气候变化对中国水稻生产的影响研究进展

水稻生产系统是响应气候变化最敏感的农业生态系统之一,本文综述了当前和未来气候变化对我国水稻生产的影响。气候变化背景下,我国水稻生长季的热量资源增多,辐射资源减少,降水不均一性加大。高温热害、干旱、暴雨和洪涝灾害发生更频繁,这可能降低水、热资源的有效性。气候变化使我国单季稻和双季稻潜在种植边界显著北移,导致单季稻、早稻和晚稻的主要生育期缩短。基于统计模型和水稻生长模型的研究结果表明,如果不考虑品种改良和栽培技术的进步,气候变化使单季稻、早稻和晚稻产量下降,但不同稻作区和方法间存在差异。我国水稻生产重心北移、实测生育期延长和产量增加的变化趋势,反映了水稻生产系统通过种植分布调整、品种改良和技术改进来适应气候变化的能力。未来气候变化将进一步导致水稻生育期缩短和产量下降,对我国水稻生产和粮食安全带来严峻挑战。仍需加强气候变化影响机制的研究及其在影响评估中的应用,减小影响评估的不确定性并增加其系统性,为制定有效的应对策略提供可靠的理论支持。     

耕作与秸秆还田方式对稻田N_2O排放、水稻氮吸收及产量的影响

保护性耕作是改善农田土壤肥力的重要举措,然而其对作物氮吸收与产量的作用尚不明确。为此,本试验于2016—2017年稻季在湖北省武穴市花桥镇,设置常规翻耕与免耕两种耕作方式以及前茬作物秸秆全量还田与不还田两种秸秆还田方法,研究耕作与秸秆还田方式对稻田土壤N_2O排放、根系酶活性、水稻氮吸收与产量的影响。结果表明,耕作方式显著影响土壤N_2O排放,但不影响根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性、水稻氮吸收与产量。与翻耕处理相比,免耕处理2016年和2017年土壤N_2O排放量分别显著提高了12.5%～18.2%和21.1%～38.6%。秸秆还田显著影响土壤N_2O排放量、根系酶活性、水稻氮吸收与产量。相对于秸秆不还田处理,秸秆还田处理2016年和2017年土壤N_2O排放量分别显著提高了38.5%～45.5%和13.1%～29.5%。秸秆还田处理相对于不还田处理根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性分别显著增加了6.7%～45.9%和9.0%～46.7%,水稻氮吸收量提高了12.5%～26.0%,产量增加了9.4%～12.6%。本文认为,虽然秸秆还田提高了水稻氮吸收与产量,但也促进了土壤N_2O的排放,因此在评估保护性耕作稻田温室效应时应加强对温室气体(CH4和N_2O)排放和土壤碳固定影响的长期监测,以期为发展低碳稻作提供理论依据和技术支撑。     

耕作方式与氮肥类型对稻田氨挥发、氮肥利用率和水稻产量的影响

通过大田试验,设置常规翻耕(CT)、免耕(NT)两种耕作方式和不施氮肥(N0)、无机氮肥(IF)、缓释氮肥(SR)、有机无机氮肥配施(IFOF)4种施肥模式,研究其对稻田NH_3挥发、氮肥利用率和水稻产量的影响。研究结果表明:耕作方式显著影响NH_3挥发,而对氮肥利用率和水稻产量影响不大。与CT处理相比,NT处理NH_3挥发量显著提高了15.5%。氮肥施用显著提高了NH_3挥发、氮肥利用率和水稻产量。与N0处理相比,IF、SR与IFOF处理NH_3挥发量分别提高了150.2%、75.8%与137.8%。氮肥处理中IFOF处理具有最高的氮肥利用率。与IF处理相比,IFOF处理氮肥吸收利用率(NRE)显著提高了43.2%,氮肥偏生产力(NPFP)提高了16.9%,氮肥农学效率(NAE)提高了20.1%;与SR处理相比,IFOF处理NRE显著提高了38.3%,NPFP提高了22.1%,NAE提高了51.3%。IF、SR与IFOF处理较N0处理水稻产量分别提高了43.6%、30.0%与44.4%。本研究结果表明,翻耕下有机无机氮肥配施能有效地降低NH_3挥发,提高氮肥利用率和产量,但未来如何达到稻田NH_3与温室气体的同步减排需要进一步研究。     

耕作方式与氮肥类型对稻田氨挥发、氮肥利用率和水稻产量的影响

通过大田试验，设置常规翻耕（CT）、免耕（NT）两种耕作方式和不施氮肥（N0）、无机氮肥（IF）、缓释氮肥（SR）、有机无机氮肥配施（IFOF）4种施肥模式，研究其对稻田NH₃挥发、氮肥利用率和水稻产量的影响。研究结果表明：耕作方式显著影响NH₃挥发，而对氮肥利用率和水稻产量影响不大。与CT处理相比，NT处理NH₃挥发量显著提高了15.5%。氮肥施用显著提高了NH₃挥发、氮肥利用率和水稻产量。与N0处理相比，IF、SR与IFOF处理NH₃挥发量分别提高了150.2%、75.8%与137.8%。氮肥处理中IFOF处理具有最高的氮肥利用率。与IF处理相比，IFOF处理氮肥吸收利用率（NRE）显著提高了43.2%，氮肥偏生产力（NPFP）提高了16.9%，氮肥农学效率（NAE）提高了20.1%；与SR处理相比，IFOF处理NRE显著提高了38.3%，NPFP提高了22.1%，NAE提高了51.3%。IF、SR与IFOF处理较N0处理水稻产量分别提高了43.6%、30.0%与44.4%。本研究结果表明，翻耕下有机无机氮肥配施能有效地降低NH₃挥发，提高氮肥利用率和产量，但未来如何达到稻田NH₃与温室气体的同步减排需要进一步研究。     

根系互作强度对玉米/大豆套作系统下作物根系分布及地上部生长的影响

【目的】为探究玉米/大豆套作地下根系互作强度对作物根系分布及地上部生长的影响。【方法】采用根箱土培试验研究了5种玉米大豆根系互作强度(玉玉间距60 cm:MM60;豆豆间距60 cm:SS60;玉豆间距75 cm:MS75;玉豆间距60 cm:MS60;玉豆间距45 cm:MS45)下作物根系分布、叶片光合特征参数、地上部生物量积累和产量的变化规律。【结果】共生期间MS玉米根系干重低于MM60,随着根系互作强度的增加,套作玉米根系在主茎基部纵向20~100 cm土层和横向邻近大豆侧土壤中的分布量逐渐增加;玉米伤流液重量及其磷含量MS75和MS60较MM60分别低28.92%和17.09%、12.00%和11.97%,而MS45较MM60低1.23%和高25.62%,玉米叶片SPAD值和光合速率并无显著差异。玉豆共生期间的大豆根系在横向邻近玉米侧的分布量随玉豆根系互作强度的增加而降低,SS60的大豆伤流液重量及其可溶性糖、无机磷含量显著高于套作,而MS45较MS60和MS75分别降低47.89%、12.78%、18.36%和54.88%、25.11%、20.18%,且互作强度的增加降低了叶面积指数、叶片SPAD值和净光合速率。R2期,随着玉米竞争抑制作用的解除,套作大豆根系在水平方向上的分布量增加,但地上部生物量仍显著低于SS60,且生物量SS60MS75MS60MS45。R5期,SS60伤流液重量及组分含量高于套作,与MS75相比,MS45的大豆伤流重量及其氮、磷含量和叶片SPAD值增加,叶面积指数和净光合速率显著降低。收获期MS75、MS60及MS45的玉米产量和百粒重较MM60分别高出17.25%和6.74%、21.66%和9.43%、21.61%和11.58%;适宜的根系互作可提高套作大豆产量,MS75、MS60产量较SS60高出13.61%和3.71%,而MS45则降低3.92%,大豆产量降低主要是因为共生期间较强的种间根系互作不利于大豆后期恢复生长,造成收获期分枝数、分枝荚数减少。【结论】玉米/大豆套作种间根系互作强度的增加有利于玉米的根系分布和地上部植株的生长,但不利于共生期大豆根系的水平分布,影响后期大豆的恢复性生长,降低成熟期大豆产量。     

有机无机肥配施对玉米-豇豆种植系统土壤N2O排放的影响

在等施氮量条件下,比较有机肥与无机肥施用后旱地玉米-豇豆复种系统土壤硝化与反硝化作用、N_2O排放与作物产量的变化,有助于正确认识肥料施用对N_2O排放的影响,为制定大田合理的丰产减排措施提供理论依据。本研究通过田间试验,利用静态箱技术和BaPS气压过程分离技术研究了不同肥料类型处理(无机肥、有机肥、有机无机肥配施)下玉米-豇豆种植系统土壤N_2O排放、硝化与反硝化作用的变化特征。结果表明:1)相对于单施无机肥或有机肥,有机无机肥配施可显著降低土壤硝化作用速率;在玉米生长季,有机无机肥配施处理平均土壤硝化作用速率分别比化肥和有机肥处理显著降低了28.74%和13.96%,豇豆生长季显著降低了24.66%和13.28%。土壤反硝化作用速率在各施肥处理间差异不显著。2)有机无机肥配施显著降低土壤N_2O排放;在玉米生长季,有机无机肥配施处理分别比无机肥处理和有机肥处理显著降低33.44%和32.29%,在豇豆生长季分别显著降低27.00%和15.14%。3)相关分析表明,土壤N_2O排放与硝化作用速率呈极显著相关,而与反硝化作用速率呈不显著相关。4)有机无机配施处理玉米和豇豆产量最高。因此,有机无机肥配施能有效降低玉米-豇豆系统土壤N_2O排放和提高作物产量,是一项丰产低N_2O排放的施肥技术,但长期有机无机肥配施对土壤N_2O排放和作物产量的影响还需要进一步研究。     

水稻灌浆期剑叶碳酸酐酶活性与基因表达分析

为探讨水稻碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA,EC 4.2.1.1)对光合作用的影响,选取不同光合特性的4个水稻品种,测定灌浆期不同时段(开花后5、15和25d)剑叶OsCA基因的相对表达量、CA的活性和叶片净光合速率,分析CA活性及相关基因转录与光合作用之间的关系。结果表明:水稻剑叶的OsCA基因表达量、CA活性与叶片净光合速率显著相关,其相关程度在不同类型品种间存在差异,高光合特性品种R49在测定期各指标均处于最高水平。各品种的CA活性随着灌浆进程的推进呈现先升后降的动态趋势,并于灌浆中期(开花后15d)达到最大值;剑叶净光合速率在灌浆期呈现逐渐下降的趋势,而下降幅度存在品种差异性。基于以上结果,认为OsCA基因表达和CA酶活性水平及其变化可作为评估水稻叶片光合功能稳定性和品种间生理差异的重要指标。     

油菜种子萌发成苗期耐低温性评价

采用光照培养箱对30个油菜品种(系)进行不同温度处理,观察油菜种子萌发及幼苗生长状况。结果表明:(1)10/5℃低温条件下油菜种子发芽率及成苗率低于对照(25/20℃),品种间差异显著;10/5℃低温胁迫下平均发芽时间为对照的3.32~7.23倍,发芽指数与幼苗活力指数分别为对照的0.01~0.52倍和0.02~0.60倍;10/5℃低温胁迫下油菜苗高、根长、总苗长均低于对照(25/20℃),根苗比降低;10/5℃低温胁迫下绝大多数品种总鲜重、鲜干比及根干重降低,苗干重和总干重增加。(2)通过主成分分析,筛选出成苗率等6个指标作为种子萌发成苗耐低温的综合性评价指标。(3)隶属函数分析表明,30个油菜品种(系)中沣油823、德核油999、秦优7号为强抗低温,圣光127、HN4、湘杂油2号和华油杂14号为抗低温,赣油杂5号等14个品种(系)为中抗低温,中油杂12、沣油737、沣油682、浙双8号、华双4号、丰油730为弱抗低温,A35、华早291和德油8号表现最差,为低温敏感品种。     

氮钾运筹模式对高花青素特种稻产量及糙米营养品质的影响

以新培育的高产棕红色稻米品种冈特优37为材料,在本田习惯施肥水平(N 159kg/hm~2、P_2O_5 67.5kg/hm~2和K_2O 67.5kg/hm~2)下研究了氮、钾运筹模式对其产量和糙米营养品质的影响,以期为新品种的扩大栽培提供施肥技术指导。结果表明:在钾肥全部基施,氮肥60%作基肥、10%作分蘖肥、30%作保花肥时稻谷产量最高;合理施肥主要通过增加单位面积有效穗数而增产;施肥模式对糙米直链淀粉、支链淀粉和花青素含量影响不显著,但适当施用氮肥作保花肥可提高糙米可溶性糖含量;在相同施氮模式中增加后期钾素供应可提高糙米粗脂肪含量;在相同施钾模式下施用氮肥作保花肥有提高糙米γ-氨基丁酸(GABA)含量的趋势;在钾肥全部基施的条件下,糙米游离氨基酸含量随保花肥氮肥施用量的增加而呈先升后降趋势;在钾肥60%作基肥、40%作保花肥时,游离氨基酸含量则随保花肥氮肥施用量的增加而提高;施氮可显著提高糙米粗蛋白含量,但在不同施钾条件下施氮模式的影响规律不一致。在本试验条件下,钾肥全部作基肥,氮肥60%作基肥、10%作分蘖肥、30%作保花肥的施肥模式可作为冈特优37的适宜施肥模式。     

增密对湖北省春玉米与夏玉米产量与机收质量的影响

本研究选用不同品种，设置高、低两个种植密度，分析增密后春播与夏播玉米产量及机收质量的变化。结果表明，增密后春玉米和夏玉米的穗粒数与粒重均呈下降趋势，但穗数显著增加，进而均显著增产，产量平均分别提高10.5%、14.4%。增密均显著降低了春播与夏播玉米子粒破碎率与损失率，子粒破碎率分别下降了0.9%、1.1%，损失率分别下降了1.5%、1.2%；增密对含杂率影响不显著。子粒含水量、子粒压缩破碎力与子粒破碎率间呈显著线性相关关系，降低子粒含水量、提高子粒压缩破碎力可明显降低子粒破碎率；增密显著降低收获时子粒含水量、提高了子粒压缩破碎力。因此，建议湖北省春玉米与夏玉米均可适当增加种植密度。