播期對(duì)早中稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

豆丹丹，孫建軍，王德新，郭玉璽，郭新海，丁超明

（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所∕植物新品種測(cè)試原陽分中心，河南 鄭州 450002）

水稻是我國主要的糧食作物之一，屬于植物新品種權(quán)申請(qǐng)量較大的作物之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國水稻種植面積約占糧食作物種植面積的30%，其產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)量的1∕2[1]。水稻是高溫短日照作物，其農(nóng)藝性狀受栽培管理方式影響較大。其中，光照和溫度是水稻抽穗、散粉、灌漿等生長(zhǎng)發(fā)育過程中的敏感因素。不同的播種時(shí)期可直接引起水稻生長(zhǎng)過程中有效光照時(shí)長(zhǎng)及累計(jì)積溫的差異，選擇適宜播期能充分提高水稻生育期光熱資源，調(diào)節(jié)水稻生育進(jìn)程，保證正常生長(zhǎng)發(fā)育[2-3]。因此，確定合理的播期是水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)，也是水稻種植的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

黃淮海地區(qū)普遍的耕作方式是稻麥和稻油輪作，輪作可以提高作物綜合經(jīng)濟(jì)效益、改良土壤環(huán)境結(jié)構(gòu)，但是由于作物生長(zhǎng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)會(huì)存在茬口銜接問題。因此，既要充分利用土地又要保證應(yīng)季作物的充分生長(zhǎng)，就必須選擇合適的播種時(shí)間。生產(chǎn)中雙季稻發(fā)展“早秈晚粳”模式成為近年來的研究熱點(diǎn)[4-5]。鄭盛華等[6]研究認(rèn)為，播期過早或過遲均對(duì)中早熟水稻品種的產(chǎn)量形成不利。水稻生長(zhǎng)發(fā)育需要適宜的溫度，在揚(yáng)花期溫度大于35 ℃就會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)生危害，結(jié)實(shí)率顯著下降[7-8]。播期可以通過改變灌漿結(jié)實(shí)期的光溫資源，影響稻米的品質(zhì)和產(chǎn)量[9]。適宜播期內(nèi)，晚播有利于優(yōu)質(zhì)稻米的形成，隨著播期的延遲，堊白粒率和堊白度降低，直鏈淀粉含量降低，外觀品質(zhì)有所改善，稻米加工品質(zhì)提高[10]。目前，針對(duì)不同類型粳稻品種的適宜播期研究較多[3-4，11-12]，但關(guān)于不同熟期類型水稻隨播期變化的產(chǎn)量和品質(zhì)研究尚未見報(bào)道。為此，選用早熟和中熟粳稻各4 份，研究播期對(duì)黃淮海地區(qū)早中稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為水稻大田種植中適宜水稻類型和播期的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2022 年4—12 月在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)示范基地（新鄉(xiāng)市原陽縣，113°42′4″E、35°0′17″N）進(jìn)行。試驗(yàn)田耕層土壤（0～20 cm）含有機(jī)質(zhì)9.88 g∕kg、堿解氮91.9 mg∕kg、速效磷28.30 mg∕kg、速效鉀168 mg∕kg。

供試材料為不同熟期類型水稻，共8份，其中早熟粳稻4 份、中熟粳稻4 份（表1），均為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種保護(hù)中心水稻新品種DUS 測(cè)試申請(qǐng)材料。

表1 參試水稻材料信息Tab.1 Information of tested rice materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，2 次重復(fù)，播期為主區(qū)，設(shè)置10 個(gè)播期，分別為5 月5 日（T1）、5 月11 日（T2）、5月17日（T3）、5月23日（T4）、5月29日（T5）、6 月4 日（T6）、6 月10 日（T7）、6 月16 日（T8）、6 月22日（T9）、6 月28 日（T10）；試驗(yàn)材料為副區(qū)。6 行為1個(gè)小區(qū)，行長(zhǎng)5.6 m，行距30 cm，株距16 cm。基施復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1）600 kg∕hm2；分蘗期追施硫酸鉀（含K2O 50%）160 kg∕hm2、尿素（含N 46%）120 kg∕hm2；孕穗期追施硫酸鉀（含K2O 50%）160 kg∕hm2、尿素（含N 46%）150 kg∕hm2。小區(qū)間做田埂并包塑料膜隔開，四周設(shè)保護(hù)行，成熟前7 d 停止灌溉，自然晾干。田間管理嚴(yán)格按照大田生產(chǎn)管理方式進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

根據(jù)《農(nóng)業(yè)植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測(cè)試指南水稻》（2012）[13]的要求，抽穗期觀察記錄抽穗日期；在灌漿期測(cè)量莖稈長(zhǎng)度及直徑、劍葉長(zhǎng)度及寬度；在成熟期記錄成熟日期，測(cè)量穗長(zhǎng)和單株穗數(shù)，收獲后室內(nèi)測(cè)定結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量等，對(duì)收獲的籽粒參照《米質(zhì)測(cè)定方法》[14]測(cè)定粗蛋白含量、直鏈淀粉含量和堊白度（表2）。其中，測(cè)量型性狀以隨機(jī)選取20 個(gè)具有代表性單株進(jìn)行測(cè)量，產(chǎn)量為實(shí)收測(cè)產(chǎn)；粗蛋白、直鏈淀粉含量和堊白度采用近紅外谷物分析儀測(cè)定。

表2 測(cè)定性狀信息Tab.2 Tested character information

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2019 進(jìn)行整理，利用R 語言包（aov、LSD.test、FactoMineR、factoextra、ggplot2和GGE BiplotGUI）分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（ANOVA）、多重比較（LSD法）、主成分分析和GGE模型分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對(duì)早中稻產(chǎn)量和品質(zhì)影響的方差分析

由表3可知，試驗(yàn)材料、播期和試驗(yàn)材料與播期交互作用對(duì)播種至抽穗時(shí)長(zhǎng)、生育期、莖稈長(zhǎng)度、莖稈直徑、劍葉長(zhǎng)度、劍葉寬度、穗長(zhǎng)、單株穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量及籽粒粗蛋白含量、直鏈淀粉含量和堊白度的影響均達(dá)到極顯著水平。

表3 播期對(duì)早中稻產(chǎn)量和品質(zhì)影響的方差分析（F值）Tab.3 Variance analysis of effect of sowing date on yield and quality of early and middle rice（F value）

2.2 播期對(duì)早中稻生育期的影響

從圖1 和圖2 可以看出，不同播期下，2 種類型水稻的播種至抽穗時(shí)長(zhǎng)差異明顯，早稻播種至抽穗時(shí)長(zhǎng)變幅較小，中稻生育期變幅較小，早中稻播種至抽穗時(shí)長(zhǎng)極差分別為24 d 和37 d，生育期極差分別為38.5 d 和34.0 d。2 種類型水稻播種至抽穗時(shí)長(zhǎng)總體上均隨播期的推遲而縮短；生育期則因試驗(yàn)材料而異，其中，A1和A2的生育期均隨播期的推遲而縮短，而A3、A4 及4 個(gè)中稻的生育期均隨播期的推遲總體上先縮短后延長(zhǎng)。在T1播期下，早中稻生育期均最長(zhǎng)，早稻A3和A4均在T7播期下生育期最短，分別為105 d 和104 d，中稻在T6 播期下生育期均最短。綜上，總體上以T6 和T7 播期下試驗(yàn)材料的生育期較短。

圖1 播期對(duì)早中稻播種至抽穗時(shí)長(zhǎng)的影響Fig.1 Effect of sowing date on sowing to heading time of early and middle rice

圖2 播期對(duì)早中稻生育期的影響Fig.2 Effect of sowing date on the growth period of early and middle rice

2.3 播期對(duì)早中稻產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響

由表4 可以看出，不同播期下，莖稈長(zhǎng)度、莖稈直徑、劍葉長(zhǎng)度、劍葉寬度、穗長(zhǎng)在早稻中的變幅較中稻大，它們?cè)谠缰械局械臉O差分別為33.82 cm、2.36 mm、19.02 cm、0.86 cm、11.51 cm 和22.09 cm、1.45 mm、15.09 cm、0.52 cm、6.24 cm。而單株穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量在早稻中的變幅較中稻小，它們?cè)谠缰械局械臉O差分別為3.75、23.84%、5.67 g 和3.95、34.84%、5.06 g。早中稻產(chǎn)量總體上隨播期的推遲均呈現(xiàn)先增加后降低再增加的趨勢(shì)。在不同播期下，早稻的產(chǎn)量變幅明顯大于中稻，極差分別為7 251.52 kg∕hm2和5 861.38 kg∕hm2。早中稻產(chǎn)量達(dá)到極值的播期各有不同，其中，A1、A2、A4、B1、B2、B3、B4 均在T4 播期下產(chǎn)量最高，而A3 在T3 播期下產(chǎn)量最高；產(chǎn)量極小值在早中稻中出現(xiàn)明顯劃分，早稻A1、A2、A3 和A4 均在T6 播期下產(chǎn)量最低，而中稻B1、B2、B3 和B4 均在T1 播期下產(chǎn)量最低。綜上，早中稻總體均以T4播期下最優(yōu)，T3播期次之。

表4 播期對(duì)早中稻產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響Tab.4 Effect of sowing date on yield related traits of early and middle rice

2.4 播期對(duì)早中稻稻米品質(zhì)的影響

播期可以調(diào)節(jié)高溫對(duì)粳米的影響程度，通過灌漿結(jié)實(shí)期光溫因子的改變影響粳稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)[13-15]。由表5 可知，早稻籽粒粗蛋白含量、直鏈淀粉含量、堊白度的變幅均大于中稻，它們?cè)谠缰械局械臉O差分別為3.85%、12.20%、54.86%和2.61%、9.83%、15.45%。總體上，粗蛋白含量在2 種熟期類型水稻中均隨著播期的推遲呈先增后降再增的趨勢(shì)，直鏈淀粉含量在2 種熟期類型水稻中均隨著播期的推遲呈先降再增的趨勢(shì)，早稻堊白度隨播期的推遲呈下降的趨勢(shì)，而中稻堊白度隨播期的推遲則呈先降低后上升的趨勢(shì)。但是相同熟期類型水稻的堊白度極值出現(xiàn)的播期有所不同，其中，A1 和A2均在T2 播期下堊白度最高，而A3 和A4 均在T1 播期下堊白度最高，A1、A2、A3和A4在T9播期下堊白度最低。B1、B3 和B4 均在T9 播期下堊白度最高，而B2 在T8 播期下堊白度最高；B1 和B3 均在T3 播期下堊白度最低，而B2 和B4 均在T4 播期下堊白度最低。

表5 播期對(duì)早中稻稻米品質(zhì)的影響Tab.5 Effect of sowing date on quality of early and middle rice%

2.5 不同播期下早中稻產(chǎn)量及品質(zhì)相關(guān)性狀的主成分分析

不同播期下黃淮海地區(qū)早中稻產(chǎn)量及品質(zhì)相關(guān)性狀的主成分（PC1和PC2）載荷矩陣如圖3所示。從各播期下PC1 和PC2 中產(chǎn)量的載荷值可以看出，T1—T3 和T9—T10 播期較有利于產(chǎn)量的形成；同時(shí)可以看出，T4—T8 播期下PC1 和PC2 中產(chǎn)量的載荷值均有負(fù)值，而在T6 播期下PC1 和PC2 中產(chǎn)量的載荷值均為負(fù)值，說明該播期不適合產(chǎn)量的形成。

圖3 不同播期下早中稻產(chǎn)量及品質(zhì)相關(guān)性狀的荷載值Fig.3 Load values of yield and quality related traits of early and middle rice under different sowing dates

從粗蛋白含量來看，T6 播期下PC1 和PC2 中粗蛋白含量的載荷值均為正值，說明該播期適合粗蛋白的形成；T9—T10 播期下PC1 和PC2 中粗蛋白含量的載荷值均為負(fù)值，說明該播期不適合粗蛋白的形成。

從直鏈淀粉含量和堊白度來看，T1—T4 和T8播期下PC1和PC2中直鏈淀粉含量和堊白度的載荷值均為正值，說明該播期有利于直鏈淀粉和堊白的形成；T5—T7、T9—T10 播期下PC1 和PC2 中直鏈淀粉含量和堊白度的載荷值均有負(fù)值，說明這些播期不利于直鏈淀粉和堊白的形成。

不同熟期類型水稻材料產(chǎn)量及品質(zhì)相關(guān)性狀的主成分分布如圖4 所示。T1—T3 播期可以將不同熟期類型水稻材料區(qū)分開，說明該播期下不同熟期類型水稻材料性狀能夠充分表達(dá)；而T4—T10 播期并不能將不同熟期類型水稻材料區(qū)分開，說明該播期下不同熟期類型水稻材料性狀并不能充分表達(dá)，進(jìn)而影響不同熟期類型水稻材料產(chǎn)量及品質(zhì)的形成。

圖4 不同播期下早中稻產(chǎn)量及品質(zhì)相關(guān)性狀的主成分分布Fig.4 Distribution of principal components of yield and quality related traits of early and middle rice under different sowing dates

2.6 基于GGE雙標(biāo)圖的試驗(yàn)材料和播期穩(wěn)定性的綜合評(píng)價(jià)

綜合以上結(jié)果可知，在不同播期下，不同熟期類型水稻產(chǎn)量及品質(zhì)相關(guān)性狀表現(xiàn)有所不同。因此，本研究采用試驗(yàn)材料和播期作為因素進(jìn)行GGE模型分析。在GGE 雙標(biāo)圖中，小圓圈代表平均環(huán)境，單箭頭直線是平均環(huán)境軸，它所指的方向是試驗(yàn)材料在所有播期環(huán)境下的綜合評(píng)分，越靠近箭頭方向綜合評(píng)分越高；與平均環(huán)境軸垂直并通過原點(diǎn)的直線代表各試驗(yàn)材料與各播期相互作用的傾向性，越偏離平均環(huán)境軸表示越不穩(wěn)定[14]。

GGE 雙標(biāo)圖常用來揭示區(qū)試試驗(yàn)點(diǎn)的代表性和區(qū)分力，只有既有區(qū)分力又有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)才能用來有效地選擇高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的品種。本研究使用雙標(biāo)圖來區(qū)分試驗(yàn)處理，通過分析不同熟期類型水稻材料在不同播期下的表達(dá)量對(duì)播期進(jìn)行綜合評(píng)估。只有區(qū)分力好的處理才有可能說明不同熟期類型水稻材料在該播期下得到充分表達(dá)。根據(jù)GGE 雙標(biāo)圖以理想播期為圓心做多層同心圓，可以根據(jù)與理想播期的接近程度直觀地對(duì)不同播期的區(qū)分力進(jìn)行排序。越靠近圓心，表示該播期結(jié)果越理想，反之亦然。

由圖5 和圖6 可以看出，在產(chǎn)量中，A3 和A4 的綜合評(píng)分較高，而B1 和A2 的穩(wěn)定性較高；播期T7、T3、T8 和T2 的區(qū)分力和代表性較高。在堊白度中，B1和B2的穩(wěn)定性較高；播期T1、T2、T3和T4的區(qū)分力和代表性較高。綜上所述，材料A3 和A4 在產(chǎn)量上表現(xiàn)較好；B1 和B2 堊白度較低，品質(zhì)表現(xiàn)較好，播期T3和T2具有較好的區(qū)分力和代表性。

圖5 基于GGE雙標(biāo)圖以產(chǎn)量為指標(biāo)的試驗(yàn)材料（A）和播期（B）穩(wěn)定性的綜合評(píng)分Fig.5 Comprehensive scores of stability for experimental materials（A）and sowing dates（B）based on GGE biplot with yield as index

圖6 基于GGE雙標(biāo)圖以堊白度為指標(biāo)的試驗(yàn)材料（A）和播期（B）穩(wěn)定性的綜合評(píng)分Fig.6 Comprehensive scores of stability for experimental materials（A）and sowing dates（B）based on GGE biplot with chalkiness as index

3 結(jié)論與討論

以往的研究結(jié)果表明，不同播期對(duì)水稻生理特征具有顯著影響。播期直接關(guān)系到作物對(duì)光溫的有效利用程度[16-20]。粳稻通常屬于感光性較強(qiáng)的類型，在短日照條件下，會(huì)提前抽穗且生育期會(huì)縮短[21]。由于不同播期熱量和光照因子的變化，會(huì)引起水稻生育進(jìn)程和籽粒灌漿速率的改變。因此，當(dāng)播期推遲后，水稻全生育期的積溫和日照時(shí)間減少，導(dǎo)致籽粒的灌漿速率降低，這是影響水稻產(chǎn)量的重要機(jī)制之一［2］。本研究發(fā)現(xiàn)，不同熟期類型水稻播種至抽穗時(shí)長(zhǎng)總體上均隨播期的推遲而縮短。相比之下，早稻播種至抽穗時(shí)長(zhǎng)的變化幅度較小，而中稻生育期的變化幅度較小，總體上以T6 和T7播期下試驗(yàn)材料的生育期較短。

對(duì)產(chǎn)量而言，隨播期的推遲整體呈現(xiàn)出先增加后降低再增加的趨勢(shì)?？傮w上，以T1 和T6 播期下產(chǎn)量較低，T4 播期下產(chǎn)量最高。此外，早稻的堊白度隨播期的推遲呈下降趨勢(shì)，而中稻則呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。關(guān)于播期對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響已經(jīng)做了很多的研究，但結(jié)果不盡相同。鐘曉媛等[18]認(rèn)為，隨著播期推遲，水稻有效穗數(shù)減少，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。馮向前等[22]研究指出，隨著播期延遲，水稻有效穗數(shù)會(huì)有所增加，穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率則有不同程度的降低，但千粒質(zhì)量并無顯著變化，整體上產(chǎn)量也無顯著變化。而李陽等[23]考察播期對(duì)水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)形成的影響，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)生長(zhǎng)周期，隨著播期的推遲，產(chǎn)量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，堊白度則隨著播期的延后呈顯著下降的趨勢(shì)。本研究結(jié)果與以往[18，22-23]研究略有不同，可能與試驗(yàn)材料、播期以及種植地點(diǎn)的差異有關(guān)。

有關(guān)播期對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究很多，但因播期、地點(diǎn)和水稻類型之間的互作能夠顯著影響綜合評(píng)分，導(dǎo)致研究結(jié)果不盡相同[16]。本研究以產(chǎn)量和品質(zhì)為基礎(chǔ)，利用GGE 雙標(biāo)圖分析試驗(yàn)材料和播期的穩(wěn)定性及區(qū)分力，發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)量方面，A3 和A4 具有較高的綜合評(píng)分，而B1 和A2 則具有較高的穩(wěn)定性，T7 播期的區(qū)分力和代表性最高，其次分別為T3、T8 和T2；在堊白度方面，B1 和B2 的穩(wěn)定性較高，T1播期的區(qū)分力和代表性最高，其次分別為T2、T3和T4。綜上所述，所有試驗(yàn)材料中A3和A4具有較好的綜合評(píng)分，播期中T2 和T3 的區(qū)分力和代表性較高。

綜上，播期對(duì)不同類型水稻的品質(zhì)具有不同程度的影響，而產(chǎn)量和品質(zhì)的表現(xiàn)是種植環(huán)境與品種遺傳因素共同作用的結(jié)果。本研究結(jié)果表明，在黃淮海地區(qū)，隨著播期的推遲，早中稻的播種至抽穗時(shí)長(zhǎng)均縮短，早稻生育期變化幅度較中稻小?？傮w上以T6 和T7 播期下試驗(yàn)材料的生育期較短?？傮w上，早稻在T3 和T4 播期下產(chǎn)量較高，而中稻在T4和T5 播期下產(chǎn)量較高，早中稻在T1 和T6 播期下產(chǎn)量較低。針對(duì)黃淮海地區(qū)獨(dú)特的溫光資源和耕作種植制度，在充分考慮前茬作物（小麥或油菜）收獲時(shí)間的限制性基礎(chǔ)之上，可以根據(jù)當(dāng)?shù)厍安缱魑锏氖斋@時(shí)間選擇合適熟期類型水稻品種，并結(jié)合適宜的播期進(jìn)行播種，以達(dá)到保產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。主成分分析結(jié)果表明，在T1、T2、T3 播期下可以明顯區(qū)分不同熟期類型水稻。早稻A3 和A4 的綜合評(píng)分較高，T3和T2播期的綜合評(píng)分較高。