中粳品种演进对水稻产量、根系形态生理和稻田甲烷排放的影响

摘要

甲烷是最主要的温室气体之一，对全球变暖起重要作用。稻田是甲烷主要排放源，控制稻田甲烷排放对全球气候环境具有至关重要的作用。水稻品种是影响稻田甲烷排放的关键因素，但是关于水稻品种演进对稻田甲烷排放的影响仍不是十分清楚。本研究选取江苏省近60年来各阶段具有代表性的12个中粳水稻品种为材料，依据种植推广年代结合株型和基因型将其分为20世纪50年代、60年代、70年代、80年代、90年代和2000年以后6个类型，研究了中粳品种演进对水稻产量、根系形态生理和稻田甲烷排放的影响。主要结果如下:
　　1、中粳品种演进显著提高了水稻产量。产量提高主要得益于总颖花量的大幅度提高，而每穗粒数增加是总颖花量提高的主要原因。从20世纪50年代品种到90年代，结实率逐步升高，但2000年以后推广的超级稻品种的结实率较之前品种有所降低，这是限制其产量水平进一步发挥的主要原因。品种演进显著提高了各年代水稻品种孕穗期、抽穗期和成熟期等关键时期的干物质积累量。
　　2、中粳水稻品种演进逐步提高了根干重、根冠比、根长、根数、根直径、根系伤流量、根系氧化力、根系总吸收表面积、根系活跃吸收表面积。孕穗期和抽穗期根系分泌物中苹果酸、琥珀酸和乙酸的浓度均随品种演进显著提高，酒石酸、柠檬酸的浓度随品种演进显著降低。品种演进改善了中粳水稻品种的根系形态和根系生理。
　　3、不同年代水稻品种全生育期稻田甲烷排放通量的变化趋势基本一致。各品种的甲烷排放通量均在水稻返青后迅速升高，并在移栽后15d出现排放高峰。随后急速下降并在孕穗-抽穗期出现另一排放峰。稻田甲烷排放总量随品种演进逐步降低。中粳品种演进还显著降低了稻田甲烷全球增温潜势(GWP)和生产单位稻谷的GWP。在水稻生长早期，稻田甲烷排放的品种间差异不明显。品种演进显著降低了水稻生育中后期稻田甲烷排放通量。
　　4、稻田甲烷排放总量和水稻产量、生物产量均呈极显著负相关关系。孕穗至抽穗水稻根系主要形态指标（根重、根长和根数）、生理指标（根系氧化力、根系总吸收表面积、根系活跃吸收表面积和根系伤流量）以及根系分泌有机酸（苹果酸、琥珀酸、乙酸、柠檬酸和酒石酸）浓度与稻田甲烷排放总量及对应时期的甲烷排放通量有密切关系。水稻根系形态生理演进与稻田甲烷排放密切相关。
　　5、氮肥施用量对稻田甲烷排放总量和排放通量均有明显影响并因品种而异。氮肥可能通过影响水稻根系形态（根重、根长和根数）、根系氧化力以及根系分泌有机酸浓度来影响水稻产量和稻田甲烷排放。

目录

摘要

1 引言

1．1 江苏粳稻种植概况

1．2 品种演进对水稻产量及相关性状的影响

1．3 稻田甲烷排放机理

1．3．1 甲烷的产生

1．3．2 甲烷的氧化

1．3．3 甲烷的传输

1．4 稻田甲烷排放的主要影响因素

1．4．1 水稻品种

1．4．2 养分管理

1．4．3 水分管理

1．4．4 土壤性状

1．4．5 耕作制度

1．5 以往研究存在的问题

1．6 本研究的目的意义与技术路线

2 材料与方法

2．1 供试材料与试验设计

2．2 主要测定项目及方法

2．2．1 茎蘖动态

2．2．2 叶片SPAD值

2．2．3 干物重与叶面积

2．2．4 根系氧化力、根系吸收表面积和活跃吸收表面积

2．2．5 根系伤流量

2．2．6 根干重、根长、根数以及根直径

2．2．7 根系分泌物的收集以及有机酸组分和浓度

2．2．8 甲烷排放通量

2．2．9 考种与计产

2．2．10 计算方法与数据处理

3 结果与分析

3．1 试验因子及其互作效应的方差分析

3．2 中粳品种演进对水稻产量及其构成因素的影响

3．3 中粳品种演进对水稻植株形态生理的影响

3．3．1 干物质积累和收获指数

3．3．2 茎蘖动态和成穗率

3．3．3 叶面积指数和群体粒叶比

3．3．4 叶片叶绿素含量(SPAD值)

3．4 中粳品种演进对水稻根系形态生理的影响

3．4．1 根干重和根冠比

3．4．2 根长、根数、根直径和比根长

3．4．3 根系伤流量

3．4．4 根系氧化力、根系吸收表面积和根系活跃吸收表面积

3．4．5 根系分泌物中有机酸组分和浓度

3．5 中粳品种演进对稻田甲烷排放的影响

3．5．1 全生育期稻田甲烷排放通量

3．5．2 主要生育期稻田甲烷排放通量

3．5．3 甲烷排放总量

3．5．4 稻田甲烷全球增温潜势(GWP)

3．6 水稻形态生理与稻田甲烷排放的关系

3．6．2 根系形态生理与稻田甲烷排放的关系

3．7 施氮量对稻田甲烷排放的调控

4 讨论与结论

4．1 讨论

4．1．1 稻田甲烷排放的变化规律

4．1．2 中粳品种演进对稻田甲烷排放的影响

4．1．3 产量与稻田甲烷排放的关系

4．1．4 水稻根系形态生理与稻田甲烷排放的关系

4．2 结论

4．2．1 本研究的主要结论

4．2．2 本研究的创新点

4．2．3 本研究存在的问题

参考文献

致谢

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