播期對川西平原直播稻光合特性和產量的影響

鄭盛華 陳紅琳 朱孟琦 沈學善 陳尚洪 李旭毅 劉定輝,?

(1 四川省農業科學院土壤肥料研究所/農業部西南山地農業環境重點實驗室,四川 成都 610066；2四川省農業科學院作物研究所,四川 成都 610066)

中國約65%人口以稻米為主食[1-2]。播期是影響水稻生產的重要栽培因素,合理播期能有效利用當地溫光氣候資源,高效發揮水稻品種生產潛力,達到高產穩產的目標[3-6]。關于播期、品種搭配對水稻生長發育及產量影響的研究已有大量報道,許軻等[6]研究表明,隨著播期推遲,水稻生育期縮短,產量及溫光利用呈下降趨勢?；糁醒蟮萚7]研究發現隨著播期推遲,各品種群體干物質重明顯減少,早播能使直播稻光合物質在各器官間的分配更為充沛與合理,提高了運輸轉化率和抽穗后的物質生產能力。饒剛順等[8]研究表明,播期對不同品種的水稻生育影響較大,早播能使生育期延長。邢志鵬等[9]研究發現早播機插稻群體光合源足,莖蘗動態升降平穩,有效穗數多,成穗率高,與晚播相比更能發揮產量潛力。綜上,前人研究認為相對于晚播,早播更利于發揮水稻產量潛力。直播作為一種輕簡栽培方式,是水稻規?；a的有效途徑之一[10-12]。川西平原水田兩熟區主要輪作模式為小麥(油菜)-水稻,通常上茬油菜在4月底內收獲,小麥于5月上旬之前收獲。由于前茬作物收獲期不同,嚴重影響了直播稻的播期。根據不同水稻品種熟性搭配適宜播期,一方面能充分發揮水稻產量潛力,另一方面能保障茬口順利銜接。目前,前人研究多是針對播期、品種、水分、肥料等單一因子[13-16],而將品種熟性與播期結合來研究直播稻光合特性的報道較少。本研究以川西平原3 個雜交秈稻品種為試驗材料,在高產栽培條件下分期直播,研究播期對不同熟性直播稻光合特性及產量的影響,以期為川西平原稻田兩熟區直播稻適宜播期和品種選用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試品種

試驗于2016年5-10月在四川省綿竹市孝德鎮試驗基地(31°16′N,104°13′E)進行。年平均氣溫為15.7℃,≥10.0℃全年積溫為5 000 ～6 500℃；全年≥10.0℃積溫天數為240 ～300 d；年平均降水量為1 053.2 mm,年日照時數平均為1 011.3 h。試驗田0～20 cm 土層含有機質34.7 g·kg-1、pH 值8.0、全氮1.8 g·kg-1、堿解氮149.0 mg·kg-1、全磷0.9 g·kg-1、有效磷13.2 mg·kg-1、全鉀19.3 g·kg-1、速效鉀61.0 mg·kg-1。前茬作物為豌豆尖。供試品種分別為內5 優玉香1 號(中早熟品種)、輻優838(中熟品種)和岡優725(中遲熟品種)。

1.2 試驗設計

根據試驗地氣候條件和當地種植模式,試驗設4月5日(Ⅰ)、4月12日(Ⅱ)、4月19日(Ⅲ)、4月26日(Ⅳ)、5月3日(Ⅴ)、5月10日(Ⅵ)、5月17日(Ⅶ)、5月24日(Ⅷ)、5月31日(Ⅸ)共9 個播期,采用裂區試驗設計,播期為主區,品種為副區。水稻采取人工播種,直播行距×株距為25×16 cm,每穴4 粒。水稻直播前基施純N、P2O5、K2O 分別為49.5、18.0、22.5 kg·hm-2,三葉期施純N 69 kg·hm-2,六葉期施純N 34.5 kg·hm-2,拔節后15 d 施純N、K2O 分別為34.5、45.0 kg·hm-2,其他措施同當地高產管理。追肥為尿素(含N≥46%),氯化鉀(含K2O≥60%)。小區面積15 m2,3 次重復。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 干物質 在水稻齊穗期、成熟期,每小區選取代表性植株3 穴,按照葉、莖鞘、穗分開,105℃殺青30 min,80℃烘干至恒重,測定各部分干物質重。

1.3.2 光合指標 在水稻抽穗期劍葉全展時(2016年8月2日-8月15日),于晴天9：00-12：00、14：00-16：00 選取代表性植株,利用GFS-3000 光合測定儀(德國WALZ 公司)測凈光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、蒸騰速率(transpiration rate,Tr)、胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration,Ci)、氣孔導度(stomatal conductance,Gs)等指標,每小區取3 片劍葉,每葉重復3 次。利用水稻專用葉室和人工光源(光強為1 200 mol·m-2·s-1),采用SPAD-502 PLUS葉綠素儀(日本Konika Minolta 公司)測定每株劍葉中部葉綠素SPAD 值,重復測定10 株葉片,每處理隨光合速率一同測定。

1.3.3 計產 收獲期每小區取代表性的連續3 穴考種,測定穗長、每穗實粒數、空粒數、千粒重。小區實收,測籽粒含水量,去除雜質,折算實際產量。

1.4 數據處理和分析

利用Microsoft Excel 2007 和SPSS 19.0 軟件進行數據統計和分析。

2 結果與分析

2.1 直播播期對不同類型水稻品種干物質積累的影響

由表1 可知,在本試驗播期范圍內,中早熟品種各器官干物質分配受播期影響較小,中熟品種其次,中遲熟品種受播期影響較大。隨著播期推遲,中早熟品種(內5 優玉香1 號)成熟期穗重總體呈先升高后降低趨勢,在播期Ⅴ達到最高；中熟品種(輻優838)成熟期穗重于播期Ⅰ達到最高,隨后逐漸降低,但播期Ⅱ后各播期間差異均不顯著；中遲熟品種(岡優725)成熟期穗重在播期Ⅰ達到最高,隨后顯著下降,到播期Ⅸ降幅達62.69%。齊穗-成熟期穗干物質積累量、積累比例和收獲指數等指標的變化趨勢均與成熟期穗重類似。

2.2 直播播期對不同類型水稻品種光合特性的影響

2.2.1 葉綠素SPAD 值 由表2 可知,隨著播期的推遲,抽穗期3 個品種葉綠素SPAD 值總體均呈下降趨勢,且均在播期Ⅰ達到峰值,并顯著高于最后4 個播期。從品種間看,除播期Ⅳ外,內5 優玉香1 號各播期葉綠素SPAD 值均高于其他2 個品種。從變異系數看,葉綠素SPAD 值變化幅度不大,各品種變異系數均在10%以下,其中輻優838 變異系數最高,為7.6%。

2.2.2 光合特性 由表3 可知,隨著播期推遲,抽穗期中早熟品種內5 優玉香1 號的Pn 于播期Ⅵ達到最大值。中熟、中遲熟品種水稻的Pn 總體均呈顯著下降趨勢,且峰值均在播期Ⅰ,中遲熟品種岡優725 的Pn 變化幅度較大,變異系數達29.7%。相同播期下,不同品種間的Pn 差異較大。4月19日(播期Ⅲ)前播種,3 個品種的Pn 以中遲熟品種(岡優725)為最低,中早熟品種(內5 優玉香1 號)與中熟品種(輻優838)的Pn 相近。5月24日(播期Ⅷ)后直播,以中早熟品種的Pn 為最高,中遲熟品種為最低。

中熟、中遲熟品種的Tr 總體上呈先升高后降低的趨勢,且均在播期Ⅶ達到最高,其中播期Ⅴ～Ⅶ的Tr較其余播期高。各播期的Tr 變化幅度也相對較大,3個品種的變異系數均超過了20%,大小依次為中熟＞中早熟＞中遲熟。播期相同的條件下,各品種的中熟和中遲熟品種播期Ⅴ～Ⅶ的Ci 和Gs 值總體上較其他播期明顯升高,這與Tr 的變化規律相似,內5 優玉香1號的Ci 和Gs 分別在播期Ⅳ、Ⅴ達到峰值。3 個品種的Ci 的整體變化幅度較小,變異系數均低于10%。

表1 直播播期對不同類型水稻品種干物質積累的影響Table 1 Effefct of direct sowing date on dry matter accumulation of different rice varieties

2.3 直播播期對不同類型水稻品種產量及其構成因素的影響

由表4 可知,在本研究播期范圍內,中熟和中遲熟品種產量及其構成因素受播期影響差異較大,其中中早熟品種大部分播期內產量差異不顯著。中遲熟品種(岡優725)、中熟品種(輻優838)產量均在播期Ⅰ達到最高,分別為10.83 t·hm-2、10.32 t·hm-2。播期Ⅰ～Ⅳ中遲熟、中熟品種產量明顯高于中早熟品種,中遲熟品種產量均在9.00 t·hm-2以上。隨著播期推遲,中遲熟和中熟品種產量均明顯下降,而中早熟品種的產量前期保持平穩, 到播期Ⅴ產量達到最高(9.36 t·hm-2),隨后呈緩慢下降趨勢。

從產量構成因素看,中早熟品種有效穗數差異較小,其次是中熟品種,中遲熟品種差異最大,大部分播期間達到顯著水平。3 個品種有效穗數與產量變化規律基本一致?？傮w上結實率與產量變化規律基本一致。播期Ⅰ～Ⅳ中早熟品種的結實率總體上均顯著低于中熟和中遲熟品種,中熟和中遲熟品種差異不顯著。隨著播期推遲,中熟和中遲熟品種的結實率明顯降低,尤其是中遲熟品種(岡優725),其結實率從播期Ⅴ的88.4%降至Ⅸ的70.7%以下,顯著低于與其他2 個品種。不同播期3 個品種的千粒重和穗粒數變化幅度均較小。因此,隨著播期推遲,有效穗數和結實率變化是引起3 個品種水稻產量變化的主要因素。

表2 不同品種直播稻葉片葉綠素SPAD 值Table 2 Chlorophyll SPAD value of different rice varieties

表3 直播播期對不同類型水稻品種光合特性的影響Table 3 Impacts of direct sowing date on photosynthetic characteristics of different rice varieties

表3(續)

表4 直播播期對不同類型水稻品種產量及其構成因素的影響Table 4 Effect of direct sowing date on yield and its components of different rice varieties

2.4 不同播期適宜品種的選用

參照孫建軍等[17]的方法,對水稻不同播期的產量進行總結,將不同播期的播種適宜度分為適宜(該播期最高產量90%以上),較適宜(該播期最高產量的80%～90%)和不適宜(該播期最高產量的80%以下)3個等級。由表5 可知,播期Ⅰ～Ⅱ選用岡優725 搭配輻優838 直播產量最高,播期Ⅲ～Ⅳ下3 個品種均較適宜選用,播期Ⅴ宜選用內5 優玉香1 號搭配輻優838,播期Ⅵ～Ⅸ宜選用內5 優玉香1 號。綜合川西平原溫光資源和水稻產量等因素,過晚播種不利于獲得高產。為提高直播水稻的產量,適宜的播期應在4月5日-4月26日之間,中熟品種(輻優838)、中遲熟品種(岡優725)搭配早播種植產量最高。

表5 直播秈稻適宜播期分析Table 5 Analysis on suitable sowing date of direct seeding indica rice

3 討論

3.1 播期對水稻光合特性的影響

光合作用直接影響水稻產量形成[18],提高水稻光合產物的積累和轉運,使庫源比例協調,是水稻高產的重要光合生理基礎。孫園園等[19]研究發現弱光脅迫處理下,隨著播期推遲,水稻全生育期明顯縮短,水稻劍葉Pn 呈下降趨勢,產量也表現出不同程度的下降。馬均等[20]研究發現重穗型水稻光合“午休”現象較輕,葉綠素含量較高,齊穗后劍葉Pn 明顯高于中、輕穗型品種,在“源”供應方面具有超高產潛力。童平等[21]研究表明,水稻品種間Pn 和葉綠素含量差異較不同生態區的差異更為顯著,產量與總干物質量和Pn 呈顯著正相關。本研究中,3 種類型秈稻的Pn 隨著播期推遲總體呈顯著下降趨勢,這與孫園園等[19]研究結果基本一致。中遲熟品種(岡優725)的Pn 下降幅度最大,其次是中熟品種(輻優838),中早熟品種(內5 優玉香1 號)影響最小。各品種Pn 總體變化趨勢和最終物質積累及產量的變化趨勢類似,說明播期變化通過影響水稻的光合物質合成,進而影響到后期產量的形成。3個品種葉綠素SPAD 值總體呈下降趨勢,與Pn 變化趨勢類似。各播期Tr 變化幅度也相對較大,而Ci 整體變化幅度較小。

研究表明,水稻葉片光合速率,不僅受葉形、葉角、氣孔阻力、蒸騰、葉綠素含量和抗逆能力等自身因素影響,還受太陽輻射和溫度等外部環境因子影響[21]。本研究中,隨著播期推遲,水稻齊穗期也有所推遲,溫光條件發生變化。對中熟和中遲熟品種而言,水稻的光合性能變弱,加之群體數量下降,從而總體光合生產能力下降,是水稻產量下降的重要因素。而對于中早熟品種,播期推遲對水稻Pn 的影響較小,其對播期推遲引起的環境變化適應能力相對較強,因而產量變化幅度也相對較小。這其中的光合適應機理、光合產物的積累和分配等方面內容本試驗尚未展開研究,還有待進一步探討。

3.2 播期對水稻產量及其構成因素的影響

研究發現適宜播期對有效利用光溫資源、改善水稻生育進程、提高有效分蘗和成穗率、促進個體正常發育和成熟、提高抗倒性和抗病蟲草害等方面均具有重要作用[22]。由于水稻的播期、品種類型及生長發育期間的溫光條件不同,使得水稻生長進程和籽粒灌漿環境條件不同,最終導致產量形成差異[23]。敖和軍等[24]認為在穩定庫容下,提高結實率和粒重以增加庫充實度是獲得水稻超高產的重要途徑。

水稻產量是植株干物質積累、分配、運輸和轉化的結果,抽穗至成熟期是干物質積累主要時期,與水稻產量緊密相關[25-26]。本研究中,齊穗后干物質積累和產量形成規律類似。從產量及構成因素看,中遲熟品種(岡優725)和中熟品種(輻優838)隨著播期推遲,其產量均顯著下降,這與許軻等[6]研究結果基本一致。此外,本研究還發現中早熟品種,早播和遲播都難以發揮直播稻的最大生產潛力,這與楊稚愚等[27]的研究結果相似。從產量構成因素看,中熟、中遲熟品種隨著播期推遲,結實率和有效穗數總體上顯著降低,這與姚義等[10]的研究結果不完全一致,這是由于中遲熟品種有效穗數后期顯著降低,導致產量顯著下降。

3.3 播期與品種的合理配置

為提高水田區土地產出,一方面可通過提升作物產量潛力,另一方面可通過合理輪作,延長周年作物栽培時長[28-29]。在兩熟或多熟制區域,播期安排受前茬作物熟期制約,因而合理選擇水稻適宜品種和播期是直播稻獲得高產的關鍵[30]。受氣候條件、溫光資源、土壤養分等差異的影響,針對各地區參試品種與合理播期的設置也不盡相同[31]。Rajinder 等[32]研究認為隨著播期推遲,參試直播稻品種由于庫容量的降低導致產量顯著下降。褚旭東等[33]研究發現適當推遲播期對水稻高產優質有利。朱練峰等[34]認為過早或過晚播種水稻產量均有所降低。余鵬等[35]研究表明,浙江省晚粳稻品種播期過早或過遲均不利于高產。本研究中,不同的直播稻品種適宜播期也不同,總體上過遲播種不利于高產,這與前人研究結果部分一致[34-35]。隨著播期推遲,中早熟品種(內5 優玉香1 號)在播期Ⅴ產量最高,在播期Ⅸ產量最低；中熟品種(輻優838)和中遲熟品種(岡優725)均在播期Ⅰ產量最高,播期Ⅸ產量最低。3 個品種產量從最高到最低下降幅度分別為11.8%、33.0%、45.4%。由此可見,適宜的播期和品種搭配對水稻高產具有重要意義。對川西平原而言,過遲播種不利于高產。中早熟品種播期適當推遲至5月上中旬產量更高,中熟品種宜在4月底前播種,生育期較長的中遲熟品種應早播。

此外,中早熟品種(內5 優玉香1 號)產量結構的協調存在一個合理的時間段,5月24日前均適宜直播,為適當推遲播期,開展麥茬-水稻或油茬-水稻直播提供了有利條件。對川西平原而言,內5 優玉香1號在5月底播種仍表現出8.25 t·hm-2的產量潛力,該播種期已超過本區域麥-稻兩熟規?；N植的水稻移栽期(5月中旬)。說明該品種在茬口銜接方面,特別適合作為麥-稻或油-稻兩熟制直播稻品種,若進一步改善水肥調控和直播栽培技術,發掘其產量潛力,在生產上應用前景廣闊。

4 結論

在川西平原稻田兩熟區設置的直播播期范圍內,3種類型秈稻的Pn 隨著播期推遲總體呈顯著下降趨勢。隨著播期推遲,中早熟品種產量呈先升高后降低趨勢,中熟和中遲熟品種產量均呈顯著下降趨勢。播期推遲顯著降低中熟和中遲熟品種的有效穗數和結實率,導致產量顯著下降。針對川西平原氣候條件,為盡可能提高直播稻產量,3 種類型秈稻適宜播期在4月5日-4月26日之間。中早熟品種(內5 優玉香1 號),可適當推遲播期,適合作為當地麥-稻或油-稻兩熟制直播稻品種推廣應用。