水稻节水栽培生理生态基础及节水灌溉技术研究

摘要

中国水稻种植面积占粮食总面积的28％，而其耗水量占全国总用水量的54％左右，占农业总用水量的65％以上；稻田单季水稻氮肥用量平均为180kg．hm～，比世界稻田氮肥单位面积平均用量高75％左右。传统的大水淹灌和大量增施氮肥，不仅影响了水稻高产潜力的发挥，而且加剧了灌溉用水的日趋紧张，同时因径流、渗漏和排水引起环境污染，因此，提高稻作水分利用效率、采用适宜的节水灌溉模式对于保证我国的粮食安全及农业的可持续发展具有重大意义。而研究不同生育期不同程度水分胁迫对水稻产量、品质的影响及其生理机理，研究水分胁迫对水稻氮素营养特性，是改进水稻水分管理技术、实现高效节水灌溉的理论基础。本研究于2005～2006年利用盆钵、测筒、测坑和大田栽培条件，分别研究了不同生育期不同程度的水分胁迫对水稻生长发育、生理特性、产量和品质的影响及水分胁迫下水稻氮素营养特性，探讨了不同时期水稻对水分胁迫的敏感性，比较了间歇灌溉、半干旱栽培、干旱栽培(雨养)和淹水灌溉方式对水稻的生理生态特性和水分利用效率的影响，以期为水稻最优水分管理与合理施肥提供理论依据。主要研究结果如下： (1)水分胁迫对水稻生长发育、生理特性、产量和品质的影响 分蘖期轻度胁迫处理后、在复水处理收获时植株的根、叶、茎鞘、穗和地上部分的干重及总干重较对照均在一定的程度上得到增加，而重度胁迫显著降低。灌浆结实期轻度水分胁迫处理水稻叶面积指数较对照有一定的提高，两优培九和红莲优6号分别提高了5.80％和11.57％；而重度胁迫处理下降显著，叶片早衰。 与对照相比，分蘖期轻度水分胁迫处理叶片光合速率下降较少或略有提高，轻度水分胁迫处理显著提高了叶片的水分利用效率。抽穗扬花期两优培九剑叶的SPAD值、叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均低于对照，且降低程度与胁迫程度正相关；而类胡萝卜素的含量和叶绿素 a/叶绿素 b 随土壤水势的降低而提高。两优培九分蘖期和幼穗分化期叶片水势均表现为随着水分胁迫的加重而降低，其中重度胁迫叶片水势下降显著。两优培九分蘖期和抽穗扬花期叶片的丙二醛含量随水分胁迫的加重而增加，其中重度胁迫处理较对照分别上升了1.74和1.51倍。抽穗扬花期两优培九叶片的脯氨酸含量随水分胁迫的加重而上升，其中重度胁迫处理下上升显著。幼穗分化期水稻单茎根系伤流强度以轻度水分胁迫处理最高，而重度胁迫处理最低，其中两优培九和红莲优6号轻度水分胁迫处理比对照分别高19.15％和13.64％。 水分胁迫对分蘖期单株的有效穗数影响较大，轻度水分胁迫提高了单株的有效穗数、单株的实粒数，从而一定程度的提高产量，而重度胁迫显著降低了产量。 幼穗分化期和抽穗扬花期水分胁迫对产量影响较大，结实率随胁迫加重而显著下降，为水分敏感时期；灌浆结实期干旱胁迫处理对千粒重影响较大，轻度胁迫处理下产量及其构成因素与对照总体上差异不显著，而重度胁迫显著降低了单株有效穗数以外的各产量构成，从而显著降低了水稻产量。不同生育时期不同的水分胁迫处理中，以轻度水分胁迫水分利用效率最高，在分蘖期和灌浆结实期进行适宜的水分胁迫处理可提高水分利用效率。分蘖期和灌浆结实期轻度水分胁迫强度可一定程度的改善稻米的加工品质、蒸煮品质和营养品质，而分蘖期重度干旱胁迫降低了加工品质、蒸煮品质和营养品质。幼穗分化期轻度和中度水分胁迫处理提高了垩白粒率和垩白度。抽穗扬花期中度水分胁迫显著增加了垩白度；重度水分胁迫显著增加了垩白粒率和垩白度，随着水分胁迫加重，蛋白质含量随之提高，而直链淀粉含量随之降低。 (2) 水分胁迫对水稻氮素营养特性的影响 同一土壤水势水平下植株地上部分干重与总干重均表现为随氮肥水平的提高而提高，而根冠比随氮肥水平的提高而降低。在同一氮肥水平下，随着土壤水分胁迫的加重，叶片净光合速率、叶绿素a和叶绿素b及其总含量、SPAD值及叶片的水势均有不同程度的降低，而叶绿素a/叶绿素b、丙二醛的含量和过氧化物酶的活性增加；同一土壤水势下，叶绿素a和叶绿素b及其总含量、SPAD值均随氮肥水平的提高而提高，而叶片的水势、叶绿素a/叶绿素b和丙二醛的含量均随氮肥水平的提高而降低。 在同一氮肥水平下，水稻产量随土壤水势的降低而降低；轻度胁迫下，产量为高氮>中氮>低氮，在土壤水分充足或重度胁迫下，产量则为中氮>高氮>低氮。低氮水平下以轻度水分胁迫水分利用效率最高；中高氮水平下随水分胁迫的加重，水分利用效率降低。 在相同的土壤水势下，出糙率、精米率以及整精米率随氮素水平的提高而提高；同一氮肥处理下，出糙率、精米率及整精米率随土壤水势的降低而提高。在相同的土壤水势下，垩白粒率和垩白度随氮素水平的提高而降低；但同一氮肥处理下，垩白粒率和垩白度随土壤水势的降低而提高。在同一土壤水势下，稻米蛋白质含量随氮素水平的提高而提高；在相同的氮素水平下，稻米蛋白质的含量随着水分胁迫的加重而有所提高。 (3) 灌溉方式对水稻生理生态特性、产量、品质和水分利用效率的影响 与淹水灌溉相比，间歇灌溉叶面积指数大，叶片净光合速率高，蒸腾速率较低，叶片水分利用效率高；半干旱栽培叶片水分利用效率相对较高；干旱栽培叶面积指数小，叶片净光合速率和水分利用效率降低，且后期叶片早衰。不同灌溉方式下水稻净光合速率日变化也存在“午休”现象，间歇灌溉可以使光合午休有所减缓。间歇灌溉在一定的程度上提高了叶片的叶绿素含量，而雨养栽培降低了叶绿素含量。随着各灌溉方式所设定的土壤水分下限占饱和含水率百分比的降低，灌水量的减少，叶片蒸腾速率和水势随之降低，而叶片脯氨酸含量、丙二醛含量和过氧化物酶活性随之提高。与淹水灌溉相比，间歇灌溉显著增大了水稻群体昼夜温差与昼夜湿差，提高了光能利用率，有利于建立良好的、健康的群体环境。 间歇灌溉、半干旱栽培和干旱栽培(雨养)方式下水稻全生育期的耗水量比淹水灌溉有不同程度的降低，节水幅度为间歇灌溉<半干旱栽培<干旱栽培(雨养)；间歇灌溉可以提高水稻产量，而干旱栽培(雨养)产量显著下降；水分利用效率以间歇灌溉最高，半干旱栽培次之，淹水灌溉和干旱栽培较低。随着耗水量的增加，水稻产量和水分生产率由递增到递减，呈现为二次曲线关系，出现所谓的“报酬递减”现象。间歇灌溉下稻米的整精米率、精米率、粒长均高于其他处理，但垩白粒率、垩白度低于其他处理；随着稻田耗水量的减少，稻米的直链淀粉含量降低，而胶稠度和蛋白质含量有所提高。试验结果表明间歇灌溉为南方稻区较适宜的灌溉方式。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略语表

声明

1绪论

1.1研究的目的及意义

1.2国内外研究进展

1.2.1水分胁迫对水稻生理生化特性的影响

1.2.2水分胁迫对水稻产量影响

1.2.3水分胁迫对水稻品质的影响

1.2.4水分胁迫下氮素营养特性与水肥耦合效应

1.2.5节水灌溉技术

1.2.6水稻节水灌溉的节水机理及其量化指标

1.2.7节水灌溉的稻田生态环境效应

1.3有待进一步研究的问题及本研究的内容

1.3.1有待进一步研究的问题

1.3.2本研究的思路与内容

1.4项目来源

2分蘖期水分胁迫对水稻生长特性、生理特性和产量与品质的影响

2.1引言

2.2材料与方法

2.2.1供试材料及品种特性

2.2.2试验设计

2.2.3测定项目与方法

2.2.4数据整理与分析

2.3结果与分析

2.3.1对水稻生长发育的影响

2.3.2对水稻产量的影响

2.3.3对水稻品质的影响

2.3.4对水稻水分生理及水分利用效率的影响

2.4小结与讨论

3幼穗分化期水分胁迫对水稻生长特性、生理特性和产量与品质的影响

3.1引言

3.2材料与方法

3.2.1供试材料及品种特性

3.2.2试验设计

3.2.3测定项目与方法

3.2.4数据整理与分析

3.3结果与分析

3.3.1对水稻叶面积指数的影响

3.3.2对水稻产量的影响

3.3.3对水稻品质的影响

3.3.4对水分生理及水分利用效率的影响

3.4小结与讨论

4抽穗扬花期水分胁迫对水稻生长特性、生理特性和产量与品质的影响

4.1引言

4.2材料与方法

4.2.1供试材料及品种特性

4.2.2试验设计

4.2.3测定项目与方法

4.2.4数据整理与分析

4.3结果与分析

4.3.1对水稻生理特性的影响

4.3.2对水稻产量的影响

4.3.3对水稻水分利用效率的影响

4.3.4对水稻品质的影响

4.4小结与讨论

5灌浆结实期水分胁迫对水稻生长特性、生理特性和产量与品质的影响

5.1引言

5.2材料与方法

5.2.1供试材料及品种特性

5.2.2试验设计

5.2.3测定项目与方法

5.2.4数据整理与分析

5.3结果与分析

5.3.1对水稻叶面积指数的影响

5.3.2对水稻产量的影响

5.3.3对水稻品质的影响

5.3.4对水稻水分利用效率的影响

5.4小结与讨论

6水分胁迫对水稻氮素营养特性的影响

6.1引言

6.2材料与方法

6.2.1试验材料与设计

6.2.2测定项目与方法

6.2.4数据整理与分析

6.3结果与分析

6.3.1不同水肥处理对下水稻生长发育的影响

6.3.2不同水肥处理对水稻生理特性的影响

6.3.3不同水肥处理对水稻产量及其构成性状的影响

6.3.4不同水肥处理对水稻品质的影响

6.3.4不同水肥处理对水稻水分利用效率的影响

6.4小结与讨论

7不同灌溉方式对水稻生物学特性的影响

7.1引言

7.2材料与方法

7.2.1试验点基本情况

7.2.2试验材料与设计

7.2.3测定指标及方法

7.2.4数据整理与分析

7.3结果与分析

7.3.1不同灌溉方式对水稻生长发育的影响

7.3.2不同灌溉方式对稻田群体特性的影响

7.3.3不同灌溉方式对水稻叶片光合特性的影响

7.3.4不同灌溉方式对水稻叶片其它生理特性的影响

7.4小结与讨论

8不同灌溉方式对水稻产量和品质的影响

8.1引言

8.2材料与方法

8.2.1试验点基本情况

8.2.2试验材料与设计

8.2.3测定指标及方法

8.2.4数据整理与分析

8.3结果与分析

8.3.1不同灌溉方式对水稻产量及其构成性状的影响

8.3.2不同灌溉方式下水稻产量性状相关性及通径分析

8.3.3不同灌溉方式对水稻品质的影响

8.4小结与讨论

9不同灌溉方式对水稻生态特性及水分利用效率的影响

9.1引言

9.2材料与方法

9.2.1试验点基本情况

9.2.2试验材料与设计

9.2.3测定项目与方法

9.2.4数据整理与分析

9.3结果与分析

9.3.1水稻生育期大田小区日均温度和降雨量的变化

9.3.2不同灌溉方式对水稻田间小气候的影响

9.3.3不同灌溉方式对水稻耗水量和耗水强度的影响

9.3.4不同灌溉方式对水稻水分利用效率(水分生产率)的影响

9.4小结与讨论

10总结与讨论

10.1研究结果

10.1.1不同生育期水分胁迫对水稻生长发育和生理特性的影响

10.1.2不同生育期水分胁迫对水稻产量、品质和水分利用效率的影响

10.1.3水分胁迫对水稻氮素营养特性的影响

10.1.4节水灌溉对水稻生理特性的影响

10.1.5节水灌溉对水稻群体结构和田间小气候的影响

10.1.6节水灌溉对水稻产量和品质的影响

10.1.7节水灌溉对水稻水分利用效率的影响

10.2本研究创新点

10.2.1研究手段和方法有创新

10.2.2研究思路有创新

10.2.3研究结果有创新

10.3本研究的不足及改进设想

参考文献

附件

致谢

攻读博士学位期间发表论文情况