水稻高产与养分高效利用栽培技术及其生理基础的研究

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导师姓名
杨建昌
学科专业
作物栽培学与耕作学
文献出处
扬州大学   2013年
关键词
水稻论文  高产高效栽培论文  生育特性论文  养分吸收与利用论文  生理特性论文  稻米品质论文
论文摘要

水稻是我国最大的粮食作物。随着人口的增长和经济的发展,需要不断增加粮食产量。但另一方面,随着产量的增加,需要加大水肥资源的投入。持续提高作物产量是否必须依赖于水肥资源的大量投入?作物高产与资源高效能否协同?这一直是国内外关注的热点,也是学术界仍在争论的重大科学命题。发达国家在这个问题上往往采用环境优先的原则,而我国人多地少、资源紧缺,持续提高作物单产,同时高效利用有限的资源,是农业可持续发展的必由之路。本研究通过栽培技术的集成与优化,设置了不同的栽培模式,分析其对水稻产量、群体生育特性、养分吸收与利用效率、生理性状以及稻米品质的影响。主要结果如下:1、水稻高产高效的限制因素与水稻高产高效栽培技术通过调查、实地取证和试验,明确了限制单季水稻高产与氮肥高效利用的主要因素是栽培措施不当,即秧苗素质差、栽插密度过稀、施肥量大、大水漫灌等直接影响了群体质量和造成资源浪费;品种的耐肥性太强和大穗型品种弱势粒充实差也是影响水稻高产高效的一个重要原因。以水稻实地养分管理技术、轻干湿交替灌溉技术为核心技术,以培育壮秧、增密控肥、前氮后移、叶面喷施和增施硅肥等为配套技术,创建集成了水稻高产高效栽培技术体系。2、水稻高产高效群体生长发育特性(1)以杂交粳稻常优3号和常优5号为材料,设置了未施氮处理(ON)、当地高产栽培(对照)、高产高效栽培、超高产栽培、超高产高效栽培和氮高效利用栽培等6种不同栽培模式,观察上述栽培模式对水稻产量和群体质量的影响(试验一)。结果表明,高产高效栽培、超高产栽培、超高产高效栽培的产量两品种平均分别达9.9t hm-2、12.0t hm-2、10.9t hm-2和9.3t hm-2,较当地常规高产栽培高出10.1%-41.9%。(2)以扬粳4038、扬稻6号以及连粳6号为材料,设置ON、当地高产栽培以及高产高效栽培3个处理,并观察3个处理对水稻产量及群体质量的影响(试验二)。结果表明,与当地高产栽培相比,高产高效栽培模式下水稻产量平均增加了14.4%。与当地高产栽培相比,高产高效栽培、超高产栽培以及超高产高效栽培等处理的茎蘖成穗率明显提高,叶面积指数和有效叶面积比率增加,叶面积持续期、作物生长率和抽穗至成熟期的干物质积累增加。还提高了水稻粒叶比,改善了源库关系,并提高了根干重和根系伤流量。说明通过高产高效栽培可以改善水稻群体质量,获得更高产量。3、高产高效栽培水稻的养分吸收与利用效率试验一的结果表明,与当地高产栽培相比,高产高效栽培、超高产栽培、超高产高效栽培和氮高效利用栽培的氮肥吸收利用率分别提高了50.3%、87.4%、78.5%和44.3%,氮肥农学利用率分别提高了74.7%、91.1%、97.1%和78.3%,高产高效栽培模式、超高产高效栽培模式以及氮高效利用栽培模式的抽穗至成熟期养分运转率也显著提高。不同栽培模式下水稻穗分化至抽穗期的氮、磷、钾的吸收量与产量呈显著正相关。试验二的结果表明,与当地高产栽培相比,高产高效栽培下水稻水分利用效率、氮肥吸收利用率、农学利用率分别增加了35.6%、42.5%和64.1%。上述结果表明通过栽培技术的集成优化,可以大幅度同步提高水稻产量和水肥利用效率。4、水稻高产高效的生理特性在试验一中,观察了不同栽培模式对水稻叶片、根系以及籽粒中生理活性的影响。结果表明,与当地高产栽培相比,高产高效栽培、超高产栽培、超高产高效栽培和氮高效利用栽培显著提高了剑叶SPAD值、光合速率和过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶活性和根系氧化力,增加了根系和籽粒中细胞分裂素含量以及籽粒中吲哚乙酸的含量。在分蘖期,上述各栽培模式的叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)等氮代谢酶活性与当地高产栽培差异不显著,但在穗分化期、抽穗期和成熟期均显著增加。在试验二中,观察了高产高效栽培对水稻植株中细胞分裂素玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)含量、灌浆期剑叶光合特性和根系活性以及籽粒中与蔗糖-淀粉转化相关酶活性的影响。结果表明,与当地高产栽培相比,高产高效栽培提高了水稻灌浆期剑叶光合速率、根系氧化力和籽粒中蔗糖合酶(Susase)和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)活性,增加了生育中期和后期植株中的Z+ZR含量。说明高产高效栽培通过提高水稻根系和地上部的生理活性,促进高产与水肥的高效利用。5、高产高效栽培对稻米品质及其米粉中矿质元素含量的影响观察了试验一中6种栽培模式对水稻稻米品质和精米中矿质元素含量的影响。结果表明,与当地高产栽培相比,超高产栽培和超高产高效栽培显著增加了稻米的整精米率、蛋白质含量和矿质元素在精米中的累积量,增加了稻米的胶稠度、崩解值,降低了垩白度、直链淀粉含量和消减值。说明高产高效栽培可以改善稻米的加工品质、外观品质及营养品质。以上结果说明,高产高效栽培模式不仅可以显著提高产量,而且可以显著提高水分和养分利用效率。在高产高效栽培模式下,较高的根系活力、叶片光合势和氮代谢酶活性、茎中光合同化物向籽粒的运转率、植株中较高的Z+ZR含量和灌浆期籽粒中较高的蔗糖-淀粉凋谢途径关键酶活性是高产高效栽培模式获取高产与养分高效利用的重要生理原因。水稻实地养分管理技术和轻干湿交替灌溉技术是高产高效栽培模式的两个关键栽培技术。

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摘要

Abstract

中英文对照词

0 引言

1 文献综述

摘要

1.1 研究水稻高产高效的背景及意义

1.1.1 持续提高作物产量是保障国家粮食安全的长期需求

1.1.2 提高资源利用效率,保护生态环境,是我国农业可持续发展的必然选择

1.1.3 探索作物高产与资源高效的协同理论和技术途径是发展现代农业的必由之路

1.2 水稻高产高效的研究现状

1.2.1 栽培模式

1.2.2 高产水稻群体特征

1.2.2.1 叶面积动态与有效高效叶面积

1.2.2.2 茎蘖动态

1.2.2.3 粒叶比

1.2.2.4 干物质积累动态

1.2.2.5 根干重和根冠比

1.2.3 高产水稻的生理特性

1.2.3.1 叶片光合特性

1.2.3.2 叶片抗氧化酶系统

1.2.3.3 根系生理活性

1.2.3.4 籽粒的生理活性

1.2.3.5 氮代谢关键酶类

1.2.4 水稻氮肥高效吸收与利用的生理机制及其养分吸收特性

1.2.4.1 水稻氮肥高效吸收与利用的生理机制

1.2.4.2 水稻的养分吸收特性

1.2.5 高产高效水稻的米质性状

1.3 水稻高产高效的途径与技术

1.3.1 通过品种改良不断提高水稻品种的产量和资源利用潜力

1.3.2 优化群体结构、增加花后物质生产、提高分配效率,实现作物高产

1.3.3 同步水肥供应与高产作物需求,实现资源高效

1.3.4 提高土壤基础生产力,增强抗逆能力和缓冲性,稳定实现作物高产高效

1.4 存在问题和本研究的目的意义

1.4.1 存在问题

1.4.2 本研究的目的和意义

1.4.3 本研究主要内容

1.4.4 本研究的技术路线

参考文献

2 水稻高产高效限制因素与高产高效栽培技术

摘要

2.1 材料与方法

2.1.1 水稻高产高效限制因素的调查与研究

2.1.1.1 水稻播种量和移栽密度的调查

2.1.1.2 氮肥总施用量及施肥比例的调查

2.1.1.3 水稻灌溉方式的调查

2.1.2 水稻高产高效限制因素的试验

2.1.2.1 试验一 水稻品种对氮肥的响应

2.1.2.2 试验二 超级稻弱势粒结实率和粒重观察

2.1.3 水稻高产高效栽培技术试验

2.1.3.1 试验三 水稻秧苗素质调控

2.1.3.2 试验四 水稻施氮量和栽插密度

2.1.3.3 试验五 不同氮肥运筹

2.1.3.4 试验六 不同灌溉方式

2.1.3.5 试验七 水稻实地氮肥管理

2.1.3.6 试验八 灌浆期喷施叶面肥

2.1.3.7 取样与测定

2.1.3.8 数据分析

2.2. 结果与分析

2.2.1 当前生产中限制水稻产量和效率协同提高的主要限制因子

2.2.1.1 秧苗质量差

2.2.1.2 水稻移栽密度过稀

2.2.1.3 氮肥使用量大、前期施肥比例高

2.2.1.4 大水漫灌或断水过早

2.2.1.5 一些品种耐肥性太强

2.2.1.6 水稻弱势粒结实率和粒重低

2.2.2 水稻高产高效关键栽培技术

2.2.2.1 培育壮秧

2.2.2.2 增密控肥

2.2.2.3 前氮后移

2.2.2.4 轻干湿交替灌溉(WMD)

2.2.2.5 水稻实地氮肥管(SSNM)

2.2.2.6 高产与氮高效品种的选用

2.2.2.7 喷施叶面肥

2.3 高产高效栽培技术示范效果

2.4 讨论

2.5 结论

参考文献

3 水稻高产高效群体生长发育特性

摘要

3.1 材料与方法

3.1.1 试验一 常熟试验

3.1.1.1 材料与试验地点

3.1.1.2 试验设计

3.1.1.3 取样与测定

3.1.2 试验二 扬州和连云港试验

3.1.2.1 材料与试验地点

3.1.2.2 试验设计

3.1.2.3 取样与测定

3.1.3 数据分析

3.2 结果与分析

3.2.1 不同栽培模式下的水稻产量及其构成因素

3.2.2 不同栽培模式下的茎蘖动态

3.2.3 不同栽培模式下的叶面积指数

3.2.4 不同栽培模式下的叶面积持续期和作物生长率

3.2.5 不同栽培模式下的干物质积累

3.2.6 不同栽培模式下的群体粒叶比

3.2.7 不同栽培模式下的茎鞘中非结构性碳水化合物(NSC)的转运与收获指数

3.2.8 不同栽培模式下的根冠比和根系伤流量变化

3.3 讨论

3.3.1 关于高产高效水稻生长发育特性与群体指标

3.3.2 关于水稻高产高效的栽培途径

3.3.3 关于水稻高产高效栽培的关键技术

3.4 结论

参考文献

4 高产高效栽培水稻的养分吸收与利用效率

摘要

4.1 材料与方法

4.1.1 试验一 常熟试验

4.1.1.1 材料与试验地点

4.1.1.2 试验设计

4.1.1.3 取样与测定

4.1.1.4 数据处理与统计方法

4.1.2 试验二 扬州和连云港试验

4.1.2.1 材料与试验地点

4.1.2.2 试验设计

4.1.2.3 取样与测定

4.1.2.4 数据处理与统计方法

4.2 结果与分析

4.2.1 各处理下水稻水分灌溉利用效率

4.2.2 氮素积累与氮肥利用率

4.2.3 氮素分配及运转

4.2.4 磷的吸收与积累

4.2.5 磷素分配及运转

4.2.6 钾的吸收与积累

4.2.7 钾素分配及运转

4.2.8 不同栽培模式下水稻氮、磷、钾偏生产力及肥料偏生产力

4.2.9 养分积累与产量的相关

4.2.10 水稻养分吸收的产谷利用效率和产谷吸收量

4.2.11 收获后土壤中氮、磷、钾的含量

4.3 讨论

4.3.1 高产高效栽培下水稻的氮肥吸收利用率

4.3.2 高产高效栽培下水稻养分吸收特性

4.4 结论

参考文献

5 水稻高产高效的生理特性

摘要

5.1 材料与方法

5.1.1 试验一 常熟试验

5.1.1.1 材料与试验地点

5.1.1.2 试验设计

5.1.1.3 取样与测定

5.1.1.4 数据分析

5.1.2 试验二 扬州和连云港试验

5.1.2.1 材料与试验地点

5.1.2.2 试验设计

5.1.2.3 取样与测定

5.1.2.4 数据分析

5.2 结果与分析

5.2.1 花后剑叶光合特性和根系生理特性

5.2.2 不同生育阶段植株中玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)含量

5.2.3 籽粒中酶活性和激素含量

5.2.4 剑叶抗氧化酶系统

5.2.5 叶片氮代谢酶活性及其与产量、总干物重和吸氮量的相关分析

5.3 讨论

5.4 结论

参考文献

6 高产高效栽培模式对稻米品质及其米粉中矿质元素含量的影响

摘要

6.1 材料与方法

6.1.1 材料与试验地点

6.1.2 试验设计

6.1.3 取样与测定

6.1.4 数据分析

6.2 结果与分析

6.2.1 不同栽培模式对稻米加工品质和外观品质的影响

6.2.2 不同栽培模式对稻米营养品质及蒸煮食味品质的影响

6.2.3 不同栽培模式对稻米蛋白质组分的影响

6.2.4 不同栽培模式对稻米RVA谱特性的影响

6.2.5 不同栽培模式对精米矿质元素含量及累积量的影响

6.3 讨论

6.3.1 不同栽培模式对稻米品质的影响

6.3.2 不同栽培模式下稻米矿质元素的吸收与积累

6.4 结论

参考文献

7 总结与讨论

摘要

7.1 主要结论

7.1.1 水稻高产高效的主要限制因素与高产高效栽培技术

7.1.2 高产高效栽培模式对水稻产量及其群体生育特性的影响

7.1.3 高产高效栽培模式对水稻养分吸收利用效率的影响

7.1.4 高产高效栽培模式对水稻生理特性的影响

7.1.5 高产高效栽培对稻米品质的影响

7.2 本研究的创新点

7.2.1 探明了水稻高产高效的主要限制因素,创建集成了水稻高产高效栽培技术

7.2.2 明确了水稻高产高效栽培的群体生育特性和养分吸收特性,阐明了高产高效稻米品质的形成特点

7.2.3 揭示了水稻高产高效的生理机制

7.3 讨论

7.3.1 关于高产高效栽培对水稻群体质量的影响

7.3.2 关于水稻高产高效栽培养分吸收与利用以及氮肥利用效率的评价指标

7.3.3 关于水稻高产高效的生理机制

7.3.4 关于高产高效栽培对稻米品质的影响

7.3.5 关于水稻高产高效栽培的关键技术

7.4 本研究存在的不足和需要深入研究的建议

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文情况

致谢

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