头季留茬高度对水稻再生季产量和稻米品质的影响

李 阳 杨晓龙 汪本福 张枝盛 陈少愚 李进兰 程建平

（1湖北省农业科学院粮食作物研究所/粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室，430064，湖北武汉；2黄冈市农业科学院，438000，湖北黄冈）

全球超过 30亿人口以水稻为主食[1]，然而，人口增长和劳动力短缺等因素使得粮食短缺问题逐渐凸显[2]。水稻也是我国主要的粮食作物之一，超过65%的人口以水稻为主粮[3]。预计到2030年，我国需要增加 20%的水稻才能满足需求[4]。有研究[5-6]认为，在现有耕地面积上增加粮食必须依靠增加籽粒产量和收获频次。

再生稻被认为是一种高效、绿色、简单的种植模式，可以提高收获指数[7]。再生稻有利于增加周年产量，提高农民种田效益，缓解农忙，减轻劳动强度[8]，且再生季稻米品质好，故得到了广泛种植和推广，但地区、品种等对再生稻产量影响显著[9-11]。对适宜作再生稻种植的品种各项指标研究[12-13]发现，再生力可作为再生季产量的重要评价指标。强再生力品种的再生季有效穗数较高，可保障再生季产量[14-15]。外源化学调控可显著提高水稻有效穗数[16]和再生力[17]，头季留茬高度也是影响再生季有效穗数的关键因素。留茬40cm有利于头季根系活力的恢复和维持，增加再生率和产量[18-19]；留茬高于15cm有利于千粒重、籽粒和稻草产量增加[20]；20cm的留茬高度可以增加基部节位腋芽的萌发，提高产量，但会显著推迟成熟期[21]，这种差异可能与不同品种的再生芽萌发特性有关[22]。生育期的改变对再生芽干物质积累和稻米品质有显著影响。灌浆结实期间的气温对稻米品质影响最大[23-24]，抽穗灌浆期昼夜温差大，有利于干物质积累，稻米品质表现较优[25]。不同品种和栽培措施下再生季稻穗灌浆时间存在较大差异，因而会显著影响稻米品质。留茬高度影响再生季植株的生育期，进而会影响灌浆时间及后期灌浆时的气温。

本文以2个籼型水稻品种为研究对象，考察其在长江流域大气候条件下，不同留茬高度对再生季产量和稻米品质的影响，为二者的协同提高提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2015和2017年在湖北省武汉市南湖核心试验田进行（2016年内涝，试验作废）。供试材料为籼型两系杂交水稻品种新两优223和籼型常规稻黄华占。试验田为冬闲田，土壤有机质27.8g/kg、碱解氮 111.0mg/kg、速效磷 8.1mg/kg、速效钾123.4mg/kg，pH 7.53。

1.2 试验设计

以品种为主处理，留茬高度为副处理。头季采用人工收割，设置高留茬（40cm，HS）、中留茬（20cm，MS）和低留茬（5cm，LS）3个留茬高度处理。每个小区50m2，随机区组排列，3次重复。小区间作埂，并包塑料薄膜。3月25日播种，拱棚水育秧，秧苗秧龄 28d。人工移栽，株行距为13.2cm×26.4cm，两本栽插。

头季施纯氮 180kg/hm2，钾肥（K2O）150kg/hm2，基肥:分蘖期追肥:幼穗分化期追肥=5:2:3。磷肥（P2O5）108kg/hm2，全部作基肥施入。施用基肥时补施大粒锌 1kg/hm2。再生季促芽肥施尿素150kg/hm2，于头季抽穗后20d施用；提苗肥施尿素112.5kg/hm2、氯化钾 75kg/hm2，于头季收割后 3d内结合灌水施用。全生育期严格控制病虫草害，精细控水。

1.3 取样与项目测定

1.3.1 测产与考种 每个小区选择有代表性的区域 10m2进行人工收割和脱粒，去除杂草和空瘪粒后晾晒。样品收入室内后，隔1d进行称重并用PM-8188型谷物水分测定仪测定籽粒含水量。按平均分蘖数取植株样品，考察再生穗的饱粒数、瘪粒数和千粒重。

1.3.2 土样采集 施基肥前采集土壤样品，采取5点取样法，使用土壤取样器取土层0～20cm土壤，将土壤样品在室内自然风干后碾碎过筛，作为待测样品，测定其有机质、全氮、速效钾和速效磷含量及pH。

1.3.3 稻米品质 参照 NY/T 83-2017[26]测定稻谷糙米率、整精米率、垩白度、垩白粒率和直链淀粉含量等指标，采用考马斯亮兰法测定精米的蛋白质含量。

1.3.4 叶面积指数 于再生季齐穗期取样，每个小区取样 0.5m2用于测定叶面积。叶面积指数（LAI）=样品植株总叶面积/取样植株占地面积。

1.3.5 氮素含量 于再生季成熟期取样，每个小区取样 0.5m2，人工分解样品，70℃烘箱烘干，再用粉碎机粉碎。采用全自动间断化学分析仪SmartChem140测定新芽、主茎、叶片和穗部的氮素含量。

1.3.6 光合速率 在再生季齐穗期，每个小区选3片叶测定最上部生长状态一致的剑叶的净光合速率（Pn），用LI-6400XT型光合仪进行测定。

1.4 数据分析

用 Statistix 9.0软件进行数据统计分析，用Microsoft Excel进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 不同处理对再生季产量及其构成因子的影响

由表 1可知，随着留茬高度的降低，2015和2017年 2个品种的产量均呈降低趋势。3个处理下，新两优223产量显著高于黄华占，前者平均产量比后者分别高26.0%、24.4%和20.0%。产量构成因子中，有效穗数对产量影响较大，随着留茬高度的降低，有效穗数整体呈显著下降趋势，新两优223 HS处理2年平均有效穗数分别比MS和LS处理高 19.0%和 48.6%，黄华占在相同处理下分别高3.6%和 30.5%。穗粒数随留茬高度的降低呈升高趋势，LS处理最高，2个品种趋势一致，且LS处理的黄花占穗粒数高于新两优223，HS和MS处理则较低。再生季结实率随留茬高度降低整体上呈下降趋势，相同处理下黄华占的结实率均高于新两优223。2个品种的千粒重变化趋势不一致，新两优223千粒重随留茬高度降低呈升高趋势，而黄华占呈下降趋势。

表1 不同处理对再生季水稻产量及其构成因子的影响Table 1 Effects of different treatments on yield and its components of ratoon season rice

2.2 不同处理对再生季稻米品质的影响

由表2可知，不同留茬高度对再生稻糙米率影响显著，随着留茬高度的降低，2个品种糙米率均呈下降趋势，同一处理下，除2017年HS处理外，新两优223糙米率显著高于黄华占。整精米率也有相同趋势，新两优223整精米率随留茬高度降低而显著下降，HS比LS处理平均高59.7%，各处理下黄华占整精米率显著高于新两优223，前者比后者平均高77.7%。垩白粒率随留茬高度降低呈下降趋势，各处理下新两优223垩白粒率显著高于黄华占，垩白度的趋势与之类似，2个品种HS处理的垩白度显著高于其他2个处理。各处理对同一品种的稻米直链淀粉含量没有显著影响，各处理下新两优223的直链淀粉含量低于黄华占。蛋白质含量也随着留茬高度的降低呈下降趋势，2年中2个品种趋势一致，各处理下新两优223的蛋白质含量高于黄华占。

表2 不同处理再生季稻米品质的影响Table 2 Effects of different treatments on grain quality of ratoon season rice

稻米品质除了受处理和品种影响外，还受不同年份气候差异的影响，且各影响因素之间的交互作用也会造成品质差异。由表3可知，不同年份对糙米率和直链淀粉含量有显著影响，对其他指标无显著影响。不同品种对稻米品质的影响较大，除垩白度外，对其他指标的影响均达极显著水平。除直链淀粉含量外，留茬高度处理对其他各指标影响均达极显著水平，且与品种的交互作用对碾磨品质和直链淀粉和蛋白质含量的影响均达显著水平，其他各因素间的交互作用差异不显著。

表3 各因素对稻米品质影响的显著性统计分析Table 3 Statistical analysis of the influence of various factors on rice quality

2.3 不同处理对再生季水稻LAI的影响

由图1可知，2个品种水稻再生季LAI在1.50～2.50之间，均处于较低水平。留茬高度对2个品种的LAI影响显著，MS处理下新两优223的LAI最高，分别比HS和LS处理高22.7%和40.5%；黄华占HS和MS处理的LAI差异不显著，但均显著高于LS处理。

图1 2个品种水稻再生季齐穗期LAI比较Fig.1 Comparison of LAI between the two rice cultivars at the heading stage in ratoon season

2.4 再生季氮素含量与产量的相关性

由图2可知，再生季水稻新芽、叶片和主茎的氮素含量与产量呈极显著相关，穗氮素含量与产量的相关性不显著，前三者较高的氮素含量为再生季的能量来源提供有力支撑，也为后期向籽粒转运更多的物质提供足够的源。

图2 再生季各营养器官氮素含量与产量的相关性Fig.2 Correlations between nitrogen contents of vegetative organs and yield in ratoon season

2.5 不同处理对再生季叶片光合特性的影响

如表4所示，HS处理的Pn、Gs、Ci和Tr均高于MS和LS处理，2个品种趋势一致。相同处理下，新两优223的Pn略高于黄华占，Tr显著高于黄华占，2年趋势一致。HS和LS处理下，新两优223的Gs和Ci均低于黄华占，且随着留茬高度降低，新两优223的2个指标下降程度高于黄华占，2年的趋势一致，说明留茬高度处理对新两优223的影响程度大于黄华占。

表4 不同处理对水稻齐穗期光合特性的影响Table 4 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of rice at heading stage

3 讨论

3.1 留茬高度对再生季水稻群体生长及产量形成的影响

头季收割留茬高度是影响再生季产量的关键栽培措施，影响再生季腋芽从主茎哪个节位萌发，也直接影响再生季群体的生育期和发育进程。本研究2个年份HS处理的产量均显著高于LS处理，2个品种趋势相同，而相同处理下，新两优223产量显著高于黄华占，前者比后者在HS、MS和LS处理下平均分别高26.0%、24.4%和20.0%；再生季有效穗数对产量影响较大，随留茬高度的降低，再生季有效穗数也呈下降趋势，这与前人[14,27]的研究结果一致；穗粒数随留茬高度的降低呈增加趋势，前人[28-29]有类似的结论。结实率也是影响再生稻产量的重要因素[30]。本研究中黄华占LS处理的结实率显著降低，其他均无显著变化，说明结实率对于产量不是主要影响因素；本研究中新两优223 LS处理的千粒重大于HS和MS处理，穗粒数也显著增加，但其有效穗数较低，导致库容量不高，产量较低。因此，本研究认为，水稻品种再生季较大的库容量是提高产量的关键因素。不同类型水稻提高库容量的方式可能不同[31]。

Pn是影响水稻干物质积累的重要因素，而群体的Pn与群体的大小和叶片氮素含量有直接关系。本研究中，HS处理的植株叶片Pn高于其他处理，这可能与不同处理下齐穗期温度差异有较大关系，因留茬高度的差异直接导致再生季生育时期的差异[32]，HS处理齐穗期一般在9月15日左右，MS和LS处理则分别延迟5～10d和10～15d，即随着留茬高度降低，齐穗时间明显延迟，同时MS处理的群体LAI也显著高于LS处理。叶片、新芽和主茎的氮素含量也和再生季产量呈极显著的正相关，这都为HS和MS处理较高的产量打下基础。

3.2 留茬高度对再生季稻米品质的影响

本研究中，LS处理的生育期比HS处理长15d左右，那么不同节位再生芽的灌浆期温度就有较大差异，再生季全生育期所需积温也表现出较大差异。赵庆勇等[33]研究表明，稻米加工品质随播期的推迟呈上升趋势，尤以整精米率的变化最为明显，说明推迟播种，稻米加工品质变优，而本研究中LS处理延迟了生育期，加工品质也显著下降。垩白度对温度最为敏感，在低温条件下，籽粒充实度好，质地紧密，垩白少，特别是灌浆结实期温度对外观品质的影响最为显著[34]，期间高温会导致籽粒灌浆加速，消耗较多的养分，米粒充实度变差，使垩白度和垩白粒率增加[33]。LS处理的垩白度和垩白粒率显著低于 HS处理，HS处理的各节位垩白度和垩白粒率有相同的趋势，再生季灌浆结实期在9月上旬，一般不会出现高温现象，昼夜温差逐渐加大。昼夜温差大有利于干物质积累，米质表现较优[25]。而本研究LS处理的生育期较长，灌浆结实期正处于该阶段，是其垩白度低的关键因素。随着留茬高度降低，新两优223整精米率呈显著下降趋势，朱碧岩等[35]认为，籼稻品种形成较高整精米率的适宜温度为23.11℃～24.65℃，本研究LS处理的灌浆结实期在10月初，平均温度不到20℃，影响了整精米率。此外，也有研究[36]认为，根系发育对稻米品质有较大影响，再生稻留茬高度不同也会对再生苗的根系发育产生影响[18]，那么是否会进一步影响穗部发育，还需进一步研究。

4 结论

头季收割后 HS处理的水稻再生季平均产量4.13t/hm2，比MS和LS处理分别高9.9%和16.3%，即随着留茬高度降低，产量下降，稻米碾磨品质显著下降，特别是新两优223整精米率下降幅度最大，HS处理分别比MS和LS处理高26.8%和59.7%，黄华占降低幅度较小；随着留茬高度降低，2个品种外观品质有显著提高，HS处理垩白度显著高于其他2个处理。因此，可根据品种特性，调节头季收割留茬高度，使水稻产量和品质均处于较高水平。