旱涝交替胁迫对水稻干物质生产分配及倒伏性状的影响

为揭示旱涝交替胁迫水稻干物质生产和分配规律,研究其对水稻倒伏相关形态性状、力学性状及化学成分的影响,于2013年5—10月在江苏省河海大学南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室进行不同灌溉方法的粳稻盆栽试验。试验共设分蘖期涝-轻旱交替胁迫(T-LD)、分蘖期涝-重旱交替胁迫(T-HD)、拔节期涝-轻旱交替胁迫(J-LD)、拔节期涝-重旱交替胁迫(J-HD)和全生育期浅水勤灌(CK)5个处理。结果表明,在开花期以后,各灌溉处理的功能叶的叶绿素含量与水稻移栽后天数呈二次曲线关系,且决定系数R2均大于0.97(P0.01);在开花期后,水稻剑叶的叶绿素含量和光合速率存在线性正相关(P0.001)。分蘖期旱涝交替胁迫处理(T-LD和T-HD)的剑叶面积、开花后平均叶绿素含量以及光合速率为CK处理的1.1~1.2倍,而茎鞘贮藏物质的平均输出率和转化率则分别为CK处理的32%和22%;拔节期旱涝交替胁迫处理(J-LD和J-HD)的剑叶面积、茎鞘贮藏物质的平均输出率和转化率分别为CK处理的84%、33%和37%,而开花后其平均光合速率为CK处理的1.19倍。与CK及分蘖期旱涝交替胁迫处理相比,拔节期旱涝交替胁迫处理显著提高基部以上第1伸长节间的抗折安全系数(P0.05)。研究可为通过灌溉方式实现水稻抗倒和高产的目标提供依据。     

旱涝交替胁迫条件下粳稻叶片光合特性

为研究分蘖期和拔节期旱涝交替胁迫对粳稻叶片光合特性和产量的影响,于2013年进行盆栽试验,分别在粳稻分蘖期(tillering stage,T)和拔节期(jointing stage,S)设置涝-轻旱(light drought,LD)和涝-重旱(sever drought,HD)共4个旱涝交替胁迫处理,其中分蘖期涝保持水深10 cm,拔节期涝保持水深15 cm,同时以浅水勤灌(CK)为对照,测定叶片净光合速率、气孔导度、潜在水分利用效率和胞间二氧化碳浓度以及最终产量等。结果表明,胁迫结束时,T-HD处理净光合速率极显著低于CK和T-LD处理(P0.01);T-LD和T-HD处理气孔导度和胞间二氧化碳浓度均极显著低于CK(P0.01);S-HD处理净光合速率极显著低于CK(P0.01),且气孔导度比CK低62.73%(P0.01);S-LD和S-HD处理胞间二氧化碳浓度呈升高趋势,且S-LD和S-HD处理潜在水分利用效率均低于CK。复水至10月10日,各处理净光合速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度均显著高于CK(P0.05)。相同光强下,各处理净光合速率低于CK,但光补偿点、光饱和点和暗呼吸速率均高于CK,并且提高了水稻CO_2响应曲线的净光合速率。但各处理最终产量均显著低于CK(P0.05)。研究结果可为分析水稻干物质积累、灌溉水利用效率等提供依据。     

涝胁迫对杂交中稻形态和产量的影响

湖北平原地区夏季降水多,水稻易受涝害,为了解涝对杂交水稻生长及产量的影响,以杂交中稻丰两优香1号为试材,在拔节期、孕穗期和灌浆期分别设计不同涝淹深度和受涝时间的胁迫试验。结果表明：杂交中稻受涝胁迫后,植株高度、节间长度均增长,灌浆期、孕穗期受涝胁迫后植株高度增长幅度大于拔节期,可用二元一次方程拟合水稻株高增长量（YPH）、节间长度（YIL）与受涝天数（D）和涝淹深度（H）之间的关系,涝淹深度对植株高度、节间长度的影响大于受涝天数。不同生育期受涝水稻减产顺序表现为孕穗期＞拔节期＞灌浆期,可用二元一次方程拟合水稻相对产量（Ry）与受涝天数（D）和涝淹深度（H）的关系,拔节期和灌浆期受涝天数对产量的影响大于受涝深度,而孕穗期涝淹深度的影响大于受涝天数。拔节期受涝胁迫结实率显著下降,孕穗期结实率和千粒重显著下降,灌浆期主要表现为结实率显著下降,其次是千粒重下降。拔节期、孕穗期和灌浆期受涝胁迫后,穗下部籽粒结实率的相对湿害指数分别为0.69%～44.01%、20.87%～71.14%（没顶淹9d为100%）、3.15%～81.84%;穗中部籽粒结实率的相对湿害指数分别为4.49%～32.36%、14.31%～62.21%（没顶淹9d为100%）、10.02%～66.89%;穗上部籽粒结实率的相对湿害指数分别为-0.77%～14.72%、7.64%～50.10%（没顶淹9d为100%）、2.75%～59.66%。     

旱涝交替胁迫对粳稻分蘖期叶片解剖结构的影响

盆栽试验于2013年进行,在粳稻分蘖期分别设置涝-轻旱(LD)和涝-重旱(HD)2种处理(涝保持水深10 cm),以浅水勤灌(保持水深0~5 cm,CK)为对照,研究了旱涝交替胁迫对水稻叶片解剖结构的影响。结果表明,与CK相比,第1次旱5 d后(阶段Ⅰ),LD处理主脉截面积减小了31.13%,LD处理侧叶大维管束面积和周长分别降低了28.87%和15.79%,HD处理则分别降低了24.74%和13.16%(P0.05);LD和HD处理侧叶小维管束面积和周长也显著减少。进入涝胁迫5 d后(阶段Ⅱ),但LD处理小维管束周长较HD处理显著降低了0.13×10~2μm;HD处理除大维管束外其余指标均超过了CK,说明涝后重旱胁迫处理叶片发育表现出了一定的补偿效应。涝结束5 d后(阶段Ⅲ),LD和HD处理主脉面积分别较CK显著减小了45.47%和53.79%,侧叶器官发育也落后于CK。第2次旱5 d后(阶段Ⅳ),LD和HD处理主脉大维管束面积分别较CK显著降低了18.45%和29.13%;HD处理侧叶大维管束面积和周长则显著低于CK和LD处理,HD处理侧叶面积较CK减少了34.49%,LD和HD处理泡面积在受旱时均低于CK,阶段Ⅲ,泡面积则分别显著减少了0.38×10~2和0.57×10~2μm~2。重旱处理对水稻叶片的迫害在第2次重旱后加重,而轻旱处理则减轻。研究结果可为制定水稻灌溉方案以及研究光合能力提供依据。     

穗分化期旱涝急转对双季超级杂交稻物质积累和产量形成的影响

采用桶栽方式,以超级杂交早稻品种(淦鑫203)、超级杂交晚稻品种(五丰优T025)为材料,于穗分化初期设置不旱不涝(对照CK)、轻旱不涝(T11)、重旱不涝(T2)、不旱轻涝(T3)、不旱重涝(T4)、重旱轻涝(T5)、重旱重涝(T6)、轻旱轻涝(T7)和轻旱重涝(T8)处理,分析各处理产量及其构成因素、干物质积累与分配和净光合速率等指标。结果表明:(1)"旱"、"涝"及"旱涝急转"使超级杂交早、晚稻单株产量不同程度下降,早稻T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8单株产量分别比CK降低8.89%、21.42%、8.33%、12.04%、19.65%、31.23%、15.39%和17.29%,晚稻分别降低6.21%、15.06%、7.77%、11.53%、17.40%、20.85%、13.46%和11.70%,早、晚稻以T2和T6处理产量下降较多,尤其T6处理产量降幅最大,表明单纯前期轻旱(T1)和后期轻涝(T3)对产量的影响相对较小,而单纯前期重旱(T2)和后期重涝(T4)对产量的影响相对较大,T2比T4对产量的影响更大,且重旱重涝处理下水稻单株产量存在一定程度的叠加减产效应。产量构成上,早、晚稻产量下降的主要原因是较大幅度降低了单株有效穗数、每穗总粒数、结实率和二次枝梗数,各处理对产量构成的影响规律与单株产量大致相同。(2)早、晚稻"旱"、"涝"及"旱涝急转"等处理结束初期与CK比较,其茎、叶干物质量均不同程度下降,其中早、晚稻成熟期T6处理穗干物质量分别比CK下降33.40%、19.88%,表现为穗型变小。(3)"旱"、"涝"及"旱涝急转"使早、晚稻叶片叶绿素含量(SPAD值)降低,其中早、晚稻均以T6处理的SPAD值降幅最大,且与CK一直呈显著性差异。(4)至抽穗期,早、晚稻叶片净光合速率均以T6处理最低,分别比CK下降37.57%、10.17%。研究结果说明,生长前期重旱后期急转重涝对早、晚稻成熟期穗部干物质量及总干物质量的影响最大,重旱重涝急转表现为叠加损伤效应。     

旱涝交替胁迫对水稻分蘖期根解剖结构的影响

通过盆栽试验,研究了水稻分蘖期旱-涝-旱交替胁迫对根解剖结构的影响。本试验主要通过不同程度的旱胁迫(重旱,A1和轻旱,A2)和重涝胁迫(保持15 cm水层,B)分3个阶段交替进行,分析各个阶段水稻根的中柱、通气组织、根外层细胞发育及根外层厚度与常规灌溉之间的差异,探讨旱-涝-旱交替胁迫对水稻抗涝性的影响。结果表明,第Ⅰ阶段干旱胁迫(A1和A2处理)能促使根形成发达的通气组织,且形成时间早于常规灌溉(C),A1和A2处理根外层厚度显著高于C处理。第Ⅰ阶段重旱胁迫对第Ⅱ阶段涝胁迫(重旱-重涝处理,A1B)根解剖结构产生明显的影响,A1B处理通气组织较早形成,其导管直径、总面积和中柱面积分别较常规灌溉(CC)增加了43.3%、52.8%、76.5%,而第Ⅱ阶段淹涝条件下(常规灌溉-重涝处理,CB)根仅形成了少量的通气组织。第Ⅲ阶段涝胁迫后再经历旱胁迫(重旱-重涝-重旱处理,A1BA1和轻旱-重涝-轻旱处理,A2BA2),根解剖结构表现与第Ⅰ阶段旱胁迫相似。可见,短期旱胁迫可促进根系通气组织的发育,而不会造成水稻耐涝能力的降低。该研究可为水稻蓄水控灌技术提供理论依据。     

拔节抽穗期不同时长干旱胁迫对水稻冠层光谱特征的影响

基于水稻干旱胁迫试验,采用ASD（Field Spec Pro FR2500）光谱辐射仪测定水稻拔节期和抽穗期不同时间尺度（10d、20d）干旱处理与对照（正常处理）的冠层光谱反射率,对干旱胁迫下水稻冠层光谱变化规律、植被指数、水分指数、导数光谱特征进行分析.结果表明：水稻拔节期和抽穗期干旱胁迫后冠层光谱反射率与对照（CK）相比,可见光、近红外波段反射率均显著减小,短红外波段反射率显著增加,导数光谱红边位置均向短波方向推移,红边面积和红边斜率均显著减少,复合构建的6种植被指数或水分指数呈下降趋势,四波段水分指数（SRND）、归一化差异红外指数（NDVII）下降幅度最大;与CK相比,拔节期干旱胁迫20d和抽穗期10d的水稻冠层对可见光、近红外波段的反射率极显著降低,对短红外波段反射率极显著升高,在此阶段红边特征参数、植被水分指数减少幅度最低.研究结果可为利用高光谱遥感技术快速无损监测水稻干旱灾害提供技术支持.     

旱涝急转对玉米叶片衰老特性和产量的影响

为研究旱涝急转对玉米叶片衰老特性和产量的影响,以春玉米“宜丹629”为供试材料,2021年在测坑条件下,设置拔节期旱（drought,D）、涝（waterlogging,W）、旱急转轻涝（drought-light waterlogging,D-LW）、旱急转中涝（drought-moderate waterlogging,D-MW）、旱急转重涝（drought-heave waterlogging,D-HW）、和正常供水（control,CK）6个处理。测定不同处理组合下玉米大喇叭口期、抽雄期和灌浆期叶片叶绿素仪（soil and plant analyzer development,SPAD）值、过氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化物酶（peroxidase,POD）、过氧化氢酶（catalase,CAT）活性、丙二醛（malondialdehyde,MDA）、可溶性蛋白含量和净光合速率（net photosynthetic rate,P_n）,成熟期籽粒产量及其构成。结果表明,与CK相比,D-LW处理抽雄期和灌浆期玉米叶片的SPAD值、SOD、POD、CAT活性、可溶性蛋白含量、P_n及成熟期穗数、穗粒数和千粒质量差异不显著,使其籽粒产量维持在较高水平（7810.3 kg/hm²）。说明旱急转轻涝不会加速玉米叶片的衰老,从而稳定籽粒产量。而其他水分胁迫处理显著降低各监测时期玉米叶片SPAD值、SOD、POD、CAT活性、可溶性蛋白含量和P_n,明显提高MDA含量,使穗数、穗粒数和千粒质量减少,最终显著降低产量（较CK的值下降13.3%~72.7%）。整体上,D-MW和D-HW处理明显加速玉米叶片衰老,严重抑制最终产量。综上,拔节期旱后急转轻涝对玉米叶片SPAD值、抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量和P_n有补偿作用,从而获得较高的籽粒产量。该研究结果为玉米应对旱涝急转灾害和灌排管理提供一定理论依据。     

旱涝交替胁迫增强水稻抗倒伏性能

茎倒伏是水稻减产的重要影响因素。本文采用小区试验,分析了旱涝交替胁迫下旱后浅蓄（T1）、旱后深蓄（T2）与目前常用的浅水勤灌（CK,对照）模式下,水稻茎秆生长指标和抗倒伏指标的差异,并结合水稻茎秆的细观特征,对水稻抗倒伏能力的影响机制进行了探讨。结果表明,与对照相比,适宜的旱涝交替胁迫处理（T1）基部节间长度降低,茎粗、茎杆截面面积增加,但差异不显著;茎杆的抗弯截面模量和累积破坏能量分别增加12.4%和9.4%,差异达到显著水平;茎杆壁厚、维管束数量、维管束面积增加,维管束细胞趋于密实,使得茎杆的抗折力增加,倒伏指数下降。但旱后淹水深度过深（T2）,水稻抗倒伏指标下降。地上部分鲜重增加是 T2处理倒伏指数增加的主要原因。上述情况表明,适宜的干旱胁迫能够拮抗淹水胁迫造成的抗倒伏能力下降,提高后期抗倒伏能力。现有节水模式下适当加大雨后蓄水深度不会增加倒伏风险。     

不同时期水分处理对水稻生长及产量的影响

为了研究水分胁迫处理对水稻生长及产量的影响,采用盆栽试验方法,在水稻分蘖期、孕穗期、开花期和灌浆期进行水分胁迫处理,设3个处理水平,处理H 1土壤水势为0（土壤饱和含水量90%-100%）,处理H2土壤水势-30 kPa,处理H3土壤水势-50 kPa,保水层作对照（CK）。结果表明,分蘖期水分胁迫影响水稻分蘖数、LA I和株高,导致单位面积有效穗数不足而严重影响产量,处理平均产量比对照低29.5%;孕穗期水分胁迫影响水稻库容的建立,穗小、穗粒数少、千粒重低而严重影响产量,处理平均有效穗数比对照少26.7%,处理平均产量比对照低63.8%;开花期千粒重处理H 1比CK高12.9%,差异极显著（P〈0.01）,产量处理H1高于CK,处理H2和处理H3产量均低于CK,差异极显著（P〈0.01）;灌浆期处理H1千粒重比CK高11.2%,差异极显著（P〈0.01）,产量处理H1比CK高12.76%,差异显著（P〈0.05）。     

黄淮地区涝渍胁迫影响夏玉米生长及产量

在黄淮平原,夏玉米常因降水过多遭受涝渍害而减产,确定其能忍受的涝渍胁迫天数,可为该区减轻涝渍引起的夏玉米产量损失和农业生产防灾减灾管理提供依据。该研究在田间条件下以玉米品种浚单20为试验材料,分别于玉米拔节期和抽雄期设置持续淹水(3和5 d)和渍水(5、7和10 d)处理,旨在研究黄淮地区夏玉米拔节期和抽雄期持续涝渍胁迫对其生长及产量的影响。结果表明:玉米拔节期连续淹水3 d或拔节期、抽雄期连续渍水5 d夏玉米产量开始降低,产量损失率随涝渍时间延长而增加:拔节期淹水3 d、抽雄期淹水5 d,其产量损失率分别为28.4%和42.8%;拔节期或抽雄期渍水5 d的产量损失分别为13.8%和5.5%(2011年)和3.0%和3.4%(2012年);拔节期淹水5 d产量损失是淹水3 d的3.1倍;拔节期或抽雄期渍水10 d产量损失分别为渍水5 d的1.3和3.0倍(2011年)、2.4和3.2倍(2012年)。淹水天数相同时,拔节期淹水产量损失率大于抽雄期淹水。所有淹水处理都会降低每平方米有效株数,而抽雄期淹水5 d还影响秃尖比,拔节期淹水5 d影响所有测定指标如收获指数、果穗性状等。不同于淹水处理,所有渍水处理都不影响每平方米有效株数,但影响果穗长和秃尖比、收获指数(抽雄期渍水5 d除外)。涝渍胁迫的后续影响与胁迫生育期、及涝渍天数有关,如抽雄期淹水3~5 d和抽雄期渍水5 d只影响乳熟期地上部分干质量累积,而抽雄期渍水7 d会影响所有生育期干质量累积。拔节期淹水5 d和渍水10 d使玉米后期(吐丝后25~35 d)灌浆速度降低59.6%和28.9%。因此在玉米实际生产中出现连续强降水天气时,建议尽快采取排涝降渍措施减少以避免玉米拔节期连续淹水3 d或抽雄期连续渍水5 d,从而降低涝渍胁迫对玉米生长及产量的影响。     

拔节期水分冗余胁迫对淮北平原夏玉米产量形成机制的影响

为探明拔节期涝渍灾害对淮北平原夏玉米产量形成机制的影响,以登海605为试验材料,以正常水分处理为对照(CK),在夏玉米拔节期设置淹水和渍水2个水分胁迫处理,于2018年和2020年在安徽农业大学皖北试验站进行了大田试验,分析了水分冗余胁迫对夏玉米生育进程、光合性能、干物质积累、抗倒特性、雌雄间隔期、叶粒比和产量的影响....     

节水灌溉和遮光强度对水稻生长发育的耦合影响

采用两因素随机区组试验设计,通过大田模拟试验研究节水灌溉和遮光强度耦合对水稻生长及物候期的影响。灌溉方式设常规灌溉（F,水深5cm）和节水灌溉（W,无水层）2个水平;遮光强度设3个水平,即对照（CK,无遮光,自然光源）、轻度遮光（S1,单层遮光,光合有效辐射减弱60%）和重度遮光（S2,双层遮光,光合有效辐射减弱90%）。在水稻主要生育期即分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,观测株高、叶面积指数（LAI）、叶绿素含量（SPAD值）、稻穗含水率和冠层高光谱。用冠层高光谱数据提取增强型植被指数（EVI）时间序列,经Spline法插值及小波滤波去噪后预测水稻抽穗盛期的日期。结果表明：随着遮光强度的加重,水稻叶面积指数和叶绿素含量显著下降,物候期明显延迟。节水灌溉对遮光处理下水稻株高和叶绿素含量有抑制作用,对叶面积指数有促进作用,节水灌溉可使遮光处理下水稻物候期提前,使生育期缩短。在一定遮光强度下,水稻冠层光谱反射率在拔节期、抽穗期表现为节水灌溉（W）＞常规灌溉（F）,而灌浆期、成熟期表现为常规灌溉（F）＞节水灌溉（W）。用去噪后的EVI时间序列预测水稻抽穗盛期,准确率为97%。     

生物炭缓解稻麦轮作区小麦渍害胁迫的作用

稻麦轮作是长江中下游地区最主要的粮食生产方式,然而在该地区季风气候的背景下,小麦生长季易发生渍害胁迫,导致小麦减产甚至绝收。施用生物炭是一种有效的土壤改良方式,目前,已在长江中下游稻麦轮作区开展应用研究,但定量评估施用生物炭对长江中下游地区小麦渍害的影响研究尚未见报道。开展土柱和小区试验,研究水稻秸秆生物炭对稻麦轮作土壤和小麦生长前期的影响。结果表明,施用生物炭能显著降低稻麦轮作土壤的容重。不同深度的土壤水分动态变化也表明,施用生物炭有利于土壤水分向下迁移,可改善稻麦轮作土壤排水不畅的特点。同时,与未施用生物炭的处理相比,施用10 t hm-2生物炭能加快小麦出苗,促进小麦生长。播种后90 d的采样结果显示,施用生物炭处理下小麦株高、主根长和最后一片完全叶的叶绿素相对含量(SPAD值)均显著高于对照(p0.05)。根系特征显示,施用生物炭处理下的小麦主根长虽然显著高于对照,但2个处理间的总根长和总根面积却无显著差异。综上,施用生物炭能显著改善稻麦轮作土壤的排水条件,促进小麦前期生长,将有助于小麦在关键生育期抵御渍害胁迫。     

不同生育期淋洗对微咸水滴灌玉米农田水盐及产量的影响

为了明确不同淋洗时间对微咸水滴灌农田脱盐和增产的影响,在内蒙古河套灌区进步村节水综合试验站开展了微咸水滴灌试验,分别在拔节期(T1)、抽雄期(T2)、灌浆期(T3)设置1次畦灌淋洗,以及生育期无淋洗(CK)共4个处理,研究不同生育期淋洗对微咸水滴灌农田水盐及作物产量的影响。结果表明:不同生育期淋洗后0-60 cm平均土壤含水率提高了18.9%,且T1、T2和T3处理0-40 cm土壤含水率显著高于CK处理,持续时间分别为12,25,28天;生育期淋洗后土壤储水量和作物耗水量分别平均增加了20.92%和21.52%。生育期淋洗后膜内平均盐分降低了78.0%,拔节期、抽雄期、灌浆期淋洗后盐分分别下降了0.20,0.36,0.44 mS/cm。淋洗后膜内0-60 cm脱盐率平均提高55.01%,60-100 cm脱盐率平均提高125.79%,且淋洗后膜外脱盐率高于膜内,平均高38.90%。拔节期淋洗显著提高产量及其构成因子,产量提高了18.8%,穗长、穗宽和行粒数分别提高6.8%,5.5%,7.0%,收获指数提高了7.8%(P<0.05);抽雄期淋洗产量提高了8.1%(P<0.05),而灌浆期淋洗对产量无显著影响(P>0.05),故在拔节期淋洗土壤作物受盐分胁迫时间较短,增产效应最明显。     

拔节期水分胁迫-复水对冬小麦干物质积累和水分利用效率的影响

选用华北地区冬小麦的代表品种——石家庄8号为供试品种,采用盆栽试验,按亏缺程度（轻度60%FC和重度40%FC）和胁迫历时（5d和10d）在冬小麦拔节期设置4个水分胁迫处理和1个对照（全生育期充分灌水）,研究拔节期水分胁迫-复水对冬小麦干物质积累、分配以及产量和水分利用效率的影响。结果表明,拔节期不同程度的水分胁迫均会造成根、茎、叶和整株干物质量的减少,而且胁迫程度越大、历时越长,影响越大;复水可对小麦不同器官干物质积累产生不同程度补偿效应,但程度有限,各处理最终的干物质量均低于对照;轻度历时5d的水分胁迫利于根系增长,根干物质分配指数和根冠比均高于对照,但任何程度和历时的水分胁迫均对叶干物质的积累和分配造成不利影响;所有胁迫-复水处理的产量均低于对照,但轻度历时5d的水分胁迫却可显著提高水分利用效率,相比对照水分利用效率提高了9.4%。总之,本试验研究表明在冬小麦拔节期适宜的轻度胁迫可以优化调控干物质的分配,有利于提高作物植株整体的抗旱能力,对冬小麦干物质积累和产量的影响很小,同时适度水分胁迫减少了冬小麦耗水量从而明显提高了水分利用效率。