高温对黄河三角洲地区水稻产量和品质的影响

作者:未知

  摘要:本研究以津粳253、润农4号和晶两优1212为材料,通过对比分析2017、2018年的试验数据,研究生育期间高温胁迫对水稻生长、产量及稻米品质的影响。结果表明:高温导致水稻的每穗总粒数、结实率、千粒重、产量下降,3个品种(津粳253、润农4号和晶两优1212)产量分别降低13.0%、9.1%和29.0%;而稻米的垩白质粒和直链淀粉含量增加明显,稻米食味值降低。该结果可为进一步了解高温对水稻结实和稻米品質的影响机理、筛选黄河三角洲地区耐热性强的水稻品种提供理论依据。
  关键词:水稻;高温胁迫;产量;稻米品质
  中图分类号:S511.01文献标识号:A文章编号:1001-4942(2019)05-0038-04
  伴随温室效应增强,地表气温逐渐升高,20世纪全球平均气温上升0.4~0.8℃,中国同期气温升高0.5~0.8℃,预计21世纪末全球气温仍将上升1.4~5.8℃;极端天气在全球将更加频繁出现,且持续时间更长,作物生产风险也日益严重[1,2]。
  水稻是中国主要粮食作物,高温热害会对其生产造成巨大影响[3]。黄河三角洲地区是我国滨海盐碱地集中分布区之一,约有90%的土壤属于不同程度的盐渍土范畴。该区水资源丰富,光照充足,雨热同步,稻作条件优越,是山东省重要的水稻种植区。其境内水稻品种大多是常规粳米,属典型的沿黄稻[4]。
  近年来,黄淮以及南方稻区7—8月极易出现高温天气[5-8],此时正值水稻生长关键期,极端高温天气影响水稻生长发育,导致水稻减产和品质降低[9,10]。研究表明,水稻生长在环境敏感期间温度每升高1℃,会导致产量损失10%以上[11]。2017—2018年本课题组开展水稻品种比较试验时,2018年出现异常高温天气,其7、8月份平均最高(低)温分别比2017年高0.6℃(0.3℃)和1.0℃(0.9℃)。据此,以两年试验数据为材料,分析高温对黄河三角洲滨海盐碱稻区水稻生长发育、产量及品质的影响,以期为水稻逆境抗性研究、筛选耐热性强的优质水稻品种提供理论依据。
  1材料与方法
  1.1供试品种
  润农4号由山东润农种业科技有限公司提供,晶两优1212(杂交稻)由湖南隆平高科种业有限公司提供,津粳253在当地种子公司购买。
  1.2试验地概况
  试验于2017—2018年在山东省东营市垦利区李王村进行。该地位于山东北部黄河三角洲地区,属温带大陆性季风气候,多年平均气温13℃左右,年均降水量550~600mm,且多集中在夏季,占全年降水量的65%。土壤类型为滨海盐化潮土,质地砂壤,0~20cm土层土壤基本理化性状如表1所示。
  2017、2018年气温出现较大差异,其中2017年7、8月份平均最高(低)气温分别为31.9℃(25.0℃)和30.1℃(23.5℃),而2018年7、8月平均最高(低)气温分别为32.5℃(25.3℃)和31.1℃(24.4℃)。另外,2017年7、8月份连续最高气温超过34℃天数分别为5天和0天,而2018年7、8月份连续最高气温超过34℃天数分别为8天和5天。
  1.3试验设计
  试验采取随机区组排列,每个品种重复3次。常规稻种植:4~5株/穴,行距28.3cm,穴距14.3cm;杂交稻种植:2~3株/穴,行距28.3cm,穴距25cm。
  1.4栽培管理
  4月15日进行水稻浸种,4月20日采用旱育秧技术育苗,整平秧床后按常规播种。5月30日人工插秧栽培。分蘖前施尿素90.0kg/hm2;分蘖肥施史丹利复合肥(N-P2O5-K2O=15-15-15)187.5kg/hm2、尿素150.0kg/hm2;穗肥施史丹利复合肥150.0kg/hm2、尿素150.0kg/hm2;扬花后期施史丹利复合肥112.5kg/hm2、尿素112.5kg/hm2;灌浆期施史丹利复合肥150.0kg/hm2、尿素150.0kg/hm2。其它田间管理措施同常规田块。
  1.5指标测定
  1.5.1土壤理化指标土壤灌水翻耕前,交叉随机采集5个点的0~20cm耕层土壤,室内避光自然风干过2mm筛后进行土壤理化指标测定。速效氮用凯氏定氮法测定;速效磷采用0.5mol/L碳酸氢钠浸提、钼锑抗比色法测定;速效钾采用乙酸铵提取、火焰光度计测定;土壤有机质含量采用外加热重铬酸钾氧化-容量法测定;土壤pH值采用去离子水提取电位法测定。具体操作过程参照鲁如坤[12]的方法。
  1.5.2主要农艺性状基本苗数:移栽返青后定点连续调查10穴,包括主苗与分蘖苗,取平均值折算成每公顷基本苗。最高苗数:分蘖盛期在调查基本苗的定点处每隔3天调查一次苗数,直至不再增加为止,取平均值折算成公顷最高苗数。分蘖率(%)=(最高苗数-基本苗数)/基本苗数×100。有效穗数:成熟期在调查基本苗的定点处调查有效穗数,抽穗结实少于5粒的穗不计入有效穗,但白穗计入。株高:成熟期选10穴有代表性的植株,测量每穴的最高者,从茎基部至穗顶(不连芒),取其平均值。
  1.5.3产量和产量构成因素水稻成熟后,每个处理随机选定3个代表性的1m2样方,每个样方中选取与所有穴植株平均穗数相近的一棵植株为考种样品,然后根据Yoshida(1981)[13]的方法对样品进行考种,测定每穗总粒数、每穗实粒数、有效穗数、结实率、千粒重等产量指标。收获各试验样区的水稻实收测产。
  1.5.4稻米食味品质利用米粒食味计(型号:RLTA10B-L,日本佐竹公司产品)测定食味值、直链淀粉含量、蛋白质含量和水分。利用大米颗粒评定仪(型号:RGQI20A,日本佐竹公司产品)测定完整米、垩白质粒等。
  1.6数据处理
  利用MicrosoftExcel2010进行数据处理和图表绘制,采用SPSS软件进行显著性分析。   2结果与分析
  2.1高温对水稻农艺性状的影响
  表2显示,与2017年相比,2018年津粳253、润农4号和晶两优1212的分蘖率分别下降29.7%、10.1%和9.7%,其最高苗数和有效穗分别下降20.8%、10.5%、11.5%和4.3%、2.6%、1.0%。2018年水稻的最高苗数、分蘖率和有效穗低于2017年的同期水平,其原因可能是高温增加滨海盐碱稻区水稻盐害程度,从而降低水稻分蘖能力。这与沙汉景等人研究结果一致[14]。另外,3个水稻品种的株高分别提高0.8%、0.4%和6.9%。
  2.2高温对水稻产量因素的影响
  2.2.1高温对水稻产量的影响由图1可知,2018年水稻产量显著低于2017年,津粳253、润农4号和晶两优1212分别减产13.0%、9.1%和29.0%,其中晶两优1212减产最多。
  2.2.2高温对水稻产量构成因素的影响由表3看出,与2017年相比,2018年水稻的穗总粒数、实粒数和结实率均呈现下降趋势,其中结实率影响显著,津粳253、润农4号和晶两优1212分别下降1.9%、3.6%和2.5%。2018年水稻的千粒重略高于2017年,其中津粳253、润农4号和晶两优1212分别增加1.2%、1.3%和0.4%。千粒重的增加可能与源库关系变化有关,水稻干物质积累和运输受高温影响不显著,但空秕率的提高导致源库比提升,从而可能增加千粒重。
  2.3高溫对水稻品质的影响
  由表4看出,与2017年相比,2018年津粳253、润农4号和晶两优1212的蛋白质、直链淀粉含量和垩白粒率均不同程度增加,其中直链淀粉含量和垩白粒率分别增加2.6%、2.6%、0.5%和50.0%、31.3%、20.8%,说明高温对水稻直链淀粉含量和垩白质粒影响显著。而3个品种稻米的食味值和整米率分别降低6.2%、7.7%、1.7%和2.1%、1.8%、0.8%。
  3讨论与结论
  水稻整个生长阶段,孕穗至抽穗扬花期是高温热害最敏感期,其它生育期为次敏感期。如果高温敏感期遭受高温胁迫会降低结实率、粒重,导致产量损失和稻米品质下降[15]。本试验结果显示,黄河三角洲地区水稻生育期(7、8月份)突遇高温会导致分蘖率和有效穗数下降、结实率显著降低、株高和千粒重略微增加,水稻减产显著。其原因可能是分蘖期高温加大了水稻盐害程度,降低了水稻分蘖能力,促进了主茎生长,增加了株高。水稻分蘖力下降一定程度上影响到有效穗数。高温对每穗总粒数影响不显著,可能是水稻抽穗开花期颖花总量已基本确定,高温引起了花粉败育,空秕粒增多,结实率降低,最终导致水稻减产。
  研究表明,高温会加速水稻籽粒灌浆、缩减灌浆时间,导致水稻千粒重降低[16,17]。而本试验结果显示,3个水稻品种千粒重稍有提高,有可能是抽穗开花期遇到高温后,颖花受精过程受到严重干扰,受精率显著下降,实粒数减少,源库比增加,引起千粒重的提升。这与前人研究结果一致[18]。
  目前很多试验证实,水稻抽穗开花期至灌浆期遇高温热害会降低稻米外观和品质,增加稻米垩白粒率和整米率,提升直链淀粉含量,引起水稻品质降低[19,20],这与本试验结果一致。另外,受高温影响后3个水稻品种的直链淀粉含量不同程度升高,而食味值出现对应降低,说明直链淀粉含量很大程度上决定稻米食味品质。因此降低稻米中的直链淀粉含量可作为优质稻米选育标准之一。
  近年来,黄淮以及南方稻区高温天气越发频繁,热害十分严重。同时,随着黄河三角洲地区种植业结构调整,直播、机械插秧等简化栽培技术推广,早熟品种面积扩大,水稻抽穗开花期有所提前,一定程度上增大了水稻高温敏感期遭遇高温灾害性天气的几率。本研究分析了高温对滨海盐碱稻区水稻生长发育和产量构成因素的影响,其结果可为进一步了解高温对水稻结实和稻米品质的影响机理、筛选黄河三角洲地区耐热性强的水稻品种提供理论依据。
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