳水稻S2、S3、S4、S5、S6和S7处理分别比S1处理的全生育期积温下降2.43%、4.38%、6.72%、10.24%、14.73%和18.61%。播种期每推迟7 d，全生育期积温下降123.1℃。在年度间，播种至拔节期和抽穗至成熟期积温差异显著，在类型间和播期间，各生育阶段积温差异显著。

表6 不同播期处理下主要生育阶段水稻积温的差异Table 6 Accumulated temperature in the main fertility stage difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (℃)

进一步分析产量与各生育阶段积温的关系发现，2种类型水稻产量与各生育阶段积温均呈极显著正相关关系。其中，全生育期积温与产量相关系数最大（图4）。

2.5 播期对日均辐射量的影响

全生育期日均辐射量随播期的推迟显著下降（表7）。2017年中熟中粳和迟熟中粳S7处理比S1处理日均辐射量分别下降 2.8 MJ·m-2·d-1和 2.4 MJ·m-2·d-1；2018年中熟中粳和迟熟中粳S7处理比S1处理日均辐射量分别下降 1.2 MJ·m-2·d-1和 0.9 MJ·m-2·d-1。2017 年播种至拔节期日均辐射量随着播期的推迟显著下降，中熟中粳S7处理比S1处理下降3.8 MJ·m-2·d-1，迟熟中粳 S7 处理比 S1 处理下降 3.9 MJ·m-2·d-1。2018 年播种至拔节期中熟中粳日均辐射量随着播期的推迟显著上升，其中S7处理比S1处理增加了2.0 MJ·m-2·d-1，而迟熟中粳呈先增加后减少的趋势。中熟中粳拔节至抽穗期日均辐射量显著下降。2年的中熟中粳和2018年迟熟中粳抽穗至成熟期日均辐射量显著下降。2年间水稻播种至拔节期日均辐射量随播期变化趋势不一致，可能与2017年水稻拔节前连续长日照有关（图1）。除了年度与类型互作，年度、类型与播期互作对拔节至抽穗期日均辐射量无显著影响外，其他指标间对各生育阶段日均辐射量均呈显著或者极显著的影响。

表7 不同播期处理下主要生育阶段水稻日均辐射量的差异Table 7 Mean daily radiation in the main fertility stage difference between the two fertility types of rice varieties at seven sowing dates in 2017 and 2018 (MJ·m-2·d-1)

进一步分析产量与各生育阶段日均辐射量的关系发现（图 5），中熟中粳产量与拔节至抽穗期和全生育期日均辐射量呈极显著正相关关系，与播种至拔节期和抽穗至成熟期日均辐射量呈正相关关系。迟熟中粳产量与播种至拔节期日均辐射量显著正相关，与全生育期日均辐射量极显著正相关，与拔节至抽穗期和抽穗至成熟期日均辐射量正相关。

3 讨论

3.1 淮北地区优质食味粳稻产量对温光的响应

温度和光照是影响水稻产量重要的气象因子[31-32]。在淮北地区，为了提高水稻产量，前人通过改变种植方式、调整耕作制度、改善播种期等措施调节水稻生育期间的温光条件[33-36]。本研究通过AP模型[27]，把日照时数转换成太阳辐射积累量，研究不同温光处理各生育阶段水稻日均温度、积温和日均辐射量的差异，及其与水稻产量的相关关系。研究表明，2种类型水稻全生育日均温度、积温和日均辐射量均在 S1处理最高，S7处理最低。

许轲等[25]研究表明，随着播期的推迟，不同类型品种各生育阶段积温均显著降低，产量与各生育阶段积温呈显著正相关关系。这与本研究的结果一致，随着播期的推迟，2种类型水稻产量显著降低，产量与各生育阶段积温均呈极显著正相关关系（图 4）。姚义等[37]和霍中洋等[34]认为，在淮北地区播期推迟，播种至抽穗期积温显著降低，而抽穗至成熟阶段呈略微减少趋势，但相对稳定，积温为1 100℃左右。本研究表明，抽穗至成熟期积温在播期之间差异显著，主要原因是2种类型均有不能成熟的播期，若排除不能正常成熟的温光处理，中熟中粳和迟熟中粳抽穗至成熟期的积温变化范围分别为 1 086.3℃—1 209.5℃和1 031.9℃—1 143.3℃，积温随播期推迟呈略减少趋势，但比较稳定。在淮北地区，为了能达到江苏省大面积水稻产量 9 t·hm-2的目标[34]，中熟中粳和迟熟中粳全生育期积温应分别高于3 680℃和3 757℃（图4-d）。关于各生育阶段日均温度对水稻产量的影响，李国生等[38]研究认为，抽穗期日均温25.1℃，灌浆结实期日均温度24.7℃，抽穗至成熟期日均温度为23.5℃—24.0℃时，水稻产量最高。XING 等[39]研究表明，营养生长期日均温度小于25.1℃，灌浆结实期日均温度大于20.1℃时，能够获得较高的产量。本研究发现，2种生育类型水稻产量与全生育期日均温度极显著正相关，当中熟中粳全生育日均温度大于24.2℃，迟熟中粳全生育期温度大于23.7℃时，水稻能获得较高的产量（图3-d）。

水稻不同生育阶段对太阳辐射的需求不同，DENG等[40]研究发现，全生育期日均辐射量与水稻产量相关性不显著，而各阶段日均辐射量与产量呈显著的相关性。本试验研究表明，2种类型水稻产量与全生育期日均辐射量呈极显著正相关关系，而与播种至拔节期、拔节至抽穗期和抽穗至成熟期日均辐射量相关性不显著或相关系数较小。分析其原因，可能是2017年水稻生育阶段降雨集中在中后期，前期日照充足；而2018年降雨集中在前中期，后期日照充足（图1），导致2年7个温光处理主要生育阶段日均辐射量差异显著（表7）。

水稻产量与产量物质形成期的日均温度关系比产量与日均辐射量的关系更为密切[39-40]。本研究结果表明，水稻产量与主要生育阶段日均温度相关性系数均大于日均辐射量，2017年和 2018年全生育期日均温度均值分别为23.7℃和23.9℃，日均辐射量均值分别为 18.8 MJ·m-2·d-1和 20.5 MJ·m-2·d-1，产量均值分别为 8.45 t·hm-2和 8.57 t·hm-2，在全生育期日均温度相当的情况下，日均辐射量越高，产量越高。

3.2 淮北地区优质食味粳稻最佳播种期

生育期作为水稻品种的遗传属性，主要由自身的感温性、感光性和基本营养生长性决定[41]。生育期还受到播栽期、栽培方式和环境条件因素影响[33,36-37,42]。

关于不同播期对生育期的影响，前人观点较为一致。随着播期的推迟，生育天数缩短，生育天数缩短主要是营养生长期生育期的缩短导致。本研究结果与前人一致，随着播期的推迟，2种类型水稻品种生育期延迟，生育天数显著缩短，全生育期的缩短主要是播种至抽穗期生育天数的缩短导致。

关于生育天数与产量的关系，前人研究认为，水稻产量一般随着生育期的延长呈增加趋势，生育期与产量呈极显著的正相关关系。本研究表明，同一类型品种，生育天数显著缩短，产量显著下降，水稻产量与全生育期天数极显著正相关。迟熟中粳产量比中熟中粳S1—S4处理分别增加0.36、0.35、0.19、0.06 t·hm-2，S5—S7 处理分别减少 0.21、0.51、0.47 t·hm-2，在正常成熟情况下，迟熟中粳产量高于中熟中粳，说明不同生育类型水稻产量随生育期的延长呈增加趋势。当中熟中粳和迟熟中粳全生育期天数大于 152 d和158 d（图2），水稻更容易获得高产。当起始播种期设置在4月30日甚至更早[43-44]，导致播种至拔节期温度过低，不利于分蘖发生，而灌浆结实期可能会遭遇高温，导致水稻结实率和千粒重下降，进而影响产量的形成。本试验在稻麦两熟的淮北地区进行，小苗机插大面积推广，所以S1处理设置在5月10日播种，早于本地水稻大面积播种时间，所以在播期设置范围内播期越早，水稻产量越高，这与前人的研究结果一致[25, 36]。

在淮北地区，播种期过迟，导致水稻不能正常成熟，播种期越迟，减产幅度越大。为了保证优质食味粳稻的安全成熟，中熟中粳和迟熟中粳应分别于6月14日和5月31日前播种。为了达到9 t·hm-2的高产要求，2种类型优质食味粳稻的播种期应为5月10日至5月24日。通过分析淮北地区近50年水稻生长期间的日均温度与日均辐射量，未来10年淮北地区水稻生长期间日均温度将比近10年增加0.25℃，日均辐射量将下降0.15 MJ·m-2·d-1（图6）。在确保安全成熟的基础上，通过适当早播和选用偏迟熟品种，特别是前茬是油菜、大麦等让茬较早的作物，来延长生育期以获得较多的温光资源，是优质食味粳稻获取较高产量的重要途径。

4 结论

在稻麦两熟的淮北地区，通过对2种生育类型优质食味粳稻7个播期处理的研究发现，随着播期的推迟，水稻产量显著降低，与光照相比，产量对温度的响应更为敏感。在播期范围内，各生育阶段积温越高，水稻产量越高。2种生育类型水稻品种在5月10日至5月24日播种时，水稻能获得较高的产量。在保证水稻正常成熟的基础上，通过适当早播和选用偏迟熟品种，延长水稻生育期间的温光资源，是淮北地区优质食味粳稻高产的重要途径。