再生稻是指头季水稻收获后,采用适宜的栽培措施使稻桩上休眠的腋芽萌发,再生成穗,从而再收获一季的水稻种植模式
[1-3]。再生稻通过增加复种指数,实现“一种两收”,充分利用秋季光热资源,提高水稻单产
[4-6]。再生稻主要分布在我国南方稻区,据测算,适宜种植再生稻的面积高达500万 hm
2,近年来发展尤为迅速,预计到2030年再生稻种植面积将新增66.7万 hm
2,这将进一步增强国家粮食安全保障
[7-8]。以四川、重庆为核心的长江上游稻区是我国再生稻主产区之一,再生稻常年种植面积达46.7万 hm
2[9]。在全球气候变暖的背景下,长江上游稻区气候变化的极端性增强,如再生稻头季苗期的低温冷害、灌浆结实期的高温热害和再生季灌浆期低温阴雨,成为再生稻安全生产的重要限制因素
[10-12]。然而,传统的再生稻播栽模式与气候变化的新特征失配,导致生产中再生稻头季与再生季的关键生育阶段实际温光匹配与所需的适宜温光条件出现错位,周年温光资源利用效率偏低,产量水平难以提升
[13]。因此,通过优化头季播期,进而明确再生稻周年产量形成、资源利用效率与头季、再生季温光资源分配的关系,对再生稻生产中应对气候变化,并实现资源高效利用及高产具有重要意义。
温、光是影响水稻生长发育的重要环境因子,不仅通过光合有效辐射强度直接决定群体生物量积累,还通过有效积温调控生育进程,进而影响产量形成
[14]。生产上,协调再生稻头季和再生季的光、温资源配置,是资源高效利用、挖掘再生稻周年产量潜力的重要途径。已有研究表明,调整播期可有效改变作物生长发育的温、光环境,是调节作物生育进程与气候资源适配的重要栽培措施
[15-16]。通过优化单季稻播期可增加齐穗期-成熟期的温、光资源分配,实现产量和品质的协同提升
[17-18]。在双季稻中,张玮等
[19]研究发现,早稻适度迟播、晚稻适度早播均有利于提高周年光热资源效率和产量水平。稻麦双季适期晚播模式通过优化周年温、光、水资源配置,特别是增加水稻季的光温资源分配率,实现了周年产量和资源利用效率的协同提升,特别是水稻季的同步提高
[20]。徐富贤等
[21]指出,应将中稻-再生稻视为一个整体,采用统筹的栽培管理措施,可进一步提高再生稻周年产量潜能。
重庆地区光、热资源充沛,是长江上游再生稻主产区之一。已有研究多集中在养分管理、水分管理及收获方式、播期和留桩高度对再生稻产量形成的调控方面
[5],然而该地区温、光资源利用效率和再生稻两季产量形成与温、光资源分配的定量关系有待研究,尤其再生稻周年高产高效形成的温光响应机制的研究尚未见报道。本研究设置再生稻头季不同播期处理(3月上旬—4月上旬),测定生育进程、产量、有效积温和太阳辐射,系统分析不同播期方式下再生稻两季温光资源配置特征,产量形成和温光资源利用效率的变化规律,旨在探究播期对长江上游中稻-再生稻温光资源分配和利用的影响及其与产量形成的关系,以期为提高长江上游中稻-再生稻周年产量潜力提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地点
试验于2023—2024年在重庆市永川区来苏镇观音井村(29°16′15″N,105°47′53″E,海拔308 m)进行。试验地属亚热带湿润季风气候,年平均气温17.8 ℃,无霜期317 d,日照时数1 306.7 h,降水量1 042.2 mm。试验地前茬为冬水闲田,供试土壤为紫色水稻土,0—20 cm耕层土壤pH 5.7,全氮1.32 g/kg,速效氮118.2 mg/kg,速效磷25.1 mg/kg,速效钾74.5 mg/kg,有机质22.5 g/kg。
1.2 试验设计
供试品种为中籼迟熟三系杂交种‘渝香优8133’(渝审稻20200013),为重庆地区大面积主导水稻品种,由重庆市农业科学院供种。试验采用单因素试验设计,设置5个播期处理,分别为抢早播(03-05,B1)、适期早播(03-12,B2)、正常播(03-19,B3)及2个推迟播期(03-26,B4和04-02,B5),3次重复,15个小区,小区面积5 m×3 m=15 m2。每小区四周筑田埂并用塑料薄膜包埂以防止串肥。试验采用塑料硬盘稀泥方法育秧,移栽叶龄均为四叶一心期,采用人工移栽,行距×株距=30 cm×18 cm,每穴移栽2株苗。头季各处理施用尿素(以N计)120 kg/hm2、过磷酸钙(以P2O5计)72 kg/hm2和氯化钾(以K2O计)96 kg/hm2。其中,尿素(以N计)按照基肥∶分蘖肥∶穗肥 = 4∶3∶3的比例施用,过磷酸钙(以P2O5计)作基肥一次性施用,氯化钾(以K2O计)按照基肥:穗肥 = 5∶5的比例施用。基肥于移栽前1~2 d施用,分蘖肥于移栽后7~10 d施用,穗肥于倒4叶期施用。再生季施尿素(以N计)105 kg/hm2,其中粒芽肥用量为67.5 kg/hm2,于头季齐穗后5 d施入土壤,发苗肥37.5 kg/hm2于头季稻收割后3 d施入土壤。头季和再生季水稻管理及病虫草害防除按照当地高产栽培要求实施,以防止产量损失。
1.3 测定项目及方法
1.3.1 生育期
分别记录再生稻头季播种、移栽、抽穗和成熟日期,再生季抽穗和成熟日期,并计算各生育期时间,d。
1.3.2 产量及产量构成
分别于再生稻头季和再生季成熟期每小区普查有效穗40穴,按照平均每穴有效穗数取代表性水稻植株5穴,测定每穗粒数、每穗空瘪粒数、千粒重和结实率。各小区去除边际效应后实收5 m2稻谷,按照籼稻籽粒标准含水率13.5%折算实际产量,kg/hm2。
1.3.3 气象数据
2023—2024年的气象数据由重庆市永川区来苏镇观音井村试验基地的气象监测站(浙江托普云农科技股份有限公司NL-GPRS-I)获取,包括逐日平均气温、太阳总辐射等气象数据。再生稻头季和再生季降水量、日平均气温和太阳总辐射在年份间差异较大。2023年,周年日平均气温为22.91 ℃,最高日平均气温出现在07-11,为32.6 ℃;降水量为938.20 mm,并在07-28出现了强降水,降水量达102.20 mm;周年太阳总辐射为3 150.85 MJ/m
2,日平均辐射为12.81 MJ/m
2,8—10月的日平均辐射为15.31 MJ/m
2(
图1)。2024年,日平均气温为24.08 ℃,最高日平均气温出现在08-29,为34.0 ℃;降水量为818.90 mm,8—9月降水稀少;周年太阳总辐射为4 240.38 MJ/m
2,日平均辐射为17.17 MJ/m
2,8—10 月日平均辐射为28.40 MJ/m
2(
图1)。
1.4 资源利用效率
有效积温(effective accumulated temperature,EAT)和太阳总辐射(total solar radiation,SR)是指从再生稻头季播种开始到再生季收获结束,周年为两季相加值,有效积温生产效率(effective accumulated temperature production efficiency,TPE)和辐射生产效率(total solar radiation production efficiency,RPE)计算公式如下
[22-23]:
EAT=∑(Tmean–T0)
TPE=GY/EAT
RPE=GY/∑SR
式中:EAT为生育期内有效积温,℃;Tmean为日平均气温,℃;T0为生物学下线温度,℃,籼稻取12 ℃;TPE为有效积温生产效率,kg/(℃∙hm2);GY为籽粒产量,kg/hm2;∑SR为生育期内太阳总辐射,MJ/m2;RPE为辐射生产效率,g/MJ。
1.5 数据处理
采用Excel 2010软件进行数据分析与处理,SPSS 20.0软件进行数据统计方差分析,采用Duncan’s法检验差异显著性(P=0.05)分析。
2 结果与分析
2.1 生育期
由
图2可知,随着播期推迟,再生稻头季播种-抽穗和抽穗-成熟期的日平均气温均呈增加趋势,而再生季抽穗-成熟期的日均气温呈降低趋势,2年结果基本一致。其中,2023年再生稻头季抽穗-成熟期的日均气温最高,达28.2~28.6 ℃,各处理头季成熟-再生季抽穗期的日平均气温由高到低为B
1>B
2>B
3>B
4>B
5;2024年,再生稻头季成熟-再生季抽穗期的日平均气温最高,达到30.8~31.7 ℃,各处理由高到低为B
3>B
4>B
5>B
2>B
1。
由
表1可知,再生稻头季播种-抽穗期生育期为142.0~155.5 d,再生季的生育期为64.5~71.5 d,周年生育期为213.5~220.0 d。随着播期推迟,再生稻头季生育期均呈缩短趋势,再生季生育期均呈延长趋势,周年生育期均呈缩短趋势,2年趋势一致。与B
1相比,再生稻头季B
2、B
3、B
4和B
5处理的生育期分别缩短4.0、7.5、10.5和13.5 d,其中,播种-抽穗的生育期缩短幅度较大,分别为4.5、8.0、10.8和12.5 d;再生稻再生季B
2、B
3、B
4和B
5的生育期分别延长2.5、4.5、5.5和7.0 d,其中抽穗-成熟期的生育期延长幅度较大,分别为1.3、1.6、3.5和4.0 d。
2.2 产量及产量构成
由
图3可知,播期(
F=22.84
**)和年份(
F=15.02
**)均对周年产量有显著影响,二者互作的影响不显著。2年的再生稻周年产量随播期推迟呈先增加后降低趋势,均以B
2产量为最高,2023和2024年分别为13.35和14.17 t/hm
2,较B
1分别增加11.53%和15.20%。
由
表2可知,年份和播期对再生稻头季和再生季产量均有显著影响,二者互作仅对再生季产量有显著影响。与2023年比,2024年的头季产量有所降低,但再生季产量显著增加,2024年的周年产量显著高于2023年。2024年再生季有效穗和结实率显著增加,从而使2024年再生季产量显著升高。随着播期推迟,再生稻头季和再生季产量均表现为先增加后降低的趋势,以B
2增幅最高,但B
2与B
3的差异不显著,2年结果一致。与B
1相比,2023年B
2的再生稻头季和再生季的产量分别升高9.22%和17.35%,2024年产量分别升高7.38%和28.38%。从产量构成要素分析,与B
1比较,B
2的再生稻头季单位面积有效穗数和穗粒数分别升高8.62%、2.85%(2023年)和1.45%和3.24%(2024年);再生季单位面积有效穗数分别升高30.12%(2023年)和13.54(2024年),穗粒数、结实率和千粒重与B
1保持相当。
2.3 积温资源分配
由
表3可知,再生稻两季有效积温的分配受到年份和播期的影响较大。除B
4外,2024年再生稻头季有效积温分配率为62.10%~65.88%,比2023年降低16.02~47.53 ℃;再生季有效积温分配率为182.90~240.15 ℃,升高了34.12%~37.90%;有效积温的头季/再生季之比大幅降低,周年有效积温达到3 251.38~3 325.26 ℃。随播期推迟,再生稻头季的有效积温和积温分配率呈逐渐增加趋势,再生季的有效积温和积温分配率均呈逐渐降低趋势;周年有效积温2023年呈逐渐增加趋势,2024年表现为先增加后降低趋势,以B
4处理最高。
由
图4可知,再生稻头季播种-抽穗期的有效积温为1 422.05~1 540.50 ℃、头季抽穗-成熟期为634.69~676.74 ℃,头季成熟-再生季抽穗期为444.35~505.36 ℃,再生季抽穗-成熟期为546.89~684.58 ℃。与B
1相比,B
2、B
3、B
4和B
5的再生稻头季播种-抽穗期的有效积温分别增加15.06、17.15、62.57和118.45 ℃,再生季抽穗-成熟期的有效积温分别降低28.32、90.56、94.15和137.69 ℃。随播期推迟,头季抽穗-成熟期和头季成熟-再生季抽穗期呈先增加后降低趋势;总体上,除2024年头季抽穗-成熟期B
4最高外,其余均以B
3为最高。
2.4 辐射资源分配
由
表4可知,再生稻两季太阳辐射的分配受到年份和播期的影响较大,与2023年相比,2024年再生稻头季的太阳辐射增加167.56~412.28 MJ/m
2,分配率为57.43%~64.75%,再生季的太阳辐射增加609.69~851.90 MJ/m
2,分配率为35.25%~42.57%,头季与再生季太阳辐射之比均大幅降低,周年太阳辐射达3 950.81~3 994.43 MJ/m
2。随播期推迟,再生稻的头季太阳辐射及分配率均呈逐渐增加趋势,再生季的太阳辐射及分配率呈降低趋势;周年的太阳辐射呈先增加后降低趋势,2023年以B
2最高,2024年以B
4最高。
由
图5可知,再生稻头季播种-抽穗期的太阳辐射为1 555.75~1 649.43 MJ/m
2,头季抽穗-成熟期为663.13~732.91 MJ/m
2,头季成熟-再生季抽穗期为554.67~610.25 MJ/m
2,再生季抽穗-成熟期为510.08~733.90 MJ/m
2。与B
1相比,B
2、B
3、B
4和B
5的再生稻头季播种-抽穗期的太阳辐射分别增加19.27、9.14、46.01和93.68 MJ/m
2,再生季抽穗-成熟期的太阳辐射分别降低58.53、137.16、156.79和223.82 MJ/m
2。推迟播期,头季抽穗-成熟期和头季成熟-再生季期抽穗呈先增加后降低趋势;除2024年头季抽穗-成熟期B
4最高,其余均以B
3最高。
2.5 积温及辐射生产效率
由
表5可知,年份和播期对再生稻头季和再生季有效积温生产效率、太阳辐射生产效率均有显著影响。与2023年相比,2024年再生稻头季的有效积温生产效率和辐射生产效率均显著降低,
F分别为69.55和234.01;再生季的有效积温生产效率显著升高(
F=116.85),辐射生产效率显著降低(
F=16.90);周年辐射生产效率显著降低(
F=217.48)。随播期推迟,再生稻的头季、再生季和周年的有效积温生产效率均呈先增加后降低趋势,均以B
2最高,分别较B
1增加6.78%、23.95%和12.61%;此外,再生稻头季、再生季和周年的辐射生产效率均表现为先增加后降低趋势,也以B
2为最高,分别较B
1增加5.41 %、23.88 %和12.68 %。
2.6 相关分析
由
表6可知,2年的再生稻头季产量与播种-抽穗期太阳辐射、抽穗-成熟期有效积温和太阳辐射均呈极显著负相关,与有效积温生产效率和辐射生产效率均呈显著正相关。再生稻的再生季产量与头季播种-抽穗期有效积温呈显著负相关,与播种-抽穗期太阳辐射、抽穗-成熟期有效积温和太阳辐射呈显著正相关,与再生季各温光参数总体呈极显著正相关,与辐射生产效率呈正相关,但不显著;再生稻的周年产量同头季播种-抽穗期有效积温呈极显著负相关,同再生季有效积温生产效率、辐射生产效率及周年有效积温生产效率呈极显著正相关。
3 讨 论
温度、光照等气候资源是影响水稻生产的重要环境因子
[14]。受气候变化的影响,如低温阴雨、弱光寡照、高温等极端气候现象日益频发,加剧了年际间水稻产量的变化
[15-16]。本研究中,与2023年(阴雨寡照年份)相比,2024年(高温伏旱年份)的再生稻周年产量不降反升(
图3),这归因于再生稻的再生季产量显著增加(
F = 293.99),尽管头季产量有所降低(
表2),说明调整再生稻播期可以应对气候变化,并有效提高了水稻单产和气候韧性,从年际间气象要素分析,再生稻头季,2023年3月日平均气温为15.1 ℃,2024年同期升高了1.5 ℃,使得秧苗生育进程加快,移栽期提早4.0~7.0 d,再生稻的头季播种-抽穗期缩短4.0~6.0 d,使得头季孕穗期光合产物积累不足,每穗粒数显著降低(
F=109.60);此外,2023年再生稻的头季抽穗-成熟期日平均气温28.36 ℃,2024年同期升高1.13 ℃,过高的气温导致头季籽粒灌浆加速,高温逼熟,千粒重平均下降0.28 g,从而导致2024年再生稻头季产量显著降低。然而,再生稻的再生季,2023年抽穗-成熟期的日平均气温和太阳辐射分别为21.41 ℃和380.17 MJ/m
2,2024年同期大幅升高3.59 ℃和476.93 MJ/m
2,这为再生稻腋芽早萌快发和花前干物质积累匹配了充足的温度条件,同时为籽粒灌浆结实提供了充足的光照环境,再生季有效穗和结实率均显著增加,再生季水稻的产量增幅显著(
表2)。
在气候变化的影响下,再生稻的头季传统抢早播种或推迟播种的周年产量不高的现象凸显,限制了重庆地区再生稻周年产量潜力的进一步提升,再生稻的头季和再生季匹配适宜的温度和光照条件是获得高产的基本保障
[24]。已有研究表明,播期是调配水稻生产周年温光资源的重要栽培措施
[25-26],因此,通过播期协调,优化温光资源在再生稻两季间的搭配,是有效提高周年资源利用效率,提升水稻产量生产潜力的重要途径。本研究通过头季适期早播(03-12,B
2),实现了再生稻周年高产高效模式,再生稻的头季、再生季和周年产量分别达到8.83、4.94和13.76 t/hm
2,较抢早播期(03-05,B
1)处理分别高8.34%、23.68%和13.39%,且均显著高于推迟播期(03-26,B
4和04-02,B
5)处理,同时温光资源利用效率显著提升。而且,2年的产量数据表明,抢早播期(B
1)或推迟播期(B
4和B
5)均不利于再生稻获得周年高产(
表2和
图3)。
本研究中,随着播期推迟,再生稻的周年产量呈先增加后降低的趋势,以适早播期(B
2)的产量最高,且与正常播期(03-19,B
3)的差异不显著(
表2)。通过适期早播(B
2),使再生稻的头季抽穗-成熟期处于7月中旬—8月上旬,2年这个时期的日平均温度分别为28.24(2023年)和29.40 ℃(2024年),可避开8月中下旬的极端高温伏旱,利于干物质积累和光合产物向穗部转运
[17];另,适期早播处理(B
2)可使再生稻的头季分蘖初期避开4月中旬“倒春寒”,有利于秧苗早返青快分蘖
[27],从而使头季的有效穗数升高5.04%。此外,适期早播(B
2)可使再生季的周年获得更多的有效积温和太阳辐射,且分别略高于抢早播期(B
1)0.71%和0.68%(
表3和
表4),这为再生季提供了充沛的温、光条件。即,适期早播(B
2)与播期推迟6~12 d(B
4)或12~16 d(B
5)处理相比,可有效避免再生稻头季灌浆结实期处于极端高温伏旱的不利天气,并且再生季腋芽萌发-成苗期可处于适合的温光条件,从而促进了再生季分蘖的生长和花前光合产物积累,使得再生季有效穗显著增加,并一定程度上增加了每穗粒数
[28]。此外,与推迟播期(B
4和B
5)相比,适期早播处理(B
2)的温、光资源可被更多地调配到再生季抽穗-成熟期,2023年为阴雨寡照年份,显著提高了再生稻再生季的结实率。相关分析发现,再生稻的周年产量与再生稻头季播种-抽穗期积温呈极显著负相关,而与再生季不同生育阶段有效积温和太阳辐射总体呈显著正相关,这归因于再生稻再生季不同生育阶段有效积温、太阳辐射均与再生季产量呈极显著正相关(
表6)。充分说明,将中稻-再生稻视为1个体系,通过优化播期,实现再生稻头季和再生季温光资源合理分配,进而为提高周年产量水平奠定了基础。
本试验结果表明,与抢早播期(B
1)比较,适期早播(B
2)再生稻的头季生育期缩短4.0 d,再生季的生育期延长2.5 d,周年的生育期缩短1.5 d;但再生稻的周年有效积温、太阳辐射反而分别增加22.40 ℃∙d、23.58 MJ/m
2,而且周年太阳辐射较B
3、B
4和B
5处理分别升高18.0、47.6和60.0 MJ/m
2(
表3和
表4)。说明适期早播(B
2)可提高中稻-再生稻系统周年温光资源的分配率,为水稻周年高产提供了光热基础。随播期推迟,再生稻头季、再生季和周年的有效积温生产效率、太阳辐射生产效率总体表现为先增加后降低的趋势。适期早播(B
2)的再生稻头季较抢早播期(B
1)有效积温生产效率、太阳辐射生产效率分别升高6.78%和5.41%,再生季较抢早播期(03-05,B
1)分别升高23.95 %和23.88%(
P<0.05),周年升高12.61%和12.68%(
P<0.05)。这说明,适期早播(B
2)通过播期调整,使周年的温光资源获得了最佳配置,且再生季维持较高的温、光资源分配率可显著提高再生季的温光资源利用效率,使周年的温光资源利用率显著升高。本研究结果局限于中籼迟熟型水稻品种,今后应通过比较不同熟期类型的品种并结合播期配置,进一步剖析再生稻的温光资源利用变化规律,从而挖掘重庆再生稻区再生稻的周年温光资源高效利用和产量潜能。
4 结 论
推迟播期,再生稻头季的生育期缩短再生季生育期延长,周年生育期缩短;再生稻周年产量、有效积温生产效率和太阳辐射生产效率均呈先增加后降低趋势,以适期早播(03-12,B2)最高。与抢早播期(03-05,B1)相比,适期早播(03-12,B2)的再生稻头季生育期缩短4.0 d,再生季生育期延长2.5 d,周年生育期缩短1.5 d,使得周年有效积温和太阳辐射分别增加0.71%和0.68%。适期早播(03-12,B2)的头季、再生季和周年产量分别较B1高8.34 %、23.68 %和13.39 %,有效积温生产效率分别升高6.78 %、23.95 %和12.61 %,太阳辐射生产效率分别升高5.41 %、23.88 %和12.68 %。推迟播期(03-26,B4和04-02,B5)的再生稻两季光温分配失衡,导致周年产量、温光资源利用率同步降低。综上,在长江上游再生稻区,适期早播(03-12,B2)有利于再生稻的周年温光资源的优化分配,进而实现再生稻头季和再生季产量和温光资源利用效率的协同提升。
“十四五”国家重点研发计划(2022YFD2301002)
重庆市现代农业产业技术体系(CQMAITS202401)
现代农业产业技术体系建设专项(CARS-01-25)