不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对大气CO2浓度升高响应的差异

目的 探明不同类型水稻品种产量和氮素吸收利用对FACE(大气CO₂浓度增高)响应的差异。方法 以常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻共6个品种为供试材料,研究FACE对不同类型水稻产量、氮素吸收利用的影响。结果 1）FACE处理极显著提高了水稻产量,平均增加24.17%, 常规籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高;2）FACE处理显著增加了单位面积穗数,常规粳稻增幅最大,并显著增加了杂交籼稻和常规籼稻每穗粒数;3）FACE处理显著提高了成熟期吸氮量和氮素籽粒生产效率,成熟期吸氮量平均增加21.23%,杂交籼稻增幅最大, FACE和对照均以常规籼稻最高;氮素籽粒生产效率平均增加7.33%,杂交籼稻增幅最大,FACE和对照均以杂交籼稻最高。成熟期吸氮量对产量促进作用略大于成熟期氮素籽粒生产效率;4）FACE处理降低了植株含氮率,成熟期平均下降0.105个百分点,常规粳稻降幅最大。FACE处理极显著提高植株干物质量,成熟期平均增加23.95%,常规籼稻增幅最大;FACE处理显著提高常规籼稻和杂交籼稻成熟期单穗吸氮量,分别增加10.79%、13.93%,但常规粳稻下降了9.60%;FACE处理显著提高了成熟期群体吸氮强度,平均增加22.29%,杂交籼稻增幅最大。FACE处理对水稻全生育期天数无显著影响;FACE处理显著提高茎鞘、叶片、穗各器官吸氮量,叶片增幅最大,平均增加51.86%,杂交籼稻增幅最大;FACE处理显著提高了不同生育阶段吸氮量,抽穗-成熟阶段增幅最大,平均增加108.90%,杂交籼稻增幅最大;5）植株干物质量、单穗吸氮量、吸氮强度、穗吸氮量、抽穗-成熟阶段吸氮量对成熟期总吸氮量的促进作用分别大于植株含氮率、单位面积穗数、生育天数、茎鞘叶吸氮量、移栽-分蘖和分蘖-抽穗阶段吸氮量;6）FACE处理显著提高了氮肥偏生产力,降低了每百千克籽粒需氮量,前者平均增加24.16%,常规籼稻增加最多;后者平均降低4.7%,常规籼稻降幅最大。结论 FACE处理可显著提高水稻产量和氮素吸收利用效率,但品种间差异较大。     

大气CO2浓度升高对不同类型水稻品种磷素吸收利用的影响

以常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻共6个品种为供试材料，研究FACE（大气CO₂浓度增加200 μmol·mol^-1）条件对不同品种类型水稻产量及磷素吸收、分配、运转、利用的影响。结果表明：FACE处理使水稻产量显著增加24.17%，常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻分别增加19.38%、24.02%和29.10%，常规籼稻增幅最大；FACE处理使抽穗期、成熟期植株含磷率分别增加2.51%、6.07%，抽穗期常规籼稻增幅最大，成熟期常规粳稻增幅最大，处理间无显著差异；FACE处理使抽穗期、成熟期植株吸磷量增加25.42%、32.51%，抽穗期以常规籼稻增幅最大，成熟期以常规粳稻增幅最大。成熟期吸磷量与水稻产量呈极显著线性正相关（r=0.457^**）；FACE处理对抽穗期、成熟期各器官磷素占比无明显影响，但品种间差异较大；FACE处理使结实期茎鞘叶磷素运转量和穗部磷素增加量分别提高了25.77%、36.18%，两个性状均以常规籼稻增幅最大，促进磷素向穗部运转有利于水稻产量的提高（r=0.410^**）；FACE处理降低常规粳稻和常规籼稻的磷素籽粒生产效率、干物质生产效率，增加了杂交籼稻磷素干物质和籽粒生产效率；FACE处理使磷肥偏生产力显著增加24.17%，常规籼稻增幅最大。研究表明，FACE处理显著提高了各类水稻的产量、植株吸磷量、磷素运转量、磷肥偏生产力，品种间差异较大。     

氮高效水稻主要源库性状的基本特点及其调控

【目的】本研究皆在阐明氮高效水稻源库性状的基本特点。【方法】在大田条件下,于2012-2014年设计了两个试验。2012年和2013年,以染色体单片段代换系遗传群体114个水稻株系为供试材料,依据成熟期吸氮量和产量两个性状将114个株系群体分为6种不同氮效率类型。2014年,在前2两年试验的基础上,以筛选出的氮高效株系(L68)和氮低效株系(L2)为供试材料,研究施氮量对两种氮效率水稻株系产量、源库性状的影响。【结果】1)114个株系群体成熟期吸氮量和产量差异均较大,吸氮量变幅为11.53~27.66 g/m~2,产量变幅为311.74~763.35 kg/666.7 m~2,随着吸氮量的增加,产量呈上升趋势。产量类型与吸氮量类型并不完全一致,高吸氮量是高产的重要基础,但产量还可能受到其他因素的影响;2)氮高效水稻抽穗期叶面积系数(包括有效叶面积、高效叶面积、总叶面积)、成熟期叶面积系数均显著大于氮低效水稻,叶面积构成因子中氮高效水稻绿叶质量明显高于氮低效水稻,但比叶重不同氮效率品种间差异较小;3)氮高效水稻单位面积库容量、单位面积颖花量显著高于氮低效水稻,氮高效水稻单位干质量、单位叶面积和单位氮素库容量大,库容形成能力强;4)氮高效水稻单位叶面积颖花数、单位叶面积籽粒产量大,结实期净同化率高,氮高效水稻"流"畅,叶片光合能力强;5)综合分析表明,库容量对氮素高效吸收影响较大。提高单位氮素库容量有助于提高单位面积库容量。不同施氮水平下,氮高效水稻叶面积系数、库容量、吸氮量和产量均明显高于氮低效水稻,叶面积系数在低氮水平下两者差异最大,其他3个指标以低、中氮差异较大。【结论】氮高效水稻源库指标均优于其他类型,且这一优势在不同施氮量亦是如此。     

大气CO_2浓度升高对不同品种类型水稻钾素吸收利用的影响

以常规粳稻、杂交籼稻、常规籼稻共6个品种为供试材料,研究FACE(大气CO_2浓度增加200μmol·mol~(-1))对不同品种类型水稻产量、钾素吸收、钾素利用的影响。结果表明:FACE处理使水稻产量显著提高,平均增加24.17%,常规籼稻增幅最大;FACE处理促进成熟期植株吸钾量和钾素籽粒生产效率的提高,比对照分别增加17.88%和11.80%,前者以杂交籼稻增幅最大,后者以常规籼稻增幅最大,提高吸钾量有利于提高水稻产量;FACE处理使水稻成熟期茎鞘、叶片和植株的含钾率均低于对照,植株含钾率平均降低8.43%,以常规籼稻降幅最大。提高植株含钾率有利于成熟期植株吸钾量的增加;FACE处理使水稻成熟期茎鞘吸钾量和穗吸钾量明显增加,叶片吸钾量略有下降,提高各器官吸钾量均有利于植株吸钾量的增加,茎鞘吸钾量相关程度最大;FACE处理使水稻移栽-分蘖、分蘖-抽穗、抽穗-成熟阶段吸钾量均有所提高,增加移栽-分蘖阶段吸钾量有利于成熟期植株吸钾量的提高;FACE处理有利于钾素向穗和茎鞘中分配,但叶片分配比例明显降低;FACE处理使结实期茎鞘叶钾素运转量降低44.04%,结实期穗部钾素增加量显著增加55.43%,常规籼稻增幅最大。提高结实期茎鞘叶钾素转运量和转运率均利于钾素籽粒生产效率的增加;FACE处理提高了成熟期钾素干物质生产效率、钾素收获指数,但每吨籽粒需钾量有所下降。综上,FACE处理提高了产量、成熟期植株吸钾量、钾素籽粒生产效率、钾素干物质生产效率、茎鞘叶钾素转运量和转运率、收获指数,降低了成熟期植株含钾率、每吨籽粒需钾量,籼稻品种钾素吸收对大气CO_2浓度升高的响应高于粳稻品种。     

氮高效吸收水稻磷素吸收利用的特点

为探究氮高效水稻磷素吸收利用的基本特点及其与氮素吸收的关系。在大田条件下,于2012-2013年,以114个染色体单片断代换系水稻为供试材料,研究其产量、氮磷吸收利用等性状,并以成熟期吸氮量和产量将供试材料聚类分成6种不同氮效率类型水稻。结果表明,供试群体成熟期吸磷量差异较大,变幅为2.54~5.46 g·m^-2;氮高效水稻成熟期吸磷量显著高于其他氮效率水稻,增幅达8.99%~47.24%;氮高效水稻结实期总吸磷量显著高于其他类型水稻,各器官吸磷量也有相似的趋势;氮高效水稻单茎吸磷量、干物质量大;吸磷量影响因子对成熟期吸磷量的贡献表明,结实期吸磷量、穗吸磷量、全株含磷率、单穗吸磷量、吸磷强度均高于同组因子,通径分析与相关分析结果一致;氮高效水稻磷素利用效率除吸磷增量籽粒生产效率显著高于其他类型外,其他各指标均处于中等或较低水平;成熟期吸磷量和吸氮量均对产量有正向促进作用,吸氮量贡献更大。综上,氮高效水稻无论是全株还是各器官成熟期磷素吸收量均较大,结实期表现的更明显,但磷素利用效率中等;氮高效水稻磷素吸收能力强与其单茎吸收量、吸氮强度大有密切关系;氮高效水稻磷素吸收与氮素吸收密切相关。本研究结果为水稻磷素高效吸收利用提供了理论参考。