陸佳嵐 王凈 馬成 陶明煊 趙春芳 張亞東 李霞 方先文 張俊 陳長青 張巫軍 夏加發(fā) 江學(xué)海 柳開樓 喬中英 張彬

摘要：為了探討在不同光溫條件下水稻品種產(chǎn)量和品質(zhì)的響應(yīng)特點，利用長江流域中稻區(qū)多樣的氣候條件，2017年和2018年分別在長江流域中稻區(qū)9個?。ㄊ校┰O(shè)立10個和11個試驗點，選擇各地區(qū)代表性品種8～9個，共18個品種，進(jìn)行大田分期播種試驗，以當(dāng)?shù)刈钸m播種期為基準(zhǔn)，前后共分3期播種，分析供試水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的變化，并記錄同期的氣象特征。結(jié)果表明：所有試驗點2年3期分期播種水稻品種的光溫特征可以分為3個區(qū)域，即高溫高光照區(qū)（長江流域中部）、低溫低光照區(qū)（長江流域西部）以及中溫中光照區(qū)（長江流域東部）;產(chǎn)量高低順序為低溫低光照區(qū)（長江流域西部）>中溫中光照區(qū)（長江流域東部）>高溫高光照區(qū)（長江流域中部），精米率為中溫中光照區(qū)（長江流域東部）>低溫低光照區(qū)（長江流域西部）>高溫高光照區(qū)（長江流域中部），堊白粒率和蛋白質(zhì)含量均為高溫高光照區(qū)（長江流域中部）>中溫中光照區(qū)（長江流域東部）>低溫低光照區(qū)（長江流域西部），直鏈淀粉含量為低溫低光照區(qū)（長江流域西部）>高溫高光照區(qū)（長江流域中部）>中溫中光照區(qū)（長江流域東部），膠稠度為中溫中光照區(qū)（長江流域東部）>高溫高光照區(qū)（長江流域中部）>低溫低光照區(qū)（長江流域西部），糊化溫度區(qū)域間差別不大。相關(guān)分析結(jié)果顯示，齊穗后光、溫分別與產(chǎn)量和品質(zhì)均顯著相關(guān)（P<0.05），在長江流域中稻區(qū)，選擇適宜的品種，參照長江流域中部 “雙減”（齊穗后20 d內(nèi)的平均溫度不超過31 ℃，日照時數(shù)不超過160 h）、長江流域東部 “一減（溫）一增（光）”（齊穗后平均溫度不超過29 ℃，日照時數(shù)不少于90 h）以及長江流域西部“雙增”（平均溫度不低于20 ℃，日照時數(shù)不少于110? h）等溫光原則，均可以種植出高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)的稻米。

關(guān)鍵詞：水稻;長江流域;產(chǎn)量;品質(zhì);溫度;光照

中圖分類號：S162.5+3; S511.033文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-4440（2020）06-1361-12

Abstract：Response characteristics of yield and quality to different air temperature and light conditions were investigated in this study. A comparative experiment was carried out by using total 18 medium rice varieties as materials under field conditions to study the differences in yield and quality traits under diverse climatic conditions in the Yangtze River basin. The study was conducted in 10 and 11 sites of nine provinces during 2017 and 2018. The sowing times were set for three groups， divided into three periods before and after the local optimum sowing time. Furthermore， the correlation analysis between rice yield/quality characters and temperature/light condition during the growth periods was studied. The results showed that the light/temperature characteristics of the test sites including three sowing stages could be divided into three areas including high temperature and high light area （HTHLA， main in the middle part of the Yangtze River basin）， low temperature and low light area （LTLLA， main in the west part of the Yangtze River basin） and middle temperature and middle light area （MTMLA， main in the east part of the Yangtze River basin）. The changes of yield and quality traits in different regions also showed regional characteristics. For yield， it was shown as LTLLA>MTMLA>HTHLA. For quality traits， different traits showed different performance. The milled rice rate was shown as MTMLA >LTLLA >HTHLA. Both the chalkiness rate and protein content were as HTHLA > MTMLA> LTLLA. Amylose content was LTLLA>HTHLA>MTMLA. The gel consistency was MTMLA > HTHLA > LTLLA. Gelatinization temperature among areas was no significant difference. Correlation analysis showed that the light and temperature after full heading were significantly correlated with yield and quality characteristics （P<0.05）. In whole， choosing suitable varieties according to the conditions within 20 days after heading （the average temperature is no more than 31 ℃ and sunshine hours are no more than 160 h in the middle part， the average temperature is no more than 29 ℃ and sunshine hours are no less than 90 h in the east part， and the average temperature is no less than 20 ℃ and sunshine hours are no less than 110 h in the west part， the rice varieties with high yield and good quality can be planted in all the areas of Yangtze River basin.

Key words：rice;Yangtze River basin;yield;quality;temperature;light

水稻是世界上最重要的谷類作物之一，養(yǎng)活了全世界一半以上的人口[1]。中國水稻生產(chǎn)先后經(jīng)歷矮化育種、雜種優(yōu)勢利用、超級稻研發(fā)和水稻功能基因組研究等重要階段，促使水稻產(chǎn)量得到大幅提高[2]。隨著人民生活水平的提高，膳食結(jié)構(gòu)和食用習(xí)慣發(fā)生了重大改變，對稻米品質(zhì)尤其是食味品質(zhì)的要求越來越高[3]。而由于人口數(shù)量增長、環(huán)境惡化、耕地面積減少以及耕地質(zhì)量下降等因素，迫切要求育種家們能夠選育出廣適性強且高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻品種。近年來，全球氣候異?，F(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，對中國水稻生產(chǎn)時空變動產(chǎn)生重大的影響[4]。因此，選育和栽培出適于現(xiàn)階段氣候特征的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻品種，是中國水稻生產(chǎn)面臨的新挑戰(zhàn)，將對中國乃至世界糧食安全均具有重要意義[5]。

水稻的產(chǎn)量和稻米品質(zhì)受到遺傳特性和環(huán)境因子的雙重調(diào)節(jié)，而生態(tài)環(huán)境因子尤其是水稻種植區(qū)域氣溫和光照條件對稻米產(chǎn)量和品質(zhì)也有較強的調(diào)節(jié)作用。本世紀(jì)初，中國科學(xué)家已對水稻優(yōu)質(zhì)的氣象適應(yīng)特征進(jìn)行了研究和總結(jié)，對當(dāng)時優(yōu)質(zhì)水稻的布局和區(qū)劃具有重要意義[6]。但是，近10年的氣象特征發(fā)生了變化，而且氣候異常和氣候災(zāi)害使農(nóng)業(yè)面臨生產(chǎn)不穩(wěn)定和產(chǎn)量波動大的問題尤為突出[7]。根據(jù)中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，2012年長江流域水稻播種面積約2.000×107 hm2，占全國水稻播種面積的 66.7%;總產(chǎn)量 1.38×108 t，占水稻總產(chǎn)量的 67.7% ;平均產(chǎn)量6 873 kg/hm2，高于全國平均產(chǎn)量（6 777 kg/hm2） [8]。因此，長江流域是中國最大的水稻生產(chǎn)區(qū)，但是該區(qū)域跨度大，光溫條件差異大，而且近年來極端環(huán)境對該地區(qū)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響也最顯著和復(fù)雜[9]。長江流域江蘇省、安徽省、湖北省、四川省及重慶市2005-2016年國審水稻品種的產(chǎn)量和品質(zhì)特征與其相近緯度（29.61～33.5°）的氣象數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明：長江流域水稻主產(chǎn)的5省市近12年國審稻米產(chǎn)量逐年增加，稻米品質(zhì)從東（江蘇）到西（四川）品質(zhì)變差，東部地區(qū)避開高溫以及西部增加光照時數(shù)均有利于該地區(qū)獲得優(yōu)良品質(zhì)[10]。以上研究結(jié)果主要是通過收集的統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲得，在整體長江流域?qū)嶋H大田種植條件下，稻米產(chǎn)量和品質(zhì)性狀對生育期不同光溫的響應(yīng)特性的系統(tǒng)研究尚不多。因此，本研究在2017-2018年，利用長江流域一季中稻區(qū)多樣的氣候條件，選取各地不同類型的中稻品種（常規(guī)秈稻、常規(guī)粳稻以及兩系和三系的秈型雜交稻），在大田條件下進(jìn)行跨區(qū)多點的分期播種試驗，分析在不同溫光大田種植條件下，供試水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的變化特征，并分析其與實際光溫條件的相關(guān)性，以期為長江流域優(yōu)質(zhì)中稻品種的選擇、調(diào)整一季中稻的安全播種期以獲得優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)兼顧的栽培措施提供參考。

1材料與方法

1.1試驗品種及試驗設(shè)計

選取的供試水稻品種（品系）信息見表1，分為常規(guī)秈稻、常規(guī)粳稻以及兩系和三系秈型雜交稻。根據(jù)長江流域中稻區(qū)的氣候特點，2017年和2018年分別在9個省市設(shè)立10個和11個試驗點，以各地區(qū)8～9個品種（品系），共18個品種（品系）作為試驗材料，每個試驗點分3期播種，具體試驗點、種植品種以及播種日期見表1。每個試驗點分別在當(dāng)?shù)刈钸m播期及前、后20 d左右3個時期進(jìn)行大田條件下分期播種，模擬機(jī)插，秧齡20 d，各種植點行距和株距均一致（行距為30.0 cm，株距為16.5 cm），雙本栽插。氮肥施用量為225 kg/hm2，氮肥按基肥∶蘗肥∶穗肥=4∶3∶3 施用。各試驗點均采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，小區(qū)面積20 m2，常規(guī)水肥管理和病蟲害管理。各試驗點統(tǒng)一按照《農(nóng)作物品種區(qū)域試驗技術(shù)規(guī)范水稻》（ NY/T 1300-2007） [11]進(jìn)行性狀調(diào)查記載。待收獲后，進(jìn)行每小區(qū)5 m2測產(chǎn)，并考察主要產(chǎn)量構(gòu)成因子。

1.22017年和2018年試驗點氣象資料的收集和分析

根據(jù)王端等[10]的方法，本研究中的氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象局共享服務(wù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn/data/cdcindex/cid/6d1b5efbdcbf9a58.html）。從該網(wǎng)站下載2017-2018年各試驗點各氣象臺站的逐日氣象資料，主要包括日照時數(shù)和平均氣溫，各臺站的空間位置數(shù)據(jù)來自中國氣象局，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)來自中國測繪局?jǐn)?shù)據(jù)中心（http：//www.ngcc.cn）。分別分析該年份水稻種植期間平均溫度以及日照時數(shù)等數(shù)據(jù)。

1.3測定項目及方法

1.3.1產(chǎn)量及其構(gòu)成因素成熟期調(diào)查每小區(qū)100 穴， 計算有效穗數(shù)， 取10 穴調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量， 推測理論產(chǎn)量， 成熟后每小區(qū)實收測產(chǎn)。

1.3.2稻米品質(zhì)各地種植的稻米統(tǒng)一脫粒，曬干，室內(nèi)貯藏3個月后，用NP-4350 型風(fēng)選機(jī)等風(fēng)量風(fēng)選。參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17891-1999 優(yōu)質(zhì)稻谷》[12]測定精米率、堊白粒率和膠稠度等。

1.3.3蛋白質(zhì)含量的測定用凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量， 稱取80 目粉樣1.00 g 于凱氏管中，加入0.20 g CuSO4 及2.00 g K2SO4，置消煮爐， 420 ℃消煮1.5 h 至淡藍(lán)色透明。放置0.5 h 至常溫， 用凱氏定氮儀進(jìn)行測定并計算出蛋白質(zhì)含量， 大米換算系數(shù)為5.95[13]。

1.3.4直鏈淀粉含量的測定利用碘比色法進(jìn)行直鏈淀粉含量測定[14]。

1.3.5糊化溫度的測定參照 GB/T 24852-2010 的方法[15]，采用澳大利NewportScientific 儀器公司生產(chǎn)的Super3 型RVA 快速黏度分析儀測定淀粉譜黏滯特性，用配套軟件TWC 分析，測定糊化溫度。

1.4統(tǒng)計分析

整精米率是最為重要的稻米加工品質(zhì)指標(biāo)，決定著稻米的商品性，它對氣溫的響應(yīng)可分為靈敏型、中間型以及遲鈍型。一般溫涼的氣溫有利于獲得較高的整精米率，溫度過高過低均降低整精米率[32]。且齊穗后15 d內(nèi)的平均氣溫≥27 ℃（秈稻） 或≤21 ℃（粳稻）， 以及弱光均會使相應(yīng)品種稻米的加工品質(zhì)下降[33]。并且整精米率與結(jié)實中期的日均輻射量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[34]。本研究結(jié)果顯示：2017年氣溫較高，水稻不同時期的氣溫與整精米率均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而2018年氣溫比2017年低，則整精米率與2018年的氣溫以及日照時數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。可見，稻米的加工品質(zhì)是光溫互作的結(jié)果，存在一定的溫度閾值，在溫度適宜的條件下，適當(dāng)?shù)奶岣邷囟群脱娱L日照時數(shù)有利于稻米加工品質(zhì)的改善。

稻米最主要成分是淀粉，占稻米干質(zhì)量的70%以上，其中直鏈淀粉含量為稻米品質(zhì)定級的決定性指標(biāo)之一。抽穗結(jié)實期的氣候條件對稻米的直鏈淀粉含量影響較大，抽穗結(jié)實期相對較高溫度使直鏈淀粉含量增加[35]。與此同時，品種稻米直鏈淀粉含量的差異也影響著其結(jié)實期光溫的響應(yīng)規(guī)律，如水稻結(jié)實中期日平均氣溫（即齊穗到齊穗后20 d的氣溫）和日均輻射量與直鏈淀粉含量低的品種直鏈淀粉含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系， 而與糯型品種的直鏈淀粉含量呈正相關(guān)關(guān)系[33，36-37]。本研究結(jié)果表明： 長江流域種植的水稻直鏈淀粉含量在2017年與齊穗期到成熟期的平均溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與同期的日照時數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;而2018年則與播種期到齊穗期、播種期到成熟期以及齊穗后20 d的平均氣溫呈顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與齊穗期到成熟期、播種期到成熟期以及齊穗后20 d的日照時數(shù)也呈顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系?？梢姎鉁卦黾佑欣谠黾拥久字辨湹矸酆浚黾庸庹斩葎t降低了稻米直鏈淀粉含量。

稻米中蛋白質(zhì)含量也是衡量稻米品質(zhì)的重要生化指標(biāo)之一[38-39]。相同試驗條件下種植的同一水稻品種因不同試驗小區(qū)以及不同種植月份， 糙米蛋白質(zhì)含量變化范圍為9%～15%[40];尤其與灌漿期平均溫度、太陽輻射和日較差相關(guān)[27-28]。25 ℃左右是秈稻蛋白質(zhì)含量最高的溫度，高溫（36 ℃/30 ℃，晝/夜）和低溫（ 21 ℃/20 ℃，晝/夜）均不利于其籽粒蛋白質(zhì)的形成[41-42]。灌漿結(jié)實期高溫脅迫增加了粗蛋白含量，降低了醇溶蛋白含量，并影響稻米的食味和加工特性[43]。本研究結(jié)果表明蛋白質(zhì)含量主要與前期營養(yǎng)期的平均溫度呈正相關(guān)關(guān)系，而與生育后期的日照時數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;2018年溫度對蛋白質(zhì)含量的影響與2017年類似。

影響堊白的主導(dǎo)因子是齊穗后15 d內(nèi)的日平均氣溫，而且在全國呈現(xiàn)明顯的地域特征，即中國自北向南，稻米的堊白隨均溫的變化由小到大，堊白≤ 5%的稻區(qū)為四川盆地以北、淮河以北及云貴高原地區(qū)，即華北、東北以及西北一年一熟單季稻作區(qū)，其稻米外觀品質(zhì)好; 堊白5%～10%的稻區(qū)為四川盆地、滇南及淮南至沿江江南地區(qū);堊白10%～20%的稻區(qū)為云貴高原以東、長江以南雙季稻早稻區(qū)，即華中、華南一年三熟雙季早稻區(qū);中國華中和華南一年三熟雙季晚稻，氣溫較早稻低，堊白在5%左右[18]。高溫增加堊白面積，弱光減少堊白粒率[27]。水稻結(jié)實期中期日平均氣溫和日均輻射量與堊白粒率高、堊白大、透明度高呈正相關(guān)關(guān)系[33]。本研究結(jié)果表明：堊白是受光溫環(huán)境影響最大的品質(zhì)性狀，變異系數(shù)高達(dá)83.57%，也表現(xiàn)為長江流域東西部堊白粒率較低，長江流域中部高溫高光照區(qū)堊白粒率較高。其他品質(zhì)性狀如膠稠度和糊化溫度與自然溫光的關(guān)系無規(guī)律，此消彼長，表明這些性狀比較復(fù)雜，自然溫光對其影響有限。

中國水稻生產(chǎn)不僅要滿足國家糧食安全的需要，也要應(yīng)對極端氣候頻發(fā)以及耕地面積減少的挑戰(zhàn)，這就需要在水稻新品種選育過程中重點選育兼具高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、廣適、適宜機(jī)械化以及易制種等多種性狀的品種。本研究根據(jù)2年大田試驗中產(chǎn)量和品質(zhì)對光溫響應(yīng)的表現(xiàn)，以優(yōu)質(zhì)優(yōu)先為前提，將長江流域中稻分為3種類型，即高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)型、穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)型和低產(chǎn)優(yōu)質(zhì)型。以本試驗列出的光溫條件以及適宜的品種，各地均可以獲得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)俱佳的稻米。對于穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類型，不同地區(qū)光溫區(qū)域范圍更廣些，例如長江流域東部地區(qū)較高溫度或者增加日照時數(shù)，對稻米產(chǎn)量潛力影響不大，通過氣溫或日照時數(shù)的補償均可獲得優(yōu)質(zhì)的稻米，而長江流域中部地區(qū)較高溫度和延長日照時數(shù)對稻米產(chǎn)量影響不大，對一些適應(yīng)性廣的秈稻品種仍可以獲得高品質(zhì)稻米，但本研究的供試品種中沒有適合長江流域西部地區(qū)的穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)類型。對于低產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品種類型，長江流域東部地區(qū)采用氣溫和日照時數(shù)補償?shù)姆椒m然嚴(yán)重影響稻米產(chǎn)量，但對于適應(yīng)性較廣的常規(guī)粳稻和秈稻，在不良的平均氣溫或日照時數(shù)下，仍可獲得優(yōu)質(zhì)，如淮稻5號和黃華占等;長江流域中部地區(qū)平均氣溫和日照時數(shù)雖嚴(yán)重影響稻米產(chǎn)量，但是獲得優(yōu)質(zhì)的稻米種類增加，例如軟米類型南粳9108等;長江流域西部地區(qū)平均氣溫和日照時數(shù)顯著影響稻米產(chǎn)量，但是一些適應(yīng)性廣且抗病的秈稻品種在該地區(qū)也可獲得優(yōu)質(zhì)的稻米。因此，利用各地的光溫條件，長江流域中稻區(qū)均可以種植高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)以及有其他特性的不同類型水稻。

總之，長江流域中稻區(qū)水稻生育期光溫條件差異顯著，即長江流域中部高溫高光照、長江流域西部低溫低光照以及介于兩者之間的長江流域東部地區(qū)，產(chǎn)量和品質(zhì)均顯示光溫區(qū)域特點。長江流域中稻區(qū)利用各地的光溫條件以及選擇適宜品種，按照中部高溫高光照地區(qū)“雙減”（齊穗后20 d內(nèi)平均溫度不超過31 ℃，日照時數(shù)不超過160 h）、東部中溫中光照地區(qū)“一減一增”（齊穗后平均溫度不超過29 ℃，日照時數(shù)不少于90 h）、西部低溫低光照地區(qū)“雙增”（平均溫度不低于20 ℃，日照時數(shù)不少于110? h）的溫光原則，可以種植出高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)以及具有特殊用途的不同類型稻米。

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