播期对江西晚稻产量及温光资源利用的影响

张崇华 段里成,2 王尚明 张清霞 王成孜 吴风雨 杨 林

（1江西南昌农业气象试验站，330200，江西南昌；2江西省农业气象中心，330096，江西南昌）

全球气候变暖已成为不容置疑的事实[1]。近百年全球平均气温上升0.85℃（0.65℃～1.06℃）[2]；中国年平均气温上升（0.78±0.27）℃[2-3]。江西[4]和湖南[5]等双季稻区在近50年，特别是从20世纪80年代后期开始，年平均气温和冬季平均气温均呈稳步上升的趋势。江西是我国双季稻优势产区，双季稻种植面积占水稻种植面积的90%，是全国双季稻种植比例最高的省份，在保障国家粮食安全方面占有极其重要的地位[6]。目前针对早稻播种期已经做了大量研究，结果表明，适时早播有利于延长早稻生育期，提早成熟，提高早稻产量[7-8]，且江西省部分地区农户已经开始了提早播种[9]。在此基础上，晚稻作为早稻下一茬作物，研究晚稻播期对选用适宜生长期的品种、提高温光资源利用和产量、保障江西乃至中国粮食安全具有重要意义。

目前，针对晚稻播期研究主要集中在新品种适宜播种期确定、播期对晚稻产量及农艺性状的影响及晚稻安全生长期等方面。李诚永等[10]研究认为，甬优1540作晚稻种植在浙江衢州地区适宜播种期为6月25日。薛占奎等[11]研究发现，随着播期推迟，移栽秧苗素质下降，抽穗期推迟，安全齐穗风险加大。卢依灵等[12]研究浙江临海晚稻种植极限播期发现，以甬优1540为试验材料，其临界播期为7月24-25日。成臣等[13]研究表明，随着播期推迟，籼粳稻产量均呈下降趋势，光照利用率因品种不同存在差异。汪本福[14]也发现，随水稻播期的推迟，不同类型品种生育期缩短，成熟期叶面积指数、干物质积累量和水稻产量均呈下降趋势。综上，前人研究主要集中在适宜播期的选择及播期对晚稻产量及相关性状的影响上，而播期对晚稻生长影响、安全生长期内温光资源利用及气候变化背景下江西安全齐穗期和成熟期变化趋势等系统研究较少。本研究基于2018-2019年晚稻大田分期播种试验及江西1991-2020年气候变化资料，研究播期对江西地区晚稻生育期、产量及温光资源利用的影响，为江西晚稻种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018-2019年晚稻季在江西省南昌县塔城乡芳湖村试验田（116°04′E，28°31′N）进行，该地属亚热带温暖湿润季风气候区，年均气温17.9℃，年降水量1599.2mm，无霜期273.9d，年均日照时数1732.4h。试验前茬为双季早稻，土壤肥力中等。试验前耕层（0～20cm）土壤基本理化性质为全氮1.85g/kg、速效氮129.40mg/kg、有机质29.82g/kg、速效磷25.54mg/kg、速效钾139.56mg/kg、pH 5.73。供试水稻品种为杂交籼型荣优华占。

1.2 试验设计

2018年试验设置6月10日（第Ⅰ播期）、6月20日（第Ⅱ播期）、6月30日（第Ⅲ播期）和7月10日（第Ⅳ播期）4个播期；2019年试验设置6月13日（第Ⅰ播期）、6月22日（第Ⅱ播期）、7月2日（第Ⅲ播期）和7月12日（第Ⅳ播期）4个播期。每个播期设置3次重复，每个小区100m2，每个小区独立作埂，并用塑料薄膜包埂防止串肥。

各处理均采用湿润方式育秧，秧龄30d，采用人工栽插方式，株行距栽插规格为16.7cm×20.0cm，每穴栽插2～3苗。施肥水平：氮肥用尿素（含N 46%），折合纯氮为150kg/hm2，按基肥:分蘖肥:穗肥为5:2:3分次施用；磷肥用钙镁磷肥（含P2O512%），折合成P2O5为90kg/hm2，全部作基肥施用；钾肥用氯化钾（含K2O 60%），折合成K2O为150kg/hm2，按基肥:穗肥为6:4施用。水分管理及其他大田栽培措施均按高产田栽培进行。2018和2019年晚稻季气候均正常，无重大气象灾害发生，温度和降水量变化如图1所示。

1.3 测定项目与方法

按照《农业气象观测规范》标准，精确记录拔节期（拔节高度距最高生根节长度1.0cm）、穗分化期（幼穗分化程度达3～4期）、抽穗普期（80%抽穗）和成熟期（80%以上的谷粒呈黄色）等发育期的准确日期。

每个小区进行实割测产，稻谷晒干扬净，实测干谷产量。

按照《农业气象观测规范》标准，取50穗测定总粒数、实粒数和空粒数等。

1.4 气象数据来源

分析试验地2018-2019年气象条件所需要的气象数据，包括日均气温、日最低气温和日照时数等，来源于试验点气象观测站6-11月的气象观测资料。

根据江西省第1次经济普查数据，对江西进行赣北、赣中和赣南的地理区域划分，用于分析各区域各年代不同气象因子平均终日的区域分布特征。具体为，赣北指九江、宜春、南昌、上饶、景德镇、鹰潭、萍乡和新余，赣中指吉安和抚州，赣南指赣州市。各区域各年代平均终日所需气象资料取自江西省85个气象站1981-2020年的日平均气温资料。

1.5 数据处理

釆用5日滑动平均法对各点逐日日均温度进行分析，确定大于晚稻安全齐穗与安全成熟的界限温度的起始日期。以不连续出现3d以上低于该界限温度的标准确定相应安全生产日期，其中晚稻齐穗与成熟的界限温度分别为22℃与15℃[15]。参照艾治勇等[16]的方法计算80%保证率的安全生产日期和气候变化倾向率。

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理，采用DPS 7.5软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 江西双季晚稻安全齐穗期和安全成熟期及其变化

由表1可知，在保证80%抽穗率下，1991-2020年晚稻安全齐穗期总体变化不大，赣北2006-2020年较1991-2005年基本无变化，赣中和赣南2006-2020年较1991-2005年分别推迟2和3d，全省2006-2020年较1991-2005年平均仅推迟1d。与安全齐穗期相比，晚稻安全成熟期变化趋势更为明显，30年间全省明显推迟，2006-2020年较1991-2005年推迟9d。分区域分析可知，安全成熟期变化赣北较赣中和赣南更为明显，其中2006-2020年较1991-2005年赣北延迟11d，赣中和赣南均延迟6d。对比江西晚稻各区安全齐穗期和安全成熟期变化可知，安全齐穗期由北向南随年份变化与安全成熟期推迟变化相反。

表1 江西双季晚稻安全齐穗期和安全成熟期及其变化（80%抽穗率）Table 1 Safe production dates with 80% heading rate and change of double late-rice in Jiangxi province

2.2 播期对双季晚稻生育期的影响

由表2可知，随播期推迟，成熟期相应推迟。受播期推迟影响，晚稻生育期呈缩短趋势，不同年份间存在一定差异，其中2018年第Ⅳ播期较第Ⅰ播期缩短3d，2019年第Ⅳ播期较第Ⅰ播期缩短6d。全生育期天数的缩短主要表现在播种-抽穗阶段，而在抽穗至成熟阶段缩短天数较少。

(2) 借助Matlab软件对数据进行拟合，得到优化后的助力特性曲线和表达式.通过对比改进前后的三维曲面图，在保证节能减排的基础上，使助力的稳定性和转向平衡性等得到显著提高.

表2 播期对晚稻生育期的影响Table 2 Effects of sowing date on the growth period of late-rice

2.3 播期对双季晚稻产量及其构成因素的影响

随播期推迟，双季晚稻产量呈下降趋势（表3），2年结论基本一致。与第Ⅰ播期相比，第Ⅲ播期产量在2018和2019年分别降低16.0%和26.0%，第Ⅳ播期分别降低16.8%和38.2%。由表3可知，第Ⅰ播期和第Ⅱ播期产量无明显差异，至第Ⅲ播期，双季晚稻产量显著降低，在第Ⅳ播期达到最低。

表3 播期对晚稻产量及其构成因素的影响Table 3 Effects of sowing date on the yield and its components of late-rice

从产量构成因素（表3和表4）来看，随着播期推迟，有效穗数和穗粒数呈显著下降趋势，结实率呈先升高后降低的趋势，千粒重无明显变化。对比各产量构成与产量相关性可知，有效穗数与产量呈显著或极显著正相关关系；穗粒数和结实率受年际影响差异较大，其中穗粒数与产量在2018年呈显著正相关关系，2019年相关性不显著，结实率与产量在2019年呈极显著正相关关系，2018年相关性不显著；千粒重与产量无显著相关性。

表4 产量与其构成因素之间相关性分析Table 4 Relative coefficient among yield and its components

2.4 播期对双季晚稻温光资源利用的影响

随着播期推迟，全生育期积温和日照时数均呈下降趋势（表5）。以第Ⅰ播期的积温为100%计算，2018和2019年全生育期积温随着播期推迟，全生育期积温利用率呈明显下降趋势，第Ⅳ播期较第Ⅰ播期分别降低10.6%和9.8%。以第Ⅰ播期的日照时数为100%计算，2018年日照时数利用率明显下降，第Ⅳ播期较第Ⅰ播期下降8.9%；2019年日照时数利用率各播期之间差异不明显。

表5 播期对双季晚稻温光资源利用的影响Table 5 Effects of seeding date on accumulative temperatures and light hours of double late-rice

用2018和2019年2年数据分析各全生育期气象要素与生育期和产量的相关性（表6）可知，晚稻各播期全生育期积温与全生育期天数和产量有极显著正相关关系，相关系数分别达0.849和0.949；总日照时数和总降雨量与全生育期天数和产量无显著相关关系。由此可知，积温对全生育期天数和产量有显著影响。

表6 各气象要素与生育期和产量之间的相关性分析Table 6 Correlation coefficient among various meteorological elements and growth period and yield

3 讨论

播期能改变水稻各生育阶段的气候生态条件及其持续时间，进而影响水稻生长发育过程中温光资源的利用和群体干物质的积累量，最终影响水稻产量形成[17]。因土壤肥力、供试品种和播期设置等不同，研究播期对水稻产量的影响结果不尽相同[18-19]。成臣等[13]研究表明，随着播期推迟，籼稻和粳稻全生育天数和总积温均降低，籼稻产量下降，粳稻产量呈先增加后降低的趋势。许轲等[20]研究表明，随着播期推迟，各品种水稻生育进程延迟，生育期缩短，全生育期积温和日照时数均极显著减少，产量显著降低。姚义等[21]发现，随着播期推迟，不同品种水稻生育期缩短，成熟期叶面积指数和干物质积累量递减，水稻产量呈下降趋势。综上可知，对于籼稻而言，随着播期推迟，晚稻全生育期缩短，温光资源利用率降低，产量下降，这与本研究结果基本一致。本研究中，随着播期推迟，有效穗数和穗粒数逐渐减少，结实率呈先增加后降低的趋势。研究[22]表明，穗开花结实期高温会影响花粉活性，导致结实率下降，进一步解释了本研究第Ⅰ播期较第Ⅱ播期结实率低的原因。本研究中，虽然第Ⅰ播期结实率相对较低，但有效穗数和穗粒数均明显较高，因此产量仍最高。

水稻在其全生育期利用区域内温光资源进行光合转化是水稻生产的本质，而晚稻不同播期下温光资源利用能力存在一定差别[13]。将水稻生育进程与生育进程区域内温光资源协调高效同步，并充分利用品种本身的温光特性是实现品种高产、稳产的关键[23]。本研究中，播期调控对晚稻的温光效应存在明显差异，随着播期推迟，晚稻温光资源利用率逐渐降低。播期提早，生育期延长，全生育期积温增加，温光资源利用率提高，产量越高，说明适时早播有利于温光资源利用优势转化为产量优势。本研究还发现，各播期之间产量稳定性较差，这可能与品种特性有关。这与成臣等[13]得出的籼稻产量稳定性较低结论相一致。

对晚稻而言，其播期主要受前茬作物的影响，在江西则主要受双季早稻播种及收割时间的影响。大量研究[24-25]表明，在全球气候变暖的大背景下，双季早稻安全播种期呈提前趋势。王学林等[26]研究表明，长江中下游地区双季早稻适播期呈提早趋势，晚稻安全齐穗期呈推迟趋势，双季稻安全生产期时间变长。郭瑞鸽等[9]分析了江西省双季早稻早播可行性发现，1960-2019年江西早春时期热量资源呈现出平均气温上升、有效积温增多和晴暖天气增多为主的变化特征，具备提早播种双季早稻的气候可行性，在金溪县、吉安县、鄱阳县和进贤县等地早稻播种期明显提前。因此，早稻合理早播已成为一种趋势。适时地早播早稻有利早稻提早收割，为晚稻合理安排播种期、延长晚稻生长期争取了时间[25]。本研究发现，晚稻适时早播早栽有利于提高温光资源利用，提高晚稻产量。从1991-2020年江西晚稻季温光资源变化来看，抽穗期和成熟期安全生长日期均有所推迟，安全齐穗期2006-2020年与1991-2005年相比，赣北无变化，赣南推迟3d，安全成熟期2006-2020年与1991-2005年相比，赣北推迟11d，赣南推迟6d；且安全成熟期较安全齐穗期推迟更为明显。因此，晚稻播栽期提前和成熟期延迟有利于选用生育期更长的晚稻品种，以提高温光资源利用，提高产量。因本试验选用一个杂交籼稻品种参与研究，而随着籼粳杂交稻及晚粳稻在江西的逐渐推广[13]，籼粳杂交稻、粳稻及常规籼稻与本试验选用的品种温光资源利用特性是否相同还有待进一步深入研究。

4 结论

本试验条件下，双季晚稻产量随播种期推迟呈下降趋势，其中第Ⅰ播期和第Ⅱ播期产量无明显差异，在第Ⅱ播期和第Ⅲ播期出现显著下降，这主要是由于有效穗数降低所致；同时播期越早，全生育期积温越高，温光资源利用率增加，对提高晚稻产量有利。本试验条件下在6月20日及以前播种有利于晚稻产量的提高。

气候变化背景下，江西省安全齐穗期和安全成熟期均呈推迟趋势。相较于安全齐穗期，晚稻安全成熟期推迟更为明显，全省安全成熟期2006-2020年较1991-2005年平均推迟9d。这将有利于选用灌浆期更长的晚稻品种，以达到增产的目的。