不同栽培模式对水稻物质积累、温室气体排放及稻米品质的影响

摘要

水稻是世界主要粮食作物之一，在全球粮食生产和消费中均占有重要的地位。水稻产量受到稻田环境、土壤养分含量、栽培管理措施等因素的综合影响，其中栽培管理措施受人为因素的影响较大，因此，改善栽培管理水平对提高水稻产量具有重要作用。稻麦农作系统是中国长江流域的主要农作系统，该模式能够产生大量的作物秸秆，秸秆和经秸秆发酵后的沼渣等有机物料含有丰富的营养成分。有机物料还田不仅可以解决环境污染问题，还能促进农田养分的循环利用和环境的可持续发展。稻鸭共作模式作为一种环保型的农业生态模式，在中国和其他亚洲国家得到广泛的应用和推广。稻鸭共作模式利用鸭子在稻田的不间断活动来达到刺激水稻生长、控制病虫草害、促进物质循环和改善稻田环境的目的。网室栽培模式是一种利用防虫网覆盖阻止植株病虫害迁移、侵染和控制病虫的有效的生态途径。 本研究以南粳9108为试验材料，通过网室栽培、稻鸭共作和有机物料还田等处理，分析网室栽培、稻鸭共作和有机物料还田对水稻物质积累和氮素利用、水稻茎秆抗倒性、稻田温室气体排放和稻米品质特性的影响，研究结果如下: 1.麦秸和沼渣还田能够提高水稻拔节后叶片的SPAD值和净光合速率，同时增加了水稻拔节后干物质和氮素的积累、抽穗后干物质和氮素的转移量、氮素的回收利用效率。与无机氮肥相比，麦秸和沼渣还田水稻产量分别上升2.11-4.28％和4.78-7.67％。与常规稻作相比，稻鸭共作提高了水稻叶片的光合生产能力、干物质和氮素的积累、抽穗后干物质和氮素的转移、氮素的回收利用效率，稻鸭共作模式水稻产量提高1.52-3.74％。由于防虫网的覆盖，网室栽培降低了水稻叶片的净光合速率、干物质的积累和转移、氮素的吸收和转移、氮素的回收利用效率。与露地栽培相比，网室栽培水稻产量下降2.48-4.98％。有机物料还田和稻鸭共作均能提高水稻生育后期干物质的积累和转移、抽穗后氮素的吸收和利用，最终促进水稻产量的提高。 2.有机物料还田提高了水稻的茎粗、茎壁厚度、茎秆充实度、折断弯矩、茎秆和叶鞘非结构性碳水化合物、纤维素和木质素，降低了水稻的株高、重心高度、弯曲力矩和倒伏指数，与无机氮肥相比，水稻茎秆抗折力提高5.03-23.38％。稻鸭共作由于鸭子对水稻茎秆的刺激效应，降低水稻的株高、重心高度、倒伏指数和弯曲力矩，提高了水稻茎粗、茎壁厚度、茎秆干重、茎秆充实度、折断弯矩、茎秆和叶鞘非结构性碳水化合物、纤维素和木质素。与常规稻作模式相比，稻鸭共作模式水稻茎秆的抗折力增加9.65-20.37％，这表明稻鸭共作提高水稻茎秆的机械强度。由于防虫网的覆盖，网室栽培提高了水稻茎秆的倒伏指数，同时提高株高、重心高度和弯曲力矩，降低茎粗、茎壁厚度、茎秆充实度、茎秆和叶鞘非结构性碳水化合物、纤维素和木质素，网室栽培水稻茎秆的抗折力下降7.95-13.42％，不利于水稻产量的提高。水稻株高、重心高度与茎秆倒伏指数呈正相关性，茎粗、茎壁厚度、茎秆充实度、抗折力与倒伏指数呈负相关性，因此，降低株高，提高茎粗、茎壁厚度和茎秆充实度有利于增强水稻茎秆的抗折力，这是提高水稻茎秆抗倒能力的关键。 3.麦秸还田提高了稻田甲烷的排放量，降低了稻田氧化亚氮的排放量和土壤氧化还原电位。与无机氮肥处理相比，麦秸还田处理的全球增温潜势上升96.89-123.02％，这表明麦秸还田增加了稻田的温室效应。稻鸭共作模式由于鸭子的不间断活动提高了稻田土壤氧化还原电位，从而降低了稻田甲烷的排放量，但增加了氧化亚氮的排放量，相较于常规稻作模式，稻鸭共作模式的全球增温潜势下降8.72-14.18％。与露地栽培相比，网室栽培模式显著提高了稻田土壤氧化还原电位，降低了稻田甲烷和氧化亚氮的排放量，网室栽培模式全球增温潜势降低6.35-13.14％。这表明稻鸭共作和网室栽培模式均有助于减缓全球的温室效应。 4.与无机氮肥相比，有机物料还田能够提高稻米精米率和整精米率，降低稻米垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量，同时提高稻米蛋白质、总氨基酸含量、胶稠度、淀粉峰值粘度、崩解值和相对结晶度，降低消减值。此外，麦秸还田降低稻米籽粒的矿质元素含量，而沼渣还田则提高稻米籽粒钙、铁、锰、锌和铜元素含量。稻鸭共作和网室栽培提高了稻米精米率、整精米率、胶稠度、淀粉峰值粘度、崩解值和相对结晶度，降低了淀粉消减值。稻鸭共作和网室栽培增加了稻米蛋白质和总氨基酸含量，但降低稻米直链淀粉含量;同时稻鸭共作提高了稻米籽粒矿质元素含量，而网室栽培模式降低了籽粒大量元素的含量，但提高了微量元素的含量。稻米直链淀粉含量与淀粉相对结晶度、崩解值呈显著负相关，与消减值呈显著正相关;醇溶蛋白及其与谷蛋白的比值与蛋白质、必需氨基酸、总氨基酸均呈显著负相关，因而降低稻米直链淀粉含量和醇溶蛋白的含量能够改善稻米的蒸煮食味品质和营养品质。

目录

声明

摘要

第一章文献综述

1网室栽培技术

1．1防虫网覆盖在设施农业上的应用

1．2防虫网覆盖在水稻生产上的应用

2稻鸭共作模式

2．1稻鸭共作对水稻生长发育的影响

2．2稻鸭共作对稻田生态效应的影响

3有机物料还田在生产上的应用

3．1有机物料还田对水稻生长发育的影响

3．2有机物料还田对水稻产量和品质的影响

3．3有机物料还田对稻田土壤特性的影响

4本试验研究目的意义、内容与技术路线

4．1研究目的与意义

4．2研究内容

4．3技术路线

第二章不同栽培模式对水稻物质积累及氮素利用的影响

1材料与方法

1．1试验地点

1．2试验设计

1．3测定项目及方法

1．4分析方法

1．5数据处理与统计分析

2结果与分析

2．1风速、CO2浓度和光照强度

2．2水稻产量

2．3叶片光合特性

2．4千物质积累和转运

2．5氮素积累和转移

2．6氮素的利用效率

3讨论

3．1水稻群体的物质积累及转运特性

3．2水稻群体氮素积累、转移及氮素的利用效率

4结论

参考文献

第三章不同栽培模式对水稻茎秆抗倒性的影响

1材料与方法

1．1试验地点

1．2试验设计

1．3测定项目及方法

1．4数据处理与统计分析

2结果与分析

2．1茎秆倒伏指数及其与产量的关系

2．2茎秆形态特性

2．3茎秆第二节间的物理特性

2．4茎秆生物力学特性

2．5茎秆化学成分

2．6茎秆横切面结构

2．7水稻产量、倒伏指数与茎秆特性的相关性

3讨论

3．1水稻茎秆的形态特性及其与抗倒性的关系

3．2水稻茎秆抗倒特性及其与产量的关系

4结论

参考文献

第四章不同栽培模式对稻田温室气体排放的影响

1材料与方法

1．1试验地点

1．2试验设计

1．3测定项目及方法

1．4数据处理与统计分析

2结果与分析

2．1气象条件

2．2 CH4和N2O排放通量

2．3土壤氧化还原电位

2．4 CH4、N2O总排放量和全球增温潜势

3讨论

3．2不同栽培模式对稻田CH4和N2O排放的影响

4结论

参考文献

第五章不同栽培模式对稻米品质特性的影响

1材料与方法

1．1试验地点

1．2试验设计

1．3测定项目及方法

1．4数据处理与统计分析

2结果与分析

2．1稻米品质特性

2．2稻米RVA糊化特性

2．3稻米淀粉晶体结构

2．4稻米籽粒矿质元素含量

2．5稻米籽粒氨基酸含量

3讨论

3．1稻米加工和外观品质特性

3．2稻米淀粉特性

3．3稻米矿质营养特性

3．4稻米蛋白质特性

4结论

参考文献

第六章全文讨论与结论

1讨论

1．1水稻物质积累特性和氮素的吸收利用特性

1．2水稻茎秆的抗倒性及其与产量的关系

1．3不同栽培模式对稻田温室气体排放的影响

1．4不同栽培模式对稻米品质特性的影响

2结论

3创新点及下一步需要研究的问题

3．1创新点

3．2下一步需要研究的问题

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文