呂 曉，張兵兵

（錦州市生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，遼寧 錦州 121000）

0 引言

水稻是世界主要糧食作物之一，它是僅次于小麥的世界第2 大糧食作物，全世界有近50%的人口將水稻作為主食[1-2]。我國65%以上的人口以稻米為主食，水稻是我國第1 大糧食作物和最主要的口糧作物，播種面積和產(chǎn)量僅次于玉米，總產(chǎn)量約占我國糧食總產(chǎn)的39.8%[3-4]。溫度是影響水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量的重要環(huán)境因素，如果環(huán)境溫度低于水稻生長發(fā)育所需的最低溫度，會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)量產(chǎn)生直接影響[2,5]。在全球氣候變暖的大趨勢(shì)下，極端低溫天氣出現(xiàn)頻繁，全球每年種植的水稻面積有超過1 500 萬hm2因受到低溫冷害的影響而導(dǎo)致減產(chǎn)，由此可見低溫冷害已然成為水稻生產(chǎn)中面臨的全球性問題[6]。遼寧省稻區(qū)屬于寒地稻作區(qū)，因其特殊的地理位置，低溫冷害頻繁發(fā)生，平均3～5 年發(fā)生一次，這直接影響該地區(qū)水稻健康成長[7]。

低溫不利于作物的正常生長發(fā)育，是影響農(nóng)作物生產(chǎn)的不可控災(zāi)害之一[8]。低溫冷害出現(xiàn)得越早、持續(xù)時(shí)間越長、溫度越低，造成的危害越重，嚴(yán)重時(shí)甚至造成晚稻失收，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民收入帶來嚴(yán)重威脅，所以低溫冷害對(duì)水稻生產(chǎn)的影響一直是水稻氣象研究的重點(diǎn)問題[9-10]。國內(nèi)外對(duì)水稻低溫冷害研究較多，主要涉及冷害生理生態(tài)機(jī)制、冷害監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、耐冷性評(píng)價(jià)，以及水稻冷害防御技術(shù)等多方面[11-14]。在北方稻區(qū)，水稻生長期短、溫度低，從播種到成熟各生長發(fā)育階段，隨時(shí)都有可能遭受低溫冷害；低溫冷害是北方稻區(qū)生產(chǎn)過程中的一種災(zāi)難性氣候，造成水稻的結(jié)實(shí)率、穗質(zhì)量等明顯下降，大幅度減產(chǎn)[1-2]。北方主要作物冷害研究協(xié)作組對(duì)作物的發(fā)育速度與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，確定了最高、最適、最低溫度范圍，并劃分冷害等級(jí)，但缺乏生物學(xué)的意義[15]。對(duì)低溫冷害的研究，特別是連續(xù)低溫天數(shù)的出現(xiàn)對(duì)水稻生長及產(chǎn)量的影響，對(duì)保證水稻產(chǎn)量的穩(wěn)產(chǎn)有重要意義[16]。寒地稻作區(qū)有關(guān)低溫冷害對(duì)水稻產(chǎn)量影響的研究多集中在黑龍江省、遼寧省水稻產(chǎn)區(qū)關(guān)于低溫冷害對(duì)水稻品質(zhì)的影響，但是關(guān)于水稻產(chǎn)量研究則較少，遼西地區(qū)的相關(guān)研究就更少[17-19]。

預(yù)防低溫冷害對(duì)我國水稻生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。低溫冷害是影響遼西地區(qū)水稻產(chǎn)量最主要的自然因素之一，經(jīng)常造成水稻產(chǎn)量的急劇減產(chǎn)。鑒于此，在前人研究的基礎(chǔ)上，選取水稻90-35（不抗寒品種）利用人工氣候箱分別在拔節(jié)期和抽穗期進(jìn)行比外界低5 °C 和低3 °C 且均持續(xù)5 d 的低溫脅迫處理，探究低溫冷害對(duì)遼西地區(qū)水稻穗部性狀、產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響，旨在明確低溫冷害對(duì)水稻穗部性狀的影響及其與水稻產(chǎn)量的關(guān)系，以期可以規(guī)避低溫冷害問題對(duì)水稻產(chǎn)量的影響和正確地對(duì)低溫冷害所造成的產(chǎn)量損失進(jìn)行評(píng)估，為今后更深入地研究水稻低溫冷害指標(biāo)的制定等奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為水稻90-35（不抗寒品種），生育期為150 d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在遼寧省錦州市進(jìn)行，采用半盆栽、半大田的栽培方式，采用定制的TRP-1000D 型人工智能氣候箱，2020 和2021 年共進(jìn)行為期2 年的低溫脅迫處理試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)置對(duì)照處理（CK）和低溫冷害（A1、A2、B1、B2）5 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)。CK 處理為自然條件下正常生長的水稻，A1處理拔節(jié)期比外界低5 °C 低溫冷害處理，A2處理拔節(jié)期比外界低3 °C 低溫冷害處理，B1處理抽穗期比外界低5 °C 低溫冷害處理，B2處理抽穗期比外界低3 °C 低溫冷害處理，各處理均持續(xù)5 d。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用育秧盤小棚旱育苗，選擇均勻一致的4葉齡健壯秧苗移入試驗(yàn)盆缽，每個(gè)處理3 盆，每盆1 穴，每穴2 株。試驗(yàn)盆缽先置于室外自然返青，待秧苗成活后移栽到大田統(tǒng)一管理。在水稻進(jìn)入孕穗開花盛期時(shí)再從大田中取出直接放回盆缽中，將盆缽置于人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行低溫處理，低溫冷害處理后再將其放回大田讓其自然生長。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目

水稻成熟后進(jìn)行采收，對(duì)其穗長、一次枝梗、一次枝梗實(shí)粒數(shù)、二次枝梗和二次枝梗實(shí)粒數(shù)等穗部性狀進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率，最后整合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。每個(gè)樣品 3 次重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理和分析

運(yùn)用Microsoft Excel、SPSS 應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻穗部性狀

水稻的穗長、實(shí)粒數(shù)、一次枝梗和二次枝梗數(shù)等穗部性狀是水稻生長發(fā)育的重要指標(biāo)。水稻90-35 經(jīng)過拔節(jié)期和抽穗期不同低溫冷害處理后的穗部性狀（穗長、一級(jí)枝梗數(shù)、二級(jí)枝梗數(shù)、一級(jí)枝梗實(shí)粒數(shù)和二級(jí)枝梗實(shí)粒數(shù)）數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 拔節(jié)期和抽穗期不同低溫處理對(duì)水稻穗部性狀的影響Tab.1 Effects of different low temperature treatments at jointing stage and heading stage on panicle characters of rice

由表1 可知，水稻90-35 在拔節(jié)期和抽穗期經(jīng)過比外界低5 °C 和低3 °C 的低溫冷害處理后，水稻的穗部性狀受到不同影響，整體較CK 處理受到負(fù)面影響。具體表現(xiàn)：經(jīng)過低溫冷害處理的4 組水稻的穗長均與CK處理呈現(xiàn)出極顯著差異，均較CK 處理極顯著變短，A1、A2、B1和B2處理分別比CK 處理短5.3%、11.3%、4.0%和2.0%。即進(jìn)行比外界低3 °C 5 d 低溫冷害處理后，在拔節(jié)期對(duì)水稻穗長負(fù)面影響最大，在抽穗期對(duì)水稻穗長負(fù)面影響最小。同等低溫冷害處理后，拔節(jié)期對(duì)水稻穗長的影響大于抽穗期對(duì)穗長的影響。

一次枝梗數(shù)和二次枝梗數(shù)分別有顯著和極顯著的負(fù)面影響，一次枝梗數(shù)較CK 處理均顯著減少，具體為A1、A2、B1和B2處理分別比CK 減少6.1%、9.6%、2.6%和11.3%；二次枝梗數(shù)較CK 處理均極顯著減少，具體為A1、A2、B1和B2處理分別比CK 處理減少47.6%、31.0%、9.7% 和35.2%。一次枝梗數(shù)和二次枝梗數(shù)均受抽穗期進(jìn)行比外界低5 °C 5 d 低溫冷害處理負(fù)面影響最??；一次枝梗數(shù)受抽穗期進(jìn)行比外界低3 °C 5 d 低溫冷害處理負(fù)面影響最大；二次枝梗數(shù)受拔節(jié)期進(jìn)行比外界低3 °C 5 d 低溫冷害處理負(fù)面影響最大；同一時(shí)期比外界低5 °C 對(duì)一次枝梗數(shù)和二次枝梗數(shù)的負(fù)面影響小于比外界低3 °C 對(duì)一次枝梗數(shù)和二次枝梗數(shù)的負(fù)面影響。

一次枝梗實(shí)粒數(shù)、二次枝梗實(shí)粒數(shù)均較對(duì)照組CK處理極顯著減少，具體為A1、A2、B1和B2處理分別比CK 處理變少38.6%、?43.4%、49.9%和32.0%，A1、A2、B1和B2處理分別比CK 處理變少57.9%、24.6%、64.5%和63.1%。抽穗期進(jìn)行比外界低5 °C 5 d 低溫冷害處理對(duì)一次枝梗實(shí)粒數(shù)和二次枝梗實(shí)粒數(shù)的負(fù)面影響均最大；拔節(jié)期進(jìn)行比外界低3 °C 5 d 低溫冷害處理對(duì)水稻二次枝梗實(shí)粒數(shù)負(fù)面影響最小，一次枝梗實(shí)粒數(shù)正面影響最大，使得一次枝梗實(shí)粒數(shù)極顯著增加，這可能是由于在拔節(jié)期給予水稻適當(dāng)?shù)蜏靥幚?，可以增加水稻抗寒性，在之后生育期恢?fù)正常生長環(huán)境，水稻能夠較快恢復(fù)正常生長并且長勢(shì)更好；同一時(shí)期比外界低5 °C 對(duì)二次枝梗實(shí)粒數(shù)的負(fù)面影響大于比外界低3 °C 對(duì)二次枝梗實(shí)粒數(shù)的負(fù)面影響。

2.2 水稻產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率

將水稻90-35 經(jīng)過拔節(jié)期和抽穗期不同低溫冷害處理后的產(chǎn)量、一次枝梗結(jié)實(shí)率和二次枝梗結(jié)實(shí)率結(jié)果如表2 所示。

表2 不同時(shí)期低溫處理對(duì)水稻產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率的影響Tab.2 Effects of low temperature treatment at different stages on rice yield and seed setting rate

由表2 可知，水稻90-35 在拔節(jié)期和抽穗期經(jīng)過比外界低5 °C 和低3 °C 的低溫冷害處理后，水稻的產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率均受到一定的負(fù)面影響。具體表現(xiàn)：經(jīng)過低溫冷害處理的4 組水稻的產(chǎn)量均與CK 處理呈現(xiàn)出極顯著差異，除A2處理外其余各組較CK 處理極顯著變少，A1、A2、B1和B2處理分別比CK 處理變少29.68%、?33.98%、40.65% 和17.92%，抽穗期進(jìn)行比外界低5 °C 5 d 低溫冷害處理對(duì)水稻產(chǎn)量負(fù)面影響最大，減產(chǎn)最嚴(yán)重，拔節(jié)期進(jìn)行比外界低3 °C 5 d 的低溫冷害處理會(huì)使水稻極顯著增產(chǎn)。

一次枝梗結(jié)實(shí)率較CK 處理減少，二次枝梗結(jié)實(shí)率A1、B1和B2處理均比CK 處理極顯著減少，具體為A1、A2、B1和B2處理分別比CK 處理減少2.4%、2.3%、42.8%和31.8%，A1、A2、B1和B2處理分別比CK 處理減少3.9%、?0.8%、64.9%和47.0%。抽穗期進(jìn)行比外界低5 °C 5 d 低溫冷害處理對(duì)水稻一次枝梗結(jié)實(shí)率、二次枝梗結(jié)實(shí)率的負(fù)面影響最大；拔節(jié)期進(jìn)行比外界低3 °C 5 d 的低溫冷害處理對(duì)水稻一次枝梗結(jié)實(shí)率的負(fù)面

影響最小，使水稻二次枝梗結(jié)實(shí)率稍有增加；低溫冷害在拔節(jié)期對(duì)水稻一次枝梗結(jié)實(shí)率、二次枝梗結(jié)實(shí)率的負(fù)面影響小于抽穗期對(duì)這兩種指標(biāo)的負(fù)面影響，同一時(shí)期比外界低5 °C 對(duì)一次枝梗結(jié)實(shí)率、二次枝梗結(jié)實(shí)率的負(fù)面影響大于比外界低3 °C 對(duì)這兩種指標(biāo)的負(fù)面影響。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，已有幼穗分化期和孕穗期等相關(guān)的低溫冷害對(duì)水稻產(chǎn)量的研究，而有關(guān)水稻拔節(jié)期和抽穗期低溫冷害的研究則較少，特別是遼西地區(qū)此類研究更是鮮見，本試驗(yàn)在前人有關(guān)低溫冷害對(duì)水稻產(chǎn)量研究的基礎(chǔ)上，探究了遼西地區(qū)拔節(jié)期和抽穗期這兩個(gè)不同時(shí)期低溫冷害對(duì)水稻產(chǎn)量的影響[20-21]。本研究結(jié)果與龐藍(lán)青等[2]研究的部分結(jié)果一致：拔節(jié)期和抽穗期經(jīng)過不同低溫冷害處理后，對(duì)水稻的穗部性狀產(chǎn)生不同的負(fù)面影響，進(jìn)而影響水稻的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素，導(dǎo)致減產(chǎn)；而在拔節(jié)期進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡蜏靥幚頃?huì)增加水稻的抗逆性，使得水稻產(chǎn)量有極顯著的增加。但是由于本研究與龐藍(lán)青等[2]研究也有差異，并且有關(guān)拔節(jié)期和抽穗期低溫冷害對(duì)水稻產(chǎn)量的研究較少見，使本研究結(jié)果與前人有關(guān)研究結(jié)果異同的比較具有一定的局限性。因此，遼西地區(qū)拔節(jié)期和抽穗期低溫冷害對(duì)水稻產(chǎn)量的研究有待進(jìn)一步加深，積累多年的大數(shù)據(jù)，才能對(duì)不同地域、不同品種間的研究結(jié)果異同加以比較研究。

3.2 結(jié)論

（1）穗部性狀。水稻90-35 在拔節(jié)期和抽穗期經(jīng)過低溫冷害處理后，水稻的穗部性狀整體較CK 處理受到顯著或極顯著的負(fù)面影響。水稻90-35 在抽穗期進(jìn)行比外界低5 °C 5 d 低溫冷害處理，對(duì)枝梗數(shù)負(fù)面影響最小，對(duì)實(shí)粒數(shù)負(fù)面影響最大；抽穗期進(jìn)行比外界低3 °C 5 d 低溫冷害處理對(duì)一次枝梗數(shù)實(shí)粒數(shù)、穗長負(fù)面影響最小，對(duì)一次枝梗數(shù)負(fù)面影響最大；拔節(jié)期進(jìn)行比外界低3 °C 低溫冷害處理對(duì)穗長、二次枝梗數(shù)負(fù)面影響最大，對(duì)一次枝梗實(shí)粒數(shù)正面影響最大、對(duì)二次枝梗實(shí)粒數(shù)負(fù)面影響最小。同一時(shí)期比外界低5 °C 對(duì)枝梗數(shù)的負(fù)面影響小于比外界低3 °C 對(duì)枝梗數(shù)的負(fù)面影響；同一時(shí)期比外界低5 °C 對(duì)二次枝梗實(shí)粒數(shù)的負(fù)面影響大于比外界低3 °C 對(duì)二次枝梗實(shí)粒數(shù)的負(fù)面影響；拔節(jié)期低溫冷害對(duì)穗長的影響大于抽穗期低溫冷害對(duì)穗長的影響。

（2）產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率。水稻90-35 在拔節(jié)期和抽穗期經(jīng)過低溫冷害處理后，水稻不能夠較快恢復(fù)正常生長，對(duì)其產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率整體較CK 處理顯著甚至極顯著減少，造成大幅度減產(chǎn)；而在拔節(jié)期受到適當(dāng)?shù)牡蜏乩浜μ幚?，可以增加水稻抗寒性，在之后生育期恢?fù)正常生長環(huán)境，水稻能夠較快恢復(fù)正常生長并且長勢(shì)更好，其產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率都會(huì)略有增加，特別是產(chǎn)量極顯著增加。進(jìn)行低溫冷害處理后對(duì)結(jié)實(shí)率的負(fù)面影響是拔節(jié)期小于抽穗期，同一時(shí)期受到低溫冷害程度越強(qiáng)對(duì)結(jié)實(shí)率的負(fù)面影響越大；抽穗期經(jīng)過比外界低5 °C 低溫冷害處理對(duì)產(chǎn)量、結(jié)實(shí)率、結(jié)實(shí)率負(fù)面影響最大?？梢娝?0-35 在抽穗期受到低溫冷害會(huì)對(duì)其產(chǎn)量和結(jié)實(shí)率產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，使水稻大幅度減產(chǎn)。