浙北地区不同粒形优质粳稻产量和品质对播期调控的响应

张红梅,王保君,沈亚强,程旺大

(嘉兴市农业科学研究院 生态环境研究所,浙江 嘉兴 314016)

水稻作为我国主要的粮食作物之一,其产量约占全球稻谷总产量的30%[1]。随着人们生活水平的提高,消费者对稻米品质的追求越来越高[2-3]。稻米品质的好坏除了受自身品种遗传特性影响外,还与外界环境和栽培措施密切相关[4]。随着全球变暖的加剧,浙江省水稻生产遭遇高温热害的概率日益增加[5],对水稻产量和品质均有一定程度的负面影响[6]。相关报道指出,温度每提高1 ℃,水稻的整精米率下降9.0%～13.8%,垩白粒率增加约10%[7],水稻产量减少10%[8]。

播期调控作为调整光照、温度、降水等自然环境资源的重要栽培措施,可以有效规避和缓解水稻生长发育中极端天气变化造成的不利影响,对水稻产量和品质的提升均具有重要的意义[9]。冯向前等[10]认为,随着播期延迟,水稻有效穗数增加,每穗粒数和结实率有不同程度降低,千粒重无显著变化,粳稻产量差异不显著,籼稻产量明显降低。而董明辉等[11]研究认为,不同生育类型的粳稻产量随着播期推迟均有所降低。在米质方面,成臣等[12]研究认为,随着播期推迟,水稻的外观品质变优,蒸煮和食味品质变劣。而徐俊豪等[13]研究表明,随着播期延迟,晚籼稻的加工品质、外观品质和蒸煮品质变优。由此可见,前人有关播期对水稻产量和品质的相关研究结论不一致。

浙北地区是浙江省重要的粮食产区。近几年来,随着浙江省水稻产业提质增效行动的广泛开展,嘉禾香1号和浙禾香2号等一批新型优质粳稻品种得到大面积推广和种植[14-15],但是有关播期调控对浙北地区不同粒形优质粳稻的品质、产量等方面的研究比较缺乏。本研究以浙北地区不同粒形优质粳稻新品种为研究对象,通过分期播种试验,研究播期调控对其产量、品质和气象因子的影响,旨在为浙北地区优质粳稻新品种生产提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年5月至2020年12月在浙江省嘉兴市秀洲区古塘村试验基地(30°51′39″N,120°42′33″E)进行。试验地属亚热带季风气候,海拔10 m,年平均气温15.5 ℃,年均降水量1 194 mm,年均日照时数1 950 h,年辐射量462 kJ·cm-2,无霜期245 d。试验田0～20 cm土层土壤基本理化性状为有机质含量28.11 g·kg-1,全氮含量2.39 g·kg-1,速效磷含量13.55 mg·kg-1,速效钾含量132.84 mg·kg-1,铵态氮含量14.15 mg·kg-1,硝态氮含量12.37 mg·kg-1,pH值6.82。供试水稻品种均为浙北优质粳稻新品种,分别为长粒形粳稻品种嘉禾香1号和圆粒形粳稻品种浙禾香2号。

1.2 试验设计

试验采取二因素随机区组设计,品种设长粒粳稻嘉禾香1号(L)和圆粒粳稻浙禾香2号(R)2个水平,播期设5月15日(S1)、5月25日(S2)、6月4日(S3)、6月14日(S4)、6月24日(S5)5个水平,共10个处理。每个处理3次重复,共30个小区,小区面积为24 m2,不同播期处理之间做田埂隔离,田埂用塑料薄膜包裹,防止水肥互串,具体试验方案见表1。水稻进行人工移栽,行株距为25 cm×16 cm,每穴2株。大田施氮量为210 kg·hm-2(以纯N计),氮肥按照基肥、分蘖肥和穗肥比例4∶3∶3施用,其中基肥在水稻移栽前1 d施用,分蘖肥在水稻移栽后7～10 d施用,穗肥在幼穗分化第3期施用。磷、钾肥全部作基肥,施用量分别为45 kg·hm-2(以P2O5计)、135 kg·hm-2(以K2O计)。田间病虫草害防治、水浆管理同当地田间管理水平一致。

表1 2019-2020年不同处理播种日期和移栽期Table 1 Sowing and transplanting date of different treatments from 2019 to 2020

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生育时期

记载不同处理的水稻播种期、移栽期、齐穗期和成熟期。

1.3.2 气象数据

2019-2020年的气象数据(日均温、降水量和日照时数)由浙江省嘉兴市气象局提供。

1.3.3 水稻产量及其构成因素测定

在水稻收获前1 d,采用五点取样法,每个小区调查20穴水稻植株,统计小区水稻有效穗数。割取有代表性水稻3穴,室内考查水稻穗粒数、结实率、千粒重等指标,并计算每个小区水稻理论产量。水稻收获时,各小区单独收割脱粒晒干,进行测产。

1.3.4 水稻米质测定

各小区水稻收割后,储藏3个月,送至农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心(杭州)对稻谷米质进行检测,其中水稻糙米率、精米率、垩白度、垩白粒率、透明度和碱消值按照《米质测定方法》(NY/T 83-2017)检测,整精米率按照《稻谷整精米率检验法》(GB/T 21719-2008)检测,胶稠度按照《粮油检验 大米胶稠度的测定》(GB/T 22294-2008)检测,直链淀粉含量按照《大米 直链淀粉含量的测定》(GB/15683-2008)检测,粒长按照《粮油检验 稻谷粒型检验方法》(GB/T 24535-2009)检测,长宽比按照《稻米整精米率、粒型、垩白粒率、垩白度及透明度的测定图像法》(NY/T 2334-2013)检测,蛋白质含量按照《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》(GB 5009.5-2016)检测,食味品质按照《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》(GB/T 15682-2008)检测。

1.4 数据处理

试验数据用SPSS20.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)、Pearson相关分析和主成分分析,利用Ucinet 6.0软件进行相关系数网络图绘制,用Microsoft Office Excel 2010软件辅助处理数据和制表,用Origin 2021软件作图。

2 结果与分析

2.1 播期调控对气象因子的影响

由图1可知,同L-S1相比,播期推迟10、20、30、40 d,L-S2、L-S3、L-S4、L-S5两年平均积温分别减少149.00、329.15、532.55、730.25 ℃,两年平均日照时数分别减少14.05、27.60、59.05、62.15 h,两年平均降水量分别减少7.35、125.75、177.80、313.60 mm;同R-S1相比,播期推迟10、20、30、40 d,R-S2、R-S3、R-S4、R-S5两年平均积温分别减少164.25、338.25、505.50、723.75 ℃,两年平均日照时数分别减少22.95、27.05、43.40、57.35 h,两年平均降水量分别减少7.35、125.75、177.20、313.00 mm。

图1 2019-2020年播期调控对气象因子的影响Fig.1 Impact of sowing date regulation on meteorological factors from 2019 to 2020

2.2 播期调控对水稻齐穗期的影响

由表2可知,随着播期的推迟,不同粒形优质粳稻从播种至齐穗期的时间均出现不同程度的缩短。播期推迟10、20、30、40 d,同L-S1相比,L-S2、L-S3、L-S4、L-S5两年平均播齐历期分别缩短了5.0、11.5、19.0、25.5 d,同R-S1相比,R-S2、R-S3、R-S4、R-S5两年平均播齐历期分别缩短了5.0、12.0、17.0、24.5 d。

表2 2019-2020年播期调控对水稻齐穗期的影响Table 2 Effect of sowing date regulation on full heading stage of rice from 2019 to 2020

2.3 播期调控对水稻株高的影响

由图2可知,不同粒形优质粳稻的株高随着播期推迟年际间变化趋势有所差异。2019年L型优质粳稻的株高随着播期延迟呈现先增后降的趋势,L-S5的株高最低,且显著(P<0.05)低于L-S2和L-S3。2019年R型优质粳稻的株高随着播期延迟呈现先降再增后降的趋势,R-S3和R-S5的株高显著低于其他处理。2020年不同粒形优质粳稻的株高随着播期的推迟呈降低趋势。同L-S1相比,L-S4和L-S5的株高分别显著降低7.10%和9.88%;同R-S1相比,R-S2、R-S3、R-S4和R-S5的株高分别显著降低5.83%、9.06%、13.92%和18.12%。

柱上无相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。The bars marked without the same lowercase letter indicated significant differences at P<0.05.图2 2019-2020年播期调控对水稻株高的影响Fig.2 Effect of sowing date regulation on rice plant height from 2019 to 2020

2.4 播期调控对水稻产量及其构成因素的影响

由表3可知,不同粒形优质粳稻的产量及其构成因素随着播期推迟年际间变化有所不同。在水稻产量构成因素方面:2019年,L-S3、L-S4、L-S5的有效穗数显著高于L-S2,L-S2的每穗总粒数显著高于其他处理,L-S5的结实率显著高于L-S1;R-S4、R-S5有效穗数显著高于其他处理,R-S2的每穗总粒数显著高于R-S1、R-S4和R-S5。2020年,L-S1、L-S2的千粒重显著高于L-S4和L-S5,L-S1、L-S5的结实率显著高于L-S2和L-S3;R-S4的千粒重显著低于其他处理,R-S5的结实率显著高于R-S2和R-S3。在实际产量方面,L型粳稻各处理产量无显著差异,2019年L-S2产量最高,2020年L-S3产量最高;2019年,R-S2的产量最高,较R-S1显著增产9.72%,2020年各处理产量无显著差异,R-S3的产量最高。

表3 播期调控对不同粒形水稻产量构成因素的影响Table 3 Effect of sowing date regulation on yield components of rice with different grain shapes

2.5 播期调控对水稻粒形和外观品质的影响

由表4可知,不同粒形优质粳稻的垩白粒率和垩白度年际间差异变化较大。L型粳稻2019年平均垩白粒率为14.60%,比2020年高出386.67%。R型粳稻2019年平均垩白粒率为45.20%,比2020年高出1 638.46%。在垩白度方面,L型粳稻2019年平均垩白度为1.32%,比2020年高出200.00%。R型粳稻2019年平均垩白度为5.64%,比2020年高出2 069.23%。2019年L-S4和R-S4的垩白粒率和垩白度均最低,2020年L-S1和R-S4的垩白粒率和垩白度均最低。此外,随着播期的推迟,R型粳稻的粒长有增长的趋势。

表4 播期调控对水稻粒形和外观品质的影响Table 4 Effects of sowing date regulation on grain shape and appearance quality of rice

2.6 播期调控对水稻加工品质的影响

由图3可知,播期调控对R型和L型优质粳稻糙米率、精米率、整精米率的影响年际间趋势变化不一致。不同粒形优质粳稻2019年的糙米率、精米率、整精米率均高于2020年。随着播期的推迟,2019年L型和R型优质粳稻的糙米率基本呈先增后减的趋势。随着播期的推迟,2020年L型和R型优质粳稻的精米率均呈下降趋势。随着播期的推迟,L型优质粳稻的整精米率2年均表现为先增后减的趋势,L-S3比L-S1、L-S5整精米率2年平均值分别增加了4.71%和4.53%。R型优质粳稻的整精米率2年均值呈“W型”变化趋势,R-S1的整精米率2年平均值最高。

图3 2019-2020年播期调控对水稻加工品质的影响Fig.3 Effect of sowing date regulation on rice processing quality from 2019 to 2020

2.7 播期调控对水稻蒸煮和营养品质的影响

由表5可知,播期调控对R型和L型优质粳稻的碱消值影响较小。播期调控对R型和L型优质粳稻的胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量、食味品质的影响年际间趋势变化不一致。从2年均值来看,随着播期推迟,L型优质粳稻的直链淀粉含量呈增加趋势,L-S5比L-S1的直链淀粉含量增加4.57%;R型优质稻的蛋白质含量呈增加趋势,R-S5比R-S1的蛋白质含量增加9.23%。

表5 播期调控对水稻蒸煮和营养品质的影响Table 5 Effects of sowing date regulation on rice cooking and nutritional quality

2.8 相关性网络分析

由图4可知,播期调控对R型优质粳稻产量和品质指标的影响较大。同L型优质粳稻相比,R型优质粳稻的各指标显著相关线条数增加了13条,其中显著正相关线条数增加了36.36%,显著负相关线条数增加了60.00%。在L型优质粳稻中,播期调控与降水量、积温、日照时数、籽粒长宽比呈显著负相关,与水稻有效穗数和稻米直链淀粉含量呈显著正相关;此外,稻米食味品质与日照时数、降水量呈显著正相关(图4-a)。在R型优质粳稻中,播期调控与降水量、积温、日照时数、水稻株高和精米率呈显著负相关,与水稻有效穗数、粒长和蛋白质含量呈显著正相关(图4-b)。

2.9 主成分分析综合评价

在不同播期处理下,分别对L型和R型优质稻株高、有效穗数、穗粒数、千粒重、结实率、产量、粒长、长宽比、垩白粒率、垩白度、透明度、糙米率、整精米率、精米率、胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量、食味品质19个指标2年平均值进行主成分分析,其中垩白粒率、垩白度、透明度为负向指标,利用数学求倒数方式进行数据转换,再进行分析。由表6可知,L型优质粳稻主成分分析中,主成分1、主成分2、主成分3、主成分4的方差贡献率分别为45.32%、27.06%、18.90%、8.72%,4个成分的累积方差贡献率为100%;R型优质粳稻主成分分析中,主成分1、主成分2、主成分3、主成分4的方差贡献率分别为49.26%、28.31%、12.68%、9.75%,4个成分的累积方差贡献率为100%。在播期调控下,不同粒形优质粳稻L-S4和R-S4的综合评分最高(表7)。

表6 不同粒形优质粳稻播期调控主成分分析Table 6 Principal component analysis of sowing date regulation of high-quality japonica rice with different grain shapes

表7 不同粒形优质粳稻播期调控主成分分析得分与排名Table 7 Score and ranking of principal component analysis of sowing date regulation of high-quality japonica rice with different grain shapes

3 讨论

播期调控作为重要的水稻栽培手段,通过调节水稻生育期内温度、光照和降水量等大田自然资源配置[16-17],从而实现水稻产量和品质的协同提高的栽培目标。大田光温资源是影响水稻生育进程的重要环境因子[18],本研究表明,随着播期延迟,L型和R型水稻生育期内日照时数、积温和降水量均有所下降,与前人研究结果一致[19]。在水稻生育进程方面,随着播期延迟,L型和R型优质粳稻播齐历期变短,与前人研究结果基本一致[10]。此外,在相关性网络分析中,R型优质粳稻的株高与播期呈显著负相关,进一步说明播期延迟缩短了粳稻营养生长期,影响粳稻幼穗分化的主导因素是自身的感光性[10]。

在产量构成因素方面,马义虎等[19]研究表明,随着播期延迟,浙东南地区直播水稻的有效穗数下降。本研究表明,随着播期延迟,L型和R型优质粳稻的有效穗数有所增加,且不同粒形优质粳稻的有效穗数与播期均呈显著正相关。温度作为影响水稻分蘖成穗的重要因素,水稻最适分蘖温度为23～28 ℃,高温虽然会加快水稻分蘖速度,但是会降低水稻有效分蘖数[20]。本研究水稻播期调控设置在5月至6月,水稻分蘖温度适宜;马义虎等[19]研究的水稻播期调控设置在7月份,水稻在分蘖期遇到气温超28 ℃的天数较多,因此后期有效穗随着播期延迟而下降。在实际产量方面,本研究表明,L型优质粳稻不同播期处理间产量差异不显著,R型优质粳稻年际间产量变化趋势有所差异(2019年R-S2产量显著高于R-S1,2022年各处理间产量差异不显著),其中R型优质粳稻平均年际千粒重变化为1.99 g。说明R型优质粳稻产量对年际变化更加敏感。

在米质方面,垩白度是衡量水稻品种对高温逼熟响应的代表性农艺学性状之一[7]。闫浩亮等[7]对48个不同类型水稻品种(材料)的研究表明,中感性水稻品种的垩白度平均差异比耐高温品种高出19.81%。本研究结果也表明,2019年9、10月份天气温度较2020年偏高,L型和R型优质粳稻的垩白度和垩白粒率均高于2020年。此外,R型优质粳稻的垩白度和垩白粒率的年际间变化幅度较大,平均分别为2.6%～42.6%和0.26%～5.64%,而L型优质粳稻的垩白度和垩白粒率的年际变化间变化幅度较小,平均分别为3.00%～14.60%和0.44%～1.32%,这可能与本试验L型优质粳稻为嘉禾218后代,遗传背景来源于热带粳稻有关[21]。随着播期推迟,水稻加工品质、外观品质,食味品质变差[12-13]。不同粒形粳稻食味品质与质构特性比较分析研究表明,粒宽与黏度、黏硬比和食味值呈显著负相关[22]。本研究表明,随着播期延迟,L型优质粳稻加工品质变优(长宽比降低,水稻糙米率增加),稻米的直链淀粉含量有所增加,但食味品质有所降低;R型优质稻的粒长、蛋白质含量随着播期推迟有所增加,但精米率有所降低,与前人研究结果基本一致[23]。

4 结论

播期调控对不同粒形优质粳稻的影响有所差异,圆粒形优质粳稻受播期调控的影响较大。在本试验条件下,播期调控通过改变水稻生育期内日照时数、积温和降水量配置,对长粒形优质粳稻有效穗数、直链淀粉含量、籽粒长宽比和食味品质有所影响,对圆粒形优质粳稻的株高、有效穗数、穗粒数、粒长、精米率和蛋白质含量有所影响。通过主成分分析法对浙北地区不同粒形优质粳稻播期调控措施下水稻产量和品质进行综合评价,结果显示,长粒形优质粳稻综合得分为L-S4(0.902)>L-S3(0.045)>L-S5(0.013)>L-S2(-0.407)>L-S1(-0.552),圆粒形优质粳稻综合得分为R-S4(0.485)>R-S5(0.349)>R-S3(0.323)>R-S2(-0.216)>R-S1(-0.941)。综上所述,浙北地区长粒形和圆粒形优质粳稻的适宜播期在6月14日前后。