基于目标区域温光比较的双季早粳稻试种

欧阳由男 王艳丽 叶淑珍 何贤彪 秦叶波

摘 要：选用寒地早粳稻品种龙庆稻3号和空育131，以及早籼稻中早39在杭州3月1日播种，大棚育秧，18日移栽。通过黑龙江虎林（经度132.61°，纬度45.63°）和浙江杭州（经度119.94°，纬度30.08°）两地的2011-2018年的平均日气温、>10℃活动积温和2018年日光照时数等温光因子的比较，结合参试早稻生育期、产量及其构成和稻米品质，分析了寒地早粳稻在杭州地区双季早粳种植的适宜时期。讨论了长江中下游双季早稻“理想温光生态型粳稻”品种选育等问题，提出根据目标区域温光资源和寒地早粳稻温光特性相适宜的双季早粳稻引种策略。

关键词：双季早稻;区域温光资源;粳稻;理想温光型

中图分类号：S511                    文献标志码：A

Trial Planting of Double Cropping Early Japonica Rice Based on Comparison of Temperature and Light in Target Area

OUYANG Younan1，WANG Yanli2*，YE Shuzhen1，HE Xianbiao3，QIN Yebo4

（1China National Rice Research Institute， Hangzhou， Zhejiang 310006， China; 2Zhejiang Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou， Zhejiang 310022， China; 3Taizhou Academy of Agricultural Sciences， Taizhou， Zhejiang 318001， China; 4Zhejiang Agricultural Technology Extension Center， Hangzhou，Zhejiang 310020， China）

Abstract： Early Japonica rice varieties Longqingdao 3， Kongyu 131 and Zhongzao 39 were sown on March 1 in greenhouse and transplanted on March 18 in Hangzhou. Based on the comparison of the average daily temperature， > 10 ℃ active accumulated temperature and sunshine hours in 2011-2018 between Hulin， Heilongjiang Province （longitude 132.61 ° and latitude 45.63°） and Hangzhou， Zhejiang Province （longitude 119.94° and latitude 30.08°）， with the analysis of the growth period， yield and quality of early rice， the suitable period of double cropping early Japonica rice planting in Hangzhou was studied. According to the temperature-light resources in the target area and the suitable temperature-light characteristics for early Japonica rice in the cold region， the introduction strategy of double cropping early Japonica rice was put forward， and the breeding of“ideal temperature-light ecotype Japonica rice”in the middle and lower reaches of the Yangtze River was discussed.

Key words： Double cropping early rice; regional temperature and light resources; Japonica rice; ideal type of temperature and light

20世纪50年代以来，长江流域早季粳稻（早粳稻）的研究一直在持续[1]。除了极少数本地选育的早粳稻品种[2-4]，大多引用北方早熟粳稻[5]，基本沿用早秈稻种植技术模式，生育期短，产量和品质迄今未有突破[6-7]。显然要想在长江流域早籼改早粳，首先必须决解决早粳稻生物量小的问题，从北方早粳稻感温性[8]和耐冷生长[9]的基本特性来看，解决这个问题的有效途径，关键在于通过北方粳稻苗期耐低温生长习性将长江流域早春积温利用起来。本文通过比对黑龙江省早粳稻区5-9月和浙江省杭州市3-6月的有效积温和光照时数，引用北方早粳稻品种在杭州早春季引种试种，在长江流域早籼改早粳提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2017年和2018年分别在中国水稻研究所试验基地（以下简称水稻所基地;浙江富阳;经度119.94°，纬度30.08°）和黑龙江省牡丹江农垦银虎寒地农作物科研所（以下简称银虎科研所，黑龙江省虎林市;经度132.61°，纬度45.63°）进行。中国水稻研究所试验稻田土壤为青紫泥，耕作层土壤有机质含量36.8 g/kg，碱解氮142 mg/kg、速效磷17 mg/kg、速效钾14.1 mg/kg，pH值6.9。银虎科研所试验田土壤属草甸稻田土，有机质37.8g/ kg，碱解氮146.56 mg/kg，速效磷26.5mg/kg，速效钾133.63mg/kg，pH值6.37。两地试验田前作为水稻，冬闲田。

1.2 参试水稻品种

供试水稻品种为空育131和龙庆稻3号（常规粳稻品种）及中早39（长江中下游早籼中、迟熟品种），分别由黑龙江省农业科学院和中国水稻研究所提供。

1.3 试验设计

银虎科研所种植空育131和龙庆稻3号，水稻所基地种植空育131、龙庆稻3号和中早39。银虎科研所两年试验均于4月12日播种，塑料大棚软塑盘高台旱育秧，5月16日人工移栽。水稻所基地两年试验均于3月1日播种，塑料大棚硬塑盘旱育秧，3月18日人工移栽。水稻所试验基地水稻行株距均为30 cm×14 cm，每穴5～6株，银虎科研所试验基地水稻行株距为30 cm×10 cm。试验以品种为处理，采用随机区组设计，小区面积30 m2，重复3次，试验田四周设有保护行。田间管理、生长动态观察记载、取样考种、收割测产和品质分析均按国家早稻区试标准进行。

1.4 数据处理

利用SPSS 13.0和Excel软件实现不同处理组间差异分析，采用单因素方差分析，LSD法进行显著性检验（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 两地水稻生长期的气温

图1是两个试验地水稻生长期间的2011年-2018年平均日最高气温、平均日最低气温和平均日均气温。由图1A可知，水稻所试验基地早粳稻生长期的气温从3月1日至6月30日呈稳定的升高趋势。平均日气温在7.84～24.82℃，平均日最高气温11.36～31.22℃，平均日最低气温在4.64～24.33℃。整个早粳稻生长期间没有低于4℃的低温。由图1B可知，银虎科研所试验基地粳稻生长期间的气温从4月12日到9月15日呈先增加后降低的趋势。平均日气温在4.30～23.90℃，平均日最高气温9.70～28.40℃，平均日最低气温在-1.10～19.70℃，其中4月12日～4月27日最低气温低于4℃。

表1是两个试验地水稻生长期间的2011年-2018年>10℃的活动积温。由表1可知水稻所试验基地从2011年至2018年的3月1日至6月30日的>10℃的平均活动积温为2299℃。最低为2011年的2187℃，最高为2018年的2488℃，从数据分析从2011年开始有增加的趋势。由表可知银虎科研所试验基地从2011年至2018年的4月12日至9月30日的>10℃的平均活动积温为2634℃。最低为2011年的2467℃，最高为2012年的2742℃。

2.2 两地水稻生长期间的光照时数

图2是两个试验地水稻生长期间的2017年和2018年的日平均光照时数。由圖2A可知水稻所试验基地早粳稻生长期的日光照时数在3月1日至6月30日期间逐渐加长后缩短。3月1日为11.56 h，最高为6月21日14.10 h，此后逐渐缩短，至6月30日为14.07 h。由图2B可知银虎科研所试验基地粳稻生长期的日光照时数在4月12日至9月15日期间逐渐加长后缩短。4月12日为13.39 h，最高为6月19日的15.72 h，此后逐渐缩短，至9月15日12.55 h。

2.3 两地参试水稻品种的生育期

表2是两地参试水稻品种2018年的生育期。由表2可知，水稻所试验基地参试水稻品种均于3月1日播种，其中空育131、龙庆稻3号和中早39的齐穗期分别为6月2日、5月28日和6月6日，成熟期分别为7月2日、6月30日和7月10日，播齐历期分别为93 d、88 d和97 d，全生育期分别为123 d、121 d和131d。银虎科研所试验基地参试水稻均于4月12日播种，其中空育131和龙庆稻3号的齐穗期分别为7月26日和8月2日，成熟期分别为9月12日和9月9日，播齐历期分别为105 d和112 d，全生育期分别为153 d和150 d。

2.4 两地参试水稻品种的产量及构成

表3是两地参试水稻品种的产量及其构成。由表3可知水稻所试验基地龙庆稻3号和空育131的理论产量分别为0.80 kg/m2和0.68 kg/m2，产量构成中每平方米有效穗分别达到540.48个和477.81个，超过中早39的468.67个/m2;每穗平均总粒数龙庆稻为62.97粒、空育131为63.48粒，不到中早39的146.27粒的50%;龙庆稻3号和空育131的结实率分别为91.70%和85.88%，均超过中早39的78.99%。比较水稻所试验基地和银虎科研所两地龙庆稻3号和空育131的产量及其构成，有效穗数、结实率和千粒重变化不明显，每穗总粒数有明显降低。另，株高和穗长等形态指标变化不明显。

2.5 两地参试水稻品种的稻米品质

表4是两地参试水稻品种的稻米品质。由表4可知，水稻所试验基地参试龙庆稻3号和空育131的稻米加工指标（糙米率、精米率和整精米率）、外观品质（垩白度、垩白粒率和透明度）和食味指标（胶稠度、碱消值和直链淀粉含量）均优于中早39。龙庆稻3号和空育131在水稻所试验基地的稻米品质较银虎科研所试验基地的有差异，其中加工指标降低，尤其是整精米率下降明显，龙庆稻3号从72.4%下降到65.5%，空育131从73.3%下降到63.2%;外观指标两个品种表现不一，两个品种的垩白粒率均有所增加，垩白度龙庆稻3号从4.4%下降到0.8%、空育131则从0增加到1.1%，透明度则没有变化;食味指标中胶稠度、碱消值均表现增加，直链淀粉含量则有减小。龙庆稻3号和空育131的稻米蛋白质含量两地均较中早39高，另水稻所试验基地种植的比银虎科研所的要高。

3 讨论

3.1 试验两地的关键温光因子具有相似性

日气温：水稻“三性”决定水稻生长发育和产量形成，即感光性、感温性和基本营养生长性。种植地区的温光特性决定了该区域的适宜水稻品种。本文比较了高纬度地区（北纬45.63°，黑龙江省虎林市银虎科研所试验基地）和中纬度地区（北纬30.08°，浙江省杭州市富阳区中国水稻研究所试验基地），结果表明两地不同时期具有相似的温度和光照特性。其中，银虎科研所的2011年至2018年的8年内每年4月12日至9月15日的平均日最高气温、平均日均气温和平均日最低气温等，与水稻所相比具有明显的一致性（图1）。其中最高气温、最低气温和日均气温都较为接近，且水稻所试验基地没有出现低于4℃的低温;温度逐渐升温至6月30日也未有出现超过32℃的高温。较显著的区别在于银虎科研所从4月12日至9月15日内，气温先增加后降低;水稻所每年从3月1日至6月30日内，气温是稳定上升，期间有降温和升温反复出现，但气温上升趋势不变。>10℃活动积温：粳稻活动积温为>10℃。水稻所试验基地从2011年至2018年的每年3月1日至6月20日的活动积温为2187℃～2488℃，平均2299℃;银虎科研所的则为2467℃～2755℃（4月12日至9月15日），平均为2634℃。考虑到两地塑料育秧大棚的增温效应，两地两个时期内的活动积温基本接近。同时，两地两个时期内的>10℃的活动积温有较为明显的上升趋势（表1）。日照时数：粳稻具有感光性，即其生长发育受当地日光照时数影响，且不同生态型的感光性差异明显。一般而言长江中下游粳稻感光性较强，北方早粳稻感光性较弱。作者对两个不同纬度地区不同时期内的日光照时数进行了比较和分析，结果表明两地不同时期内的日光照时数具有相似性，即两地粳稻大田生长期内的日光照时数均超过12 h，其中水稻所试验基地3月18日的日照时数为12.08 h，其后逐渐延长;银虎科研所5月16日为14.98 h，随后逐渐延长，6月19日最长为15.72 h，随后再缩短，至9月15日的12.55 h（图2）。结果表明在水稻所试验基地3月1日至6月30日和银虎科研所试验基地的粳稻生长期内均没有出现低于12 h的短日照时数。

3.2 寒地早粳稻在杭州的生育期和产量及品质对早籼稻优势

参试的龙庆稻3号是黑龙江省第三积温带种植品种，空育131曾经是黑龙江省主要种植品种。生育期：本试验两品种从黑龙江引种到浙江杭州地区，3月1日播种，齐穗期分别为5月28日和6月2日，均早于当地主推早籼稻品种中早39的6月6日齐穗期;两个粳稻品种的成熟期则分别比中早39提早10 d和8 d（表2）。杭州地区的高温天气从7月上中旬开始，即两个寒地粳稻品种均能在杭州地区高温天气到来之前成熟。产量：试验数据显示龙庆稻3号和空育131在水稻所试验基地种植的实收产量分别为0.60 kg/m2和0.56 kg/m2，产量潜力（理论产量）可以达到0.80 kg/m2、0.68 kg/m2，相较于早籼稻品种中早39的实收产量0.68 kg/m2和理论产量0.95 kg/m2有一定差距（表3）。进一步分析龙庆稻3号和空育131在水稻所试验基地种植的穗型小，龙庆稻3号穗粒数62.97粒，空育131为63.48粒，不仅少于银虎科研所种植的穗粒数，仅为早籼稻品种中早39的146.27粒的一半不到，两个粳稻品种的产量主要来自于较高的有效穗数，其中龙庆稻3号有效穗达到547.22个/m2，空育131为477.81个/m2，超过中早39有效穗312.44个/m2的一半以上。另，本文作者在2019-2021年水稻所试验基地实施的寒地早粳引种筛选试验有超过0.75 kg/m2实收产量及0.90 kg/m2产量潜力的品种表现（数据未显示）。稻米品质：参试粳稻品种龙庆稻3号和空育131在水稻所种植比在银虎科研所种植有所降低，而较中早39的各项稻米品质指标要优良。表明龙庆稻3号和空育131在水稻所试验基地能获得较好的稻米品质。

4 小结

4.1 寒地早粳稻在长江流域双季早稻引种和品种选育具有重要价值

1956年长江流域各地推行水稻“三改”，即单季稻改双季稻、间作稻改连作稻和籼稻改粳稻，在当时取得了重要的成就。籼稻改粳稻中的双季早籼改双季早粳并不成功[10-12]。为此，有研究认为长江流域不易提倡“籼改粳”[6]。上世纪末，浙江农业大学和杭州农科院开展了早粳稻遗传育种工作，选育了早粳稻品种并进行了栽培应用示范和推广，但因产量等诸多因素未能推广应用[2-4]。进入本世纪，以湖南农业大学为代表相关科研单位利用东北早粳稻在湖南等地开展了双季粳稻的适应性研究，结果表明东北早粳稻丰产性一般、生育期较长、整精米率低等，认为早籼稻更适合湖南地区作早稻栽培[1，5]。本文试验中的肥水管理（水稻所试验基地按照中早39高产管理）和龙庆稻3号与空育131田间生态分离（数据未显示），以及粳稻米相对籼稻米的市场等，寒地两个粳稻品种直接引种试种的产量及其潜力对于长江流域早粳稻品种选育乃至早粳稻生产推广，我们认为具有一定的产业价值。

4.2 目标区域光温特性分析是寒地早粳稻引种双季早稻的基础

籼稻的生物学活动积温>12℃。早籼稻品种，绝大多数感光性弱，感温性中等，基本营养生长期短至中等，感光性强和基本营养生长性强的品种较少[13]。南方双季早稻主要种植籼稻品种，移栽种植大多在3月中下旬播种、4月中下旬移栽，直播则推迟10-15天。粳稻喜温凉，其生物学零度（即植物生物学下限温度，也叫活动温度）>10℃[14]。寒地早熟粳稻品种比南方早籼稻品种的感温性强，其生长发育的总积温及各生育期的积温相对稳定[8]。寒地粳稻品种不同生育期的耐冷性均较强[9，15]，4月中旬播种于高台塑料大棚、5月中下旬移栽、9月中下旬成熟。寒地稻区气候特点是前期升温慢，中期高温时间短，后期降温快。长江流域早粳稻品种及育种材料的筛选，需要研究北方早熟粳稻和长江中下游目标早粳稻区域的区域适宜时期内的温光特性。

4.3 寒地粳稻生态型剖析是长江流域双季早粳品种选育的前提

水稻品种的生育期和适应性与品种的光温生态型关系密切。要选育出早熟、抗災、适应性强的高产品种，应首先了解当地理想的光温生态型，以作为母本选配、后代选择和品种推广的依据。黑龙江水稻品种经历了极其复杂而漫长的演化过程，从高气温短日照的低纬度地区逐渐向高纬度地区发展。在长期的自然选择和人工选择过程中，保留了适应新的生态因子的变异个体。这一变化的总趋势，在光温反应上的表现是对日照时间钝感，对适温的要求逐渐降低，基本营养生长期逐渐缩短，这是共性。不同品种，在决定其出穗日期的诸因子中，起主导作用的因子是不同的。感光性弱、感温性中、基本营养生性中等的类型品种光反应不敏感，影响出穗日期的主导因子是温度。在不同纬度地区和不同积温年份出穗日期均有一定差异，故适应性一般。感光性中等、感温性中等、基本营养生长性中等的类型品种光、温反应均较敏感，在不同纬度地区和不同积温年份的出穗日期均有明显差异，适应性较差。感光性中等、感温性弱、基本营养生长性中等的类型品种对温度条件的反应不敏感，在不同积温年份和地区间出穗日期的差异较小，适应性较强。感光性弱、感温性弱、基本营养生长性中等的类型品种光温反应均不敏感，在不同纬度地区和不同积温年份间出穗日期差异较小，适应性较强。

4.4 理想温光生态型粳稻是长江流域早粳品种选育目标的首要

所谓理想的光温生态型，就是对长江流域低温长日照和周期性出现的低温冷害年份的环境条件，有高度适应能力的光温反应类型。有研究表明，能高度适应这种环境的光温反应类型是感光性弱感温性弱基本营养生长性较强的类型。感光性弱则适应性强、感温性弱则适应性强、基本营养生长性强则适应性弱。高纬度地区的中、早粳稻主要是由晚稻中的粳稻发生感光性的弱变，在比较晚近的时期独立演化出来的一群[16]。有研究表明，依据黑龙江省寒地光温资源，其早熟粳稻感光性弱、感温性强、基本营养生长性较强，并能在当地安全抽穗期以前抽穗的类型，是该省水稻理想的光、温生态型，是该省早熟粳稻亲本选配、后代选择和引种的依据。由此，长江流域双季早粳新品种进行丰产性鉴定的同时，也要进行光、温反应型的研究和测定。这样，在确定一个品种是否应当推广和在哪些地区推广时，就能从该品种的丰产性、稳定性、适应性等方面提出可靠的依据。

长江流域不同区域不同年份偶有低温冷害年份。就杭州地区而言，每年3-6月期间清明节前后有倒春寒。黑龙江寒地和杭州两地早粳稻大田生长季的气温比较现实，杭州3月中旬后的日平均气温和日最低气温均高于黑龙江早熟粳稻种植地区，即第2、3积温带。

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