麦后直播条件下播期对不同熟期类型水稻品种产量形成及品质的影响

麦后直播条件下播期对不同熟期类型水稻品种产量形成及品质的影响

0适宜播期的确定【研究意义】水稻育种是夏末小麦要求种植后，直接在田间种植水稻品种的一种适应性水稻栽培的方法。该稻作技术早于20世纪60年代在江苏省得到研究和试验应用,但受到当时种种条件的制约,没有大面积推广。近年来,随着中国农村劳动力紧张以及粮食生产比较效益不高和条纹叶枯病对秧苗危害的加重等原因,直播稻凭借其省工、省力、节本的优势越来越受到青睐,并有逐年加速扩大发展的趋势。就江苏省而言,2008年直播水稻面积已突破66.7×104hm2,占全省水稻总面积近1/3。该技术的应用对提高劳动生产率,解放农村劳动力,促进农村劳动力转移均发挥了积极的作用。然而,合理确定水稻播期是水稻栽培管理中的关键技术,也是水稻高产、优质的基础。【前人研究进展】适宜播种期的确定受光温资源、生产条件、品种特性和前后茬口等诸多因子的综合影响,表现出较强的变动性和系统性。关于播期对水稻生长特性及产量的影响,前人开展了较多的研究,并一致认为,因地、因种适期播种对有效利用温光资源、改善水稻生育进程、提高分蘖成穗率、保证个体正常发育和安全成熟、提高产量、提高抗倒伏能力和减轻病虫草害发生等具有重要作用。影响稻米品质的气候生态因子较多,主要包括水稻灌浆结实期的平均日照时数、日平均太阳辐射、日平均气温、日平均温差、日平均相对湿度和日平均降雨量等因子,播期不同可使稻米品质形成期处于不同气候生态条件下,因此通过合理播期的设置可以达到改善稻米品质的目的。【本研究切入点】现有水稻对播期的效应研究还存在着两个方面的不足:(1)大多学者研究对象为单一水稻品种或同一类型的不同品种,缺乏多个类型间的比较研究,加之研究的气候背景不同,以致不同的研究报道结论往往相互矛盾;(2)栽培方式仅限于移栽稻或者机插稻,针对当今不推自广的直播稻缺乏系统的研究,报道也相对较少。【拟解决的关键问题】针对上述问题,本研究立足于江苏里下河地区,通过对3种熟期类型6个品种的分期播种试验,分析不同播期条件下麦茬直播粳稻产量与品质的变化规律,以期为里下河地区水稻直播高产、高效、优质生产提供理论与实践依据。1材料和方法1.1土壤有机质试验于2007—2008年在江苏省姜堰市河横村农业综合试验基地进行,前茬为小麦,土壤类型属潴育型亚类勤泥土,土壤有机质36.16g·kg-1,全氮2.15g·kg-1,速效磷5.80mg·kg-1,速效钾164.03mg·kg-1,pH6.71。选用不同熟期类型粳稻品种6个,其中包括中熟中粳品种华粳6号、徐稻3号,迟熟中粳品种淮稻9号、盐粳9号,早熟晚粳品种宁粳1号、武粳15。1.2小区小区类型试验设置5月27日(Ⅰ)、6月3日(Ⅱ)、6月10日(Ⅲ)、6月17日(Ⅳ)、6月24日(Ⅴ)和7月1日(Ⅵ)6个播期,以播期为主区,品种为裂区,3次重复,小区面积15m2(5m×3m),共计108个小区。试验各处理分别于设置的播期日进行人工划行均匀播种(芽谷),播种量折干种45kg·hm-2,播种行距为26.6cm,播后苗前进行化学除草,于3叶1心期进行人工定苗,定植密度为90×104株/hm2。氮肥施用量为270kg·hm-2,其中基肥占30%,断奶肥(1叶1心)占20%,分蘖肥(4叶1心)占20%,穗肥(倒4叶、倒2叶)占30%。氮﹕磷﹕钾=1﹕0.5﹕0.5,其中磷肥一次性作基肥施用,钾肥分基肥和拔节肥两次施用,各施50%。其它措施均按高产栽培要求进行管理。1.3测量设计和方法1.3.1高、穗型菌株的多样性测定在收获前每播期每品种查小区中央连续4行,每行3m,计算每穴穗数,以平均穗数为标准,在小区不同区域取株高、穗型有代表性的植株50穴,装进塑料窗纱口袋内,风干后,脱粒、去杂质(不去空瘪粒),求出50穴的总粒数,进而求得每穗粒数;用水漂法去除空瘪粒,求取结实率;以1000实粒样本(干种子)称重,重复3次(误差不超过0.05g)求取千粒重。成熟期选割每小区中央5行,每行5m,测定籽粒含水量,去除杂质,折算实产。1.3.2优质稻米参照中华人民共和国国家标准《GB/T17891-1999优质稻谷》测定糙米率、精米率、整精米率、垩白率、垩白度、胶稠度等。采用瑞典FOSS公司生产的1241近红外快速品质分析仪测定精米蛋白质、直链淀粉含量。1.3.3raci标准方法采用澳大利亚NewportScientific仪器公司生产的Super3型RVA快速测定淀粉黏滞谱特征参数,用TWC(ThermalCycleforWindows)配套软件进行分析;按照美国谷物化学家协会(AACC)规程(1995261202)和RACI标准方法,当米粉含水量为12%时,样品量为3g,蒸馏水为25g。在搅拌过程中,罐内温度变化为:50℃下保持1min,以11.84℃/min的速度升温到95℃(3.8min)并保持2.5min,再以11.84℃·min-1的速度下降到50℃并保持1.4min。搅拌器的转动速度在起始10s内为960r/min,之后保持在160r/min。稻米RVA谱特征参数包括最高黏度(peakviscosity)、热浆黏度(hotviscosity)、最终黏度(coolviscosity)、崩解值(breakdown,最高黏度-热浆黏度)、消减值(setback,最终黏度-最高黏度)和回复值(consistency,最终黏度-热浆黏度)等,单位为cP(centiPoise)。1.4数据的分析由于两年试验趋势一致,本文以2008年的数据进行分析。相关数据使用MicrosoftExcel2003录入和整理,用DPS7.05进行数据统计分析。2结果2.1播期影响不同品种格局直播稻穗型的变异性在本研究播期范围内,不同处理的产量(品种间、播期间和品种与播期的互作效应上)均存在显著或极显著差异,表现为随着播期的推迟,产量呈逐渐下降的趋势,但不同熟期类型间的变化程度则略有不同,具体为ELJR(早熟晚粳)>LMJR(迟熟中粳)>MMJR(中熟中粳),其变异系数平均值为20.8%、18.4%和15.5%(表1)。此外,3种熟期类型品种直播稻产量构成因素随播期的推迟按变化程度的大小可分为两类,变化较小的一类为千粒重和穗数,变化较大的一类为结实率和每穗颖花数,前者的变异系数变化范围为0.2%—1.5%,后者的变异系数变化范围为6.9%—12.2%。在播期的影响下,千粒重变化程度早熟晚粳>迟熟中粳>中熟中粳,其变异系数平均值分别为0.4%、0.3%和0.2%;穗数变化程度早熟晚粳>迟熟中粳>中熟中粳,其变异系数平均值分别为1.5%、1.1%和0.5%;结实率变化程度早熟晚粳>迟熟中粳>中熟中粳,其变异系数平均值分别为12.2%、8.6%和7.5%;每穗颖花数的变化程度,按不同类型来看为迟熟中粳>早熟晚粳>中熟中粳,其变异系数平均值分别为8.3%、8.2%和7.3%,总体来看为武粳15>淮稻9号>盐粳9号>徐稻3号>宁粳1号>华粳6号,其变异系数分别为9.0%、8.7%、7.9%、7.7%、7.4%和6.9%,与其穗型由大到小的变化趋势一致,即播期对不同类型品种直播稻每穗颖花数的影响与其自身的穗型大小密切相关,穗型越大,影响越大,反之亦然(表2)。进一步分析播期(x,其值为实际播期自第一播期向后推迟的天数)与产量(y)的关系,发现二者存在极显著线性相关关系(图1),徐稻3号、华粳6号、淮稻9号、盐粳9号、宁粳1号和武粳15的相关系数分别为0.9451、0.9686、0.9644、0.9633、0.9842和0.9641。2.2播种期对水稻品质的影响2.2.1水稻的加工质量2.2.2中熟中县晚突出、播期差播期对直播稻稻米外观品质影响较大(表3),其变异系数远高于其它品质指标。3种熟期类型品种稻米垩白率和垩白度均随播期的推迟而降低,且影响程度不一,具体表现为迟熟中粳>早熟晚粳>中熟中粳,其变异系数的平均值垩白率为53.5%、45.0%和34.5%,垩白度为46.7%、40.3%和35.2%。垩白率和垩白度在品种间、播期间和品种与播期的互作效应上均达到极显著水平(表1)。值得注意的是,对于早熟晚粳类型品种而言,播期Ⅵ与播期Ⅴ相比,垩白率和垩白度却趋于增加,可见,晚熟品种的过晚种植也不利于优质。2.2.3熟期对玉米淀粉糊化性质的影响直链淀粉含量和胶稠度是反映稻米蒸煮和食味品质优劣的重要指标。由表3可知,随播期的推迟,直链淀粉含量均有不同程度的减少,3种熟期类型品种均表现一致,变异程度中熟中粳<迟熟中粳<早熟晚粳,三者变异系数的平均值分别为1.8%、1.9%和2.2%。胶稠度是稻米淀粉糊化的流体特性,与米饭的柔软性、黏弹性有关。随播期的推迟,3种熟期类型品种胶稠度均有不同程度的减小,而类型间变异程度与直链淀粉含量相反,表现为中熟中粳>迟熟中粳>早熟晚粳,三者变异系数的平均值分别为5.5%、5.4%和5.0%,变异程度大于直链淀粉含量。蒸煮和食味品质的这两个性状在品种间、播期间和品种与播期的互作效应上,除直链淀粉含量在品种与播期的互作效应上不显著外,其余均达到极显著水平(表1)。2.2.4播期不同类型品种蛋白质含量的变化蛋白质含量是反映稻米营养品质好坏的重要指标。推迟播期对直播稻蛋白质含量的影响因类型而异(表3)。随着播期的推迟,中熟中粳和迟熟中粳类型品种蛋白质含量逐渐减少,变异系数的平均值分别为4.8%和5.8%,而ELJR类型品种蛋白质含量却呈增加的趋势,变异系数为4.3%。蛋白质含量在品种间、播期间和品种与播期的互作效应上均达到极显著水平(表1)。2.2.5水稻各品种生长和理化性状聚类分析对各品质性状依变异系数聚类(最小距离法)(图2),分3类,第1类为糙米率、精米率和直链淀粉含量,对温度反应比较迟钝,播期间变化小,变异系数1.0%—2.7%,称为温度反应迟钝型性状;第2类为整精米率、胶稠度和蛋白质,受温度影响较大,表现既受遗传特征制约,又在很大程度上受温度影响,变异系数4.2%—6.4%,称为温度反应中间型性状。第3类为垩白率和垩白度,受温度影响非常明显,变异系数31.2%—56.5%,称为温度反应敏感型性状。依变异系数将品种聚类(图3),分3类:第1类徐稻3号,米质较差,各性状变异系数最小,因为决定变异系数大小的性状——垩白的基数很大,致使变异系数很小;第3类为盐粳9号,米质较好,各性状变异系数最大,是因为和徐稻3号相反的特点决定的,其垩白基数很小,故而变异系数较大;第2类为华粳6号、淮稻9号、宁粳1号和武粳15,米质中等,各性状的变异系数居上述两者之间,为中间型。究其原因,主要是决定变异系数大小的性状主要为垩白,米质优的品种其垩白基础小则变异系数大,米质差的品种其垩白基础大则变异系数小。2.3米粉浆在玉米体内的黏度变化特性不同播期条件下的不同类型直播稻稻米淀粉RVA谱特性值存在显著差异(表4)。主要表现为随播期的推迟,各类型品种的峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度和回复值呈显著减小的趋势,消减值则呈显著增加的趋势,峰值黏度时间和起始糊化温度则作微小的变化,但无明显的增减趋势。由于RVA谱反映了米粉浆在加热升温和冷却过程中淀粉黏滞性变化特征,它与稻米的食用品质有密切关系。一般米饭质地好的优质稻米的最高黏度高、崩解值大、消减值小。随播期的推迟,各类型品种最高黏度和崩解值减小、消减值增大,表明一定范围内尽早播种可以改善稻米的食味性。3讨论3.1熟期类型品种对产量的影响播期在水稻产量形成过程中通过改变各生育期的长短和所处的时间段决定了群体光合积累的时间,制约了水稻发育速度的快慢,进而影响产量的形成。关于播期对水稻产量及其构成的影响,由于试验地点、参试品种、栽培方式及播期设置的不同,研究结果不尽相同。邱金美等认为适宜播期要根据各地生态条件、参考当地相同类型主栽品种播种期合理确定,掌握宜早则早的播种原则。李秀芬等认为,推迟播期对水稻各产量构成因素均为负面影响,造成产量的降低。随着播期的推迟,水稻营养生长期缩短,造成群体生长量减少,那些分蘖力较强,二级甚至三级分蘖对群体组成贡献较大的品种所受影响更大,孕穗时间的缩短影响了颖花的形成,减少了籽粒形成的基数,推迟播栽期使抽穗期后延,灌浆期的日平均温度和有效积温下降,再加上前期营养物质积累的减少,从而影响了籽粒的灌浆速度和时间,这造成子粒充实度差,空秕粒数增加,结实率和千粒重均下降,其中大穗品种更明显。王夫玉等研究认为,随着播期的推迟,受影响的首先是结实率,其次是千粒重,再次是每穗颖花数,而穗数受影响最小,直观表现为成熟期推迟,籽粒充实度降低,成熟度下降。若深究之,是由于水稻灌浆期生境潜热即积温不足造成的。水稻齐穗后有效积温与群体籽粒充实度间多呈显著或极显著的正相关,而齐穗后的光照累计值对群体籽粒充实度却又趋向显著的负相关。可能由于试验地点、栽培方式和供试品种的不同,本文对3种熟期类型品种直播稻的研究结果与前人不尽相同,结果表明,随着播期的推迟,各类型品种的千粒重和穗数表现相对稳定,略有下降,而结实率和每穗颖花数则显著下降,最终导致产量也表现出随播期的推迟而显著降低的趋势。从受影响程度来看,产量及其构成因素均表现为早熟晚粳>迟熟中粳>中熟中粳。水稻生育期是由营养生长期和生殖生长期组成的,前者又可分基本营养生长期和可变营养生长期,后者可分为穗分化期和籽粒灌浆期。前人研究表明,随着播期的推迟,由于光温变化的影响,水稻可变营养生长期和适宜籽粒灌浆期均显著缩短,但为何没有导致直播稻穗数和千粒重的显著下降呢?究其原因,可能是由于直播稻早播较迟播而言,分蘖早生快发,发生速度快缺位少,单株分蘖特别是低节位分蘖相对较多,成穗率低,导致最终穗数相差不显著;孕穗时间的缩短影响了颖花的形成,减少了籽粒形成的基数,且迟播孕穗期温度较低,易导致空瘪粒的形成,实粒的减少在一定的程度上可以缓解库器官对光合产物的竞争而提高籽粒的充实度,有利于籽粒千粒重的提高,使得最终千粒重相差不显著。3.2晚播期对呈色期的影响稻米品质性状受品种的遗传特性、生态环境条件、栽培技术和加工条件等综合因素的影响,其中生态环境条件对稻米品质的影响是通过影响谷粒胚乳细胞发育、内部生理生化过程和籽粒灌浆动态变化等发挥作用的。播期对稻米品质的影响也可以直接理解为不同生态条件对稻米品质的影响,关于此方面的研究前人开展较多,但由于试验地点、参试品种、栽培方式及播期设置的不同,研究结果亦不甚一致。程方民等对20个不同品质类型的水稻品种进行分期播种研究认为,同一品种晚播与早播相比,一般稻米的垩白度小、整精米率高、碱解值大,而直链淀粉含量的表现则与品种本身直链淀粉含量的高低有关。秦阳等研究结果表明,在米质形状中,垩白粒率、垩白度是受播期影响最大的性状,垩白是辽宁省地区推迟播期、品质改良的关键因素,对于中早熟或中熟品种来说,推迟播期产量变化较小,而米质有了明显改善,因此,适当推迟播期是有利的,还可以节省水资源,而中晚熟品种推迟播期则米质下降,不适宜晚播。陈木莲等采用播期调节方法对华南稻区11个主栽早籼品种的品质性状进行了分析,结果表明,不同品质性状对播期变化所表现的变异程度不一,垩白度、垩白粒率和垩白面积的变异最大,其次是胶稠度和整精米率,长宽比的变异度最小,适时早播能缓解各品质性状对播期的反应,从而获得相对较优的品质。综上可见,众多学者无一例外地认为,在各稻米品质性状中,播期对外观品质的影响最大,且无论是直播稻还是移栽稻,均表现为随播期的推迟,稻米外观品质变优,这与本试验的研究结果一致。说明播期对稻米外观品质的影响不因品种及栽培方式的变化而异,而其它性状则由于栽培方式等的不同表现不一。综合本试验的研究结果可以看出,播期对直播稻稻米品质的影响最大的是垩白率和垩白度,其次为整精米率、胶稠度和蛋白质,最后是糙米率、精米率和直链淀粉含量。进一步分析可以看出,不同播期条件下直播稻的主要品质性状的变化规律在品种类型间有所异同。随着播期的推迟,产生相同效应的是外观品质和蒸煮和食味品质,但变化趋势不一,外观品质均呈变优的趋势,而蒸煮与食味品质则呈变劣的趋势;产生不同效应的是加工品质和营养品质,推迟播期使中熟中粳和迟