水稻冠层光截获、光能利用与产量的关系

以两优培九和武香粳14号水稻品种为材料,在不同栽插密度和施氮水平下进行2年田间试验,研究水稻冠层光合有效辐射(PAR)截获率、光能利用率与水稻产量的关系.结果表明:分蘖期至成熟期,各处理水稻冠层平均PAR反射率为3.45％,其中,分蘖期至抽穗期的冠层反射PAR占冠层总PAR损失的10.90％,显著小于抽穗期至成熟期的22.06％.分蘖期至成熟期的冠层PAR转化率随栽插密度的增加而减少,随施氮量的增加而增大;分蘖期至抽穗期的冠层PAR转化率高于抽穗期至成熟期.在分蘖期至成熟期,冠层PAR利用率随栽插密度和施氮量的增加而增大,各处理中两优培九的平均PAR利用率(1.83 g· MJ-1)显著高于武香粳14(1.42 g·MJ-1);武香粳14因生育期较长,分蘖期至成熟期的入射PAR及中、高栽插密度处理的PAR截获量均高于两优培九.水稻不同生长阶段冠层PAR截获率和利用率与产量呈显著正相关,PAR转化率与产量也呈正相关,但相关性不显著.因此,在保持较高PAR截获率的基础上提高冠层PAR转化率,进而提高冠层PAR利用率,有利于水稻高产.     

氮肥和密度对双季杂交稻干物质积累和产量的影响

以早稻“陆两优996”,晚稻“Y两优86”为试验品种,设4个氮肥水平、3个栽插密度,研究了双季超级杂交稻在不同氮肥水平和栽插密度条件下的干物质积累、冠层光能截获率和产量及其构成因素的特性.结果表明:早晚稻产量与氮肥水平呈现单峰曲线关系,以中氮处理产量最高,分别为10245.04和11015.37 kg· hm-2,有效穗随施氮量的增加而增加,但每穗实粒数以中氮处理(早N135、晚N180)最高,分别达143.92和142.80粒·穗-1;3个栽插密度之间早晚稻产量差异不显著,且对早稻产量构成因子无显著影响,但对晚稻有效穗、结实率的影响有极显著差异,高密度处理有效穗高、结实率低,低密度处理有效穗低、结实率高;氮肥与密度互作对早晚稻产量均无显著影响,但从高产高效节氮栽培综合考虑,双季早稻“陆两优996”和晚稻“Y两优86”的适宜施氮量分别为135和180 kg· hm-2,栽插密度为45×104和30×l04穴·hm-2.     

秸秆覆盖和灌溉对冬小麦农田光能利用率的影响

研究了秸秆覆盖和灌溉对冬小麦农田光能利用率的影响.结果表明,秸秆覆盖降低了冬小麦的基本苗、分蘖数及生育前期的叶面积指数,但到生育后期,覆盖处理的叶面积指数反而升高.覆盖和灌溉降低了光合有效辐射（PAR）的底层透射率和冠层反射率,使PAR总截获率升高.覆盖和灌溉主要增加了40～60 cm高度的PAR截获率.覆盖处理籽粒光能利用率降低,茎叶光能利用率和总光能利用率升高.     

氮肥运筹对小麦产量、氮素利用效率和光能利用率的影响

连续2年在西南冬麦区的重庆、仁寿、广汉、西昌4个地点,开展3种施氮水平(每公顷纯氮0、120、180 kg,简写为N₀、N₁₂₀、N₁₈₀)和3种氮肥分配模式(N_A:底肥100%;N_B:底肥70%+苗肥30%;N_C:底肥60%+拔节肥40%)的田间试验,监测小麦花后冠层叶片SPAD值、群体光合速率(CAP)、光能利用等生理参数和籽粒产量,计算氮素利用效率、光能利用率等.结果表明: 随施氮水平增加,小麦上三叶SPAD值、CAP、光合有效辐射(PAR)截获率和产量均呈增加趋势,而氮肥农学利用效率、生产效率、吸收效率和利用效率呈降低趋势.氮肥后移的增效作用因施氮水平而异,SPAD于N₁₈₀增效明显,而CAP于N₁₂₀增效明显,不同氮肥管理模式的光能利用率因地点而异.氮肥后移能明显提高小麦氮肥农学效率、生产效率、吸收效率和氮素表观回收率,但氮肥利用效率则略有减少.氮肥后移效果N_C总体优于N_B处理.不同地点比较,广汉的SPAD值、CAP、PAR截获率、氮肥利用参数较高,其产量也相应最高;西昌的产量、SPAD值及氮素利用效率较高,但其光能利用率和CAP较低;重庆和仁寿的SPAD值、光能利用率及氮素利用效率均较低,其产量也最低.小麦生物产量与各地点的籽粒产量、CAP、SPAD值和PAR累积截获量均呈显著或极显著的正相关关系.表明不同生态区域增施氮肥都能促进小麦增产,氮肥后移可进一步优化产量结构、改善氮肥和光能利用效率,但存在年份和地点差异,各地需要制定有针对性的氮肥管理模式.     

水稻冠层光合有效辐射的时空分布特征

以2个不同株型水稻品种为材料,设置高、中、低3个施氮水平,利用SunScan冠层分析仪于灌浆期系统测定了不同施氮水平下不同株型水稻品种植株形态和冠层内光合有效辐射（PAR）的时空分布状况.结果表明：施氮量对水稻株高、穗弯曲度和茎叶夹角有明显影响;群体叶面积的垂直分布呈中部>上部>下部的分布特征,最大分层叶面积指数（LAI）出现在0.60相对高度处.冠层内平均PAR透光率从顶部向下递减,且在冠层上中部递减迅速,下部递减缓慢;平均PAR透光率随施氮量的增加而递减;平均PAR透光率日变化表现为早晚较低,中午较高;平均PAR透光率随向下累积LAI的增加呈指数递减,群体消光系数K的日变化表现为早晚较高,中午较低,灌浆期的K值介于0.35～0.50.水稻冠层内PAR的三维空间分布表现为冠层上中部水平面上PAR透光率高,光斑面积大;下部水平面上PAR透光率低,光斑少;同一冠层高度水平面上的PAR光强呈不均匀分布.株型紧凑的水稻品种,冠层透光率高,透光率日变化大,群体消光系数小.     

施氮量对测墒补灌小麦冠层不同层次光截获和干物质分布的影响

以大穗型小麦品种‘山农23’为材料,在大田拔节期和开花期土壤相对含水量分别补灌至70%和65%的条件下,设置4个施氮水平0 (N₀)、180 (N₁)、240 (N₂)和300 kg·hm^-2 (N₃),研究施氮量对小麦冠层不同层次光合有效辐射(PAR)截获和干物质分布的影响.结果表明: N₂处理开花期群体总茎数、开花后10、20和30 d的叶面积指数、开花后20 d冠层上层和中层及冠层总的PAR截获率和截获量显著高于N₀和N₁,施氮量增加至N₃,上述指标无显著增加.N₂处理成熟期各层次营养器官干物质积累量显著高于N₀和N₁,籽粒干物质积累量和植株总干物质积累量比N₀分别高36.7%和35.4%,比N₁分别高9.5%和10.2%,与N₃处理无显著差异.各层次营养器官干物质积累量、籽粒干物质积累量和植株总干物质积累量与上层和中层PAR截获率呈显著正相关,与下层PAR截获率无显著相关;各层次营养器官干物质积累量与籽粒干物质积累量均呈显著正相关.施氮量为240 kg·hm^-2的N₂处理是本试验条件下的最优处理.     

行距和播种量对冬小麦冠层光合有效辐射垂直分布、生物量和籽粒产量的影响

为明确行距和播种量对冬小麦冠层光合有效辐射(PAR)垂直分布、生物量和籽粒产量的影响,在不增加水肥等投入的基础上,设置等行距(R₁,20 cm+20 cm)、宽窄行(R₂,12 cm+12 cm+12 cm+24 cm)两种行距方式和低(D₁,120 kg·hm^-2)、中(D₂,157.5 kg·hm^-2)、高(D₃,195 kg·hm^-2)3个播种量水平,分析不同处理组合下冬小麦主要生育时期冠层PAR的截获率及利用率、群体光合能力、生物量和产量差异。结果表明: 冬小麦冠层总PAR截获率、上层PAR截获率均表现为R₁行距显著大于R₂,而中层和下层PAR截获率则表现为R₂大于R₁,且在中层差异显著;从小麦开花至成熟期,相同播种量下R₂行距光合势(LAD)、群体光合速率(CAP)、PAR转化率和利用率都显著高于R₁,并以R₂D₂处理最大;冬小麦的群体生物量(BA)和不同层次叶片生物量(BL)均表现为随播种量增加而增加,但单株生物量(BP)则相反。在同一播种量下,BA、BL和BP均在开花期之后表现为R₂行距高于R₁,其中,BA、BP在成熟期行距间差异显著,中层和下层BL在D₂、D₃播种量下行距间差异显著;不同处理组合间冬小麦的穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量分别以R₂D₃、R₂D₁、R₂D₁、R₂D₂最大,其中,R₂行距下千粒重、穗粒数和籽粒产量显著大于R₁。综上,改变行距可以改善小麦冠层中下层PAR的截获量,增强冬小麦单株和群体光合能力、光合有效辐射的利用及转化效率,提高生物量和籽粒产量。在冬小麦高产栽培中,应重视通过优化田间结构,塑造麦田理想的群体光合结构,以充分利用单位土地面积上光照资源,挖掘作物自身的光合生产潜力,达到高产高效的目的。在本试验条件下,以R₂D₂配置群体光合能力、光合有效辐射利用率和产量最佳。     

施氮量和株行距配置对鲜食糯玉米群体冠层结构和产量的影响

采取同一密度不同株行距配置和不同施氮量的试验处理,分析栽培措施和施氮量对糯玉米冠层的SPAD值、叶面积指数(LAI)、光合势、茎叶倾角、叶向值、冠层PAR、冠层开度、产量及产量构成要素的影响。结果表明：在同一密度同一行距条件下,冠层SPAD值、叶向值、PAR随着施氮量增加而增加,各处理间差异显著,而叶倾角随着施氮量增加而减小;不同施氮量对冠层开度影响不大,差异不显著,而对糯玉米产量影响差异显著。在授粉后12～18 d,行距70 cm,施氮量为N3,叶面积指数达最大,光合势最强,且较其它生育期差异明显。     

减氮配施稻秆生物炭对稻田土壤养分及植株氮素吸收的影响

通过2018年早稻和晚稻田间试验,研究化学氮肥减量及配施稻秆生物炭对稻田土壤养分特性及植株氮素吸收的影响。试验包括6个处理:不施氮(CK)、常规施氮(N₁₀₀)、减氮20%(N₈₀)、减氮20%配施生物炭(N₈₀+BC)、减氮40%(N₆₀)、减氮40%配施生物炭(N₆₀+BC)。结果表明: 与常规施氮相比,单纯减氮20%和40%或配施生物炭对早晚稻不同生育期土壤pH、有机质、全氮、铵态氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾无显著影响;减氮20%配施生物炭显著增加晚稻分蘖期的土壤阳离子交换量(CEC),而减氮40%配施生物炭则显著增加晚稻抽穗期的电导率(EC)值。与单纯减氮相比,N₈₀+BC的土壤速效钾含量在早晚稻抽穗期均显著升高,土壤pH值、全氮在晚稻成熟期显著增加;N₆₀+BC的土壤全钾含量在早稻成熟期显著升高。不同处理早稻土壤硝态氮含量随生育进程逐渐降低,与分蘖期相比,抽穗期和成熟期的常规施氮土壤硝态氮含量分别降低50.0%和71.6%,而配施生物炭处理则降低6.3%～45.5%,减氮配施生物炭显著降低了硝态氮的流失。在晚稻抽穗期,减氮配施生物炭植株吸氮量显著高于常规施氮和单纯减氮,增加幅度为34.8%～52.4%。综上,适度的减氮或配施稻秆生物炭能有效保持土壤养分,促进水稻对氮素的吸收,提高氮素利用率。     

有机无机肥配施提高麦-稻轮作系统中水稻氮肥利用率的机制

采用盆栽试验,研究了有机无机肥配施对麦-稻轮作系统中水稻氮素累积动态和土壤氮素供应动态的影响,并从微生物学角度探讨了有机无机肥协同提高水稻氮肥利用率的机制.结果表明：有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮和矿质态氮在水稻分蘖期前低于化肥处理,而在抽穗期至灌浆期显著高于其他处理.土壤氮素供应动态与水稻吸收利用氮素规律吻合程度最高,促进了水稻产量、生物量和氮素累积量的增加,显著提高了水稻的氮肥利用率.其主要机制是有机无机肥配施促进了土壤微生物繁殖,使其在水稻生育前期固持了较多的矿质氮,在水稻生育中、后期这些氮素逐渐被释放以供水稻吸收利用,较好地满足了水稻各阶段生长发育对氮素养分的需求.     

超高产杂交稻不同生育期的光合色素含量、净光合速率和水分利用效率

 较为系统地研究了两个超高产杂交稻‘两优培九’、‘华安3号’和多年来大面积推广的常规杂交稻‘汕优63’不同生育期的光合色素含量、净光合速率和水分利用效率。结果表明,在苗期,3个杂交稻的单位叶面积的叶绿素（Chl）含量差别不大,类胡萝卜素（Car）的含量以‘汕优63’为最高。然而,随着发育阶段的推进,到分蘖期,尤其是抽穗期剑叶的单位叶面积Chl和Car含量,两个超高产杂交稻高于‘汕优63’。从苗期到抽穗期,超高产杂交稻‘两优培九’和‘华安3号’的净光合速率（Pn）都比‘汕优63’高,而在苗期的午间强光条件下和分蘖期的早晨以及抽穗期的早晚相对弱光条件下其Pn的差别尤为显著。在苗期,‘汕优63’的水分利用效率（WUE）略高于‘两优培九’和‘华安3号’;到分蘖期和抽穗期,在上午10时之前和下午14时以后的时间段,则是两个超高产杂交稻明显高于‘汕优63’。这些结果说明,超高产杂交稻‘两优培九’和‘华安3号’不仅有较高的Pn和较强的抗光抑制能力,而且还能充分利用早晨和傍晚较弱的光强进行光合作用,这些是它们之所以高产的重要生理基础。此外,超高产杂交稻在生长发育的中后期（分蘖期和抽穗期）具有较高的WUE,有利于节约农业用水。     

株行距配置对齐穗期粳稻冠层结构及产量的影响

以辽宁稻区3种穗型粳稻及杂交稻为试材,研究了不同株行距配置对齐穗期粳稻光截获能力、群体内部光分布特征和光转化效率以及产量构成的调控作用.结果表明：与光能截获密切相关的叶面积指数随着密度减小而先降低后升高.一天之内消光系数(K)的变化同样表现为先降低后升高,而不同株行距配置间K值随着种植密度的增加而增大.产量与各冠层消光系数、上部3叶叶倾角呈正相关.在光能利用率方面,产量与剑叶气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率均呈正相关.在高密度(15 cm×25 cm)和低密度(20 cm×30 cm和20 cm×35 cm)株行距配置下,水稻分别可以提高光截获能力和光转化效率,却分别受到倒伏和单位面积穗数的限制而无法获得高产稳产.株行距为15 cm×30 cm和 20 cm×25 cm配置下,可以确保足够穗数,优化冠层结构并降低倒伏风险,为高产优质提供保障.     

Photosynthetic light and CO2 utilization and C4 traits of two novel super-rice hybrids

Characteristics of photosynthetic light and CO2 use efficiency from seedling to heading stage, and C4 pathway enzyme activities in both flag leaves and lemma were compared between two newly developed super-rice hybrids (Oryza sativa L.), Liangyoupeijiu and Hua-an 3, and a traditional rice hybrid, Shanyou 63. At seedling and tillering stages, Liangyoupeijiu and Hua-an 3 had higher net photosynthetic rates (Pn) and light saturated assimilation rates (Asat) than did Shanyou 63, at both normal (360 micromol mol(-1)) and doubled (720 micromol mol(-1)) CO2 concentrations. At the heading stage, the flag leaves of all three rice hybrids had similar Pn and Asat. However, the two super-rice hybrids had higher apparent quantum yield (AQY) and carboxylation efficiency (CE) during all three typical developmental stages, and higher quantum yield of CO2 fixation (PhiCO2) at the tillering and heading stages. In addition, Liangyoupeijiu showed significantly higher activities of the C(4) pathway enzymes in both flag leaves and lemmas than did Shanyou 63. As a result, flag leaves of the two super-rice hybrids had higher Pn at morning, noontime and late afternoon during the daily cycle. Since most of the grain yield of rice comes from the photosynthesis of flag leaves, the similar Asat and much higher AQY, CE and PhiCO2 at heading stage of the two super-rice hybrids indicates that higher photosynthetic efficiency rather than higher photosynthetic capacity may be the primary factor contributing to their higher grain yields.     

高产磷高效水稻磷素吸收利用特征

通过正常供磷的大田试验（2011年）,以产量和磷籽粒生产效率为指标,将27份中熟水稻亲本材料划分为4个类型,再通过正常和低磷处理的土培试验（2012年）,筛选出高产磷高效水稻材料,并探讨各种磷效率对产量的贡献率.结果表明： 结合两年的试验结果,供试材料的产量和磷利用效率均存在显著的基因型差异,筛选出GR泸17/矮TTP//泸17_2（QR20）为高产磷高效材料.在两个供磷水平下,QR20的产量和磷利用效率均显著高于低产磷低效材料玉香B,其产量分别是玉香B的1.96和1.92倍.大田和土培试验结果均表明,磷积累量对产量的贡献率均高于磷籽粒生产效率和磷收获指数.正常供磷条件下,磷积累量和磷籽粒生产效率对产量的贡献率差异不大,低磷条件下差异较大（66.5%和26.6%）,磷收获指数对产量的贡献率最低,最高仅为11.8%（土培）.土培试验中,正常供磷条件下,拔节-抽穗阶段的磷积累量对产量和磷收获指数的贡献率最高,分别为93.4%和85.7%,对磷籽粒生产效率的贡献率为41.8%;在低磷条件下,分蘖-拔节阶段的磷积累量对产量和磷籽粒生产效率的贡献率最高,分别为56.9%和20.1%,对磷收获指数的贡献率为16.0%.土培正常供磷条件下,水稻QR20的产量、磷积累量和磷收获指数相对于低磷处理分别增加了20.6%、18.1%和18.2%,差异显著.综上,磷效率对水稻产量的贡献率大小依次为磷吸收效率＞利用效率＞转运效率;正常供磷条件下,拔节-抽穗阶段的磷积累量对产量的贡献率最高,低磷胁迫下,分蘖-拔节阶段的磷积累量对产量的贡献率最高,这两个阶段可能是水稻高产磷高效协调统一的关键时期.
     

开放式空气CO2浓度增高对水稻冠层微气候的影响

利用位于江苏省无锡市安镇的我国唯一的农田开放式空气CO₂浓度增高(FACE)系统平台,于2001年8月26日至10月13日(水稻抽穗至成熟期)进行水稻作物冠层微气候连续观测,以研究FACE对水稻冠层微气候特征的影响.结果表明,FACE降低了水稻叶片的气孔导度,FACE与对照水稻叶片气孔导度的差异上层叶片大于下层叶片,生长前期大于生长后期.FACE使白天水稻冠层和叶片温度升高,这种差异生长前期大于生长后期;但FACE对夜间水稻冠层温度的影响不明显.在水稻旺盛生长的抽穗开花期,晴天正午前后FACE水稻冠层温度比对照高1.2℃;从开花至成熟期,FACE水稻冠层白天平均温度比对照高0.43℃.FACE对冠层空气温度也有影响,白天水稻冠层空气温度FACE高于对照,这种差异随太阳辐射增强而增大且冠层中部大于冠层顶部;冠层中部空气温度FACE与对照的差异(T_face-T_ambient)日最大值在0.47～1.2℃之间,而冠层顶部的T_face-T_ambient日最大值在0.37～0.8℃之间.夜间水稻冠层空气温度FACE与对照差别不大,变化在±0.3℃之内.而FACE对水稻冠层空气湿度无显著影响,表明FACE使水稻叶片气孔导度降低,从而削弱了植株的蒸腾降温作用,导致水稻冠层温度和冠层空气温度升高,改变了整个水稻冠层的温度环     

FACE条件下水稻冠层蒸散和水分利用率的模拟

利用开放式CO₂浓度增高（FACE）系统平台,通过在水稻拔节期至成熟期对水稻冠层微气候及相关生理指标的连续观测,并结合能量平衡分析,模拟研究了FACE对水稻冠层蒸散和水分利用率的影响.结果表明：将水稻叶片气孔导度与光合有效辐射、饱和水气压差的定量关系与Penman-Monteith方程相结合,可以较好地模拟FACE和对照条件下的水稻蒸散量;观测期间,CO₂浓度升高使水稻的水分利用比对照减小约10 mm,结合水稻生物量增加12%,FACE条件下水稻水分利用率（WUE）增加约12%.