高海拔生态区氮肥运筹和增温措施对水稻生长发育的影响及高产栽培技术研究

摘要

近年来，我国水稻产量不断提高，但从地区间来看，水稻生产的发展极其不平衡。云南省宁蒗高海拔寒冷地区的水稻生产就是一个典型代表，该地为国内水稻最高海拔种植地（海拔2670米），其稻作生产与中、低海拔地区相比，差距较大，故提高低产地区的产量水平和生产技术有着非同一般的现实意义。本研究即以此为宗旨，从2007年至2008年展开了本试验研究，本研究得出的不同氮肥运筹和增温措施处理对高海拔寒冷地区水稻生长发育及其产量形成的影响机理，可为该地区以及其它高海拔地区水稻高产栽培及防御低温冷害提供理论和实践上的参考。
　　 本研究以当地传统粳稻品种“大白谷”和新品种“丽粳10号”为试验材料，以高海拔寒冷地区水稻生长发育特性及其生理生态特点为研究背景，以此探讨高寒稻区水稻高产优质的栽培措施及其增产的主攻目标。拟解决的关键问题是：在高海拔低温条件下，如何通过合理的氮肥运筹和适当的增温措施（农艺措施和水利措施）来达到提高产量和品质的目的。本研究主要结论如下：
　　 (1)随着施氮量增加，丽粳10号和大白谷群体质量均表现出明显提高，但过高的施氮量对群体质量和产量产生不良影响。施氮总量相同时，适当增加基蘖肥比例，可提高群体茎蘖数、有效穗、LAI;适当增加穗粒肥比例，可提高成穗率、穗粒数，有利于减少后期LAI的衰减。
　　 随施氮量增加，各处理穗部干物质积累量和氮素积累量呈先升后降的趋势，同时，氮素干物质生产效率、氮素稻谷生产效率、氮肥生理利用率和氮肥偏生产力均下降，氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率呈先升后降的趋势，以中等施氮处理为最大值。不同品种和施氮量下，百公斤稻谷吸氮量有一个适宜值，2007年和2008年丽粳10号分别为2.31kg和2.52kg，大白谷分别为2.79kg和2.83kg。高海拔地区，后期气温偏低，过高施氮会延迟籽粒的灌浆，易造成水稻贪青晚熟、结实不良。
　　 本研究发现，各处理的茎鞘干物质及氮素转运不畅，齐穗后茎鞘中仍滞留有大量的干物质和氮素，高海拔地区较低的温度减弱了水稻呼吸消耗，阻碍了同化物的运输，致使穗干重占总干重的比例较小。
　　 分析高海拔稻作区产量及其构成因素对氮肥运筹的响应，发现产量的提高主要是由于总颖花量的增加，而这又在于有效穗数的大幅度增加，其次是稳粒数的增加。两品种均以施氮量为60kg.hm-2和基蘖肥与穗粒肥为7:3的组合表现最佳，不仅提高了氮素利用率，而且产量在所有处理中最高。
　　 (2)垄作栽培、温水灌溉从移栽期到成熟期的土壤日平均温差比常规栽培的提高0.52-2.94℃。在有效分蘖临界叶龄期以前，两品种单株根数表现出温水灌溉＞常规栽培＞垄作栽培，各处理单株根干重、单株总根长总体表现出：温水灌溉＞垄作栽培＞常规栽培。拔节后，各根系性状总体表现出：垄作栽培＞温水灌溉＞常规栽培。
　　 增温措施促使根系向土壤下层扩展，向下扩展的根系生长有利于生育后期水稻根系吸收深层土壤水分及养分。在本试验条件下，上层根(0～10cm)与产量的关系比下层根(10cm以下)更为密切。齐穗期、成熟期根系的主要性状与地上部性状及产量构成因素大都呈显著或极显著正相关，产量构成因子中，与根系主要性状关系最密切的是有效穗。
　　 (3)增温处理，促进了分蘖发生，使群体形成适宜的茎蘖组成，提高了成穗率，优化群体质量。增温处理有利于提高干物质积累，特别是齐穗后，干物质积累量、群体生长率、净同化率、光合势、势粒比均高于常规栽培。增温处理降低了齐穗后叶面积衰减速率，延长了叶片的功能期，是增强抽穗后群体光合生产力的根本原因。齐穗后叶片干物质发生衰减，而茎鞘干物质有较大的增长，茎鞘输出的干物质比积累的还少，最终输出率和转变率为负值。
　　 与常规栽培相比，垄作栽培增加了有效穗和结实率，降低了穗粒数；温水灌溉有效穗、结实率和穗粒数都有所提高。千粒重各处理之间差异很小。通径分析表明，与产量的直接通径系数从大到小依次是有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重，与产量相关系数最大者均是有效穗数，表明有效穗数对产量的贡献最大。两种增温措施相比，垄作栽培比温水灌溉对分蘖发生、成穗、氮素积累、干物质积累的影响更大，形成的产量也更高。
　　 (4)经增温措施和氮肥处理对两品种的整精米率、垩白、胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量影响较大。适量的氮肥有利于提高整精米率，有降低垩白粒率和垩白度的趋势。随氮肥用量增加，胶稠度逐渐变短，直链淀粉含量减少，蛋白质含量增加。
　　 增温处理下，整精米率呈垄作栽培＞温水灌溉＞常规栽培的规律，垩白率和垩白度表现出垄作栽培＜温水灌溉、常规栽培的趋势，垄作栽培明显提高胶稠度、直链淀粉及蛋白质含量。氮肥和增温处理交互作用的结果两品种均以垄作中肥(RM)组合的加工品质、外观品质较优，以垄作高肥(RH)处理的蛋白质含量最高，温水高肥(WH)处理的其次.
　　 (5)在高海拔寒冷地区，应用水稻精确定量栽培技术，对目标产量及产量构成、播种量、基本苗、播种期、移栽期、氮肥用量及灌溉模式进行定量设计和实施。结果表明，精确定量栽培明显促进分蘖发生，大幅度提高有效穗、总颖花量、LAI，干物质积累速度明显加快，并保持后期较强的光合生产能力。
　　 从抽穗期不同株型特征与产量及产量构成的相关分析来看，不同产量群体之间株型方面以及有效穗、颖花量等产量构成因子方面都存在着差异，高产群体的显著特征是植株上部三叶叶长较长，叶角较小；茎秆各节间配置合理，基部节间短，穗下节间较长；一次枝梗数、二次枝梗数和产量呈显著正相关。
　　 扩库(增加总颖花量）和强源（增加抽穗后LAI）均可提高高寒稻区产量，精确定量栽培的氮肥运筹、水分管理与高产水稻器官建成同步，提高LAI的同时，促进总颖花量的增长，可显著地提高该地区水稻的产量。
　　 两品种相比，同一施氮水平下，丽粳10号比大白谷具有更高的干物质积累量、氮素积累量、氮肥利用率、群体生长率、净同化率、相对生长率。整个生长期丽粳10号的平均单株根干重、总根长、根系总表面积均比大白谷的高，衰减得也较慢。这极大地促进了丽粳10号特别是在齐穗期后的光合效率和生理活性，这也是丽粳10号比大白谷高产的主要原因之一。从品质来看，丽粳10号比大白谷的粒形较长，胶稠度较大，蛋白质含量较高，这与品种遗传特性有关。

目录

文摘

英文文摘

项目基金资助

第一章文献综述与研究背景

1 水稻产量与品质形成的相关研究背景

1.1 水稻产量的形成

1.2 水稻品质的形成

2 不同氮肥运筹的相关研究背景

2.1 不同氮肥运筹对水稻生长和产量形成的影响

2.2 不同氮肥运筹对水稻氮素吸收和利用的影响

3 水稻低温冷害的产生及其防御措施

3.1 水稻低温冷害的产生

3.2 垄作栽培法增温

3.3 晒水池灌溉水增温

4 水稻精确定量栽培技术的相关研究背景

4.1 依据叶龄模式，准确调控群体发展

4.2 建立“小、壮、高”水稻高产群体，最大限度发挥品种产量潜力

5 宁蒗高海拔地区农业资源特点与生产概况

5.1 地理气候特点

5.2 社会经济概况

5.3 自然资源

5.4 宁蒗高海拔地区稻作资源

5.5 试验期间稻作生长季气候特点

6 本研究的目的和意义

7 技术路线

第二章 氮肥运筹对水稻生长及产量的影响

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验设计

1.3 测定项目与方法

1.4 试验数据处理

2 结果与分析

2.1 不同氮肥处理对水稻群体茎蘖动态的影响

2.2 不同氮肥处理对茎生叶片长、宽和叶面积的影响

2.3 不同氮肥处理对LAI和比叶重的影响

2.4 不同氮肥处理对株高的影响

2.5 不同氮肥处理对总颖花量和粒叶比的影响

2.6 不同氮肥处理对干物质积累及分配的影响

2.7 不同氮肥处理对产量及其构成因素的影响

3 小结与讨论

3.1 高海拔寒冷生态区新、老品种对氮素响应的差异

3.2 关于高海拔寒冷生态区最适施氮量的问题

第三章 增温措施对水稻根系生长及发育的影响

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验设计

1.3 测定项目与方法

1.4 试验数据处理

2 结果与分析

2.1 增温措施对齐穗前后土壤温度的影响

2.2 增温措施对水稻根系生长发育的影响

2.3 水稻根系与地上部分性状的相关分析

3 小结与讨论

3.1 最佳的增温措施－垄作栽培

3.2 关于根系生长的最适施氮量

3.3 根系生长特性的基因型差异

3.4 根系的垂直分布特点

3.5 根系性状与地上部群体质量及产量的关系

第四章 增温措施对水稻生长及产量形成的影响

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验设计

1.3 测定项目与方法

1.4 试验数据处理

2 结果与分析

2.1 增温处理对田间土温的影响

2.2 增温措施对分蘖动态及成穗的影响

2.3 增温措施对水稻群体质量的影响

2.4 增温措施对产量及其结构的影响

3 小结与讨论

3.1 关于高海拔寒冷生态区稻田增温的农艺和水利措施

3.2 促进分蘖成穗是高海拔寒冷生态区水稻高产的基础

3.3 关于垄作栽培对叶片氮素含量的影响

3.4 关于高海拔寒冷生态区干物质输出和转运率为负值的问题

第五章 氮肥运筹和增温措施对水稻氮素吸收利用的影响

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验设计

1.3 测定项目与方法

1.4 试验数据处理

2 结果与分析

2.1 不同处理植株各器官氮含量

2.2 不同处理氮素积累与分配

2.3 不同处理的氮肥利用率

2.4 不同处理对氮素运转的影响

2.5 水稻氮素积累量与产量的相关性

3 小结与讨论

3.1 高海拔寒冷地区不同氮肥运筹对氮素吸收利用的影响

3.2 不同品种氮素吸收利用的不同

第六章 氮肥运筹和增温措施对稻米品质形成的影响

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验设计

1.3 测定项目与方法

1.4 试验数据处理

2 结果与分析

2.1 不同处理对稻米加工品质的影响

2.2 不同处理对外观品质的影响

2.3 不同处理对稻米蒸煮食味品质的影响

2.4 不同处理对稻米营养品质的影响

3 小结与讨论

第七章 高海拔寒冷生态区水稻精确定量栽培

第一节 精确定量栽培对水稻株型及产量的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 小结与讨论

第二节 水稻精确定量栽培技术在高海拔寒冷地区的应用

1 精确定量栽培试验设计

2 试验实施

3 实施结果

4 小结与讨论

第八章 全文结论与讨论

1 研究小结

1.1 明确了高海拔地区氮肥运筹与水稻生长及产量形成的关系

1.2 明确了高海拔地区增温措施对水稻生长发育及产量形成的影响

1.3 探索了高海拔寒冷地区的水稻精确定量栽培技术

1.4 明确了氮肥和增温措施对高海拔寒冷地区稻米品质的影响

2 本研究的创新点

2.1 明确了高海拔寒冷地区氮肥对水稻生长和产量形成的影响

2.2 阐明了高海拔寒冷地区最适施氮量及其配比

2.3 明确了高海拔寒冷地区增温措施对水稻生长发育和产量形成的影响

2.4 开创了水稻精确定量栽培技术在高海拔寒冷地区的实施与应用

3 本研究存在的问题及深入研究的设想

致谢

附：攻读博士学位期间发表的相关论文

高海拔寒冷生态区水稻长势图