栽培措施对水稻产量和氮肥利用率的影响及其生理机制

摘要

我国水稻氮肥施用量大、利用效率低是一个突出问题，这不仅造成资源浪费，经济效益下降，而且造成环境污染。因此，研究协同提高水稻产量和氮肥利用效率的栽培调控途径及其机制，对于实现水稻绿色丰产、提高效益和保护环境均有十分重要的意义。为此，本研究以两个超级稻品种籼粳杂交稻甬优2640和常规粳稻武运粳24号为材料，设置了氮空白区、当地常规（对照）、减氮、增密减氮、精确灌溉、增施饼肥、深翻栽培、施硅锌肥以及施蚯蚓粪等9种栽培措施，分析栽培措施对水稻生长发育、冠层光合生理指标、根系生理特性、产量及其构成因素的影响，以期阐明超级稻氮素高效利用的栽培调控途径和生理机制。主要研究结果如下:
　　1、水稻产量和群体生长发育特性
　　甬优2640在增密减氮、精确灌溉、增施饼肥、深翻栽培、施硅锌肥以及施蚯蚓粪栽培措施的产量分别为11.58t hm-2、12.27t hm-2、12.91t hm-2、13.20t hm-2、13.77t hm-2和11.63t hm-2。分别较当地常规栽培（对照）的产量增加7.42％、13.82％、19.76％、22.45％、27.74％和7.88％。武运粳24号在增密减氮、精确灌溉、增施饼肥、深翻栽培、施硅锌肥以及施蚯蚓粪栽培措施的产量分别为9.53thm-2、10.54t hm-2、10.91t hm-2、11.04t hm-2、11.81t hm-2和9.59t hm-2，分别较当地常规栽培的产量增加3.59％、14.57％、18.59％、20.00％、28.37％和4.24％。
　　与当地常规栽培相比，甬优2640在增密减氮、精确灌溉、增施饼肥、深翻栽培、施硅锌肥以及施蚯蚓粪栽培措施的茎蘖成穗率提高了1.83％-10.34％、茎中非结构性碳水化合物(NSC)对产量的贡献率提高了10.63％-71.20％，抽穗后地上部干物质重增加了5.19％-24.99％、叶面积指数增加了5.35％-22.18％、有效叶面积率增加了3.60％-9.31％、高效叶面积率增加了2.87％-8.99％，冠层光合速率和粒叶比也均显著增加。武运粳24号在增密减氮、精确灌溉、增施饼肥、深翻栽培、施硅锌肥以及施蚯蚓粪栽培措施的茎蘖成穗率提高了2.08％-7.71％、茎中NSC对产量的贡献率提高了19.76％-70.36％，抽穗后地上部干物质重增加了2.81％-26.54％、叶面积指数增加了7.19％-28.44％、有效叶面积率增加了3.52％-6.58％、高效叶面积率增加了3.79％-9.25％,冠层光合速率和粒叶比均显著增加。说明通过栽培措施的改进，可以提高群体质量，优化源库关系，进而提高产量。
　　2、氮肥利用率
　　栽培措施的改进提高了氮肥利用率各指标。以氮肥农学利用率为例，甬优2640在增密减氮、精确灌溉、增施饼肥、深翻栽培、施硅锌肥以及施蚯蚓粪栽培措施下，其值分别为18.33kg kg-1、20.89kg kg-1、23.26kg kg-1、24.33kg kg-1、19.83kg kg-1、18.52kg kg-1,分别较当地常规栽培增加32.54％、51.05％、68.19％、75.92％、43.38％和33.91％。武运粳24号在增密减氮、精确灌溉、增施饼肥、深翻栽培、施硅锌肥以及施蚯蚓粪栽培措施下，其值分别为:14.26kg kg-1、18kg kg-1、19.37kg kg-1、19.85kg kg-1、17.03kg kg-1、14.48kg kg-1，分别较当地常规栽培增加21.57％、53.45％、65.13％、69.22％、45.18％和23.44％。两品种在增密减氮、精确灌溉、增施饼肥、深翻栽培、施硅锌肥和蚯蚓粪栽培措施的氮肥生理利用效率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力均显著高于当地常规栽培。其中以深翻栽培和增施饼肥的增产增效尤为显著。这两种栽培措施均采用了增密减氮、前氮后移和精确灌溉等栽培措施。因此，土壤深翻或增施饼肥结合增密减氮、前氮后移和精确灌溉可以协同提高水稻产量和氮肥利用效率。
　　3、冠层光、氮分布与生化机制
　　与常规栽培相比，增密减氮、精确灌溉、增施饼肥和深翻栽培等方式具有较小的冠层光衰减系数(KL），较大的冠层氮素衰减系数(KN）和KN/KL，可以较好地协调冠层光与氮素的分布，提高冠层上、中、下叶层光合能力，增加根系氧化活力和细胞分裂素在剑叶中的积累，增强上部叶片氮代谢酶活性，进而较好地调控氮素在冠层内转运和分配，协调冠层光氮匹配，增加冠层氮素光合效率。

目录

论文说明

摘要

中英文对照词

1 引言

1．1 国内外氮肥投入与利用现状

1．2 水稻高产高效的评价指标

1．3．1 冠层结构中氮素分布与光分布

1．3．2 氮代谢关键酶

1．3．3 细胞分裂素

1．4 根系形态生理与氮素吸收利用的关系

1．5 存在问题和本研究目的与意义

1．5．1 存在问题

1．5．2 本研究的主要内容和目的意义

1．6 本研究的技术路线

2 材料与方法

2．1 试验材料与栽培概况

2．2 试验设计

2．3 测定项目

2．3．1 茎蘖动态

2．3．2 干物重、叶面积

2．3．3 茎鞘非结构性碳水化合物

2．3．4 根系氧化力和氮代谢酶活性

2．3．5 叶片氮代谢酶活性

2．3．6 叶片细胞分裂素含量

2．3．7 叶片光合速率

2．3．10 植株氮含量

2．3．11 考种与计产

2．4 计算方法与数据处理

3 结果与分析

3．1 产量及其构成因素

3．2 农艺与生理性状

3．2．1 茎蘖动态及茎蘖成穗率

3．2．2 干物质积累

3．2．3 叶面积指数

3．2．4 粒叶比

3．2．5 茎鞘中非结构性碳水化合物(NSC)的转运

3．2．6 根系氧化活力

3．2．7 根系与叶片氮代谢关键酶活性

3．2．8 叶片光合速率

3．2．9 冠层温度

3．3 氮素的吸收与利用

3．3．1 吸氮量与氮肥利用效率

3．3．2 氮素分配及转运

3．4 冠层中光氮的分布

3．4．1 冠层内光分布梯度

3．4．2 冠层内氮素分布梯度

3．4．3 冠层叶片细胞分裂素含量

3．4．4 冠层内光氮分布与氮素利用效率的关系

3．4．5 产量与氮素利用效率的关系

4 讨论与结论

4．1 讨论

4．1．1 栽培措施对水稻产量和群体质量的影响

4．1．2 栽培措施对氮肥吸收利用的影响

4．1．3 冠层光、氮分布及其与氮素利用率的关系

4．1．4 协同提高产量和氮肥利用效率的生理生化机制

4．2 结论

4．2．1 本研究的主要结论

4．2．3 本研究存在的问题与建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文情况

致谢

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