水稻抗旱性鉴定的形态指标

随着全球水资源的日益匮乏和旱灾的日趋严重,水资源短缺正成为制约我国农业发展的重要因素。培育抗旱栽培稻品种并实现水稻旱种,不但可较大程度地节约水资源,且有利于稳产增产、节约能源和减少环境污染,故栽培稻抗旱性研究作为稻作科学研究的重要课题显得愈来愈重要。水稻抗旱性机制较为复杂,国内外学者提出了一系列与抗旱性有关的形态、发育、生理与生化等的鉴定方法与指标,且有的已利用分子标记对一些指标进行了基因定位;但因大多数指标与产量的关系尚不甚清楚,致使有些指标在抗旱性研究中的应用价值受到质疑。本研究以旱作和淹水试验为处理,采用模糊隶属函数分析,以穗颈节粗为指标进行水稻抗旱性的单因子间接评定和以穗颈节粗、单本株有效穗、实粒数/穗、谷粒宽或结实率为指标进行水稻抗旱性的综合间接评定。以认同的采用产量抗旱系数(旱作下产量与淹水下产量之比)为鉴定指标的直接评定为依据,对上述两种间接评定的结果进行判别分析,从而验证试验中被采用指标和方法的准确性和可靠性。结果表明,以旱作穗颈节粗为指标的水稻抗旱性单一间接评定与以产量抗旱系数为指标的水稻抗旱性直接评定的吻合度为88.2%~100.0%,达极显著水平,即穗颈节粗可作为水稻抗旱性鉴定与评价的单一间接评定指标;且吻合度随品种类型而变,其中以籼型杂交稻的评定为最高(100.0%),其次是常规籼稻(91.7%),常规粳稻稍低(88.2%)。以旱作多个抗旱性状为指标的综合间接评定与以产量抗旱系数为指标的水稻抗旱性直接评定的吻合度均达100%,即穗颈节粗、单本株有效穗、实粒数/穗、谷粒宽和结实率可作为水稻抗旱性鉴定与评价的综合间接评定指标,且与品种类型无关。因此,旱作条件下,以穗颈节粗为指标的水稻抗旱性单一间接评定和以穗颈节粗、单本株有效穗、实粒数/穗、谷粒宽和结实率为指标的综合间接评定均是非常客观、简便易行、准确可靠和易被育种者接受的评定指标和方法,可应用于生产实践。     

秸秆还田与氮肥施用对稻田温室气体排放的影响

秸秆还田与氮肥施用是农田生态系统中碳氮元素的两大主要补给途径,其在调控稻田甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放以及水稻产量方面具有重要作用。以往的研究主要关注秸秆还田或氮肥施用单因素对稻田温室气体排放的影响,而双因素互作对甲烷和氧化亚氮排放的影响尚未明确。同时,在秸秆还田条件下如何进行合理的氮肥施用鲜有深入研究。本研究基于3个氮肥处理(0、180、360 kg N/hm²)和3个秸秆还田处理(0、2.25、3.75 t/hm²)进行多年水稻田间定位试验,研究结果表明:CH₄季节累积排放随秸秆还田量增加而增加,与施氮量无显著正相关关系;N₂O季节累积排放随施氮量增加而增加,与秸秆还田量无显著正相关关系;秸秆还田对于产量的影响具有不确定性,两年均在秸秆不还田+不施氮处理(S0N0)出现最低产量,2021与2022年最低产量分别为5740.64和4903.75 kg/hm²。2021与2022年最高产量分别在秸秆不还田+高氮(S0N2)和高量秸秆还田+高氮(S2N2)出现,分别为10938.48和10384.83 kg/hm²。同时,本研究发现在低量秸秆还田条件下,在碳足迹(CF, Carbon Footprint)方面,施氮量为251 kg N/hm²时碳足迹达到最低点,为1.01 kg C/kg;而在生态经济净收益(NEEB, Net Ecosystem Economic Benefits)方面,施氮量为294 kg N/hm²时生态经济净收益达到最高点,为11778.15 元/hm²。为协同生态经济净收益与碳排放,在低量秸秆还田(S1)下,配合251-294 kg N/hm²的施氮量为最优施肥方案。研究结果为指导稻田温室气体减排、实现稻田碳中和以及农田管理提供了理论支撑,为实现水稻的高产稳产与低碳生产科学依据。     

小麦茎顶端原基分化的综合模式

研究了小麦 (TriticumaestivumL .)茎顶端不同类型原基分化的动态过程 ,以明确原基分化的综合模式 ,并建立了不同原基分化之间的定量关系。结果表明 ,小麦叶原基和苞叶原基分化与播后累积生长度日 (GDD ,growingdegreedaysaftersowing)的关系呈S形曲线 ,而小穗原基和小花原基为上升段抛物曲线。从分化模式看 ,苞叶原基具备营养器官原基特征 ;小穗和小花原基的分化进程能较好地反映基因型和生态条件对顶端发育的影响。小麦茎顶端原基分化的综合模式为由三段子模式构成的近似S曲线。叶原基数由基因型和环境条件共同决定 ,而苞叶原基、小穗原基和小花原基数以环境因子的影响为主。以平均热间距来衡量 ,适期播种处理的叶片、苞叶和小穗原基分化速率最高 ;而小花原基数与小花分化持续期之间的数量关系最为密切。研究结果有助于揭示和理解小麦茎顶端发育的生物学规律。     

利用叶色特征监测小麦叶片的碳氮状况

研究了不同土壤水氮条件下小麦 (Triticumaestivum) 抽穗后叶片碳氮状况及其比例与叶片叶色 (SPAD值 ) 的关系。结果表明, 小麦中后期叶片氮含量和可溶性糖含量与顶部 3张叶片叶色 (SPAD值 ) 均呈显著的指数正相关, 其相关程度大小为L1>L2 >L3, 但与不同叶位叶色间的差值或比值相关并不显著 ;而叶片碳氮比与各叶位叶色相关不显著, 但与顶 1叶和顶 3叶的叶色差值呈极显著直线相关, 据此建立了基于叶色特征的叶片氮含量、可溶性糖含量和碳氮比监测模型, 检验结果显示, 顶 1叶叶色和顶 1叶与顶 3叶叶色的差值可用来有效地评估小麦叶片的碳、氮含量及碳氮比状况。     

小麦品种氮利用效率的评价指标及其氮营养特性研究

选用40个不同小麦基因型在2个不同生态区进行田间试验,系统地分析了不同N利用效率指标的基因型与环境差异及其与N营养特性的关系．结果表明,N收获指数在基因型间的变异相对较小。其余指标受品种影响较大．N吸收效率、氮流效率受环境影响较小,其余指标受环境影响较大．所有指标均受基因型和环境互作的显著影响．氮流效率与N吸收效率、植株N生产力和土壤N生产力极显著相关,综合反映了植株干物质生产和N利用状况,可作为一个有效的N利用效率评价指标．指出提高开花后,N同化量和转运量有利于提高氮流效率．     

不同生态环境下水稻基因型产量形成与源库特性的比较研究

以日本和IRRI的9个水稻品种为材料,分别以武香粳9号和两优培九为对照,在江苏南京和云南丽江研究了不同水稻基因型干物质积累与源库形成特征及其在不同生态环境下的差异.结果表明,生态环境对水稻产量和干物质积累量影响显著.高产水稻品种积累了高额干物质量,且干物质生产优势在中后期.高产品种的总颖花量、LAI及群体生长速率(CGR)都较高.稻谷产量随干物质积累总量的增加而提高,与齐穗后干物质积累量、总颖花量和LAI呈极显著正相关,与粒叶比呈显著正相关.与云南丽江点相比,群体LAI、单位面积颖花量和抽穗后干物质积累量少及生长速率(CGR)低是南京点稻谷产量低的关键因素.     

不同生态环境与播种期下小麦籽粒品质变异规律的研究

选用 6个不同品质类型小麦品种在 4个生态点进行分期播种试验, 系统分析了不同生态环境下小麦籽粒产量与品质的变异特征及其与主要气候生态因子间的关系。结果表明 :生态点、品种以及地点×品种互作对籽粒产量、千粒重、蛋白质、湿面筋和淀粉含量、沉降值与降落值的影响均达到显著水平 ;不同播种期处理对产量与淀粉含量的影响达到极显著水平, 而播种期×品种互作对千粒重、降落值、淀粉含量及沉降值的效应达到显著水平 ;地点×播种期×品种互作仅对产量、湿面筋、淀粉含量与沉降值有显著的影响。在 4个不同生态点中, 南京点的籽粒蛋白质与湿面筋含量最低, 但淀粉含量最高 ;徐州点的产量和千粒重最大 ;泰安点的蛋白质含量与湿面筋含量最高, 沉降值最小 ;保定点的产量、千粒重最小, 但沉降值最大。不同播种期处理下, 适播与晚播的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、淀粉含量、沉降值与降落值都显著高于早播, 而早播期的产量和千粒重最大。各小麦品种在不同地点与播种期下产量与品质性状的变异中以降落值的变异系数为最大, 淀粉的变异为最小。开花至成熟期的日均温与淀粉含量呈线性负相关, 与产量、蛋白质和湿面筋含量及降落值呈二次曲线相关关系 ;日温差与产量和千粒重呈二次曲线相关关系, 籽粒蛋白质和湿面筋含量、沉降值及降落值则随昼温差的增加线性递增 ;开花至成熟期降雨量与产量、千粒重都呈现先升后降的二次曲线相关关系, 而与籽粒蛋白质含量和降落值呈现线性负相关关系 ;籽粒蛋白质和湿面筋含量与降落值随开花至成熟期的累计日照时数呈现线性正相关关系。     

不同生育时期增铵营养对小麦生长及氮素利用的影响

通过两年的田间试验,研究了不同生育时期增铵营养(EAN)对小麦生长和氮素利用的影响．结果表明,田间增铵营养促进了小麦植株的生长和氮素吸收．其中基肥、分蘖期、拔节期EAN提高了小麦的干物质积累量、地上部氮积累量、有效穗数、叶面积指数、叶片叶绿素含量以及小麦的籽粒产量;孕穗期EAN效果不明显;全生育期EAN在促进生长方面的效果并无明显优势,但可有效降低土壤NO3^--N的淋溶损失．与对照相比,EAN提高了氮流效率和吸收效率,但以拔节前处理最为明显．拔节期EAN主要在于改善后期的叶片光合性能,并促进同化物向籽粒的再分配,而基肥和分蘖期EAN主要在于提高有效分蘖数．     

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.     

不同水氮条件下水稻冠层反射光谱与植株含水率的定量关系

研究了不同土壤水氮条件下水稻 (Oryzasativa) 冠层光谱反射特征和植株水分状况的量化关系。结果表明, 水稻冠层近红外光谱反射率随土壤含水量的降低而降低, 短波红外光谱反射率随土壤含水量的降低而升高。相同土壤水分条件下, 高氮水稻的冠层含水率高于低氮水稻的冠层含水率 ;同一水分条件下, 高氮处理的可见光区和短波红外波段光谱反射率低于低氮处理, 近红外波段光谱反射率高于低氮处理。发现拔节后比值植被指数 (R810 /R460 ) 与水稻叶片含水率和植株含水率呈极显著的线性相关, 模型的检验误差 (RootmeansquareError, RMSE) 分别为 0.93和 1.5 0。表明比值植被指数R810 /R460 可以较好地监测不同生育期水稻叶片和植株含水率。