田間增溫1.5℃對高緯度粳稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

鄧艾興，劉猷紅，孟英，陳長青，董文軍，李歌星，張俊，張衛(wèi)建

田間增溫1.5℃對高緯度粳稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

鄧艾興1，劉猷紅2，孟英2，陳長青3，董文軍2，李歌星1，張俊1，張衛(wèi)建1

1中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，北京 100081；2黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院耕作栽培研究所，哈爾濱 150086；3南京農(nóng)業(yè)大學，南京 210095

水稻是我國最重要的口糧作物。東北稻區(qū)不僅是我國高緯度優(yōu)質(zhì)粳稻的重要產(chǎn)區(qū)，約占我國粳稻總產(chǎn)50%以上；也是我國氣候變暖最明顯區(qū)域，近半個世紀來該區(qū)年平均氣溫上升了1.1℃?！尽垦芯繗夂蜃兣榫诚聳|北稻區(qū)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的變化，為保障我國優(yōu)質(zhì)粳稻生產(chǎn)提供參考依據(jù)。結(jié)合田間開放式遠紅外增溫裝置，設(shè)置全生育期增溫1.5℃和不增溫處理，分析田間開放式增溫1.5℃對高緯度粳稻生育期、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成、加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)的影響。與不增溫相比，2017年和2018年增溫處理的水稻全生育期天數(shù)分別減少了6—7 d和4—5 d，主要表現(xiàn)在抽穗前天數(shù)縮短；增溫處理下龍稻5號和龍稻18兩年平均產(chǎn)量分別提高了5.8%和14.4%，其主要得益于單位面積的有效穗數(shù)增加；增溫顯著降低了籽粒中直鏈淀粉含量，但對糙米率、精米率、整精米率和蛋白質(zhì)含量影響不大；增溫有增加水稻淀粉峰值黏度、熱漿黏度和最終黏度，降低淀粉消減值的趨勢，但對回生值無顯著影響?；诟呔暥鹊緟^(qū)較低的背景溫度，增溫1.5℃對水稻產(chǎn)量和稻米蒸煮品質(zhì)具有一定的促進作用，但未來增溫幅度升高將會加大該稻區(qū)稻米品質(zhì)變化的不確定性。

粳稻；氣候變暖；田間開放式增溫；優(yōu)質(zhì)；產(chǎn)量；高緯度粳稻區(qū)

0 引言

【研究意義】氣候變暖已成為不爭的事實。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》指出，到2100年，將全球變暖限制在1.5℃[1]。水稻作為我國最主要的口糧作物，在保證我國口糧自給方面占有重要地位。我國東北稻區(qū)水稻種植面積廣（本文指黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古自治區(qū)），是我國最大的優(yōu)質(zhì)粳稻產(chǎn)區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，2018年該稻區(qū)水稻種植面積和總產(chǎn)量分別為526.2萬hm2、3 871.7萬t，占全國粳稻的51.9%和49.8%[2]。該地區(qū)是我國水稻種植區(qū)劃的最北部，也是受氣候變暖影響最明顯的區(qū)域。因此，明確我國東北稻區(qū)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)氣候變暖的響應特征，將為我國東北稻區(qū)粳稻開展栽培調(diào)優(yōu)和品種選育提供科學依據(jù)?！厩叭搜芯窟M展】1951—2017年我國地表年平均氣溫升高了1.6℃，其中東北稻區(qū)尤為明顯，與1970s相比，東北2010s作物生長季日最低溫度和最高溫度分別升高了1.39℃和0.70℃[3]。氣候變暖背景下高緯度水稻安全種植北界發(fā)生了明顯的北移，與1961—1980年相比，1981—2010年北移了121 km[4]。研究表明，氣溫升高顯著影響了東北水稻產(chǎn)量。張衛(wèi)建等[5]認為基于當?shù)氐谋尘皻鉁兀竟趯託鉁厣?℃，單產(chǎn)可提高10%左右。通過遠紅外模擬增溫試驗，張佳華等[6]發(fā)現(xiàn)抽穗期全天增溫2.32℃時，水稻生長和發(fā)育加快、分蘗數(shù)增加，最終產(chǎn)量有所增加。但也有研究表明，增溫會導致水稻產(chǎn)量下降[7-8]。劉春溪[9]利用田間開放式增溫裝置，使水稻生育期內(nèi)平均日均溫增加了2.94℃，導致水稻光合特性、有效穗數(shù)和穗粒數(shù)降低，平均產(chǎn)量下降24.3%。Chen等[10]最新研究則表明，水稻產(chǎn)量對溫度的響應取決于其背景溫度，北方溫度較低，增溫有利于提高水稻產(chǎn)量。關(guān)于溫度對水稻品質(zhì)的影響，諸多研究表明，灌漿結(jié)實期溫度與稻米外觀、加工、蒸煮、食味和營養(yǎng)品質(zhì)關(guān)系密切。當灌漿期溫度增加時，籽粒中不規(guī)格淀粉粒增加，淀粉排列結(jié)構(gòu)更加無序，使得堊白粒率和堊白度顯著增加[11-12]，同時也降低精米率和整精米率等加工品質(zhì)[13-14]。竇志[15]研究南方中稻灌漿期溫度升高對水稻品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，水稻直鏈淀粉含量、消減值、回復值下降，峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、起始糊化溫度上升，導致蒸煮品質(zhì)變劣。楊陶陶等[16]對雙季稻區(qū)稻米品質(zhì)變化研究發(fā)現(xiàn)，全生育期增溫下稻米RVA譜特征值因季別和品種而異。【本研究切入點】諸多學者研究了低緯度稻區(qū)增溫對秈稻和粳稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其機制，但對于背景溫度較低且受氣候變暖最明顯的高緯度粳稻區(qū)，氣溫增加1.5℃對粳稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響尚無定論?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究基于東北稻區(qū)較低的溫度背景，結(jié)合田間開放式增溫裝置，模擬水稻全生育期增溫1.5℃對高緯度粳稻產(chǎn)量加工、外觀、營養(yǎng)和蒸煮品質(zhì)的影響，以期為未來氣候變暖背景下北方水稻優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

大田試驗于2017和2018年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院民主試驗基地進行（45°49′ N，126°48′E，海拔117 m），屬于溫帶大陸性季風氣候。年平均日照時數(shù)為2 668.9 h，無霜期平均131—146 d，年降水量508—583 mm。供試土壤為黑鈣土，試驗地基本理化性質(zhì)為pH 8.6，有機質(zhì)27.3 g·kg-1，堿解氮78.9 mg·kg-1，有效磷24.2 mg·kg-1，速效鉀184.7 mg·kg-1。品種選用龍稻5號和龍稻18。試驗采用開放式增溫系統(tǒng)（free air temperature increase，F(xiàn)ATI）進行增溫處理[17]。該增溫系統(tǒng)使用380V的交流電，遠紅外加熱裝置由江蘇大德特種光源有限公司提供，包含田間固定支架（高度200 cm，寬度220 cm）、反射紅外線的不銹鋼反射罩（長200 cm，寬20 cm）和遠紅外黑體加熱管（額定功率為1 500 W，長度180 cm，直徑1.8 cm），系統(tǒng)遠紅外加熱的覆蓋區(qū)域為200 cm×150 cm，增溫效果可靠。田間溫濕度監(jiān)測使用溫濕度記錄儀（ZDR-20，杭州澤大儀器有限公司），每30 min記錄一次。在加熱管中部的正下方水稻冠層位置安放溫度傳感器（ZDR-41，杭州澤大儀器有限公司），用來測定水稻冠層溫度。其中，加熱管與溫度探頭保持間距75 cm，隨著水稻的生長調(diào)節(jié)增溫裝置與冠層之間的距離，水稻冠層溫度由溫度記錄儀自動記錄，記錄間隔為30 min。試驗設(shè)置全生育期增溫（ET）和不增溫對照（CK）。全生育期增溫是指水稻從移栽緩苗后到成熟的全生育期內(nèi)晝夜不間斷增溫；對照則是安裝與增溫處理相同的裝置，但不供電加熱。小區(qū)隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)3次重復，為避免小區(qū)間溫度干擾，小區(qū)長5 m，寬4 m，面積20 m2。從試驗增溫效果來看（圖1，表1），全生育期水稻冠層的日均溫增溫幅度達1.3—1.6℃，移栽至抽穗期日均溫的增溫幅度1.0℃左右，白天平均溫度增幅為0.6—0.8℃，夜間平均溫度增幅為1.4℃左右；抽穗至成熟期的日均溫增溫幅度為1.4—2.1℃；白天平均溫度增幅為1.3—1.4℃，夜間增溫幅度為1.4—3.0℃。

ET：增溫；CK：對照 ET: elevated temperature; CK: control

表1 水稻生長期內(nèi)各階段增溫效果

白天溫度為6：00至18：00的平均溫度；夜間溫度為18：00至次日6：00的平均溫度。ΔT表示增溫幅度

daytime temperature indicated the mean temperature from 6:00 AM to 6:00 PM; nighttime temperature indicated the mean temperature from 6:00 PM to 6:00 AM of next day. ΔT indicated the increasing temperature range

1.2 田間管理

2017年試驗于4月15日播種，5月17日移栽；2018年于4月15日播種，5月18日移栽，兩年不同處理分別于9月上中旬成熟。每穴株數(shù)為5—7苗，栽插密度為30 cm×13.3 cm。肥料用量為純氮150 kg·hm-2，基肥﹕分蘗肥﹕穗肥=4﹕3﹕3；P2O570 kg·hm-2，作為基肥一次性施入；K2O 70 kg·hm-2，分基肥和穗肥兩次各半施入。田間水分管理參照常規(guī)高產(chǎn)模式。

1.3 測定指標與方法

（1）生育期記錄。記錄播種期、移栽期、拔節(jié)期（基部第一個節(jié)間伸長超過2 cm）、齊穗期（80%抽穗）和成熟期。

（2）產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成。于成熟期按照平均有效穗數(shù)取3穴，調(diào)查穗粒結(jié)構(gòu)（穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重）；同時實收1 m2測產(chǎn)，脫粒、除去雜質(zhì)和空癟粒，按照粳稻標準水分含量14.5%計算產(chǎn)量。

（3）加工和外觀品質(zhì)。測產(chǎn)后籽粒常溫下保存3個月（保持含水量在13%—15%），出糙率、精米率、整精米率、堊白粒率、籽粒長寬、直鏈淀粉含量的測定方法參照中華人民共和國國家標準GB/T17891- 2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》；蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法測定精米含氮量，再乘以換算系數(shù)5.95。

（4）籽粒淀粉RVA特征譜。使用快速黏度分析儀（Rapid Viscosity Analyzer Super3，澳大利亞Newport Scientific 儀器公司）測定峰值黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、開始糊化溫度，崩解值由峰值黏度與熱漿黏度差值計算，回生值由冷膠黏度與熱漿黏度差值計算，消減值由峰值黏度與冷膠黏度差值計算。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel2016和SPSS18.0進行處理和作圖，同一年內(nèi)同一品種兩處理比較采用獨立T測驗方法進行方差分析，顯著性水平＜0.05。

2 結(jié)果

2.1 全生育期增溫對水稻生育進程的影響

全生育期增溫1.5℃縮短了高緯度粳稻的生育期天數(shù)（表2）。與不增溫相比，2017年和2018年增溫處理的粳稻全生育期天數(shù)分別縮短了6—7 d和4—5 d；品種間相差不大。進一步比較播種—齊穗和齊穗—成熟的天數(shù)發(fā)現(xiàn)，增溫主要改變了播種—齊穗的天數(shù)。與不增溫相比，2017年和2018年增溫處理的粳稻抽穗前生育期天數(shù)分別縮短了4—6 d和2—3 d，抽穗后生育期天數(shù)分別縮短了1 d和2 d。

表2 全生育期增溫對高緯度粳稻生育進程的影響

SD：播種期；TS：移栽期；BS：拔節(jié)期；HS：齊穗期；MS：成熟期；WGD：全生育期

SD: Sowing date; TS: transplanting stage; BS: Booting stage; HS: Heading stage; MS: Maturity stage; WGD: whole growth duration

2.2 全生育期增溫對水稻產(chǎn)量的影響

增溫1.5℃有利于增加高緯度粳稻產(chǎn)量（表3）。與對照相比，2017年龍稻5號和龍稻18的增溫處理產(chǎn)量分別提高了1.1%和12.5%；2018年趨勢與此一致，兩品種產(chǎn)量分別提高了10.5%和16.2%。方差分析表明，溫度主要影響了有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，盡管全生育期增溫處理減少了穗粒數(shù)，但單位面積的有效穗數(shù)增加，2017和2018年兩品種平均有效穗數(shù)分別提高了6.4%和9.6%，且2018年水稻品種龍稻5號處理間差異達到顯著水平。

2.3 全生育期增溫對稻米品質(zhì)的影響

2.3.1 加工與外觀品質(zhì) 全生育期增溫1.5℃有增加水稻糙米率和精米率的趨勢（表4），除2017年龍稻18在增溫條件下精米率顯著高于對照外，其他處理間差異均未達到顯著水平；對于整精米率，除2017年龍稻5號整精米率略有降低外，其他處理增溫條件下整精米率均有所提高。增溫對兩品種的堊白粒率、粒長和粒寬均影響不大。

表3 增溫對高緯度粳稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表中同一列同一年份同一品種數(shù)據(jù)后邊不同小寫字母表示處理間差異顯著性達到0.05水平。*表示＜0.05差異顯著，**表示＜0.01差異極顯著。下同

Different small letters indicated significant difference between two treatments of same cultivar within same year of the same column at 0.05 level. * indicated＜0.05, ** indicated＜0.01. The same as below

2.3.2 蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量 2017年全生育期增溫增加兩個水稻品種的蛋白質(zhì)含量（圖2）。與對照相比，全生育期增溫條件下龍稻5號和龍稻18的蛋白質(zhì)含量分別增加了6.5%和9.6%，但處理間差異未達到顯著水平；2018年各處理間無明顯變化。對于直鏈淀粉含量，除2018年龍稻18直鏈淀粉含量無明顯變化外，全生育期增溫均顯著降低了籽粒直鏈淀粉含量；其中，2017年全生育期增溫條件下龍稻5號和龍稻18的直鏈淀粉含量分別顯著降低了4.3%和5.7%。

2.3.3 淀粉RVA特性 增溫1.5℃主要影響淀粉RVA特性的峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值和消減值（表5）。與對照相比，兩年全生育期增溫處理淀粉峰值黏度、熱漿黏度和最終黏度均呈增加趨勢，2017年龍稻5號在全生育期增溫處理條件下峰值黏度、熱漿黏度和最終黏度均顯著高于對照；而龍稻18則僅熱漿黏度顯著高于對照；年際間和品種間響應趨勢一致。全生育期增溫降低了淀粉消減值，但對回生值無明顯影響。與對照相比，2017年龍稻5號全生育期增溫處理下消減值降低了40.1%，龍稻18降低了6.7%，處理間差異均達到顯著水平。對于崩解值，除2017年龍稻5號顯著增加外，其他處理間變化不大。

*表示同一年份同一品種兩個處理處理間差異顯著性達到0.05水平

表4 增溫對東北水稻加工和外觀品質(zhì)的影響

表5 增溫對高緯度粳稻淀粉RVA特性的影響

PKV：峰值黏度peak viscosity；HPV：熱漿黏度hot paste viscosity；BDV：崩解值breakdown viscosity；CPV：最終黏度cool paste viscosity；CSV：回生值consistence viscosity；SBV：消減值setback viscosity；PaT：糊化溫度Pasting temperature

3 討論

水稻生育期和產(chǎn)量受氣候變暖的影響顯著。一般來說，氣溫升高主要通過改變水稻生育期、群體大小、灌漿速率及灌漿持續(xù)時間等因素來影響水稻產(chǎn)量[18-20]。Dong等[21]利用FATI設(shè)備進行全生育期增溫，試驗表明日均溫度上升1.1—2.0℃時，全天增溫造成水稻抽穗前提前3.3 d。Cai等[22]研究發(fā)現(xiàn)，全生育期溫度增加1.5—2.0℃，水稻生育期縮短，生殖生長期單位面積的氮吸收量和抽穗期的葉面積指數(shù)降低。本研究中，盡管抽穗前生育期天數(shù)有所降低（縮短了4—7 d），但增溫后水稻有效穗數(shù)增加，促進了高產(chǎn)群體的構(gòu)建，而后期灌漿結(jié)實期的天數(shù)略有縮短（1—2 d），溫度增加后灌漿速率增大，促進了籽粒灌漿，這與沈直等[23]和Dou等[24]研究一致。研究表明，不同生態(tài)條件下增溫對水稻產(chǎn)量的影響結(jié)果不一。楊志遠[25]研究發(fā)現(xiàn)，南方中稻產(chǎn)量整體呈下降趨勢，且品種間差異較大。Yang等[26]對雙季稻區(qū)進行田間開放式增溫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與不增溫相比，全生育期增溫（1.3—1.6℃）對早晚秈稻產(chǎn)量影響不顯著，晚粳稻因穗粒數(shù)降低產(chǎn)量顯著下降。但Xiong等[27]和張衛(wèi)建等[5]發(fā)現(xiàn)，近幾十年大氣增溫提高了我國東北單季稻區(qū)水稻產(chǎn)量。Tao等[28]研究認為，我國北方單季稻和南方晚稻產(chǎn)量與水稻生長期內(nèi)的平均溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系。因此，大氣溫度升高對水稻產(chǎn)量的影響可能與各生態(tài)點的背景溫度有關(guān)[10]。本研究中，盡管穗粒數(shù)有所降低，全生育期增溫增加了水稻有效穗數(shù)，最終導致產(chǎn)量有所增加，該結(jié)果與劉春溪等[9]和宋曉雯等[8]在東北稻區(qū)沈陽試驗點的研究結(jié)果不一致。這可能是由于寒地稻區(qū)背景溫度較低，該地區(qū)水稻全生育期平均溫度低于沈陽試驗點，增加大氣溫度有利于增加水稻光合作用，同時延緩水稻植株生長后期的衰老，提高作物的生長速率，從而提高水稻產(chǎn)量[6]。

稻米品質(zhì)形成與灌漿期的溫度密切相關(guān)。研究表明，水稻外觀、加工品質(zhì)易受灌漿期溫度的影響，粳稻灌漿期最佳溫度為21—24℃[29]。當灌漿期溫度增加時籽粒中不規(guī)則淀粉粒增加，淀粉排列結(jié)構(gòu)更加無序，籽粒中蛋白體數(shù)量增加，導致堊白粒率、堊白度和蛋白質(zhì)含量均顯著增加[11-12,30]，同時增溫也降低精米率和整精米率等加工品質(zhì)[31-32]。已有的開放式增溫試驗中，灌漿期溫度升高，直鏈淀粉含量、消減值、回生值呈下降趨勢，峰值黏度、熱漿黏度、崩解值呈上升趨勢，導致稻米蒸煮品質(zhì)變劣[24,26]。本研究中，全生育期增溫處理有提高稻米加工品質(zhì)的作用，但對外觀品質(zhì)影響不大，同時增溫并未導致籽粒中蛋白質(zhì)含量明顯增加，而淀粉的峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度均有所增加，直鏈淀粉含量和消減值顯著降低，這在一定程度上改善了稻米的蒸煮品質(zhì)。這與Dou等[24]和YANG等[26]研究結(jié)果不一致，原因可能與該地區(qū)的背景溫度較低有關(guān)，本試驗中抽穗后日均平均溫度為21.0—21.4℃，增溫后日均平均溫度為22.8—23.1℃，仍在粳稻最佳灌漿期溫度21—24℃范圍內(nèi)。

本試驗表明，年際間、品種間的水稻產(chǎn)量和品質(zhì)差異顯著。與2018年相比，2017年水稻平均產(chǎn)量較高，這可能是由于2017年移栽至抽穗期的白天平均氣溫較2018年提高了1.4℃，水稻光合速率增加，有效穗數(shù)增加[17]，盡管穗粒數(shù)和結(jié)實率降低，但單位面積穎花數(shù)和實粒數(shù)仍較高（分別高出40.9%和23.5%），最終導致產(chǎn)量增加。對于稻米品質(zhì)變化，與2018年相比，2017年兩水稻品種的糙米率、精米率、整精米率降低，堊白粒率增加，這可能是由于2017年抽穗至成熟期白天平均溫度較高（高出3.1℃）；并且淀粉崩解值降低，消減值和起始糊化溫度增加[31,33]。不同水稻品種產(chǎn)量和品質(zhì)對溫度升高的響應不一致。增溫條件下高產(chǎn)水稻品種龍稻5號的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)響應更為敏感；兩品種的水稻粒長和粒寬差異顯著，并且龍稻18的峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度和消減值高于龍稻5號，這可能與品種特性有關(guān)，但高產(chǎn)品種龍稻5號淀粉RVA特性對增溫的響應較為敏感。另外，對于高緯度地區(qū)，增溫條件下抽穗期至成熟期的平均夜間溫度在19.3—19.7℃之間，該溫度條件下作物呼吸速率對于水稻物質(zhì)積累并未有太大影響，相反較低的夜溫（低于18℃）不利于水稻生長?？梢姡瑢τ诟呔暥鹊貐^(qū)，白天增溫對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響較大。

氣溫升高對水稻生產(chǎn)的影響因生態(tài)條件而異。對于水稻生長季背景溫度較高的區(qū)域，氣溫升高1.5℃的作用效果要高于背景溫度較低的區(qū)域，并且背景溫度越高，增溫的負效應越明顯。因此，明確背景溫度較低的高緯度地區(qū)水稻對氣溫升高1.5℃的響應特征，對于該類型生態(tài)區(qū)水稻優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)和種植區(qū)域選擇具有重要作用。本文設(shè)定增溫幅度為1.5℃，對高緯度粳稻加工品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)的影響呈正效應，但不能完全反映氣候變暖超過1.5℃后對其稻米品質(zhì)的影響，因此后續(xù)需要進一步開展花后高溫以及不同時段高溫對東北稻區(qū)優(yōu)質(zhì)稻品質(zhì)的影響研究。

4 結(jié)論

東北稻區(qū)屬于我國高緯度水稻種植區(qū)域，氣溫升高1.5℃主要通過增加水稻有效穗數(shù)來增加水稻產(chǎn)量，在一定程度上有利于提高稻米蒸煮品質(zhì)，稻米的加工和外觀品質(zhì)變化不明顯，年際間和品種間水稻對增溫1.5℃響應存在差異，未來增溫幅度升高對東北稻區(qū)水稻品質(zhì)變化的影響還有待進一步深入。

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[2] 國家統(tǒng)計局. 2019年中國統(tǒng)計年鑒. 北京：中國統(tǒng)計出版社, 2019.

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Effects of 1.5℃field warming on rice yield and quality in high latitude planting area

DENG Aixing1, LIU Youhong2, MENG Ying2, CHEN Changqing3, DONG Wenjun2, LI Gexing1, ZHANG Jun1, ZHANG Weijian1

1Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;2Institute of Crop Cultivation and Tillage, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150086;3Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095

【】 Rice (L.) is the most important cereal crop in China. An importance rice cultivation location in high latitude in China is Northeast region due to its superior production area. This region accounts for over 50% high quality japonica rice production in China. However, for nearly half a century, the annual average temperature of this region has increased by 1.1℃, making it the most obvious region of climate warming in China. 【】To ensure the continuous production of high-yielding and good quality japonica rice, it is of great significance to assess the impact of climate warming on rice yield and grain quality in the Northeast region of China.【】A 2-year field warming experiment (1.5℃) with two japonica rice cultivars (Longdao 5 and Longdao 18) employed under a free air temperature increase (FATI) facility was conducted in Harbin city, Heilongjiang province. The aim of this study was to evaluate the effects of elevated temperature (ET) on rice growth period, grain yield, milled quality, appearance quality, nutrient and cooking quality.【】The results of the study showed that the growth duration of rice under ET was reduced by 6-7 days and 4-5 days when compared with CK in 2017 and 2018, respectively. This was as a result of the shortened duration from the transplanting stage to heading stage. The average yield of Longdao 5 and Longdao 18 for the two-year increased by 5.8% and 14.4%, respectively, mainly due to the increase in effective panicle number per unit area. The ET significantly decreased amylose content in the rice grain, but varied slightly in-terms of brown rice rate, milled rice rate, head rice rate and protein content. The peak viscosity, hot paste viscosity and cool paste viscosity increased under ET, while consistence viscosity decreased. There was no significant influence of elevated temperature on setback viscosity in both Longdao 5 and Longdao 18. 【】Based on the lower background air temperature, increasing temperature by 1.5℃ in the high latitude region of Northeast promoted japonica rice yield and cooking quality, however, the continued warming would increase the uncertainties of rice quality variation in the future.

L.; climate warming; free air temperature increase facility; high quality; yield; high latitude japonica rice planting area

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.005

2021-03-07；

2021-06-03

國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300501）、國家自然科學基金面上項目（32071950）

鄧艾興，E-mail：dengaixing@caas.cn。劉猷紅，E-mail：liuyouhong1011@126.com。鄧艾興和劉猷紅為同等貢獻作者。通信作者張俊，E-mail：zhangjun@caas.cn

（責任編輯 楊鑫浩）