周立宏++李秀芬++王伯伦

摘要：为了研究不同水稻品种群体中的小气候状况及其对产量和品质的影响，以辽优20、辽粳294等8个品种为供试品种，观测群体中的温度、湿度和光照，收获后测定产量和品质，分析各气象因子在群体中的分布和变化情况及与产量和品质的关系。结果表明，不同品种群体中温度、湿度生长后期差异较大，其中湿度差异大于温度差异。水稻群体中温湿度的日变化规律与大气温湿度一致，中午群体中的温度在灌浆期高于大气，成熟期低于大气。群体中光照度从上至下逐渐减弱。太阳高度角较低时，群体上部光强减弱得快，下部减弱较慢；太阳高度角较高时，上部和下部减弱的差异不大。群体中平均透光率与产量成抛物线关系。品质与10：00—14：00时透光率的关系较为明显，直链淀粉含量与10：00的透光率显著负相关。

关键词：水稻；小气候特征；温度；湿度；光照；产量；品质

中图分类号： S162.5+.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）05-0081-04

影响水稻产量和品质的因素主要是遗传和环境两大方面，同一品种在不同地点和不同栽培方式下的产量和品质表现并不一致，存在显著的基因型×环境互作效应。彭俊华认为，产量总变异中环境效应最大，基因型×环境互作效应次之，基因型效应居第三[1]。现代株型育种通过群体结构和受光态势的综合改良来改善群体小气候环境，从而提高群体的光合作用效率和物质生产能力，陈温福等认为，直立穗型群体的光照、温度、湿度、气体扩散等生态条件优越，因此生物产量明显高于半直立和弯曲穗型，但直立穗型品种品质不如弯曲穗型[2-3]。王伯伦等也认为，适口性特好的品种基本为弯曲穗型，半矮秆、半直立穗型品种产量较高，品质较好[4]。但大量研究表明，穗型和品质之间并无直接关系，产量和品质的关系也不密切，栽培技术却与品质有密切关系，这可能是产量高的品种通常品质差的原因之一[2]。因此，对不同穗型水稻群体中的小气候状况还需进行深入研究，也可以为株型育种提供理论依据。

目前对影响水稻产量和品质的气象因素的研究，主要集中在大范围的气候环境层面，而且具有地域性，但温度普遍被认为是影响水稻产量与品质的最显著因子，尤其是日均温度[5-10]，其次是光照。李秀芬等认为，辽宁省沈阳地区8月中旬至9月中旬是影响稻米品质的气候关键期，这一阶段的温度是影响品质的最主要因子，其次为日照总时数，降水的影响最小[11]。

小气候观测易受人为影响，尤其是温度和湿度的测定准确性较差，研究难度较大，因此这方面的研究较少。本试验研究不同穗型品种水稻群体中的光照、温度和湿度分布及差异状况，并初步探讨小气候条件与水稻产量和品质的关系。

1材料与方法

试验于2012年在沈阳农业大学农学院教学科研基地试验田进行。

选择的品种有辽优20、辽粳294、奥羽316、辽粳326、辽粳9号、沈稻9号、沈稻8号、沈农8718共8个品种。其中，辽优20是辽宁省稻作研究所育成的弯穗杂交稻，沈农8718是弯穗常规品种，奥羽316是日本弯穗超高产品种，辽粳326是直立穗，其余是半直立穗品种。试验采用随机区组设计，3次重复；小区长5 m，宽1.8 m，小区面积9 m2；每小区6行，行、株距为30 cm×13.3 cm，单株插秧，施氮量180 kg/hm2，施磷量 20 kg/hm2，井水灌溉，本田管理参照水稻模式化栽培[12]。

测定选择晴朗无风的天气，于8月17日08：00、10：00、12：00、14：00、16：00时用GI-1型棍式照度计测定在植株 1/3、2/3、3/3高度的光照度。并于7月末、8月中旬和9月中旬水稻生长的不同时期，用HOBO（HO8-007-02）温湿度采集器，每隔10 min采集1次数据，测得植株2/3高度的温度和湿度。高士杰等研究发现，夜间不同水稻群体中温湿度相差不大[3]，所以本试验仅观测白天的温湿度。

收获后自然风干，脱粒测定小区产量。储藏3个月后测定米质的各项指标，包括糙米率、精米率、整精米率、垩白率、食味值、蛋白和直链淀粉含量等，测定标准采用农业部NY147—1988《米质测定方法》。

2结果与分析

2.1不同品种群体内温湿度变化特征

2.1.1不同品种群体内温度的变化辽宁沈阳地区7月下旬至8月上旬为雨季，以多云天气为主，晴天较少，8月中旬以后晴天多，阴天少。本试验于7月23日上午、7月28日、8月17日、8月18日和9月17日分别观测不同品种群体内 2/3 高度处的温度和湿度。

7月23日和7月28日是多云天气，各群体内气温非常相近。不同品种间的温度差异很小，温差基本不超过0.8 ℃，方差分析结果表明，各群体内的温度差异不显著。

8月17日、8月18日和9月17日为晴天，白天不同品种群体内气温的变化趋势相同，各品种间的气温差异明显大于7月下旬阴天的2 d。图1是8月18日和9月17日辽粳294的温度变化曲线及回归曲线，回归方程中的x为时间比率，将1 d 24 h设为1，00：00—12：00为0.5。从图1可见，群体中温度变化呈明显的单峰曲线，中午温度高，早晚温度较低，与大气温度日变化一致，并且9月17日温度变化大于8月17、18日，这是因为8月昼长大于9月，空气湿度又大，大气昼夜温差小于9月，加之9月水稻生长后期，田间基本无水，水分对群体中温度的调节作用减小，使群体内气温变化幅度增大。群体中最高温度出现时间要早于大气，大气最高温度出现在14：00左右，群体中最高温度则出现在 12：30—13：00。8月17、18日，群体中温度在中午时高于大气温度，早晚则低于大气温度；9月17日白天群体中温度都低于大气温度。

2.1.2不同品种群体内湿度的变化8月17日、18日不同品种群体内相对湿度的变化相似。图2是8月18日和9月17日辽粳294相对湿度的变化曲线和回归曲线，x是时间比率，与温度回归方程中的相同。7月28日阴天的相对湿度变化明显小于8月17日、18日和9月17日，无论是不同群体中的总变化范围还是单个群体中的变化量，均是7月28日最小，9月17日最大。这主要是受空气湿度的影响，沈阳地区7月下旬至8月上旬为雨季，空气湿度大，日变化比较小，8月中旬以后空气湿度逐渐减小，相对湿度的日变化增大。

相对湿度不仅与水汽含量有关，还与温度有关，9月17日群体中的露点温度整体低于8月中旬，说明水汽含量少于8月中旬，但因温度低，尤其是早晚的时候，所以相对湿度比8月18日还要高。

各群体间湿度的差异也比温度大，方差分析结果表明，除7月23日相对湿度和露点温度差异不显著外，其余几日均为差异极显著。表2是这几日相对湿度变化的统计数据，可以看出，9月17日群体间相对湿度的差异大于8月17日、18日。总体来说，沈稻9号群体内的相对湿度最高，辽粳326相对湿度较低，辽粳294、辽粳9号最接近。

2.2不同品种群体内光照的分布特征

2.2.1光照度的日变化各品种群体中的光照度日变化趋势基本一致。图3是辽粳294在1 d中不同时刻光照度的变化，冠层顶的光照度日变化即是到达地面的太阳辐射日变化，

群体中光照度的变化总体趋势与冠层顶相同，早晚低，随太阳高度角的增大而增大，中午光照度达最大，上下午基本是对称的。但群体内光照度的增加没有冠层顶快，维持高光照度的时间也短于冠层顶，尤其是1/3高度，光照度在10：00之前和14：00变化比较缓慢。2/3高度光照度的日变化介于冠层顶和1/3高度之间。图3中3个高度的光照度日变化回归方程见表3，x为北京时间。

2.2.2群体内不同层次的光照度各群体内光照度从冠层顶向下减弱，1 d中不同时刻群体内光照度随高度减弱的快慢而不同。图4分别是08：00和12：00测得的4个品种群体内不同层次的太阳光照度，其余品种光照度略小于辽粳294，高于奥羽316和辽优20。由此可以看出，08：00从冠层到2/3高度光照强度减弱较快，2/3高度到1/3高度光照强度减小得较慢；在12：00各群体内从上到下光照度的变化接近一条直线，上部与下部光照度的减弱速度差别不大；10：00群体中的光照度变化介于08：00和12：00之间；14：00和10：00近似；16：00和08：00近似。说明在早晚太阳高度角较小时，冠层截获光能的比率较大，下层得到光能的比率较小，随着太阳高度角的增大，透过冠层到达下层的光照比率增大。直立穗和半直立穗品种群体中的光照度高于弯穗品种。

2.2.3不同品种群体内的透光率根据测得的光照度计算出不同品种水稻群体中的透光率，图5是8个品种2个高度的透光率。从图5可以看出，2/3高度和1/3高度的透光率均为中午最大，早晚较小。无论是1/3高度还是2/3高度，弯穗沈农8718、辽优20和奥羽316的透光率小于其他直立和半直立穗品种，2个杂交稻品种最接近，透光率最小，5个直立、半直立穗品种相差不太大。

2.3光照与产量和品质的关系

2.3.1光照与水稻产量的关系相关分析结果（表4）表明，产量与透光率之间有显著的相关性。平均产量与不同高度和不同时间的透光率之间均为负相关，说明群体中透光率大不利于产量的提高。平均产量与2/3高度透光率的关系大于1/3高度，并且与12：00的透光率相关性最显著。2/3高度在10：00、12：00的透光率和平均透光率与产量的相关都达到显著水平，08：00、14：00、16：00的相关虽未达到显著水平，但相关系数也是比较大的。1/3高度的相关系数只有12：00达到显著水平，16：00的相关系数也较大。

通过回归分析可知，平均产量（y）与08：00时1/3高度透光率（L8）和12：00时1/3高度透光率L12呈线性关系：

y=847.181-11.035L12+10.078L8 ，R2=0.961。

中午时下层的透光率高，使产量降低；而早晨下层透光率高，则产量增加。

取2个高度平均透光率的平均值为群体总平均透光率。平均产量与群体中2个高度的平均透光率和总平均透光率的关系非常相近，均为二次曲线，图6为平均产量和群体总平均透光率的回归曲线，由此可以看到，透光率过高或过低对产量均不利，透光率在一定范围内，可维持较高的产量。

2.3.2光照与水稻品质的关系稻米品质与透光率的相关性见表5（表中未列出的时段透光率与品质各指标相关均不显著）。整精米率与10：00时2/3高度的透光率显著负相关，垩白率与10：00时1/3高度的透光率、糙米率与12：00时2/3高度的透光率显著正相关；食味值、蛋白含量与08：00时1/3高度的透光率显著相关，其中食味值与透光率是负相关，蛋白含量与透光率则为正相关。直链淀粉含量与10：00的透光率相关最大，在2个高度上都为极显著负相关，说明透光率高则直链淀粉含量减少。

总体来说，10：00的透光率与品质的关系最大，08：00的1/3高度的透光率与营养品质的关系比外观品质更明显。14：00的2/3高度的透光率与各品种指标的相关性虽均未达到显著水平，但除精米率和垩白率外，与其他几个指标的相关系数都是比较大的。糙米率、垩白率和蛋白含量与透光率之间基本是正相关，整精米率、食味值和直链淀粉含量与透光率基本为负相关。

3结论与讨论

张文香等认为，寒冷地区灌浆期到成熟期温度高有利于提高产量和品质[13]；矫江等认为，东北地区水稻垩白率的发生与当地的活动积温呈显著负相关[14]；秦阳等认为，灌浆结实期温度日较差对品质性状的影响较大，且为正效应[15]。在本试验中，根据温湿度与产量和品质的相关分析，虽然多数未达到显著水平，但总的来说，温度与产量和品质的关系比湿度更大一些，并且8月的影响大于9月，8月中旬的温度对品质指标中的食味值、蛋白含量、糙米率、精米率的影响较为明显。

本试验测得8月中旬和9月中旬灌浆期、成熟期水稻群体内中午的温度高于大气温度，这与以前的研究结果[3]不相符，但在东北地区，温度高无疑对产量和品质是有利的。本试验中各弯穗和半直立穗品种的温湿度表现不太一致，弯穗沈农8718的温度较低，但杂交稻的温湿度表现较为复杂，因此单考虑穗型对温湿度的影响可能具有片面性，还应该有品种本身的影响。本试验并未发现弯穗群体中相对湿度明显大于直立穗群体的现象。根据现有观测数据，温度、湿度与产量和品质的具体关系尚无法确定。因群体中的温湿度变化较为复杂，须要长期连续观测，困难较大，还须做进一步的研究工作。

有研究认为，直立穗群体中透光率高于弯穗群体[3]。在本试验的8个品种中，弯穗的辽优20、奥羽316、沈农8718透光率较低，其余直立、半直立、弯穗品种并无明显差异。透光率最低的辽优20反而产量较高，表明产量与透光率并不是简单的线性关系，而是呈抛物线，透光率在适当范围内才能取得较高的产量。

从本试验产量和08：00、12：00 1/3高度透光率的线性关系来看，早晚太阳辐射较弱时，群体下层的透光率高，有利于提高产量；而中午太阳辐射强，下层透光率高反而会使产量下降。

关于光照与品质的关系，总体来说，10：00—14：00光照对品质的影响较为明显。蛋白含量、垩白率与透光率呈正相关，与前人的研究结果[16-17]一致。

水稻群体中温湿度的日变化规律与大气温湿度一致。不同品种水稻群体中温度差异在8月中旬小于9月中旬；中午群体内的最高温度高于大气温度；直立穗群体中的温度较高。群体中相对湿度的差异大于温度，8月中旬至9月中旬差异均极显著，且9月差异大于8月。

群体中光照度从上至下逐渐减弱。太阳高度角较低时，群体上部光强减弱得快，下部减弱较慢；太阳高度角较高时上下减弱的速度差异不大。群体中平均透光率与产量成抛物线关系。品质与10：00—14：00透光率的关系较为明显，直链淀粉含量与10：00的透光率呈极显著负相关，糙米率、垩白率、蛋白含量与透光率之间基本是正相关，整精米率、食味值和直链淀粉含量与透光率基本为负相关。

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