绿色超级稻和超级稻在简化栽培模式下的农艺表现

摘要

我国水稻生产存在资源利用效率低、环境压力大、生产成本和劳动力投入高等问题，针对上述问题，张启发院士提出了绿色超级稻(Green Super Rice，GSR)的理念，其目标是使水稻生产“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”。GSR和超级稻(Super Rice，SR)在理念上存在差异，GSR不过分追求单季超高产，旨在减少生产投入，提高资源利用效率，保护生态环境。然而，目前关于GSR和SR品种在简化栽培条件下的农艺表现还不清楚。本试验于2015-2016年以7个GSR候选品种和5个SR品种为试验材料，设置农民习惯模式（farmers' practice，FP）和简化栽培模式(simplified and reduced-input practice，SRIP)两个处理。7个GSR候选品种是根据本实验室2014年的品种筛选试验确定，包括旱优549、9优6号、金科优651、黄华占、珞优10号、徽两优858、广两优476。5个SR品种为农业部认定品种，包括深两优5814、丰两优4号、Y两优1号、扬两优6号和Y两优900。FP处理施氮量为180 kg ha-1，采用淹灌，秧龄为25天，种植密度为4×9寸;SRIP处理施氮量为90 kg ha-1，采用雨养，秧龄为35天，种植密度为6×9寸。本研究的目的在于(1)探究GSR和SR在SRIP下的籽粒产量及氮素利用效率(NUE);(2)分析GSR和SR品种产量及氮素利用效率在不同栽培模式下差异的原因。主要试验结果如下:
　　(1)与FP处理相比，2015和2016年SRIP处理下各品种的平均产量降幅分别为10.0％和5.5％。这主要是由SRIP处理下单位面积有效穗数、总颖花数和生物量显著降低所致。2015年GSR和SR品种在两个栽培处理下的平均产量均无显著差异，但在2016年，GSR在两个栽培处理下的平均产量均显著低于SR品种。GSR品种9优6号和SR品种扬两优6号在两年两个栽培处理下均表现出较高的产量潜力和稳产性。两个品种较好的高产和稳产性主要是因为其结实率和收获指数较高。GSR品种旱优549、金科优651和黄华占表现出高产但不稳产的特性，其它几个品种的高产和稳产性都表现一般。
　　(2)与FP处理相比，SRIP处理下氮素收获指数(NHI)、氮素籽粒生产效率(NUEg)、氮素干物质生产效率(NUEb)和偏生产力(PFPN)分别提高13.8％、58.5％、79.9％和27.3％。2015年GSR和SR品种在两个处理下的氮素利用效率指标均无显著差异，但每组内各品种间氮素利用效率相关指标存在差异。2016年GSR与SR品种间各氮素利用效率指标的差异与2015年不同。在FP处理下，GSR品种相比于SR品种具有较低的PFPN和NUEb。在SRIP处理下，GSR品种的总氮吸收量(TN)显著高于SR品种，而其它四个指标显著低于SR品种。两年试验结果表明，在两个栽培处理下，5个SR品种的各个氮素利用效率指标间差异不大。与SR品种相比，在FP处理下，GSR品种金科优651和旱优549具有较高的TN。在SRIP处理下，9优6号具有较高的TN和PFPN。总的来说，与SR各品种相比，GSR各品种的氮素利用效率并未表现出优势。
　　(3)通过比较两种栽培模式的经济效益发现，与FP模式相比，SRIP模式下的生产成本显著降低，每公顷减少了2256元，SRIP模式每公顷的收入比FP模式低1560元，然而SRIP模式的净收益要高于FP模式，每公顷平均净增收696元。由此可见，成本投入的降低是导致SRIP模式净收益高的主要原因。
　　综上所述，通过降低肥料、水分和生产成本（劳动力和种子成本）投入的SRIP处理使产量降低了5.5-10.0％，但净收益增加了696元。在气候条件正常的生长年份2015年，GSR与SR品种间的平均产量在两个栽培模式下均无差异。在2016年开花期遭遇高温胁迫的情况下，SR品种的平均产量要显著高于GSR品种。这表明SR品种在广适性和抗逆性方面要优于GSR候选品种。此外，两年试验均表明GSR品种的氮素利用效率与SR品种相比并无优势。每组内各品种间产量和氮素利用效率在两个栽培模式下均表现出了显著差异，GSR品种9优6号和SR品种扬两优6号表现出了较好的高产和稳产特性。总之，本试验结果表明尽管个别GSR品种表现出较好的高产和稳产特性，但是总体上GSR品种并没有表现出比SR品种对简化栽培模式更好的适应性。今后的GSR育种工作应注重对现有SR品种绿色性状的评价，以期筛选出优良的GSR品种。

目录

论文说明

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摘要

缩写符号列表

1 研究背景

1．1 中国水稻生产概况

1．1．1 水稻种植面积和产量的变化

1．1．2 水稻生产面临的问题

1．1．3 水稻产量提高的途径

1．2 影响水稻产量的主要栽培管理措施

1．2．1 移栽密度

1．2．2 秧龄

1．2．3 氮肥管理

1．2．4 水分管理

1．3 中国水稻氮肥利用率现状

1．4 中国水稻轻简化栽培技术的研究进展

1．5 绿色超级稻

1．6 本研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 试验地点和材料

2．2 试验设计

2．3 指标测定

2．3．1 土壤数据测定

2．3．2 气象数据测定

2．3．3 作物生长分析

2．3．4 产量及产量构成因子测定

2．3．5 植株氮含量测定

2．3．6 干物质转运相关指标计算方法

2．3．7 经济效益计算

2．4 数据分析

3 结果与分析

3．1 气象条件

3．2 不同栽培模式下绿色超级稻和超级稻的生育期变化

3．3 不同栽培模式下绿色超级稻和超级稻的产量及产量稳定性

3．4 不同栽培模式下绿色超级稻和超级稻的产量构成因子

3．5 不同栽培模式下绿色超级稻和超级稻的高产与稳产相关性状

3．6 不同栽培模式下绿色超级稻和超级稻的株高和分蘖动态

3．7 不同栽培模式下绿色超级稻和超级稻的叶面积指数

3．8 不同栽培模式下绿色超级稻和超级稻的干物质积累及转运

3．9 不同栽培模式下绿色超级稻和超级稻氮浓度及氮素利用效率

3．10 不同栽培模式下的经济效益分析

4 讨论

4．1 不同栽培模式对绿色超级稻和超级稻生育期的影响

4．2 不同栽培模式对绿色超级稻和超级稻产量的影响

4．3 不同栽培模式对绿色超级稻和超级稻产量稳定性的影响

4．4 不同栽培模式对绿色超级稻和超级稻氮素利用率的影响

4．5 不同栽培模式的经济效益表现

5 结论

参考文献

致谢