不同生態(tài)區(qū)高產(chǎn)水稻群體抗倒性及對氮素響應(yīng)機(jī)理研究.pdf

1、倒伏是限制水稻“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”的關(guān)鍵因子之一。第一次綠色革命“矮化育種”的成功增加了水稻的抗倒性，產(chǎn)量得到顯著提高。但隨著世界人口的急劇增長，人類對糧食的需求越來越大?，F(xiàn)階段，“超級稻”的培育進(jìn)一步提高了水稻產(chǎn)量，但是以增加植株高度，提高生物產(chǎn)量為基礎(chǔ)，因此，倒伏又成為限制水稻單產(chǎn)的重要因素。試驗于2010-2012年在水稻特高產(chǎn)生態(tài)區(qū)（云南濤源）和長江中下游稻區(qū)（江蘇丹陽）進(jìn)行，以超級稻品種Y兩優(yōu)2號為材料，兩生態(tài)區(qū)分

2、別設(shè)置不同的氮肥處理，濤源氮肥用量分別為0、150、300、450kg/ha，丹陽分別為0、150、300kg/ha，基蘗肥:穗肥均為8∶2和5∶5兩個處理。試驗從產(chǎn)量和和抗倒性兩方面進(jìn)行分析，比較了兩生態(tài)區(qū)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成差異，并從力學(xué)、形態(tài)學(xué)、生理學(xué)及解剖學(xué)角度對兩生態(tài)區(qū)水稻穗后20天的抗倒性進(jìn)行分析比較;同時研究了兩生態(tài)區(qū)水稻抗倒性對不同的氮素運(yùn)籌的響應(yīng)差異。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)濤源生態(tài)區(qū)水稻產(chǎn)量集中在10～18

3、 t hm-2，而丹陽則主要集中在10～13 t hm-2，濤源水稻兩年平均產(chǎn)量高出丹陽生態(tài)點(diǎn)約49.5％，差異達(dá)到極顯著水平，特高產(chǎn)生態(tài)區(qū)水稻產(chǎn)量顯著高于長江中下游稻區(qū)。與不施氮相比，濤源生態(tài)區(qū)水稻在施氮條件下的增幅可達(dá)72.6％，而丹陽增幅僅為24.3％;其優(yōu)勢主要集中在穎花數(shù)和有效穗數(shù)上，氮素用量增加，有效穗、穎花量、產(chǎn)量顯著增加;丹陽生態(tài)區(qū)水稻隨氮素用量增加產(chǎn)量呈增加趨勢，僅有效穗受氮素影響顯著。氮素后移，顯著增加了穎花量，有利

4、于增產(chǎn)。氮素對濤源生態(tài)區(qū)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成影響顯著。
　　(2)從力學(xué)角度，濤源生態(tài)區(qū)水稻折斷部位至穗頂長度及鮮重均顯著低于丹陽，導(dǎo)致彎曲力矩降低了約31.9％;彎曲應(yīng)力顯著高于丹陽，但斷面系數(shù)顯著低于丹陽，兩者共同作用導(dǎo)致折斷彎矩比丹陽降低了約11.7％。濤源生態(tài)區(qū)水稻彎曲力矩和折斷彎矩均顯著低于丹陽，但與折斷彎矩相比，彎曲力矩降低幅度較大。與丹陽相比，濤源生態(tài)區(qū)兩年平均水稻倒伏指數(shù)降低了約21.1％。隨氮素用量增加，濤源生態(tài)區(qū)

5、水稻折斷部位至穗頂長度及鮮重顯著增加，基部莖稈強(qiáng)度顯著降低，抗折能力下降;長江中下游稻區(qū)增加氮素用量，彎曲力矩增加，折斷彎矩降低，但處理間差異未達(dá)到顯著水平。氮素后移，莖稈機(jī)械強(qiáng)度降低，降低了基部莖稈抗折斷能力。特高產(chǎn)生態(tài)區(qū)力學(xué)指標(biāo)受氮素影響顯著。
　　(3)從形態(tài)學(xué)角度，濤源水稻穗高、劍葉高、穗頸高顯著低于丹陽，導(dǎo)致折斷部位至穗頂長度降低;重心高度、劍葉至倒3葉葉長、葉寬及其干重顯著低于丹陽，導(dǎo)致折斷部位至穗頂長度及鮮重降低;兩

6、者共同降低濤源水稻植株地上部重量加在基部莖稈上的彎曲力矩。濤源水稻基部莖稈莖粗、壁厚、橫切面長短軸的內(nèi)、外徑以及莖稈單位長度干重均顯著低于丹陽，最終導(dǎo)致特高產(chǎn)生態(tài)區(qū)水稻折斷彎矩顯著小于長江中下游稻區(qū)。濤源生態(tài)區(qū)形態(tài)指標(biāo)受氮素影響顯著，隨氮素用量增加，株高、重心高度、劍葉至倒3葉葉長及葉寬、上三葉干重均顯著增加;莖稈單位長度干重、葉鞘單位長度干重顯著降低。丹陽生態(tài)區(qū)則僅株高和上三葉葉長葉寬及干重受氮素用量影響顯著。氮素后移，有利于增加基部

7、莖稈粗度和壁厚，兩生態(tài)區(qū)趨勢一致。
　　(4)從生理學(xué)角度講，特高產(chǎn)生態(tài)區(qū)穗后20天基部莖稈碳水化合物百分含量與長江中下游稻區(qū)相近，但其結(jié)構(gòu)性碳水化合物（纖維素和木質(zhì)素）所占比重顯著大于長江中下游稻區(qū)。雖然濤源水稻基部莖稈粗度、壁厚、充實(shí)度低于丹陽，但其較高的彎曲應(yīng)力和葉鞘單位長度干重在一定程度上增加了基部莖稈的機(jī)械強(qiáng)度，從而降低了與丹陽生態(tài)區(qū)抗折斷能力的差距。濤源生態(tài)區(qū)莖稈彎曲應(yīng)力與可溶性總糖、淀粉、纖維素、木質(zhì)素的含量呈正相關(guān)

8、關(guān)系，其中纖維素和木質(zhì)素等結(jié)構(gòu)性碳水化合物對彎曲應(yīng)力的貢獻(xiàn)率更大。濤源生態(tài)區(qū)莖稈中可溶性糖和淀粉等非結(jié)構(gòu)性碳水化合物均顯著低于丹陽，但纖維素、木質(zhì)素含量則大于丹陽。濤源生態(tài)區(qū)基部莖稈質(zhì)量對氮素的響應(yīng)更為敏感。增加氮素用量，濤源生態(tài)區(qū)水稻基部莖稈莖鞘單位長度可溶性總糖、淀粉、纖維素、木質(zhì)素含量顯著降低，導(dǎo)致抗折力、彎曲應(yīng)力顯著降低;丹陽生態(tài)區(qū)則略有降低。氮素后移，莖、鞘中可溶性總糖降低;低氮條件下氮素后移有利于淀粉含量提高，高氮條件下則降

9、低，兩生態(tài)區(qū)趨勢一致;對于結(jié)構(gòu)性碳水化合物，氮素后移顯著降低了濤源生態(tài)區(qū)莖鞘中單位長度纖維素和木質(zhì)素的含量，而在丹陽則呈增加趨勢，這主要與莖稈單位長度干重有關(guān)。
　　(5)試驗從解剖學(xué)角度研究了兩生態(tài)區(qū)水稻抗倒性及對氮素用量的響應(yīng)差異。研究發(fā)現(xiàn)，在不施氮水平下，兩生態(tài)區(qū)莖稈中大、小維管束的數(shù)量相近;高氮處理下濤源生態(tài)區(qū)的大、小維管束數(shù)量顯著低于丹陽生態(tài)區(qū)，但其大維管束的密集程度要高于丹陽。同時，濤源生態(tài)區(qū)水稻莖稈中大、小維管束與表

10、皮的間距更小，有利于增加莖稈外側(cè)的所能承受的彎折力。濤源生態(tài)區(qū)大、小維管束厚壁細(xì)胞層數(shù)、機(jī)械組織的厚壁細(xì)胞層數(shù)及厚度均較大，木質(zhì)化程度顯著大于丹陽;另外，濤源生態(tài)區(qū)基部莖稈橫切面的氣腔周長及面積較小。氮素用量增加，大、小維管束數(shù)量顯著增加，相鄰大維管束間距受影響較小，兩生態(tài)區(qū)趨勢一致;濤源生態(tài)區(qū)大、小維管束的軸向長度、周向長度、厚壁細(xì)胞層數(shù)呈增加趨勢，有利于纖維素含量和木質(zhì)化程度的的增加，而丹陽則變化不大，纖維素含量和木質(zhì)化程度呈降低趨

11、勢。
　　總的來說，特高產(chǎn)生態(tài)區(qū)水稻高產(chǎn)群體倒伏指數(shù)低于長江中下游稻區(qū)。分析其原因:①與丹陽相比，濤源水稻基部節(jié)間縮短，降低了植株高度;株型趨于緊湊，上部葉片葉長葉寬減小，重心高度降低，兩者共同降低整個植株作用在基部莖稈的力矩，且彎曲力矩降低幅度大于折斷彎矩。②濤源水稻莖粗、壁厚顯著低于丹陽，但其基部莖稈橫切面的維管束鞘、機(jī)械組織的厚壁細(xì)胞層數(shù)及厚度高于丹陽，木質(zhì)化程度高，增加了莖稈中纖維素和木質(zhì)素的含量，提高了結(jié)構(gòu)性碳水化合物所

12、占比重，加之葉鞘較高的充實(shí)度，增強(qiáng)了基部莖稈的強(qiáng)度和硬度，縮小了與丹陽水稻基部抗折斷能力的差距。特高產(chǎn)生態(tài)區(qū)高產(chǎn)水稻群體抗倒性對氮素的響應(yīng)更為敏感。氮素用量增加，濤源水稻基部節(jié)間長度增長導(dǎo)致株高顯著增加，上部葉片葉長、葉寬及干重顯著增加了植株的重心高度;莖鞘中單位長度碳水化合物含量顯著下降，降低了基部莖稈抗折斷能力;丹陽生態(tài)區(qū)受氮素影響較小，主要影響基部莖稈的形態(tài)特性。氮素后移有利于增加產(chǎn)量，提高莖粗、壁厚，降低基部節(jié)間長度，但在一定程