因應氣候變遷之水稻韌性及調適技術研究
- 農業科技計畫 @ 農業部
計畫名稱因應氣候變遷之水稻韌性及調適技術研究的計畫主持人是李長沛, 執行機關是行政院農業委員會農業試驗所, 研究領域是農藝類, 研究性質是應用研究, 計畫編號是110農科-13.2.1-農-C1(Z), 研究目的是發展農林漁牧（不含食品加工與包裝）, 中央款是6722000, 配合款是0, 計畫總經費是6722000, 執行成果摘要是「因應氣候變遷之水稻韌性及調適技術研究」之中文摘要：一、「高溫對水稻產量、品質影響及調適研究」因應氣候變遷，氣溫異常對水稻造成產量減損及米質惡化的影響，本計畫擬建立穩定的水稻高溫逆境篩選圃及有效率、標準的篩選技術，並透過熱感應影像分析、花粉活力檢測、米質分析等技術，建立水稻主要栽培品種在高溫逆境下的....
| 計畫年度 | 110 |
| 計畫類別 | 科技 |
| 計畫名稱 | 因應氣候變遷之水稻韌性及調適技術研究 |
| 計畫編號 | 110農科-13.2.1-農-C1(Z) |
| 計畫屬性 | 科學技術類 |
| 研究性質 | 應用研究 |
| 研究方法 | 自行研究 |
| 研究領域 | 農藝類 |
| 研究目的 | 發展農林漁牧（不含食品加工與包裝） |
| 主管機關 | 農委會農業試驗所 |
| 執行機關 | 行政院農業委員會農業試驗所 |
| 計畫主持人 | 李長沛 |
| 中央款 | 6722000 |
| 配合款 | 0 |
| 計畫總經費 | 6722000 |
| 執行成果摘要 | 「因應氣候變遷之水稻韌性及調適技術研究」之中文摘要：一、「高溫對水稻產量、品質影響及調適研究」因應氣候變遷，氣溫異常對水稻造成產量減損及米質惡化的影響，本計畫擬建立穩定的水稻高溫逆境篩選圃及有效率、標準的篩選技術，並透過熱感應影像分析、花粉活力檢測、米質分析等技術，建立水稻主要栽培品種在高溫逆境下的韌性指標，提供產業利用之參考；並篩選出耐高溫障礙品種(系)，提供水稻高溫韌性進一步研究及水稻品種改良選拔之基礎。除基礎篩選技術平台之建立外，也將透過田間的栽培管理技術，如水分管理、穗肥的調整來緩解水稻在高溫下所造成的稻米產量或品質劣變，以穩定農民收益、永續稻作產業。各項研究成果摘述如下:篩選技術研究，(1)於耐熱篩選圃篩選推廣品種(45個)、種間雜交導入系(8個)、新育成品系(16個)、耐熱性種原(8個)於之稔實率，計有5個品種(系)之稔實率高於耐熱對照品種N22，彙整前3個期之資料也顯示，參試品種系於耐熱篩選圃之平均稔實率均低於田間之表現，尤其於100年第一期作差異最大。(2)利用電阻抗式流式細胞儀(IFC)檢測加熱溫室水稻品種之花粉活力，結果顯示109-2與110-1期作花粉活力表現不同， 5個參試品種在109-2期作的田間與加熱溫室之花粉活力差異皆不顯著，對照稔實率方面亦顯示田間與加熱溫室處理差異不顯著；110-1期作5品種中分別有TK9、TN11與雜交稻2171其田間與加熱溫室花粉活力差異顯著，稔實率差異亦顯著，而雜交稻2153其田間與加熱溫室之花粉活力無差異，但稔實率差異顯著，5品種中只有N22在2期作田間與加熱溫室處理之花粉活力與稔實率皆差異不顯著。以IFC檢測110年2期作田間水稻品種花粉之耐熱性，1期作共調查15品種，2期作共調查31個品種，將俟2期作稔實率調查完成後再予討論。(3)利用植冠熱影像量測水稻冠層葉溫和穗溫與環境溫度間互動關係，以及高溫逆境下水稻品種(系)之光合作用生理反應，藉由上述分析技術以輔助篩選具有耐高溫之水稻品種(系)。調適技術研究，(1)高溫篩選圃內進行夜間灌溉之評估，夜間灌溉對稔實率有增進效果，對完整米率、白堊質率之正向效果有待進一步驗證。另外，利用矽酸鉀以減輕高溫對稻米質的影響上，試驗結果顯示處理間在完整率並無顯著的差異，仍有待進一步試驗。(2)於嘉義分所以延遲插秧方式(3月19日插秧)，設置水稻穀粒充實期灌溉調節高溫篩選圃一處，分別比較穀粒充實期日夜輪灌與慣行灌溉處理對於稻米品質的影響。試驗結果顯示，日夜輪灌處理方式較慣行灌溉方式之平均日溫降低0.21℃，完整米平均增加5.9%，稻米未熟粒平均減少9.4%，並且均達統計顯著差異水準，該結果說明日夜輪灌方式對於降低田區日溫及改善稻米外觀品質方面有確實效果。惟糙米率降低約15%，是否因穀粒充實後期因輪灌造成穀粒內外水分壓力差過大，導致胴裂粒增加致使糙米率下降，有待進一步深入研究。二、「淹水與低溫逆境對水稻產量與品質之影響與調適研究(2/4)」 因應氣候變遷，異常低溫與乾旱逆境對水稻造成產量及米質的影響，本計畫以低溫逆境篩選平台、花粉活力檢測、運用共生滿江紅、有益微生物栽培水稻，以及使用米質與米糠機能成分分析等技術，建立水稻在低溫逆境下的韌性指標作為品種推薦的依據，以及提供對抗相關逆境的栽培管理建議，以期能降低風險危害、穩定農民收益。試驗結果顯示，水稻共栽培滿江紅系統，可以緩解水稻成熟期遭遇乾旱逆境，並且配合不曬田管理方法，其產量可與慣行農法(施用化學肥料)相當。水稻幼苗耐寒性試驗結果顯示，經7天10℃低溫處理後，45個栽培品種耐寒性檢定等級有36個(80%)屬抗級、5個(11.1%)屬中抗級和4個(8.8%)屬中感級。經7天10℃低溫處理後移至室溫恢復生長第七天後調查耐寒性等級，45個栽培品種耐寒性檢定等級有1個(2.2%)屬抗級、26個(57.8%)屬中抗級、10個(22.2%)屬中感級、6個(13.3%)屬感級和2個(4.4%)屬極感級。水稻抽穗期耐寒性試驗結果顯示，經3天10℃低溫處理後，44個栽培品種耐寒性檢定等級有16個(36.4%)屬中感、15個(34.1%)屬感級和13個(29.5%)屬極感級。 三、「探究乾旱逆境對水稻生產之影響(2/4)」 試驗為了解水稻開花前後遭遇乾旱在水田微氣象環境、作物生長生理、稔實與產量等影響。為評估乾旱情境對稻株抽穗開花之影響，110年第2期作試驗中，在水稻移植後第50天~78天以排水不灌水方式，進行乾旱處理。比較慣行與缺水處理下3個參試品種之每天開花高峰時間：調查IR64在10月14日~21日期間平均結果，開花高峰分別在10:45及10:33；調查台南11號在10月19日~21日及10月23日~25日 期間平均開花高峰分別落在12:02及12:08；調查IR64_EMF在5月26日~28日期間平均開花高峰分別在9:16及9:13。結果顯示，缺水逆境對水稻開花時間影響小，而品種差異之影響較大，IR64_EMF較IR64提早約90分鐘開花，較臺南11號提早約2個小時開花。此外，各品種在第2期作開花高峰皆較第1期作晚近1個小時。試驗利用冠層溫溼度監測裝置(MINCER (Micrometeorological Instrument for the Near-Canopy Enironment of Rice紀錄水田微氣象環境變化，其可以隨水稻生育高度調整， 同時具有風扇裝置，避免裝置內空氣不流通造成溫度升高的可能性，提高氣溫量測的精確度。第1、2期作乾旱處理的冠層內氣溫皆比對照組高，表示乾旱處理使田間蒸發散作用的降溫效果減少。第1期作乾旱處理在11時 (也是第一期作臺南11號開花高峰的時間) 冠層內氣溫與氣象站相近，在12~16時期間之冠層內氣溫比氣象站氣溫高，在13時達最高，較氣象站氣溫高0.73℃。以慣行栽培的對照組冠層內氣溫在第1期作的降溫幅度較第2期作小，在第1期作最高溫時 (12時) 僅較氣象站低 0.47℃，隨著未來氣溫上升1.5℃暖化情境下，第1期作在水源充足的慣行栽培環境下，開花期間遭遇高溫的風險仍然是提高的。110年第1期作之乾旱處理使3個參試品種在抽穗後期~收穫期間葉面積及乾物重下降，也使穗數降低；在產量構成要素方面，抽穗開花前後乾旱處理使3個參 試品種之穗數降低，平均穗數由25支減少至20支；對稔實率、及千粒重影響不顯著，乾旱處理使冠層內氣溫上升，但仍低於 35℃，推測尚未對花粉活性、授粉有影響；對乾旱處理與品種因子對每穗粒數的效應具有交感 ，乾旱處理使IR64及臺南11號之每穗粒數較對照組增加，IR64的每穗粒數增加達顯著水準，而對 IR64-EMF效果相反，乾旱處理使其每穗粒數減少。四、「利用早熟水稻作為缺水逆境之韌性生產調適研究」 早熟水稻品種生育期短，能減少灌溉日數，節省水資源使用。本試驗於嘉義縣鹿草鄉進行栽培期調整試驗，利用早熟水稻品種TN13、TN13-Gn1a進行試驗，以中晚熟水稻TN11為對照，於一期稻作進行正常插秧及延後1個月插秧之用水量比較，試驗結果顯示於一期作調整栽培期後的用水量TN13 8,190 m3/ha、TN13-Gn1a 8,100 m3/ha較正常插秧的TN11 9,470 m3/ha可節省10%以上用水；產量部分，TN13調整栽培期後的產量5,950 kg/ha比正常栽培期之TN11產量6,370 kg/ha減少約7%，調整插秧期後的TN13-Gn1a產量8,160 kg/ha與TN11相當。早熟水稻較正常插秧期延後1個月插秧，收穫期只比正常插秧之中晚熟水稻晚7天，延後插秧期之水稻與正常插秧期的水稻收穫時間相近，能減少鳥害問題。而導入高每穗粒數基因Gn1a之TN13近同源系，生育日數與TN13相近，但產量與TN11相近，能有效改善TN13產量較低之缺點，惟延後插秧生育後期遇高溫，高溫下之米質表現不佳白粉質粒較多。利用早熟水稻調整栽培期，可做為節省一期稻作用水之調適作為，值得未來深入進行相關育種及栽培試驗研究。 五、「建立稻麥與不同栽培制度之小麥節水調適技術(2/4)」 本研究於彰化縣大城鄉以水稻-小麥輪作栽培模式為處理，慣行之水稻-水稻(慣行與乾濕輪灌)連作為對照，生育期間調查需水量，成熟後調查產量性狀。試驗結果顯示，水稻乾濕輪灌-小麥輪作全年度每公頃需水量為13,190 m3，為最節水栽培模式，較水稻慣行灌溉-小麥節水810 m3 (5.8%)，較水稻乾濕輪灌-乾濕輪灌連作節水2400 m3 (15.4%)，較水稻慣行-水稻慣行連作節水3,325 m3 (20.1%)。連續休耕地以小麥活化其中一期作相較水稻可節水4,220 m3。生產成本調查與效益評估顯示，小麥生產成本合計合計58,350元，以機械包工費佔總成本42.8%最高，人工費僅佔7.7%，可見小麥栽培相當節省人工，換算每公斤小麥生產成本為17.3元；一期稉稻生產費123,000元，機械包工費佔總生產成本42.3%最高，換算每公斤水稻生產成本為17元，二期稉稻生產費117,200元，機械包工費佔總生產成本44.4%最高，每公斤水稻生產成本為21.6元，水稻小麥輪作農家賺款可達122,823元，與水稻水稻連作115,353元相近，倘另納入轉作每公頃45,000元補助，則可增加農民轉作誘因。綜上結果，在因應節省水資源與缺工問題下，稻麥輪作實可為推廣栽培之推薦選項。 |
計畫年度110 |
計畫類別科技 |
計畫名稱因應氣候變遷之水稻韌性及調適技術研究 |
計畫編號110農科-13.2.1-農-C1(Z) |
計畫屬性科學技術類 |
研究性質應用研究 |
研究方法自行研究 |
研究領域農藝類 |
研究目的發展農林漁牧（不含食品加工與包裝） |
主管機關農委會農業試驗所 |
執行機關行政院農業委員會農業試驗所 |
計畫主持人李長沛 |
中央款6722000 |
配合款0 |
計畫總經費6722000 |
執行成果摘要「因應氣候變遷之水稻韌性及調適技術研究」之中文摘要：一、「高溫對水稻產量、品質影響及調適研究」因應氣候變遷，氣溫異常對水稻造成產量減損及米質惡化的影響，本計畫擬建立穩定的水稻高溫逆境篩選圃及有效率、標準的篩選技術，並透過熱感應影像分析、花粉活力檢測、米質分析等技術，建立水稻主要栽培品種在高溫逆境下的韌性指標，提供產業利用之參考；並篩選出耐高溫障礙品種(系)，提供水稻高溫韌性進一步研究及水稻品種改良選拔之基礎。除基礎篩選技術平台之建立外，也將透過田間的栽培管理技術，如水分管理、穗肥的調整來緩解水稻在高溫下所造成的稻米產量或品質劣變，以穩定農民收益、永續稻作產業。各項研究成果摘述如下:篩選技術研究，(1)於耐熱篩選圃篩選推廣品種(45個)、種間雜交導入系(8個)、新育成品系(16個)、耐熱性種原(8個)於之稔實率，計有5個品種(系)之稔實率高於耐熱對照品種N22，彙整前3個期之資料也顯示，參試品種系於耐熱篩選圃之平均稔實率均低於田間之表現，尤其於100年第一期作差異最大。(2)利用電阻抗式流式細胞儀(IFC)檢測加熱溫室水稻品種之花粉活力，結果顯示109-2與110-1期作花粉活力表現不同， 5個參試品種在109-2期作的田間與加熱溫室之花粉活力差異皆不顯著，對照稔實率方面亦顯示田間與加熱溫室處理差異不顯著；110-1期作5品種中分別有TK9、TN11與雜交稻2171其田間與加熱溫室花粉活力差異顯著，稔實率差異亦顯著，而雜交稻2153其田間與加熱溫室之花粉活力無差異，但稔實率差異顯著，5品種中只有N22在2期作田間與加熱溫室處理之花粉活力與稔實率皆差異不顯著。以IFC檢測110年2期作田間水稻品種花粉之耐熱性，1期作共調查15品種，2期作共調查31個品種，將俟2期作稔實率調查完成後再予討論。(3)利用植冠熱影像量測水稻冠層葉溫和穗溫與環境溫度間互動關係，以及高溫逆境下水稻品種(系)之光合作用生理反應，藉由上述分析技術以輔助篩選具有耐高溫之水稻品種(系)。調適技術研究，(1)高溫篩選圃內進行夜間灌溉之評估，夜間灌溉對稔實率有增進效果，對完整米率、白堊質率之正向效果有待進一步驗證。另外，利用矽酸鉀以減輕高溫對稻米質的影響上，試驗結果顯示處理間在完整率並無顯著的差異，仍有待進一步試驗。(2)於嘉義分所以延遲插秧方式(3月19日插秧)，設置水稻穀粒充實期灌溉調節高溫篩選圃一處，分別比較穀粒充實期日夜輪灌與慣行灌溉處理對於稻米品質的影響。試驗結果顯示，日夜輪灌處理方式較慣行灌溉方式之平均日溫降低0.21℃，完整米平均增加5.9%，稻米未熟粒平均減少9.4%，並且均達統計顯著差異水準，該結果說明日夜輪灌方式對於降低田區日溫及改善稻米外觀品質方面有確實效果。惟糙米率降低約15%，是否因穀粒充實後期因輪灌造成穀粒內外水分壓力差過大，導致胴裂粒增加致使糙米率下降，有待進一步深入研究。二、「淹水與低溫逆境對水稻產量與品質之影響與調適研究(2/4)」 因應氣候變遷，異常低溫與乾旱逆境對水稻造成產量及米質的影響，本計畫以低溫逆境篩選平台、花粉活力檢測、運用共生滿江紅、有益微生物栽培水稻，以及使用米質與米糠機能成分分析等技術，建立水稻在低溫逆境下的韌性指標作為品種推薦的依據，以及提供對抗相關逆境的栽培管理建議，以期能降低風險危害、穩定農民收益。試驗結果顯示，水稻共栽培滿江紅系統，可以緩解水稻成熟期遭遇乾旱逆境，並且配合不曬田管理方法，其產量可與慣行農法(施用化學肥料)相當。水稻幼苗耐寒性試驗結果顯示，經7天10℃低溫處理後，45個栽培品種耐寒性檢定等級有36個(80%)屬抗級、5個(11.1%)屬中抗級和4個(8.8%)屬中感級。經7天10℃低溫處理後移至室溫恢復生長第七天後調查耐寒性等級，45個栽培品種耐寒性檢定等級有1個(2.2%)屬抗級、26個(57.8%)屬中抗級、10個(22.2%)屬中感級、6個(13.3%)屬感級和2個(4.4%)屬極感級。水稻抽穗期耐寒性試驗結果顯示，經3天10℃低溫處理後，44個栽培品種耐寒性檢定等級有16個(36.4%)屬中感、15個(34.1%)屬感級和13個(29.5%)屬極感級。 三、「探究乾旱逆境對水稻生產之影響(2/4)」 試驗為了解水稻開花前後遭遇乾旱在水田微氣象環境、作物生長生理、稔實與產量等影響。為評估乾旱情境對稻株抽穗開花之影響，110年第2期作試驗中，在水稻移植後第50天~78天以排水不灌水方式，進行乾旱處理。比較慣行與缺水處理下3個參試品種之每天開花高峰時間：調查IR64在10月14日~21日期間平均結果，開花高峰分別在10:45及10:33；調查台南11號在10月19日~21日及10月23日~25日 期間平均開花高峰分別落在12:02及12:08；調查IR64_EMF在5月26日~28日期間平均開花高峰分別在9:16及9:13。結果顯示，缺水逆境對水稻開花時間影響小，而品種差異之影響較大，IR64_EMF較IR64提早約90分鐘開花，較臺南11號提早約2個小時開花。此外，各品種在第2期作開花高峰皆較第1期作晚近1個小時。試驗利用冠層溫溼度監測裝置(MINCER (Micrometeorological Instrument for the Near-Canopy Enironment of Rice紀錄水田微氣象環境變化，其可以隨水稻生育高度調整， 同時具有風扇裝置，避免裝置內空氣不流通造成溫度升高的可能性，提高氣溫量測的精確度。第1、2期作乾旱處理的冠層內氣溫皆比對照組高，表示乾旱處理使田間蒸發散作用的降溫效果減少。第1期作乾旱處理在11時 (也是第一期作臺南11號開花高峰的時間) 冠層內氣溫與氣象站相近，在12~16時期間之冠層內氣溫比氣象站氣溫高，在13時達最高，較氣象站氣溫高0.73℃。以慣行栽培的對照組冠層內氣溫在第1期作的降溫幅度較第2期作小，在第1期作最高溫時 (12時) 僅較氣象站低 0.47℃，隨著未來氣溫上升1.5℃暖化情境下，第1期作在水源充足的慣行栽培環境下，開花期間遭遇高溫的風險仍然是提高的。110年第1期作之乾旱處理使3個參試品種在抽穗後期~收穫期間葉面積及乾物重下降，也使穗數降低；在產量構成要素方面，抽穗開花前後乾旱處理使3個參 試品種之穗數降低，平均穗數由25支減少至20支；對稔實率、及千粒重影響不顯著，乾旱處理使冠層內氣溫上升，但仍低於 35℃，推測尚未對花粉活性、授粉有影響；對乾旱處理與品種因子對每穗粒數的效應具有交感 ，乾旱處理使IR64及臺南11號之每穗粒數較對照組增加，IR64的每穗粒數增加達顯著水準，而對 IR64-EMF效果相反，乾旱處理使其每穗粒數減少。四、「利用早熟水稻作為缺水逆境之韌性生產調適研究」 早熟水稻品種生育期短，能減少灌溉日數，節省水資源使用。本試驗於嘉義縣鹿草鄉進行栽培期調整試驗，利用早熟水稻品種TN13、TN13-Gn1a進行試驗，以中晚熟水稻TN11為對照，於一期稻作進行正常插秧及延後1個月插秧之用水量比較，試驗結果顯示於一期作調整栽培期後的用水量TN13 8,190 m3/ha、TN13-Gn1a 8,100 m3/ha較正常插秧的TN11 9,470 m3/ha可節省10%以上用水；產量部分，TN13調整栽培期後的產量5,950 kg/ha比正常栽培期之TN11產量6,370 kg/ha減少約7%，調整插秧期後的TN13-Gn1a產量8,160 kg/ha與TN11相當。早熟水稻較正常插秧期延後1個月插秧，收穫期只比正常插秧之中晚熟水稻晚7天，延後插秧期之水稻與正常插秧期的水稻收穫時間相近，能減少鳥害問題。而導入高每穗粒數基因Gn1a之TN13近同源系，生育日數與TN13相近，但產量與TN11相近，能有效改善TN13產量較低之缺點，惟延後插秧生育後期遇高溫，高溫下之米質表現不佳白粉質粒較多。利用早熟水稻調整栽培期，可做為節省一期稻作用水之調適作為，值得未來深入進行相關育種及栽培試驗研究。 五、「建立稻麥與不同栽培制度之小麥節水調適技術(2/4)」 本研究於彰化縣大城鄉以水稻-小麥輪作栽培模式為處理，慣行之水稻-水稻(慣行與乾濕輪灌)連作為對照，生育期間調查需水量，成熟後調查產量性狀。試驗結果顯示，水稻乾濕輪灌-小麥輪作全年度每公頃需水量為13,190 m3，為最節水栽培模式，較水稻慣行灌溉-小麥節水810 m3 (5.8%)，較水稻乾濕輪灌-乾濕輪灌連作節水2400 m3 (15.4%)，較水稻慣行-水稻慣行連作節水3,325 m3 (20.1%)。連續休耕地以小麥活化其中一期作相較水稻可節水4,220 m3。生產成本調查與效益評估顯示，小麥生產成本合計合計58,350元，以機械包工費佔總成本42.8%最高，人工費僅佔7.7%，可見小麥栽培相當節省人工，換算每公斤小麥生產成本為17.3元；一期稉稻生產費123,000元，機械包工費佔總生產成本42.3%最高，換算每公斤水稻生產成本為17元，二期稉稻生產費117,200元，機械包工費佔總生產成本44.4%最高，每公斤水稻生產成本為21.6元，水稻小麥輪作農家賺款可達122,823元，與水稻水稻連作115,353元相近，倘另納入轉作每公頃45,000元補助，則可增加農民轉作誘因。綜上結果，在因應節省水資源與缺工問題下，稻麥輪作實可為推廣栽培之推薦選項。 |