稻麦连作中超高产栽培小麦和水稻的养分吸收与积累特征研究

粮食生产在我国经济发展的过程中有着重要的地位,推动着经济的不断发展。由于我国是人口大国,随着人口的增加,农业资源变得更加紧张,同时需求量也在不断上升,粮食生产面临着一些挑战与压力,需要建立高效的生产模式来提高粮食产量。其中小麦和水稻作为我国主要的粮食作物,占有很大比重的播种面积。因此,关于稻麦连作中超高产栽培小麦和水稻的养分吸收与积累特征的研究有着非常重要的意义,有助于保障我国的粮食质量与安全。     

施氮量和灌溉方式的交互作用对水稻产量和品质影响

本研究旨在探讨氮肥和灌溉方式对水稻产量和品质的的影响及其互作效应, 这对指导水稻高产、优质和高效栽培有重要意义。将两优培九(籼稻)和扬粳4038 (粳稻)种植于土培池, 设置常规灌溉(CI)、轻干湿交替灌溉(WMD)和重干湿交替灌溉(WSD) 3种灌溉方式及0氮(0N, 0 kg hm^-2)、中氮(MN, 240 kg hm^-2)和高氮(HN, 360 kg hm^-2) 3种氮素水平, 观察其对产量和稻米品质的影响。结果表明, 在中氮和高氮水平下, 产量、稻米的整精米率、外观品质和崩解值, 以轻干湿交替灌溉显著高于或优于常规灌溉。在中氮水平下, 重干湿交替灌溉的产量和稻米品质显著低于或劣于常规灌溉; 在高氮水平下, 重干湿交替灌溉的产量高于常规灌溉, 稻米品质在这两种灌溉方式间差异不显著。轻干湿交替灌溉显著提高了灌浆期剑叶光合速率、籽粒中ATP酶活性及根系中吲哚-3-乙酸、玉米素+玉米素核苷和脱落酸含量。说明灌溉方式和氮肥对产量和稻米品质具明显互作效应。在轻干湿交替灌溉和中氮水平下根系、叶片和籽粒生理活性增强是水稻产量提高和稻米品质改善的重要生理原因。     

“三定”栽培对双季超级稻养分吸收积累及氮肥利用率的影响

为探讨南方双季超级稻对氮、磷、钾养分的吸收积累及利用规律,于2008—2010年在湖南长沙和浏阳以超级早稻陆两优996、陵两优268和超级晚稻丰源优299、天优华占为材料进行大田定位试验,比较了“三定”栽培、免耕摆栽和传统栽培条件下双季超级稻不同生育期植株体内氮、磷、钾吸收积累特点及氮肥利用率。与传统栽培相比,“三定”栽培双季超级稻生长前期(分蘖中期)氮、磷、钾的吸收量较低,幼穗分化期差异甚小,而齐穗期(早季平均为10.71、2.23和11.82 g m^-2,晚季平均为12.25、2.69和16.37 g m^-2)和成熟期(早季平均为13.61、3.01和13.71 g m^-2,晚季平均为17.16、3.31和18.31 g m^-2)较高;氮肥的偏生产力(平均为53.40 kg kg^-1)、吸收利用率(平均为55.98%)、农学利用率(平均为22.27 kg kg^-1)较高,分别提高29.00%、88.92%和46.67%。免耕摆栽双季超级稻不同生育时期氮、磷、钾的吸收特点与“三定”栽培相似,但其氮肥的偏生产力、吸收利用率和农学利用率(平均为50.24 kg kg^-1、52.75%、19.33 kg kg^-1)分别比“三定”栽培降低6.29%、6.12%和15.19%。由此可见,双季超级稻生产采用“三定”栽培技术有利于提高氮肥利用率。     

超高产栽培迟熟中粳稻养分吸收特点的研究

以迟熟中粳稻淮稻68和镇稻88为材料,进行超高产栽培（产量> 11 t hm^-2）,以一般高产栽培为对照,观察了氮（N）、磷（P）和钾（K）吸收和累积特点。与对照（产量>7.5 t hm^-2）相比,超高产栽培水稻在有效分蘖临界叶龄期前Ｎ的吸收量较低,拔节后的吸氮量较高;磷的吸收量在各生育期均高于对照,中后期尤为明显;K的吸收量在有效分蘖临界叶龄期以前,超高产稻与对照差异很小,自拔节起,前者明显高于后者。超高产栽培稻田N的输入输出基本平衡,普通高产栽培稻田表现为N盈余。在两种栽培条件下P与K均表现为表观亏缺,超高产栽培尤为严重。每生产1 000 kg稻谷所吸收的N、P、K,超高产中粳稻分别为21.6~21.9 kg、6.7~7.2 kg和24.8~25.6 kg,对照为23.8~24.3 kg、6.8~7.3 kg和27.4~29.0 kg。上述结果说明,超高产栽培中粳稻对养分吸收具有生育前期较低、中后期较高的特点,并具较高的产谷效率。对超高产栽培中粳稻养分吸收特点和养分优化管理进行了讨论。     

水分管理和氮肥运筹对水稻养分吸收、转运及分配的影响

在高产施氮量180 kg hm^-2条件下,以杂交稻冈优527为材料,通过“淹水灌溉”(W₁)、“湿润灌溉(前期)+浅水灌溉(孕穗期)+干湿交替灌溉(抽穗至成熟期)”(W₂)和“旱种”(W₃) 3种灌水及不同的氮肥运筹处理,研究水分管理和氮肥运筹对水稻养分吸收、转运、分配及产量的影响,并探讨各养分间及其与产量的相互关系。结果表明,水分管理和氮肥运筹对水稻主要生育期氮、磷、钾的累积、转运、分配及产量的影响均存在显著的互作效应,水氮互作条件下各生育期氮、磷、钾间的吸收存在显著的协同效应;抽穗期氮、磷、钾的累积与各养分在结实期转运总量间,以及结实期各养分转运间均呈极显著正相关,且氮、钾在抽穗前期的累积对促进结实期各养分向籽粒的转运和提高产量影响显著,但氮肥后移比例过重(N₄处理)及W₃处理均会导致结实期叶片和茎鞘各养分转运总量的显著降低,氮、磷、钾降幅分别达2.73%~18.00%、8.03%~19.70%、6.52%~17.02%。据产量及其与养分吸收、转运间关系的表现,W₁模式下氮肥后移量以占总施氮量的40%~60%为宜,W₂模式与氮肥运筹方式为基肥:蘖肥:孕穗肥(倒四、二叶龄期分2次等量施入)=3∶3∶4组合是本试验最佳的水氮耦合运筹模式,W₃模式下,应减少氮肥的后移量,氮肥后移量占总施氮量的20%~40%为宜。     

施钾对寒地水稻养分吸收与分配的影响

为提高寒地水稻养分利用效率,指导合理施肥提供参考。以粳稻品种空育131为材料,研究不同钾肥用量下水稻氮、磷、钾元素吸收和分配的规律。结果表明,施钾后稻谷和稻草中氮、磷相对含量下降,钾元素相对含量升高,氮、磷、钾绝对含量均增加;稻谷中氮、钾养分占全株比重变小,而磷的比重增大。施钾有利于促进水稻对氮肥和磷肥的吸收利用,本试验条件下以全生育期90.0kg/hm²K₂O的施用量较佳。     

养分管理对直播稻产量和氮肥利用率的影响

为探明不同养分管理模式在实地农户种植条件下对直播水稻产量和氮肥利用率的影响。本试验于2011年6月至2013年11月在江苏省兴化市茅山镇基本农田保护区的田间稻麦轮作条件下,分别选取茅山东村、茅山西村和冯顾村各8个农户,开展3个不同养分管理模式试验,设置了不施肥对照(CK)、农民习惯施肥(FFP)和优化施肥(OPT1和OPT2)4个处理,主要研究了水稻产量及构成因子、氮累积分配和氮肥利用率等对不同养分管理模式的响应。结果表明：(1)施肥较不施肥显著提高水稻产量,优化施肥(226 kg N hm^-2)在较习惯施肥(333 kg N hm^-2)平均减氮32.1%的基础上显著提高水稻产量5.5%,增产原因是提高了穗粒数、结实率和千粒重;OPT2较OPT1平均增产3.1%,其原因是在孕穗期增施了钾肥(18 kg hm^-2 K₂O)。(2)优化施肥水稻植株各部位氮浓度、百千克籽粒需氮量和秸秆氮累积均显著低于习惯施肥,且降低营养器官的氮素分配比例。(3)优化施肥较习惯施肥显著提高水稻氮肥利用率,其氮肥偏生产力(PFP_N)、氮肥农学效率(AE_N)、氮肥回收效率(RE_N)和氮肥生理效率(PE_N)分别平均增加55.5%、79.1%、18.7%和48.7%。(4)水稻植株氮累积与产量呈显著正相关,且优化施肥单位氮累积的增产效果高于习惯施肥。因此,基于氮肥总量控制、分期调控和增施钾肥的养分优化管理措施可在实地农户直播稻种植上协同实现水稻高产和氮肥高效。     

氮磷钾配施对小麦植株养分吸收利用和产量的影响

采用大田试验,研究了不同氮水平与磷、钾配施对小麦植株氮磷钾含量、土壤速效氮磷钾含量和产量的影响。结果表明,在低氮（135kg N/hm ²）、中氮（225kg N/hm ²）和高氮（315kg N/hm ²）与2个磷钾用量（P₂O₅-K₂O,90-120、135-180kg/hm ²）处理组合中,各处理不同生育时期植株干重、氮钾含量、氮钾累积量随供氮水平提高而增高;等氮条件下,增施磷钾使植株含氮量降低,植株氮、磷和钾累积量随磷钾用量增加而增多。各施肥处理生育期间土壤碱解氮含量呈波动性变化,表现为起身期较冬前降低,起身至开花期不断增高,开花期至灌浆期明显下降,灌浆期至成熟期有所回升的特征。随生育进程,各处理土壤速效磷含量不断降低,土壤速效钾含量呈“V”字形变化,在开花期达到谷底。高氮水平各生育时期的土壤速效磷、钾含量低于低氮处理;等氮水平下增施磷、钾肥处理的土壤速效磷、钾含量提高。单位面积穗数随供氮增多而增加,穗粒数和千粒重以中氮处理最高;产量表现与穗数相似,但中、高氮处理差异较小。等氮水平下,增施磷钾可明显改善各产量构成因素和产量。随供氮增多,单位氮素生产子粒能力降低,氮肥利用率下降;单位磷、钾素生产子粒能力随氮素用量增多呈低—高—低变化。研究表明,中氮（225kg N/hm ²）配施磷钾（P₂O₅-K₂O,90-120kg/hm ²或135-180kg/hm ²）有利于调节生育期间土壤养分供应,改善植株养分吸收、干物质生产和产量形成能力。     

黑龙江省不同类型土壤养分差异及对水稻养分吸收与分配的影响

采用单因素方法研究黑龙江省不同类型土壤在水稻生长发育期间土壤氮、磷、钾养分变化特征及对水稻氮、磷、钾养分吸收与分配的影响。结果表明:不同类型土壤全氮、全磷、全钾、速效钾、碱解氮、速效磷在水稻各生长发育期差异极显著;不同类型土壤全氮、碱解氮含量排序为白浆土>草甸黑土>草甸土>黑土>盐碱土,土壤全磷、速效磷含量排序为黑土>白浆土>草甸土>草甸黑土>盐碱土,土壤全钾、速效钾含量排序为盐碱土>白浆土>黑土>草甸黑土>草甸土;水稻对不同类型土壤氮、磷养分吸收量与土壤中氮、磷养分含量呈正相关,对钾的吸收无规律性变化,水稻植株中氮、磷、钾养分的累积量主要受水稻生物产量和植株中养分含量的影响;成熟期水稻穗部氮、磷含量高于茎部和叶部,茎部钾含量高于穗部和叶部。     

干湿交替灌溉条件下不同种稗草对水稻光合特性和产量的影响

以两优培九和南粳9108为试验材料,自水稻移栽至成熟分别与无芒稗(T1)、稗(T2)、西来稗(T3)和光头稗(T4)共生,以无稗草水稻处理(CK)为对照,研究干湿交替灌溉条件下不同稗草对水稻光合特性和产量的影响。结果表明,稗草对水稻产量的干扰因稗草种和水稻品种的不同而异。稗草种间干扰强度表现为T3T1T2T4,两优培九减产率小于南粳9108。T1、T2、T3和T4处理后两优培九的减产幅度分别为11.16%~13.78%、10.19%~10.60%、19.00%~23.79%和0.50%~1.57%,除T4外其他处理较对照显著降低;南粳9108的减产幅度分别为38.44%~45.51%、31.29%~36.86%、54.88%~60.65%和8.28%~15.14%,均达显著差异。T1、T2和T3处理后对两优培九叶面积指数和叶绿体色素含量无显著影响,但使南粳9108的叶面积指数降低和叶绿体色素含量增加。4种处理还显著降低了水稻冠层的透光率、剑叶光合速率、蒸腾速率和气孔导度以及干物质积累量。冠层透光率、光合速率、气孔导度、蒸腾速率和成熟期干物质积累量降低以及灌浆期叶绿体色素含量不同程度增加可能是水稻产量降低的重要原因。     

干湿交替灌溉对水稻产量、品质和土壤生物学性状的影响

干湿交替灌溉是一项重要的水稻高产节水栽培技术。干湿交替改变了稻田土壤水分状况,从而会引起稻田土壤理化和生物学性状的改变,并直接或间接影响水稻的生长发育和产量形成。综述干湿交替灌溉对水稻产量、品质以及稻田土壤呼吸、土壤酶活性和微生物等生物学性状的影响,并提出未来干湿交替灌溉条件下稻田土壤生物学性状的研究重点,以期为水稻高产节水栽培和稻田土壤的定向调控提供理论依据。     

不同灌溉方式下的水稻群体质量

为探明不同灌溉方式对水稻群体质量的影响,以籼稻扬稻6号和粳稻扬粳4038为材料,从移栽至成熟进行畦沟灌溉(FI)和干湿交替灌溉(AWD)处理,以习惯水层灌溉(TF)为对照,结果表明,与TF相比,FI和AWD的产量分别增加了10.60%和8.43%。FI和AWD减少了无效分蘖数,提高了分蘖成穗率和顶部3叶的叶面积比率,增加了叶长、粒叶比、透光率、抽穗期至成熟的干物质积累量、剑叶光合速率、根量和根系活力。说明FI和AWD可以改善群体质量,进而增加产量。     

不同水分条件下缓/控释氮肥对水稻干物质量和氮素吸收、运转及分配的影响

为探究缓/控释肥在不同水分条件下提高氮素利用率及增产机制。本研究以杂交中稻F优498为试验材料,在180 kg hm^-2施氮量基础上,采用两因素裂区设计: 主区设控灌、干湿交替灌溉、传统灌水灌溉3种水分管理方式,副区设尿素一道清、尿素常规运筹、硫包膜缓释肥、树脂包膜控释肥4种氮肥种类,研究缓/控释肥和水分管理方式对水稻干物质量和氮素吸收、运转、分配和产量的影响及其互作效应。结果表明, 缓/控释肥和水分管理方式对水稻主要生育期干物质量和氮吸收、转运、分配及产量具显著影响及互作效应,产量构成因素与氮素在结实期转运总量及其分配呈显著正相关。干湿交替灌溉和缓/控释肥均能提高干物质量、氮素吸收及产量并表现出显著互作效应,施用缓/控释肥氮素表观利用率达42%~53%,相较于尿素一道清和传统的尿素常规运筹,氮肥偏生产力提高6%~23%,氮素农学利用率提高26%~71%,增产8%~19%。控灌条件下,缓/控释肥处理氮素有效性高,保证足穗、促进重穗;干湿交替灌溉条件下缓/控释肥处理能保持氮素的高效释放,有利于高产群体的形成,从而提高稻株氮素积累、协调氮素分配;淹水灌溉条件下,缓/控释肥处理无效分蘖减少,氮素入渗、淋溶降低,成穗率提高。综合产量与氮素吸收、运转的表现,干湿交替灌溉条件下施用缓控释肥为本试验最佳处理,能有效提高氮素利用率,促进高产形成。     

不同母质发育的土壤对双季稻产量及养分吸收特性的影响

湖南省双季稻区水稻土具有成土母质多样的特点,研究不同母质水稻土下双季稻产量及养分吸收特性,对于湖南省不同母质水稻土上的双季稻产量潜力挖掘及双季稻高产创建的优化布局,具有一定的参考价值。将选自湖南双季稻区6种典型成土母质发育的水稻土置于长沙市郊同一生态条件下,采用池栽定位试验,进行了双季稻稻谷产量及氮、磷、钾养分吸收特性的比较研究。结果表明,不同母质类型水稻土对早稻稻谷产量及双季稻稻谷总产量(早稻+晚稻)的影响极显著(P<0.01),对晚稻稻谷产量的影响不显著(P>0.05)。其中第四纪红土和河流沉积物母质发育的水稻土有利于早稻及双季稻高产,两处理2009-2011年3年平均早稻稻谷产量分别为6896.9 kg hm^-2和6908.3 kg hm^-2,双季稻总产量分别为14 308.0 kg hm^-2和14 446.3 kg hm^-2。花岗岩和紫色页岩不利于早稻及双季稻稻谷产量的增加,2009-2011年3年平均早稻稻谷产量分别为6217.0 kg hm^-2和6180.2 kg hm^-2,双季稻总产量分别为13 635.4 kg hm^-2和13 274.5 kg hm^-2。不同母质类型水稻土对双季稻养分吸收特性的影响不同。第四纪红土、板页岩及河流沉积物处理双季稻氮素总吸收量较高,石灰岩不利于水稻对磷素的吸收。相关性分析表明,早稻氮素吸收量、吸钾量与早稻稻谷产量,双季稻氮素总吸收量与双季稻总产量均显著正相关(P<0.05)。不同母质类型水稻土本身理化性质的差异是造成双季稻稻谷产量及养分吸收规律不同的主要原因。     

双季杂交晚粳稻超高产形成特征

本研究旨在明确传统双季晚籼稻地区双季杂交晚粳稻超高产产量构成及其群体特征,阐明双季杂交晚粳稻超高产形成规律。以江西省上高县6.77 hm²连片双季杂交晚粳稻高产攻关示范方为依托,选用杂交粳稻甬优8号为材料,对中产(8.25~9.75 t hm^-2)、高产(9.75~10.50 t hm^-2)和超高产(>10.50 t hm^-2) 3个产量水平群体的产量构成及群体特征进行系统比较研究。结果表明,与中产、高产水平群体相比,超高产水平群体表现穗数足、穗型大、群体颖花量多(50 000×10⁴ hm⁻²以上)的显著特点,但结实率和千粒重略低,差异不显著;群体茎蘖动态上,群体起点较高,可及时够苗;够苗后增长平缓,高峰苗数量较少、下降平缓,成穗率高(78.0%左右)。群体叶面积指数前期增长较缓,最大值出现在孕穗期,为8.0左右,此后下降缓慢,成熟期仍保持3.5以上;群体光合势生育前期较小,中、后期较大,抽穗至成熟期光合势为300×10⁴ m² d hm⁻²以上,总光合势为560×10⁴ m² d hm⁻²以上。拔节前干物质量积累速度较慢,拔节后积累速度较快,至抽穗期群体生物量为10.5 t hm⁻²左右,抽穗后积累量亦高,成熟期干物重达19.0 t hm⁻²左右,后期茎鞘物质转运率大于14.0%。超高产群体根量多、活力较强;植株吸氮能力强、成熟期氮素累积量高,氮素利用率40%以上。根据双季杂交晚粳稻超高产形成特征,我们探讨了培育双季晚粳稻超高产群体的关键栽培技术。     

结实期干湿交替灌溉对2个超级稻品种结实率和粒重的影响

大田种植超级稻品种两优培九(两系杂交籼稻)和淮稻9号(粳稻)。自抽穗至成熟设置轻干-湿交替灌溉(WMD)、重干-湿交替灌溉(WSD)和常规灌溉(CI, 保持水层) 3种灌溉方式, 观察其对超级稻灌浆的影响。结果表明, 与CI相比, WMD处理显著增加2个超级稻品种的产量、结实率和粒重, 而WSD处理则降低结实率和粒重。WMD处理显著提高灌浆期剑叶净光合速率、膜质过氧化酶活性和根系氧化力、根系吸收表面积、根系活跃吸收表面积、比表面积和根系中玉米素+玉米素核苷(Z+ZR)及吲哚-3-乙酸(IAA)含量及根冠比, WSD处理的结果则相反。说明结实期轻干-湿交替灌溉可以改善超级稻根系和地上部植株的生理功能, 进而提高结实率和粒重。