高溫對黃河三角洲地區水稻產量和品質的影響
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摘要：本研究以津粳253、潤農4號和晶兩優1212為材料，通過對比分析2017、2018年的試驗數據，研究生育期間高溫脅迫對水稻生長、產量及稻米品質的影響。結果表明：高溫導致水稻的每穗總粒數、結實率、千粒重、產量下降，3個品種（津粳253、潤農4號和晶兩優1212）產量分別降低13.0%、9.1%和29.0%;而稻米的堊白質粒和直鏈淀粉含量增加明顯，稻米食味值降低。該結果可為進一步了解高溫對水稻結實和稻米品質的影響機理、篩選黃河三角洲地區耐熱性強的水稻品種提供理論依據。
關鍵詞：水稻;高溫脅迫;產量;稻米品質
中圖分類號：S511.01文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）05-0038-04
伴隨溫室效應增強，地表氣溫逐漸升高，20世紀全球平均氣溫上升0.4～0.8℃，中國同期氣溫升高0.5～0.8℃，預計21世紀末全球氣溫仍將上升1.4～5.8℃;極端天氣在全球將更加頻繁出現，且持續時間更長，作物生產風險也日益嚴重[1，2]。
水稻是中國主要糧食作物，高溫熱害會對其生產造成巨大影響[3]。黃河三角洲地區是我國濱海鹽堿地集中分布區之一，約有90%的土壤屬于不同程度的鹽漬土范疇。該區水資源豐富，光照充足，雨熱同步，稻作條件優越，是山東省重要的水稻種植區。其境內水稻品種大多是常規粳米，屬典型的沿黃稻[4]。
近年來，黃淮以及南方稻區7—8月極易出現高溫天氣[5-8]，此時正值水稻生長關鍵期，極端高溫天氣影響水稻生長發育，導致水稻減產和品質降低[9，10]。研究表明，水稻生長在環境敏感期間溫度每升高1℃，會導致產量損失10%以上[11]。2017—2018年本課題組開展水稻品種比較試驗時，2018年出現異常高溫天氣，其7、8月份平均最高（低）溫分別比2017年高0.6℃（0.3℃）和1.0℃（0.9℃）。據此，以兩年試驗數據為材料，分析高溫對黃河三角洲濱海鹽堿稻區水稻生長發育、產量及品質的影響，以期為水稻逆境抗性研究、篩選耐熱性強的優質水稻品種提供理論依據。
1材料與方法
1.1供試品種
潤農4號由山東潤農種業科技有限公司提供，晶兩優1212（雜交稻）由湖南隆平高科種業有限公司提供，津粳253在當地種子公司購買。
1.2試驗地概況
試驗于2017—2018年在山東省東營市墾利區李王村進行。該地位于山東北部黃河三角洲地區，屬溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫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%。土壤類型為濱海鹽化潮土，質地砂壤，0～20cm土層土壤基本理化性狀如表1所示。
2017、2018年氣溫出現較大差異，其中2017年7、8月份平均最高（低）氣溫分別為31.9℃（25.0℃）和30.1℃（23.5℃），而2018年7、8月平均最高（低）氣溫分別為32.5℃（25.3℃）和31.1℃（24.4℃）。另外，2017年7、8月份連續最高氣溫超過34℃天數分別為5天和0天，而2018年7、8月份連續最高氣溫超過34℃天數分別為8天和5天。
1.3試驗設計
試驗采取隨機區組排列，每個品種重復3次。常規稻種植：4～5株/穴，行距28.3cm，穴距14.3cm;雜交稻種植：2～3株/穴，行距28.3cm，穴距25cm。
1.4栽培管理
4月15日進行水稻浸種，4月20日采用旱育秧技術育苗，整平秧床后按常規播種。5月30日人工插秧栽培。分蘗前施尿素90.0kg/hm2;分蘗肥施史丹利復合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）187.5kg/hm2、尿素150.0kg/hm2;穗肥施史丹利復合肥150.0kg/hm2、尿素150.0kg/hm2;揚花后期施史丹利復合肥112.5kg/hm2、尿素112.5kg/hm2;灌漿期施史丹利復合肥150.0kg/hm2、尿素150.0kg/hm2。其它田間管理措施同常規田塊。
1.5指標測定
1.5.1土壤理化指標土壤灌水翻耕前，交叉隨機采集5個點的0～20cm耕層土壤，室內避光自然風干過2mm篩后進行土壤理化指標測定。速效氮用凱氏定氮法測定;速效磷采用0.5mol/L碳酸氫鈉浸提、鉬銻抗比色法測定;速效鉀采用乙酸銨提取、火焰光度計測定;土壤有機質含量采用外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定;土壤pH值采用去離子水提取電位法測定。具體操作過程參照魯如坤[12]的方法。
1.5.2主要農藝性狀基本苗數：移栽返青后定點連續調查10穴，包括主苗與分蘗苗，取平均值折算成每公頃基本苗。最高苗數：分蘗盛期在調查基本苗的定點處每隔3天調查一次苗數，直至不再增加為止，取平均值折算成公頃最高苗數。分蘗率（%）=（最高苗數-基本苗數）/基本苗數×100。有效穗數：成熟期在調查基本苗的定點處調查有效穗數，抽穗結實少于5粒的穗不計入有效穗，但白穗計入。株高：成熟期選10穴有代表性的植株，測量每穴的最高者，從莖基部至穗頂（不連芒），取其平均值。
1.5.3產量和產量構成因素水稻成熟后，每個處理隨機選定3個代表性的1m2樣方，每個樣方中選取與所有穴植株平均穗數相近的一棵植株為考種樣品，然后根據Yoshida（1981）[13]的方法對樣品進行考種，測定每穗總粒數、每穗實粒數、有效穗數、結實率、千粒重等產量指標。收獲各試驗樣區的水稻實收測產。
1.5.4稻米食味品質利用米粒食味計（型號：RLTA10B-L，日本佐竹公司產品）測定食味值、直鏈淀粉含量、蛋白質含量和水分。利用大米顆粒評定儀（型號：RGQI20A，日本佐竹公司產品）測定完整米、堊白質粒等。
1.6數據處理
利用MicrosoftExcel2010進行數據處理和圖表繪制，采用SPSS軟件進行顯著性分析。 2結果與分析
2.1高溫對水稻農藝性狀的影響
表2顯示，與2017年相比，2018年津粳253、潤農4號和晶兩優1212的分蘗率分別下降29.7%、10.1%和9.7%，其最高苗數和有效穗分別下降20.8%、10.5%、11.5%和4.3%、2.6%、1.0%。2018年水稻的最高苗數、分蘗率和有效穗低于2017年的同期水平，其原因可能是高溫增加濱海鹽堿稻區水稻鹽害程度，從而降低水稻分蘗能力。這與沙漢景等人研究結果一致[14]。另外，3個水稻品種的株高分別提高0.8%、0.4%和6.9%。
2.2高溫對水稻產量因素的影響
2.2.1高溫對水稻產量的影響由圖1可知，2018年水稻產量顯著低于2017年，津粳253、潤農4號和晶兩優1212分別減產13.0%、9.1%和29.0%，其中晶兩優1212減產最多。
2.2.2高溫對水稻產量構成因素的影響由表3看出，與2017年相比，2018年水稻的穗總粒數、實粒數和結實率均呈現下降趨勢，其中結實率影響顯著，津粳253、潤農4號和晶兩優1212分別下降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、潤農4號和晶兩優1212分別增加1.2%、1.3%和0.4%。千粒重的增加可能與源庫關系變化有關，水稻干物質積累和運輸受高溫影響不顯著，但空秕率的提高導致源庫比提升，從而可能增加千粒重。
2.3高溫對水稻品質的影響
由表4看出，與2017年相比，2018年津粳253、潤農4號和晶兩優1212的蛋白質、直鏈淀粉含量和堊白粒率均不同程度增加，其中直鏈淀粉含量和堊白粒率分別增加2.6%、2.6%、0.5%和50.0%、31.3%、20.8%，說明高溫對水稻直鏈淀粉含量和堊白質粒影響顯著。而3個品種稻米的食味值和整米率分別降低6.2%、7.7%、1.7%和2.1%、1.8%、0.8%。
3討論與結論
水稻整個生長階段，孕穗至抽穗揚花期是高溫熱害最敏感期，其它生育期為次敏感期。如果高溫敏感期遭受高溫脅迫會降低結實率、粒重，導致產量損失和稻米品質下降[15]。本試驗結果顯示，黃河三角洲地區水稻生育期（7、8月份）突遇高溫會導致分蘗率和有效穗數下降、結實率顯著降低、株高和千粒重略微增加，水稻減產顯著。其原因可能是分蘗期高溫加大了水稻鹽害程度，降低了水稻分蘗能力，促進了主莖生長，增加了株高。水稻分蘗力下降一定程度上影響到有效穗數。高溫對每穗總粒數影響不顯著，可能是水稻抽穗開花期穎花總量已基本確定，高溫引起了花粉敗育，空秕粒增多，結實率降低，最終導致水稻減產。
研究表明，高溫會加速水稻籽粒灌漿、縮減灌漿時間，導致水稻千粒重降低[16，17]。而本試驗結果顯示，3個水稻品種千粒重稍有提高，有可能是抽穗開花期遇到高溫后，穎花受精過程受到嚴重干擾，受精率顯著下降，實粒數減少，源庫比增加，引起千粒重的提升。這與前人研究結果一致[18]。
目前很多試驗證實，水稻抽穗開花期至灌漿期遇高溫熱害會降低稻米外觀和品質，增加稻米堊白粒率和整米率，提升直鏈淀粉含量，引起水稻品質降低[19，20]，這與本試驗結果一致。另外，受高溫影響后3個水稻品種的直鏈淀粉含量不同程度升高，而食味值出現對應降低，說明直鏈淀粉含量很大程度上決定稻米食味品質。因此降低稻米中的直鏈淀粉含量可作為優質稻米選育標準之一。
近年來，黃淮以及南方稻區高溫天氣越發頻繁，熱害十分嚴重。同時，隨著黃河三角洲地區種植業結構調整，直播、機械插秧等簡化栽培技術推廣，早熟品種面積擴大，水稻抽穗開花期有所提前，一定程度上增大了水稻高溫敏感期遭遇高溫災害性天氣的幾率。本研究分析了高溫對濱海鹽堿稻區水稻生長發育和產量構成因素的影響，其結果可為進一步了解高溫對水稻結實和稻米品質的影響機理、篩選黃河三角洲地區耐熱性強的水稻品種提供理論依據。
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