水稻光能輻射利用率與產(chǎn)量的關(guān)系

李迪秦，唐啟源，秦建權(quán)，張運(yùn)波，楊勝海，陳立軍，李小勇

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

大量研究[1-7]表明，作物生物量的累積與冠層截獲光合有效輻射量（IPAR）有著密切的關(guān)系。作物群體光能利用率由群體對(duì)光能的截獲水平和被截獲光能的轉(zhuǎn)化效率[8-10]兩方面決定。播期、品種不同，群體的葉面積指數(shù)、生長(zhǎng)速率、干物質(zhì)積累量、群體的透光性能及光能吸收利用率有差異，這種差異最終體現(xiàn)為產(chǎn)量的差異[11-21]。選擇適宜的水稻品種和播期，充分利用當(dāng)?shù)毓鉄豳Y源，是獲得高產(chǎn)的重要途徑。筆者選用超級(jí)雜交稻、普通雜交稻、常規(guī)稻各2個(gè)品種（組合），研究不同播期、不同群體的光能利用率與產(chǎn)量性狀的關(guān)系，以期為不同生態(tài)區(qū)域選擇適宜品種（組合）及播期，充分利用光能資源，提高產(chǎn)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)地概況

超級(jí)雜交稻Y兩優(yōu)1號(hào)（A）和兩優(yōu)培九（B）；普通雜交稻汕優(yōu)63（C）和Ⅱ優(yōu)838（D）；常規(guī)稻揚(yáng)稻6號(hào)（E）和黃花占（F），由國(guó)家雜交水稻工程技術(shù)研究中心提供。試驗(yàn)于2008年在湖南省瀏陽(yáng)市永安鎮(zhèn)試驗(yàn)基地進(jìn)行，前茬作物為油菜。土壤為紅壤黏土，肥力中等偏上，pH值為5.55，堿解氮含量為127.1 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為 31.1 g/kg，速效鉀含量為102.1 mg/kg，有效磷含量為19.3 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積30 m2，4次重復(fù)。氮、磷、鉀肥料分別為尿素（N 150 kg/hm2）、過(guò)磷酸鈣（P2O540 kg/hm2）、氯化鉀（K2O 100 kg/hm2），基施鋅（ZnSO4·7H2O 5 kg/hm2）。

水稻種子用1.0%的“農(nóng)博士”氨基酸溶液浸種1 h后，清水洗凈，浸種催芽。播期1（T1）于5月22日播種，播期2（T2）于6月17日播種，秧齡20 d，插2本，栽植規(guī)格23.3 cm×23.3 cm，田間病蟲(chóng)草防治和水分管理與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培管理一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 干物質(zhì)質(zhì)量的測(cè)定

于分蘗中期（移栽后20 d）、幼穗分化期、孕穗期、齊穗期、成熟期，每小區(qū)取9蔸（0.49 m2）測(cè)定綠葉葉面積和植株干物質(zhì)質(zhì)量。綠葉葉面積采用Licor-3100結(jié)合比葉重測(cè)定，計(jì)算葉面積指數(shù)（LAI）。

干物質(zhì)質(zhì)量按葉片、莖鞘、穗分別測(cè)定。

1.3.2 水稻群體太陽(yáng)輻射總量與光能截獲率的測(cè)定

水稻移栽后，運(yùn)用安裝在試驗(yàn)田附近高處的Da VIS Vantage PR02微型氣象站（美國(guó)產(chǎn)）自動(dòng)記錄逐日太陽(yáng)輻射量，直到成熟收獲。同時(shí)結(jié)合取樣，采用 Sun Scan 冠層分析系統(tǒng)測(cè)定小區(qū)群體冠層的頂部和基部（距離地面5 cm）的太陽(yáng)光有效輻射量，計(jì)算群體的光能輻射截獲率。群體的光能輻射截獲率（%）＝（頂部太陽(yáng)光總輻射量－基部太陽(yáng)光總輻射量）/頂部太陽(yáng)光總輻射量×100%。以各生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)段群體的干物質(zhì)質(zhì)量和冠層攔截累積量構(gòu)建直線關(guān)系，計(jì)算斜率，作為各處理全生育期群體的太陽(yáng)輻射利用率（RUE）[1-2]。

1.3.3 測(cè) 產(chǎn)

以水稻成熟期每小區(qū)中心5 m2作為測(cè)產(chǎn)小區(qū)，沿對(duì)角線取 10蔸用于考查穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重；其余單打單收和曬干，測(cè)定稻谷質(zhì)量和含水量，再折算成含水量14%的實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SAS9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播期和品種群體的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

從表1可知，同一播期，超級(jí)稻群體產(chǎn)量最高。播期 1，超級(jí)稻產(chǎn)量與普通雜交稻和常規(guī)稻相比差異顯著，超級(jí)稻產(chǎn)量最高是由于群體擁有較高的穗粒數(shù)。播期1超級(jí)稻產(chǎn)量高于播期2，也是因?yàn)橛休^高的穗粒數(shù)。播期1超級(jí)稻穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重則基本低于播期 2。超級(jí)稻收獲指數(shù)高于普通雜交稻和常規(guī)稻，播期1收獲指數(shù)高于播期2（黃花占除外）。

2.2 不同播期水稻群體的ⅠPAR及RUE

從表2可知，不同播期，從幼穗分化期到成熟期，超級(jí)雜交稻太陽(yáng)輻射截獲量提高了4.4%～27.3 %，普通雜交稻提高了 4.0%～16.8%，常規(guī)稻提高了20.4 %～29.8 %。在同一播期，普通雜交稻的輻射截獲量最高，常規(guī)稻最低，播期 1，三者相互間有顯著差異，播期2只在齊穗期超級(jí)雜交稻與普通雜交稻和常規(guī)稻之間有顯著差異，其他生育期三者間無(wú)顯著差異。

播期1超級(jí)雜交稻群體RUE比播期2高1.4%；普通雜交稻比播期2高1.5%；高產(chǎn)常規(guī)稻比播期2高7.0%。

表2 不同播期水稻群體的ⅠPAR與RUE均值Table 2 Average RUE and IPAR of rice population in different sowing date

2.3 不同播期和品種群體的干物質(zhì)積累量

從表 3可知, 同一播期成熟期群體干物質(zhì)積累量，超級(jí)稻最大（播期1中品種D與E除外），播期1只有品種B與F，播期2中品種A與C和D及品種B與D間有顯著差異；播期2超級(jí)稻干物質(zhì)積累量高于播期1，品種A與B分別高2.1%、7.2%，說(shuō)明超級(jí)稻群體光合作用能力和轉(zhuǎn)化率要高于普通雜交稻和常規(guī)稻；同時(shí)，盡管播期2的干物質(zhì)積累量要大，但產(chǎn)量低，不利于產(chǎn)量的提高，群體干物質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率低于播期1。

超級(jí)稻群體干物質(zhì)積累量，播期 1，從分蘗中期到孕穗期呈快速增加的趨勢(shì)；播期 2，從分蘗中期到孕穗期、幼穗分化到齊穗期，群體干物質(zhì)積累量增幅最大。結(jié)合超級(jí)稻產(chǎn)量變化規(guī)律，可以得知，播期1更加有利于超級(jí)稻群體生長(zhǎng)發(fā)育。

表3 水稻群體干物質(zhì)積累量Table 3 Dry matter of rice population

2.4 水稻群體葉面積指數(shù)

從表4可知，同播期各個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，超級(jí)稻群體葉面積指數(shù)及各個(gè)生育時(shí)期群體葉面積指數(shù)的平均值不是最大的。在生產(chǎn)上種植超級(jí)稻應(yīng)該通過(guò)栽培技術(shù)措施適當(dāng)控制其群體的大小，這樣才能更好發(fā)揮其超高產(chǎn)潛力。

不同播期間，超級(jí)稻群體各個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期葉面積指數(shù)及其平均值均表現(xiàn)為播期2 高于播期1。

表4 水稻群體葉面積指數(shù)Table 4 Leaf area index of rice population

2.5 水稻品種群體ⅠPAR與產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子間的相關(guān)性

經(jīng)相關(guān)性分析得知，在播期1，分蘗中期群體的IPAR與結(jié)實(shí)率呈顯著負(fù)相關(guān)（R2=－0.618 5*），在其他生育期（孕穗期、幼穗分化期、齊穗期、成熟期）呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2分別為－0.613 7**、－0.765 8**、－0.760 6**、－0.713 3**），在孕穗期、齊穗期與粒重呈極顯著正相關(guān)（R2分別為0.707 8**、0.626 5**），而與穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量及收獲指數(shù)相關(guān)性不顯著。表明播期1中，群體生長(zhǎng)發(fā)育中后期，LAI越大，有利于增加粒重，但不利于結(jié)實(shí)率的提高。

播期2只在孕穗期和齊穗期，群體IPAR與結(jié)實(shí)率呈顯著負(fù)相關(guān)（R2分別為－0.606 4*、－0.660 4*）；而與穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒重、產(chǎn)量和收獲指數(shù)均無(wú)顯著相關(guān)性。

2.6 水稻品種群體ⅠPAR與干物質(zhì)積累總量的相關(guān)性

播期1，分蘗中期群體IPAR與群體的干物質(zhì)積累量呈極顯著相關(guān)（R2=0.657 8**）；播期2，分蘗中期、齊穗期群體IPAR與干物質(zhì)積累量呈顯著和極顯著正相關(guān)（R2分別為0.558 7*、0.700 6**），表明群體越大，越有利于IPAR的提高，對(duì)提高群體干物質(zhì)積累量有利。

2.7 水稻品種群體ⅠPAR與葉面積指數(shù)的相關(guān)性

群體IPAR在播期1的幼穗分化、齊穗兩個(gè)時(shí)期與LAI有顯著相關(guān)性（R2分別為0.779 6*、0.711 9*）；在播期2與LAI沒(méi)有顯著相關(guān)性。由此說(shuō)明，在適應(yīng)的水稻品種播插期，較大的群體LAI有利于提高群體IPAR。

3 討 論

不同的水稻品種有其適宜的種植區(qū)域和播期，在適宜的光溫和土壤條件下才能發(fā)揮其增產(chǎn)潛力[11]。在適播期內(nèi)，雜交稻適當(dāng)早播，能早生快發(fā)，提高群體的光能利用率，促進(jìn)產(chǎn)量的提高[12-16]。葛東生等[17]報(bào)道，雜交稻在安徽作中稻或連作晚稻栽培，表現(xiàn)早播高產(chǎn)、遲播減產(chǎn)，認(rèn)為在茬口允許的條件下，應(yīng)盡量早播。謝光輝等[18]發(fā)現(xiàn)，在湘西武陵山區(qū)，雜交水稻的適播期為4月上、中旬，并與海拔高度有關(guān)。水稻產(chǎn)量對(duì)播期的反應(yīng)敏感，不同的播種期群體的葉面積指數(shù)、生長(zhǎng)速率、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子、群體的光能輻射利用率有差異[12-15,19]。LAI越大，葉片越多，葉層越厚，對(duì)太陽(yáng)輻射截獲量越大，但只有當(dāng)群體的RUE也高時(shí)，干物質(zhì)的積累量才多，這樣在適宜的收獲指數(shù)下，群體才可獲得較高產(chǎn)量[20-21]。

本研究結(jié)果表明，不同播期的超級(jí)稻群體IPAR與RUE有差異，是因?yàn)槿后w的生長(zhǎng)發(fā)育前期，T2比T1能更好地利用光溫資源，構(gòu)建更大群體，使得播期2群體葉面積指數(shù)更大，光合合成與積累的干物質(zhì)相對(duì)更多，但由于群體RUE差異，導(dǎo)致干物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率不一樣，使得播期2產(chǎn)量反低于播期1。因此，RUE是衡量超級(jí)稻群體超高產(chǎn)的又一生理指標(biāo)，但只有在適宜播插期、群體大小適宜時(shí)，RUE值方可反映出群體產(chǎn)量。

同一播期，超級(jí)稻群體RUE均最大，常規(guī)稻次之，普通雜交稻（品種E除外）最小，T2以超級(jí)稻最高，進(jìn)一步說(shuō)明超級(jí)稻群體有較高RUE是其超高產(chǎn)的重要原因之一。

水稻生長(zhǎng)發(fā)育中某些時(shí)期，群體IPAR與結(jié)實(shí)率呈顯著負(fù)相關(guān)性，粒重與中后期群體的IPAR呈顯著正相關(guān)，IPAR在群體生長(zhǎng)發(fā)育中后期與LAI呈顯著正相關(guān)；群體的IPAR與產(chǎn)量無(wú)顯著相關(guān)性。這主要是因?yàn)檩^高群體LAI是提高群體IPAR的前提，較高的群體IPAR并不代表群體可以高產(chǎn)，只有在較高或適應(yīng)的群體RUE和收獲指數(shù)前提下方可獲得高產(chǎn)；同時(shí)較高的LAI，容易導(dǎo)致群體通風(fēng)透氣性下降，引起病害產(chǎn)生而減產(chǎn)。因此，從群體光能利用的角度看，水稻產(chǎn)量的提高，一定程度上主要靠提高群體LAI和RUE來(lái)實(shí)現(xiàn)。

[1] Kiniry J R，Jones C A，Toole J C O，et a1．Radiation-use efficiency in biomass accumulation prior to grain-filling for five grain-crop species[J]．Field Crops Research，1989，20：51-64．

[2] Francis F，Kiniry J R，Board J E，et a1．Row spacing effects on light extinction coefficients of com，sorghum，soybean，and sunflower[J]．Agron J，1996，88：185-190．

[3] Kiniry J R，Williams J R，Vanderlip R L，et a1．Evaluation of two maize model for nine US location [J]．Agron J，1997，89：421-426．

[4] Medlyn B．Physiological basis of the light use efficiency model[J]．Tree Physiology，1998，18：167-176．

[5] Connor D J，F(xiàn)ereres E．A dynamic model of crop growth and tioning of biomass[J]．Field Crops Research，1999，63：139-157．

[6] Kiniry J R，Mc Cauley G，Xie Y，et a1．Rice parameters describing crop performance offour US cuhivars [J]．Agron J，2001，93：l 354-l 361．

[7] Gallo K P，Daughtry C S T．Techniques for measuring intercepted and absorbed photo-synthetically active radiation in corn canopies [J]．Agron J，1986，78：752-756．

[8] 盧其堯．我國(guó)水稻生產(chǎn)光溫潛力的探討[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，1980（1）：1-11．

[9] 陳溫福，徐正進(jìn)，張龍步，等．不同穗型水稻群體光分布和物質(zhì)生產(chǎn)差異的比較研究[C]//陳溫福．水稻高產(chǎn)理論與實(shí)踐．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994：59-63．

[10] 徐正進(jìn)，陳溫福，周鴻飛，等．直立穗型水稻群體生理生態(tài)特性及其利用前景[J]．科學(xué)通報(bào)，1996，41（12）：1122-1126．

[11] 陳溫福，徐正進(jìn)，張龍步．水稻超高產(chǎn)育種生理基礎(chǔ)[M]．沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1995：23-27．

[12] 邵璽文，孫長(zhǎng)占，孫彤，等．播期和播量對(duì)水稻生育性狀及產(chǎn)量的影響[J]．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24（4）：11-14，18．

[13] 姜文超，孫龍泉，肖伯群，等．播種期對(duì)兩優(yōu)培九產(chǎn)量及生育特性的影響[J]．雜交水稻，2001，16（1）：38-40．

[14] 韓亞?wèn)|，張文忠，王瓊，等．不同行向?qū)Σ煌胄退酒贩N群體光能分布的影響[J]．沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，33（6）：404-407．

[15] 郭偉，于立河，薛盈文，等．播種期對(duì)強(qiáng)筋小麥生長(zhǎng)的影響[J]．黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，18（3）： 21-24．

[16] 劉文成，王景順，馬瑞霞．不同播期對(duì)鄭單18玉米產(chǎn)量的影響[J]．河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003（6）：8-9．

[17] 葛東生，張秀云，劉襄，等．雜交中稻及雜交晚稻適宜播期的研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，1995，23（1）：22-23．

[18] 謝光輝，蘇寶林，石磊，等．湘西武陵山區(qū)單季稻生長(zhǎng)發(fā)育及物質(zhì)生產(chǎn)的研究Ⅱ．不同海拔播期對(duì)雜交稻物質(zhì)生產(chǎn)的影響[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996（1）：89-94．

[19] 沈新平，沈曉燕，顧麗，等．兩優(yōu)培九稻米堊白在江蘇省不同緯度點(diǎn)的播期效應(yīng)[J]．中國(guó)水稻科學(xué)，2007，21（6）：677-680．

[20] 章家恩，黃潤(rùn)，饒衛(wèi)民．玉米群體內(nèi)太陽(yáng)光輻射垂直分布規(guī)律研究[J]．生態(tài)科學(xué)，2001，20 （4）：8-11．

[21] 李迪秦，秦建權(quán)，張?jiān)撇?，等．品種和播期對(duì)齊穗期水稻群體光能截獲量和干物質(zhì)垂直分布的影響[J]．核農(nóng)學(xué)報(bào)，2009，23 （5）：858-863．

英文編輯：易來(lái)賓