杜逸凡 劉芬 劉坤 吳旺嬪 王悅 陳光輝
摘 ?要??為了比較不同品種在干濕交替條件下的品種特性,以11份水稻品種為材料,分析比較了水稻秧苗素質(zhì)、光合特性、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異。研究結(jié)果表明:不同品種秧苗素質(zhì)差異顯著,主要以苗高、白根數(shù)、總根數(shù)差異較為明顯,其中以24d61(A2)品種秧苗地上、地下部性狀最佳,為最適宜機(jī)插品種。不同品種抽穗期光合特性有所差異,其中24d44(A?6)品種凈光合速率最高,為27.01 μmol/(m2·s),中早39(A7)品種氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率最高,分別為1.69 mmol/(m2·s)和12.10 mmol/(m2·s),中嘉糯(A1)品種胞間CO2濃度顯著高于其他品種,為376.09 μmol/(m2·s)。不同品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素顯著,陸兩優(yōu)996(A10)品種株高、單株產(chǎn)量、結(jié)實率與每穗著粒數(shù)均為最高。抽穗期光合特性與產(chǎn)量構(gòu)成各指標(biāo)相關(guān)性分析表明,凈光合速率與蒸騰速率、單株有效穗數(shù)、千粒重呈正相關(guān),與胞間CO2濃度與結(jié)實率呈顯著負(fù)相關(guān);單株產(chǎn)量與每穗著粒數(shù)、結(jié)實率呈顯著正相關(guān),與株高、千粒重呈正相關(guān),與光合特性各指標(biāo)呈負(fù)相關(guān),但差異均未達(dá)到顯著性。因此,本研究對節(jié)水灌溉條件下水稻機(jī)械化種植模式適宜品種的篩選有重要意義。
關(guān)鍵詞 ?水稻;節(jié)水灌溉;光合特性;產(chǎn)量中圖分類號??S511??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼??A
Photosynthetic Characteristics and Yield of Machine-transplanted Rice in?Southern Double-season Rice Areas?under Water-saving Irrigation
DU Yifan1, LIU Fen1, LIU Kun1, WU Wangpin1, WANG Yue1,2, CHEN Guanghui1*
1. College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2. Hunan Provincial Key Laboratory of Rice and Rapeseed Disease Resistance Breeding, Changsha, Hunan 410128, China
Abstract ?In order to compare the characteristics of different varieties under dry-wet alternate irrigation,?11 rice varieties were used as?the materials to analyze the differences of seedling quality, photosynthetic characteristics, yield and yield components. There were significant differences in seedling quality among different varieties, mainly in seedling height, white root number and total root number. Among them, 24d61 (A2) was the most suitable mechanical transplanting variety. The net photosynthetic rate of 24d44 (A6) was 27.01 μmol/(m2·s). The?stomatal conductance and transpiration rate of Zhongzao39 (A7) was?1.69 mmol/(m2·s)?and 12.10 mmol/(m2·s), respectively. The intercellular CO2concentration of Zhongjianuo (A1) was significantly higher than that of the other varieties [376.09?μmol/(m2·s)]. The plant height, yield per plant, seed setting rate and grain number per panicle of Luliangyou?996 (A10) were the highest. The correlation analysis between photosynthetic characteristics and yield components at heading stage showed that net photosynthetic rate was positively correlated with transpiration rate, effective panicles per plant and 1000-grain weight, negatively correlated with intercellular CO2concentration and seed setting rate, positively correlated with grain number per panicle and seed setting rate, positively correlated with plant height and 1000-grain weight, and negatively correlated with each index of photosynthetic characteristics. But the difference was not significant. Therefore, this study is of great significance to the selection of suitable varieties for rice mechanical?planting under water-saving irrigation?conditions.
Keywords ?rice; water-saving irrigation; photosynthetic characteristics; yield
DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.10.019
隨著世界人口的不斷增長與耕地面積的不斷減小,提高糧食產(chǎn)量特別是水稻的產(chǎn)量對于保障世界糧食安全至關(guān)重要。水稻是我國的主要糧食作物之一,其種植面積和總產(chǎn)量一直位居全國前列[1]。近年來全國各地開展了許多超高產(chǎn)栽培的研究與示范,也的確獲得了一些超高產(chǎn)的記錄,但這是在小范圍的特定氣候與地理條件下取得的成果,并且其中投入了高成本的肥、水以及人力[2-3]。作物高產(chǎn)與資源高效利用的協(xié)同發(fā)展一直以來都是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵所在。因此,深入研究水稻高產(chǎn)與溫光水資源高效利用的互作機(jī)制與途徑,對于實現(xiàn)我國水稻節(jié)本增效以及可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。
光合作用是影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的重要代謝過程,水稻所形成的產(chǎn)量主要來自光合作用產(chǎn)物[4]。有研究表明,水稻一生中所積累的干物質(zhì)90%以上來自光合產(chǎn)物,90%以上的光合產(chǎn)物又是依靠葉片的光合作用產(chǎn)生的[5]。水稻劍葉通過光合作用產(chǎn)生的光合產(chǎn)物直接被運(yùn)送到水稻穗部,對水稻的產(chǎn)量形成有著極為重要的影響[6]。水稻生育后期葉片的光合速率提高會造成光合產(chǎn)物的增加,從而增加水稻產(chǎn)量[3]。水稻光合物質(zhì)生產(chǎn)、運(yùn)輸與分配對水稻最終產(chǎn)量的形成有極其重要的影響[7-8]。過去幾十年,水稻產(chǎn)量的提高主
要取決于光能截獲率和收獲指數(shù)的增加,但是光能利用率和光合作用并沒有顯著地增加。因此,提高葉片光合作用是未來進(jìn)一步促進(jìn)水稻增產(chǎn)的主要途徑之一[9]。
南方稻區(qū)是雙季稻的主要種植區(qū)域,溫光資源與水資源豐富,但雨水分配不均,容易發(fā)生季節(jié)性干旱從而導(dǎo)致減產(chǎn)。有研究表明,在雙季稻種植區(qū)域采用干濕交替的節(jié)水灌溉模式有利于水稻的穩(wěn)產(chǎn),減少由于季節(jié)性干旱帶來的減產(chǎn)風(fēng)險[10-11]。目前干濕交替灌溉條件下不同品種水稻產(chǎn)量及光合特性方面的研究報道較少,因此,本研究采用南方雙季稻區(qū)主栽的11個水稻品種,對干濕交替灌溉條件下的不同品種的光合特性及其產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成進(jìn)行分析,揭示不同品種在節(jié)水灌溉條件下其光合特性與產(chǎn)量之間的響應(yīng)模式,為研究南方稻區(qū)溫光資源與水資源的高效利用提供理論指導(dǎo)。
1.1材料
1.1.1??材料??試驗所選取的11份材料均取自于南方稻區(qū)常用的水稻品種,包括常規(guī)稻和雜交稻兩類,各水稻品種詳細(xì)信息見表1。
1.1.2??試驗地點??試驗在瀏陽市沿溪鎮(zhèn)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)實習(xí)基地(113°83′46″E,28°30′93″N)進(jìn)行,土壤為壤土,理化性狀為:有機(jī)質(zhì)含量35.05?g/kg,堿解氮含量140.38 mg/kg,有效磷含量53.86 mg/kg,速效鉀含量98.04 mg/kg,全氮含量2.22?g/kg,全磷含量0.54?g/kg,全鉀含量6.02?g/kg。
1.2方法
1.2.1 ?試驗設(shè)計??于2018年3月15日進(jìn)行試驗,采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,設(shè)3次重復(fù)。在施純氮150 kg/hm2的條件下,氮肥按照基肥∶蘗肥∶穗肥=4∶3∶3分3次施入。磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)施用量分別為90 kg/hm2和180 kg/hm2,磷肥全部作基肥一次性施入,鉀肥按基肥∶蘗肥=1∶1分兩次施入。水分管理采用干濕交替的節(jié)水灌溉模式,返青期保持20~60?mm水層,分蘗末期采取曬田,成熟期自然落干,其他生育時期采用淺水與無水交替的灌溉方式,采用手持式ProCheck多功能土壤水分監(jiān)測儀器(美國Decagon Devices公司)進(jìn)行水分追蹤測定,各小區(qū)間作田埂并覆黑膜以防肥水串灌,小區(qū)間單獨(dú)排灌。其他管理措施同常規(guī)大田高產(chǎn)栽培要求實施。
播種安排在3月15日,播種時一次性完成基質(zhì)鋪底,播種,灑水,蓋基質(zhì)等工序,采用半旱式育秧,育秧基質(zhì)采用湘輝公司水稻育秧專用基質(zhì),育秧盤規(guī)格為58?cm×22?cm×2.5 cm(長×寬×高),移栽安排在4月15日,由井關(guān)PZ60DTLF乘坐式高速插秧機(jī)進(jìn)行移栽,機(jī)插行距為11?cm×?25?cm,取秧量為7。
1.2.2??秧苗素質(zhì)考察??移栽調(diào)查各品種秧苗素質(zhì)水平。每個品種取樣3次,每次取樣面積10?cm×?10?cm,從中選取有代表性的秧苗50株,測定葉齡、綠葉數(shù)、苗高、白根數(shù)、總根數(shù)、莖基寬、百株鮮重。
1.2.3??光合測定??在水稻抽穗期的晴天9:00—11:30,每個小區(qū)選取有代表性的3個植株的劍葉,采用LI-6400XT光合測定儀測定水稻植株葉片中部的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率等。測定時光合有效輻射設(shè)定為1200?μmol/(m2·s),葉室溫度根據(jù)測定實時氣溫進(jìn)行設(shè)定,葉片中部夾入葉室之后,觀察各項指標(biāo)變化情況,待數(shù)值穩(wěn)定(5~10?min)后記錄數(shù)據(jù)。
1.2.4??產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成??在水稻成熟期各小區(qū)選取3個點,每點選取5 m2進(jìn)行測產(chǎn)(邊3行不?。?,以含水量13.5 %折算實際產(chǎn)量。成熟期各小區(qū)分別連續(xù)選取具有代表性的10株進(jìn)行考種調(diào)查,考察水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素與單株產(chǎn)量。
1.3數(shù)據(jù)處理
采用Excel 2007軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計與制圖,采用DPS?7.05軟件進(jìn)行方差分析,并用Duncan新復(fù)極差法分析處理間差異顯著性。
2.1不同品種機(jī)插水稻秧苗素質(zhì)的比較
從表2可知,11個機(jī)插水稻品種間秧苗素質(zhì)存在差異。A2品種葉齡顯著高于其他品種,A5和A8品種葉齡顯著低于其他品種。A11品種苗高達(dá)17.86 cm,顯著高于其他品種,A3品種苗高最矮,為9.92 cm,與A11品種差異極顯著。A3品種白根數(shù)最多,與A1、A4、A5、A6、A9品種差異顯著,A1品種白根數(shù)最少。A2品種莖基寬最大,達(dá)到2.84 cm,顯著高于A1、A4、A5、A6、A8、A11品種,A5品種莖基寬最小,為0.83 cm,顯著低于其他品種。A2品種百株鮮重最高,顯著高于A3、A4、A5、A8品種。綜合來看,A2品種秧苗素質(zhì)最佳。
2.2 不同品種機(jī)插水稻光合特性的差異
由表3可知,11個機(jī)插水稻品種光合特性存在一定差異。A6品種凈光合速率最高,為27.01?μmol/(m2·s),顯著高于A1、A2、A10、A11品種;其次是A7和A4品種,分別為26.31?μmol/ (m2·s)和24.31?μmol/(m2·s);A1品種最低,為18.77?μmol/(m2·s)。A7品種氣孔導(dǎo)度最大,達(dá)到1.69?mmol/(m2·s);其次是A1、A2和A5品種,分別為1.67、1.66、1.52?mmol/(m2·s);A8品種氣孔導(dǎo)度最低,為0.93?mmol/(m2·s),與其他品種差異顯著。A1品種胞間CO2濃度最高,為376.09?μmol/mol,與其他品種均達(dá)到顯著差異。A7品種蒸騰速率最高,為12.10 mmol/(m2·s),顯著高于其他品種;A3品種最低,為9.37?mmol/ (m2·s),顯著低于其他品種。
2.3不同品種機(jī)插水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異
由表4可知,11個機(jī)插水稻品種的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素存在差異。A4品種株高最矮,為77.03 cm,最高的品種是A10為98.77 cm,高出A4品種28.22%。A6品種單株有效穗數(shù)最多,其次是A8、A9品種,A2品種單株有效穗最少。A5品種每穗著粒數(shù)最多,比最少品種A8多出96.35%。結(jié)實率除A8、A9品種外均高于60%,A8品種最低,結(jié)實率僅43.82%。A2品種千粒重最高,達(dá)29.37 g,最低為A3品種,僅20.69 g。A10品種的單株產(chǎn)量最高,為24.07 g,其次是A5和A7品種,為23.18 g和21.93 g;單株產(chǎn)量最低的品種是A8為9.35 g,比A10品種低63.8%。
2.4不同品種機(jī)插水稻光合特性與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)分析
對11個不同機(jī)插水稻品種相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表5),結(jié)果表明,凈光合速率與胞間CO2濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=–0.78**),與結(jié)實率呈顯著負(fù)相關(guān)(r=–0.71*);與蒸騰速率、單株有效穗數(shù)和千粒重呈正相關(guān)(r=0.31~0.45);與單株產(chǎn)量、每穗著粒數(shù)、氣孔導(dǎo)度呈負(fù)相關(guān)(r=–0.13~–0.51),但均未達(dá)到顯著性差異。單株產(chǎn)量與每穗著粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)(r=0.72**),與結(jié)實率呈顯著正相關(guān)(r=0.62*);與千粒重、株高呈正相關(guān)(r=0.18~0.24);與蒸騰速率等指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)(r=–0.1~–0.51),但均未達(dá)到顯著性差異。每穗著粒數(shù)與蒸騰速率、單株有效穗數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)(r=–0.63*~–0.69*)。
雜交水稻是指2個在遺傳上存在一定差異,且優(yōu)良性狀能夠互補(bǔ)的水稻品種通過有性雜交形成的具有雜種優(yōu)勢的F1代種子所發(fā)育成的水稻。已有研究表明,在相同環(huán)境下品種特性是造成水稻光合生產(chǎn)力存在差異的主要原因[12]。這與本研究中不同水稻品種間光合特性與產(chǎn)量間存在顯著差異的結(jié)果一致。在本研究結(jié)果中,A2品種秧苗苗高適宜,秧苗地上部與地下部健壯,綜合秧苗素質(zhì)最佳;A6品種凈光合速率最高;A6品種和A8、A9品種單株有效穗數(shù)最多,A5品種每穗著粒數(shù)最多,結(jié)實率方面A4、A5、A10品種表現(xiàn)較佳,A2品種千粒重最大,就單株產(chǎn)量而言A5、A7、A10均表現(xiàn)較佳,綜合來看,A5品種雖然單株有效穗數(shù)較少,但每穗著粒數(shù)多,結(jié)實率高,且株高適宜,不易倒伏,產(chǎn)量方面綜合表現(xiàn)較佳。
作物產(chǎn)量的形成主要依賴于光合作用。水稻產(chǎn)量的形成主要源自光合作用產(chǎn)物的積累和分配,尤其是水稻抽穗后的光合作用[13-14]。有研究表明,水稻結(jié)實期葉片的凈光合能力是產(chǎn)量形成的重要影響因素[15-16]。一般普遍認(rèn)為作物產(chǎn)量的80%以上來自于水稻抽穗后葉片的光合作用,來自生育前期莖鞘中積累的物質(zhì)較少[17-18]。但也有研究認(rèn)為,作物的葉片光合速率有時與作物的產(chǎn)量形成相關(guān)性不明顯[19]。關(guān)于光合作用與產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系一直存在不同觀點。有人提出作物產(chǎn)量與光合作用呈負(fù)相關(guān)是假象,實際上是正相關(guān)關(guān)系[14,20]。李躍建等[21]的研究表明,在灌漿初期,凈光合速率對單穗重量和收獲指數(shù)的影響并不大,甚至可能存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,但灌漿后期凈光合速率對單穗重量和收獲指數(shù)有很大的影響,且呈現(xiàn)出光合速率越高,單穗重量和收獲指數(shù)越高的正相關(guān)關(guān)系。本研究認(rèn)為,凈光合速率與蒸騰速率呈正相關(guān)關(guān)系,與胞間CO2濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,單株產(chǎn)量與每穗著粒數(shù)相關(guān)性極顯著,且呈正相關(guān)關(guān)系,此外,單株產(chǎn)量與株高、結(jié)實率與千粒重呈正相關(guān)關(guān)系;單株產(chǎn)量與凈光合速率相關(guān)性并不顯著,且呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,這與周娟等[19]的研究結(jié)果相似,此外單株產(chǎn)量與單株有效穗數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;凈光合速率與單株有效穗數(shù)、千粒重呈正相關(guān),但與每穗著粒數(shù)與結(jié)實率呈負(fù)相關(guān)。因此,每穗著粒數(shù)和千粒重是水稻高產(chǎn)的重要因素,適宜的葉片凈光合速率也是水稻高產(chǎn)的影響因素之一。
淡水資源短缺一直是我國面臨的重大問題之一,而水又是影響水稻生長的重要因素。目前節(jié)水灌溉技術(shù)在水資源短缺的背景下被廣泛應(yīng)用,其中就包括干濕交替間歇灌溉技術(shù)。干濕交替灌溉主要通過減少灌溉次數(shù)與田間排水量,減少稻田水分蒸發(fā)量與滲透量,提高了土壤的透氣性與水稻后期抗旱能力,進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)水與促進(jìn)水稻的穩(wěn)產(chǎn)[22-23]。本研究在節(jié)水灌溉條件下對南方雙季稻區(qū)主栽機(jī)插水稻品種間光合特性與產(chǎn)量的差異進(jìn)行研究,對適宜節(jié)水灌溉條件下機(jī)械化移栽模式的水稻品種進(jìn)行篩選,以求在保護(hù)環(huán)境,減少資源浪費(fèi)的前提下最大程度地增加水稻產(chǎn)量,為南方雙季稻區(qū)水稻機(jī)械化高產(chǎn)栽培模式提供理論基礎(chǔ)。
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