辽西地区不同时期低温冷害对水稻产量的影响

吕 晓，张兵兵

（锦州市生态与农业气象中心，辽宁 锦州 121000）

0 引言

水稻是世界主要粮食作物之一，它是仅次于小麦的世界第2 大粮食作物，全世界有近50%的人口将水稻作为主食[1-2]。我国65%以上的人口以稻米为主食，水稻是我国第1 大粮食作物和最主要的口粮作物，播种面积和产量仅次于玉米，总产量约占我国粮食总产的39.8%[3-4]。温度是影响水稻生长发育和产量的重要环境因素，如果环境温度低于水稻生长发育所需的最低温度，会对水稻产量产生直接影响[2,5]。在全球气候变暖的大趋势下，极端低温天气出现频繁，全球每年种植的水稻面积有超过1 500 万hm2因受到低温冷害的影响而导致减产，由此可见低温冷害已然成为水稻生产中面临的全球性问题[6]。辽宁省稻区属于寒地稻作区，因其特殊的地理位置，低温冷害频繁发生，平均3～5 年发生一次，这直接影响该地区水稻健康成长[7]。

低温不利于作物的正常生长发育，是影响农作物生产的不可控灾害之一[8]。低温冷害出现得越早、持续时间越长、温度越低，造成的危害越重，严重时甚至造成晚稻失收，给农业生产和农民收入带来严重威胁，所以低温冷害对水稻生产的影响一直是水稻气象研究的重点问题[9-10]。国内外对水稻低温冷害研究较多，主要涉及冷害生理生态机制、冷害监测、风险评估、耐冷性评价，以及水稻冷害防御技术等多方面[11-14]。在北方稻区，水稻生长期短、温度低，从播种到成熟各生长发育阶段，随时都有可能遭受低温冷害；低温冷害是北方稻区生产过程中的一种灾难性气候，造成水稻的结实率、穗质量等明显下降，大幅度减产[1-2]。北方主要作物冷害研究协作组对作物的发育速度与温度之间的关系进行对比，确定了最高、最适、最低温度范围，并划分冷害等级，但缺乏生物学的意义[15]。对低温冷害的研究，特别是连续低温天数的出现对水稻生长及产量的影响，对保证水稻产量的稳产有重要意义[16]。寒地稻作区有关低温冷害对水稻产量影响的研究多集中在黑龙江省、辽宁省水稻产区关于低温冷害对水稻品质的影响，但是关于水稻产量研究则较少，辽西地区的相关研究就更少[17-19]。

预防低温冷害对我国水稻生产具有十分重要的现实意义。低温冷害是影响辽西地区水稻产量最主要的自然因素之一，经常造成水稻产量的急剧减产。鉴于此，在前人研究的基础上，选取水稻90-35（不抗寒品种）利用人工气候箱分别在拔节期和抽穗期进行比外界低5 °C 和低3 °C 且均持续5 d 的低温胁迫处理，探究低温冷害对辽西地区水稻穗部性状、产量构成因素和产量的影响，旨在明确低温冷害对水稻穗部性状的影响及其与水稻产量的关系，以期可以规避低温冷害问题对水稻产量的影响和正确地对低温冷害所造成的产量损失进行评估，为今后更深入地研究水稻低温冷害指标的制定等奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为水稻90-35（不抗寒品种），生育期为150 d。

1.2 试验设计

试验在辽宁省锦州市进行，采用半盆栽、半大田的栽培方式，采用定制的TRP-1000D 型人工智能气候箱，2020 和2021 年共进行为期2 年的低温胁迫处理试验。试验设置对照处理（CK）和低温冷害（A1、A2、B1、B2）5 个处理，每个处理3 次重复。CK 处理为自然条件下正常生长的水稻，A1处理拔节期比外界低5 °C 低温冷害处理，A2处理拔节期比外界低3 °C 低温冷害处理，B1处理抽穗期比外界低5 °C 低温冷害处理，B2处理抽穗期比外界低3 °C 低温冷害处理，各处理均持续5 d。

1.3 试验方法

试验采用育秧盘小棚旱育苗，选择均匀一致的4叶龄健壮秧苗移入试验盆钵，每个处理3 盆，每盆1 穴，每穴2 株。试验盆钵先置于室外自然返青，待秧苗成活后移栽到大田统一管理。在水稻进入孕穗开花盛期时再从大田中取出直接放回盆钵中，将盆钵置于人工气候箱内进行低温处理，低温冷害处理后再将其放回大田让其自然生长。

1.4 测定项目

水稻成熟后进行采收，对其穗长、一次枝梗、一次枝梗实粒数、二次枝梗和二次枝梗实粒数等穗部性状进行测量，计算产量和结实率，最后整合数据进行分析。每个样品 3 次重复。

1.5 数据处理和分析

运用Microsoft Excel、SPSS 应用程序进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 水稻穗部性状

水稻的穗长、实粒数、一次枝梗和二次枝梗数等穗部性状是水稻生长发育的重要指标。水稻90-35 经过拔节期和抽穗期不同低温冷害处理后的穗部性状（穗长、一级枝梗数、二级枝梗数、一级枝梗实粒数和二级枝梗实粒数）数据如表1 所示。

表1 拔节期和抽穗期不同低温处理对水稻穗部性状的影响Tab.1 Effects of different low temperature treatments at jointing stage and heading stage on panicle characters of rice

由表1 可知，水稻90-35 在拔节期和抽穗期经过比外界低5 °C 和低3 °C 的低温冷害处理后，水稻的穗部性状受到不同影响，整体较CK 处理受到负面影响。具体表现：经过低温冷害处理的4 组水稻的穗长均与CK处理呈现出极显著差异，均较CK 处理极显著变短，A1、A2、B1和B2处理分别比CK 处理短5.3%、11.3%、4.0%和2.0%。即进行比外界低3 °C 5 d 低温冷害处理后，在拔节期对水稻穗长负面影响最大，在抽穗期对水稻穗长负面影响最小。同等低温冷害处理后，拔节期对水稻穗长的影响大于抽穗期对穗长的影响。

一次枝梗数和二次枝梗数分别有显著和极显著的负面影响，一次枝梗数较CK 处理均显著减少，具体为A1、A2、B1和B2处理分别比CK 减少6.1%、9.6%、2.6%和11.3%；二次枝梗数较CK 处理均极显著减少，具体为A1、A2、B1和B2处理分别比CK 处理减少47.6%、31.0%、9.7% 和35.2%。一次枝梗数和二次枝梗数均受抽穗期进行比外界低5 °C 5 d 低温冷害处理负面影响最小；一次枝梗数受抽穗期进行比外界低3 °C 5 d 低温冷害处理负面影响最大；二次枝梗数受拔节期进行比外界低3 °C 5 d 低温冷害处理负面影响最大；同一时期比外界低5 °C 对一次枝梗数和二次枝梗数的负面影响小于比外界低3 °C 对一次枝梗数和二次枝梗数的负面影响。

一次枝梗实粒数、二次枝梗实粒数均较对照组CK处理极显著减少，具体为A1、A2、B1和B2处理分别比CK 处理变少38.6%、−43.4%、49.9%和32.0%，A1、A2、B1和B2处理分别比CK 处理变少57.9%、24.6%、64.5%和63.1%。抽穗期进行比外界低5 °C 5 d 低温冷害处理对一次枝梗实粒数和二次枝梗实粒数的负面影响均最大；拔节期进行比外界低3 °C 5 d 低温冷害处理对水稻二次枝梗实粒数负面影响最小，一次枝梗实粒数正面影响最大，使得一次枝梗实粒数极显著增加，这可能是由于在拔节期给予水稻适当低温处理，可以增加水稻抗寒性，在之后生育期恢复正常生长环境，水稻能够较快恢复正常生长并且长势更好；同一时期比外界低5 °C 对二次枝梗实粒数的负面影响大于比外界低3 °C 对二次枝梗实粒数的负面影响。

2.2 水稻产量和结实率

将水稻90-35 经过拔节期和抽穗期不同低温冷害处理后的产量、一次枝梗结实率和二次枝梗结实率结果如表2 所示。

表2 不同时期低温处理对水稻产量和结实率的影响Tab.2 Effects of low temperature treatment at different stages on rice yield and seed setting rate

由表2 可知，水稻90-35 在拔节期和抽穗期经过比外界低5 °C 和低3 °C 的低温冷害处理后，水稻的产量和结实率均受到一定的负面影响。具体表现：经过低温冷害处理的4 组水稻的产量均与CK 处理呈现出极显著差异，除A2处理外其余各组较CK 处理极显著变少，A1、A2、B1和B2处理分别比CK 处理变少29.68%、−33.98%、40.65% 和17.92%，抽穗期进行比外界低5 °C 5 d 低温冷害处理对水稻产量负面影响最大，减产最严重，拔节期进行比外界低3 °C 5 d 的低温冷害处理会使水稻极显著增产。

一次枝梗结实率较CK 处理减少，二次枝梗结实率A1、B1和B2处理均比CK 处理极显著减少，具体为A1、A2、B1和B2处理分别比CK 处理减少2.4%、2.3%、42.8%和31.8%，A1、A2、B1和B2处理分别比CK 处理减少3.9%、−0.8%、64.9%和47.0%。抽穗期进行比外界低5 °C 5 d 低温冷害处理对水稻一次枝梗结实率、二次枝梗结实率的负面影响最大；拔节期进行比外界低3 °C 5 d 的低温冷害处理对水稻一次枝梗结实率的负面

影响最小，使水稻二次枝梗结实率稍有增加；低温冷害在拔节期对水稻一次枝梗结实率、二次枝梗结实率的负面影响小于抽穗期对这两种指标的负面影响，同一时期比外界低5 °C 对一次枝梗结实率、二次枝梗结实率的负面影响大于比外界低3 °C 对这两种指标的负面影响。

3 讨论与结论

3.1 讨论

查阅相关文献发现，已有幼穗分化期和孕穗期等相关的低温冷害对水稻产量的研究，而有关水稻拔节期和抽穗期低温冷害的研究则较少，特别是辽西地区此类研究更是鲜见，本试验在前人有关低温冷害对水稻产量研究的基础上，探究了辽西地区拔节期和抽穗期这两个不同时期低温冷害对水稻产量的影响[20-21]。本研究结果与庞蓝青等[2]研究的部分结果一致：拔节期和抽穗期经过不同低温冷害处理后，对水稻的穗部性状产生不同的负面影响，进而影响水稻的产量和产量构成因素，导致减产；而在拔节期进行适当的低温处理会增加水稻的抗逆性，使得水稻产量有极显著的增加。但是由于本研究与庞蓝青等[2]研究也有差异，并且有关拔节期和抽穗期低温冷害对水稻产量的研究较少见，使本研究结果与前人有关研究结果异同的比较具有一定的局限性。因此，辽西地区拔节期和抽穗期低温冷害对水稻产量的研究有待进一步加深，积累多年的大数据，才能对不同地域、不同品种间的研究结果异同加以比较研究。

3.2 结论

（1）穗部性状。水稻90-35 在拔节期和抽穗期经过低温冷害处理后，水稻的穗部性状整体较CK 处理受到显著或极显著的负面影响。水稻90-35 在抽穗期进行比外界低5 °C 5 d 低温冷害处理，对枝梗数负面影响最小，对实粒数负面影响最大；抽穗期进行比外界低3 °C 5 d 低温冷害处理对一次枝梗数实粒数、穗长负面影响最小，对一次枝梗数负面影响最大；拔节期进行比外界低3 °C 低温冷害处理对穗长、二次枝梗数负面影响最大，对一次枝梗实粒数正面影响最大、对二次枝梗实粒数负面影响最小。同一时期比外界低5 °C 对枝梗数的负面影响小于比外界低3 °C 对枝梗数的负面影响；同一时期比外界低5 °C 对二次枝梗实粒数的负面影响大于比外界低3 °C 对二次枝梗实粒数的负面影响；拔节期低温冷害对穗长的影响大于抽穗期低温冷害对穗长的影响。

（2）产量和结实率。水稻90-35 在拔节期和抽穗期经过低温冷害处理后，水稻不能够较快恢复正常生长，对其产量和结实率产生较大的负面影响，产量和结实率整体较CK 处理显著甚至极显著减少，造成大幅度减产；而在拔节期受到适当的低温冷害处理，可以增加水稻抗寒性，在之后生育期恢复正常生长环境，水稻能够较快恢复正常生长并且长势更好，其产量和结实率都会略有增加，特别是产量极显著增加。进行低温冷害处理后对结实率的负面影响是拔节期小于抽穗期，同一时期受到低温冷害程度越强对结实率的负面影响越大；抽穗期经过比外界低5 °C 低温冷害处理对产量、结实率、结实率负面影响最大。可见水稻90-35 在抽穗期受到低温冷害会对其产量和结实率产生很大的负面影响，使水稻大幅度减产。