开放式空气CO2浓度增高(FACE)对水稻灌浆动态的影响

 【目的】揭示大气CO2浓度升高对水稻籽粒灌浆动态的影响。【方法】利用农田开放式空气CO2浓度增高（FACE，free-air carbon dioxide enrichment）系统，以武香粳14为供试材料，CO2浓度设正常CO2（Ambient）和高CO2（FACE，Ambient+200μmol•mol-1）2个水平，施N量设低氮、中氮和高氮（150、250、350 kg•ha-1）3个水平，测定各处理稻穗不同部位籽粒的灌浆进程，利用Richards方程拟合。【结果】（1）FACE处理明显提高了低氮水平实测最终米粒重，稻穗上、中、下部米粒增重分别为11.1%、10.9%和9.4%，全穗平均增重10.6%，而对中、高氮水平下粒重的影响较小；（2）FACE处理普遍提高了稻穗各部位籽粒灌浆的相对起始势；（3）FACE处理明显提高籽粒最大灌浆速率，低、中、高3种施氮条件下，全穗平均增幅分别为32.9%、36.9%和40.4%，稻穗上部籽粒增幅高于中、下部籽粒；同时明显提高了籽粒平均灌浆速率，低、中、高3种施氮条件下增幅分别为20.3%、25.8%和31.0%；（4）FACE处理总体上延迟了灌浆速率峰值出现的时间，最大灌浆速率时间的粒重增加，实灌时间缩短；从水稻籽粒灌浆阶段划分特征来看，FACE明显延长了灌浆前期持续时间，缩短了灌浆中期及后期持续时间。【结论】FACE处理提高了灌浆相对起始势、最大及平均灌浆速率，灌浆前期时间延长而灌浆中、后期时间缩短，总灌浆时间明显缩短，各粒位米粒重在低氮条件下明显增加而中、高氮条件下无明显变化。     

FACE对常规籼稻扬稻6号产量形成的影响

2006年利用我国农田开放式空气CO2浓度增高(FACE)研究平台,以常规籼稻扬稻6号为供试材料,设计比大气CO2浓度(对照,370 μmol·mol-1)高200 μmol·mol-1的FACE处理(570 μmol·mol-1)和施N量为125 kg·hm-2(LN)、250 kg·hm-2(NN)处理,研究其对扬稻6号产量形成的影响.结果表明:(1)FACE处理使扬稻6号的产量平均比对照增加24.1%,其中LN处理、NN处理条件下分别比对照增产18.0%、31.0%,处理间的差异达极显著水平;(2)FACE处理使扬稻6号单位面积穗数、每穗颖花数、结实率和千粒重平均比对照增加6.8%、8.3%、4.2%、和3.2%,除单位面积穗数外,处理间的差异均达显著或极显著水平;(3)FACE处理使扬稻6号生物产量平均比对照增加21.3%,达极显著水平,对经济系数无明显影响,生物产量的极显著增加是FACE水稻产量极显著增加的重要原因;(4)N处理以及CO2×N的互作效应对扬稻6号产量和产量构成因素的影响均未达显著水平.     

FACE对三系杂交籼稻汕优63产量形成的影响

s2004-2006年利用我国农田开放式空气CO2浓度增高(FACE)研究平台,以三系杂交籼稻汕优63为供试材料,设计比大气CO2浓度(对照,370 μmol·mol-1)高200 μmol·mol-1的FACE处理(570 μmol·mol-1)和施N量为125 kg·hm-2(LN)、250 kg·hm-2(NN)处理.研究其对汕优63产量形成的影响.结果表明:(1)FACE处理使汕优63成熟期株高比对照提高6.7%,达极显著水平;FACE处理对汕优63全生育期日数无显著影响;(2)FACE处理使汕优63产量平均比对照增加34.1%,其中2004、2005、2006年分别增加42.4%、27.3%和31.2%,均达极显著水平;年度间、CO2和年度的互作效应对产量的影响达显著或极显著水平;(3)FACE处理使汕优63单位面积穗数、每穗颖花数、单位面积颖花量、结实率和千粒重平均比对照增加10.3%、10.3%、21.7%、4.9%和4.3%,均达显著或极显著水平;(4)N处理对汕优63产量和产量构成因素的影响均未达显著水平,但N×年度对单位面积的穗数、颖花量、以及产量均有显著互作效应.     

FACE对三系杂交籼稻汕优63 根系生长动态的影响

CO2浓度增高影响水稻生长.2005、2006年利用我国惟一的农田开放式空气CO2浓度增高(FACE)研究平台,设计施N量为125 kg·hm-2(LN)、250 kg·hm-2(NN)处理,研究大气CO2浓度比对照高200 μmol·mol-1的FACE处理对三系杂交籼稻汕优63根系生长动态的影响.结果表明:(1)FACE处理使汕优63够苗期、拔节期、抽穗期每穴的不定根数、不定根总长度、根系体积以及根干物质质量均极显著大于对照;(2)FACE处理使汕优63抽穗期每穴不定根数和每穴根体积极显著增加,主要是由于FACE处理使汕优63有效分蘖期间和无效分蘖期间每穴不定根数和每穴根体积大幅度增加;(3)FACE处理使汕优63抽穗期每穴不定根总长度极显著增加,主要是由于FACE处理使汕优63有效分蘖期间、无效分蘖期间、拔节长穗期间每穴不定根总长度均大幅度增长;(4)FACE处理使汕优63抽穗期每穴根干物质质量极显著大于对照,主要是由于FACE处理使汕优63拔节长穗期间每穴根十物质质量的增长量大幅度增加;(5)FACE处理使汕优63抽穗期每条不定根长极显著大于对照,是因为FACE处理使汕优633个生长期间每条不定根的生长量均明显增加.FACE处理能够显著促进汕优63根系的发生和生长.     

FACE对三系杂交籼稻汕优63 根系活性影响的研究

2005、2006年利用我同惟一的农田开放式空气CO2浓度增高(FACE)研究平台,设计施N量为125 kg·hm·(LN)、250 kg·hm-2(NN)处理,研究大气CO2浓度比对照高200 μmol·mol-1 的FACE处理对三系杂交籼稻汕优63根系活性的影响.结果表明:(1)FACE处理使汕优63不同生育时期单位千质量根系的总吸收面积、活跃吸收面积、α-萘胺氧化量等根系活性指标均极显著小于对照.由于FACE处理促进汕优63根系发生量的大幅度增加,因此分蘖期、拔节期其单穴根系活性与对照多无明显差异,到抽穗期FACE处理单穴根系活性显著大于对照;(2)拔节期、抽穗期汕优63每穴的不定根数、不定根总长度、根系体积、根干质量与单位干质量根系活性的关系密切,根量越大单位干质量根系活性越低;(3)不同生育时期汕优63植株含氮率与单位干质量的根系活性多呈正相关,植株碳氮比与单位干质量的根系活性多呈负相关;(4)FACE处理汕优63根系生长量大、植株含氮率低、碳氮比高等可能是造成其单位干质量根系活性低于对照的重要原因.     

水稻磷素对开放式空气CO2浓度增高响应的研究

2001～2003年利用农田开放式空气CO2浓度增高(FACE)系统平台，研究FACE对武香粳11号不同生育时期磷素含量、吸收、分配及其效率的影响。结果表明：①FACE处理使水稻不同生育时期植株磷素含量增加，增幅为2．48％～18．84％；②FACE处理使水稻不同生育时期磷素积累量显著或极显著增加，增幅为28．74％～59．11％，生育前期的增幅明显大于生育中、后期；⑧FACE处理对水稻抽穗前磷素在叶片、茎鞘中的分配比例无显著影响，但使抽穗后磷素在稻穗中的分配比例明显减少，在叶片和茎鞘中的分配比例明显增加；④FACE处理使水稻不同生育时期磷素物质生产效率增加，增幅为2．53％～16．58％；⑤FACE处理使水稻磷素籽粒生产效率和收获指数下降，降幅分别为6．53％～15．51％和1．48％～9．04％。     

FACE对水稻生育前期功能叶片叶绿素含量及其组成的影响

以武香粳14为试验材料,利用农田开放式空气CO2浓度增高（FACE,free-air carbon dioxide enrichment）系统,设置不同水平CO2[正常CO2（AMB）和FACE（AMB＋200μL.L^-1）]和施氮量[低氮（LN,150 kg.hm^-2）和高氮（HN,350kg.hm^-2）]处理,研究CO2与氮的互作对水稻移栽后12 d至拔节期功能叶片叶绿素a、b、（a＋b）含量以及叶绿素a/b值的影响。结果表明：高氮条件下FACE处理使叶绿素a、b、（a＋b）含量平均增加7%-25%、13%-38%和8.3%-26.7%,叶绿素a/b值减少4%-10%;低氮条件下FACE处理使叶绿素a、b、（a＋b）含量平均降低4%-6%、4%-6%和3.7%-6.6%,叶绿素a/b值减少2%-4%;增施氮肥明显提高各测定时间功能叶叶绿素a、b、（a＋b）含量,普遍降低生育早期叶片叶绿素a/b值。     

二氧化碳、施氮量和移栽密度对汕优63产量形成的影响——FACE研究

大气二氧化碳(CO2)浓度升高使水稻产量增加,但这种影响是否因不同栽培条件而异尚不清楚。2011年利用中国稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)系统平台,以敏感水稻品种汕优63为供试材料,二氧化碳设环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度(Ambient+200μmol·mol-1),施氮量设低氮(15 g·m-2)和高氮(25 g·m-2),移栽密度设低密度(16穴·m-2)和高密度(24穴·m-2),研究了不同栽培条件下大气CO2浓度升高对杂交水稻产量形成的影响。结果表明:高浓度CO2对水稻抽穗期和成熟期没有影响,但使结实期株高显著增高(+7%);使单位面积穗数(+8%)和每穗颖花数(+19%)明显增多,进而使单位面积颖花量大幅增加(+29%)。高浓度CO2条件下穗数增多主要与最高分蘖数明显增加有关,而分蘖成穗率显著下降;穗型增大主要由单茎干重而非单位干重形成的颖花数增加所致。高浓度CO2环境下水稻结实能力呈增加趋势,其中平均粒重的增幅达显著水平。大气CO2浓度升高使水稻籽粒产量平均增加36%,其中在低氮低密度、低氮高密度、高氮低密度和高氮高密度条件下分别增加43%、46%、34%、23%。增施氮肥或增加移栽密度使水稻产量略有下降,但均未达显著水平。以上结果表明,高浓度CO2环境下杂交水稻因库容量增大导致产量大幅增加,调整施氮水平和移栽密度可在一定程度上改变这种肥料效应。     

开放式空气CO2浓度增高条件下水稻土生理生化指标及微生物区系特征的研究

利用座落于江都市小纪镇良种场的FACE平台,研究了FACE条件下,不同氮素水平水稻土壤的生理生化指标及微生物区系特征。结果表明,高N水平下,FACE圈土壤微生物生物量碳、基础呼吸作用、脲酶活性、过氧化氢酶活性、氨化作用及放线菌数量都比对照高,而低N水平下,除真菌、放线菌数量以及氨化作用外,其他指标均比对照低。FACE条件下,高氮处理与低氮处理相比较,土壤微生物生物量碳、基础呼吸作用、脲酶活性、过氧化氢酶活性、氨化作用以及细菌数量分别提高610.57%、56.55%、24.32%、9.43%、1.09%和225%,供氮水平对FACE条件下水稻土生理生化指标以及微生物群落有调节作用。     

FACE对三系杂交籼稻汕优63磷素吸收利用的影响

在水稻品种中,杂交籼稻因其杂种优势强、抗逆性好、穗型大、产量潜力高,在稻作中占有重要的、不可替代的作用.2005、2006年利用我国惟一的农田开放式空气CO2浓度增高(FACE)研究平台,设计施N量为125 kg·hm-2(LN)、250 kg·hm-2(NN)处理,研究大气CO2浓度比对照高200 μmol·mol-1的FACE处理对三系杂交籼稻汕优63不同生育时期磷素含量、磷素吸收、磷素分配和磷素效率的影响.结果表明:(1)FACE处理使汕优63各生育时期稻株含P率极显著提高,使各生育时期P素吸收量极显著增加,生育中期的增幅略小于生育前、后期;(2)FACE处理使汕优63抽穗后P素在茎鞘中的分配比例显著增加,穗中的分配比例显著下降,对抽穗前P素在叶片、茎鞘中的分配比例均无显著影响;(3)FACE处理使汕优63不同生育期P素干物质生产效率极显著下降,使P素子粒生产效率和P素收获指数亦均极显著下降;(4)增施N肥,使汕优63大多数生育时期的植株P素含量和吸P量得到显著或极显著的增加,使大多数生育时期P素干物质生产效率下降,使P素子粒生产效率和收获指数显著下降;(5)CO2×NCO2×Y对植株含P率、吸P量的影响有互作效应,FACE处理使汕优63稻株含P率、P素吸收量显著提高;使P素干物质生产效率、P素子粒效率显著下降.     

大气CO2浓度升高对水稻伤流液中矿质元素的影响

利用中国的稻/麦轮作FACE平台技术,用伤流液的方法研究了在低氮和常氮两种水平下,大气CO2浓度升高对水稻在分蘖期、抽穗期和乳熟期的伤流量及其伤流液中矿质元素的影响,并阐述在FACE条件下,植物对矿质元素吸收的差异。结果表明,在分蘖期和乳熟期,FACE和N肥处理对伤流量没有显著性的影响;在抽穗期,FACE处理明显高于对照。FACE处理降低了伤流液中Ca、Mg、Si的浓度,但却增加了P的浓度,对K、Mn、Zn没有显著性的影响。在抽穗期,FACE处理显著增加了Ca、Mg、P、K和Mn在单位时间段内的吸收量;在分蘖期和乳熟期,FACE处理对Ca、Mg和Si的吸收量却有降低的趋势。     

开放式空气CO2浓度增高对水稻茎蘖动态影响的模拟研究

为了明确开放式空气CO2浓度增高（FACE）对水稻茎蘖消长的影响,借助目前我国惟一的FACE技术平台,通过不同的N肥处理,对FACE条件下水稻茎蘖消长的动态进行了模拟研究并建立了相应的模型。该模型由茎蘖增长动态和茎蘖消亡动态两部分组成,以时间为驱动因子,描述了水稻茎蘖数随移栽后天数的动态变化过程,对常规及CO2浓度增加条件下水稻茎蘖的变化均有很好的拟合性。通过相关试验数据对模型的检验,结果表明模型的拟合程度高,具有很好的适用性。     

FACE对武香粳14各生育期功能叶片及根系可溶蛋白含量的影响

开放式大气CO2浓度增加(Free-air CO2 Enrichment,FACE)的处理普遍降低了作物含氮率,研究作物体内各种氮形态尤其是可溶蛋白的含量特征,对于解析FACE条件下氮代谢机制具有重要意义。在大田栽培条件下,研究了开放式大气CO2浓度增加200μmol.mol-1的处理对粳稻品种武香粳14各生育期功能叶片及根系可溶蛋白含量的影响。结果表明:(1)FACE处理显著增加了高、中氮水平下抽穗期顶叶的可溶蛋白含量,增幅分别为4%和7%,相反,不同氮水平下成熟期顶叶可溶蛋白含量显著低于对照,而拔节期及孕穗期顶叶可溶蛋白含量与对照无显著差异;(2)FACE处理显著提高了高、中氮水平下抽穗期倒二叶可溶蛋白的含量,增幅分别为16%和14%,但明显降低了不同氮水平下拔节期、孕穗期和成熟期倒二叶可溶蛋白的含量;(3)FACE处理显著提高了拔节期、孕穗期和抽穗期根系可溶蛋白的含量,增幅分别达18%、19%和12%,而成熟期根系可溶蛋白含量与对照无显著差异;(4)CO2和N处理对水稻拔节期、抽穗期和成熟期倒二叶以及抽穗期剑叶可溶性蛋白含量的互作效应均达显著或极显著水平。在此基础上,对FACE条件下功能叶片及根可溶蛋白含量变化的可能机制进行了讨论。     

水稻不同卷叶性状叶片的透光率及其对产量性状的影响

[目的]测定不同卷叶性状的水稻(Oryza sativa L.)叶片的透光率,并分析不同透光率对产量性状的影响。[方法]用构建的水稻卷叶近等基因系B6C1和B5C2回交得到B6C2,对B6C2群体进行透光率及产量性状的测定。[结果]在晴天条件下,不同卷叶性状的水稻叶片透光率的变化趋势基本一致:不同生育时期透光率的变化为分蘖期收割期始穗期,即随着生育时期的推进透光率先降低然后升高。在阴天条件下,透光率随不同生育时期的推进逐渐减小。总体上,相同生育时期和相同天气类型下,卷叶叶片的透光率均大于平叶叶片。[结论]透光率变大提高了水稻群体的受光效率,使卷叶植株的干物质积累大于平叶,是水稻增产的重要发展方向。     

开放式空气中CO2浓度增高（FACE）对常规粳稻蛋白质和氨基酸含量的影响

为了明确未来大气CO2浓度升高对水稻蛋白质营养品质的影响,2009年利用稻田开放式空气CO2浓度增高(FACE,FreeAirCO2 Enrichment)系统,以武运粳21、扬辐粳8号和武粳15为供试品种,研究大田生长期CO2浓度升高200μmol.mol-1对常规粳稻蛋白质营养品质的影响。结果表明:大气CO2浓度增加使所有供试品种精米蛋白质含量平均下降5.6%,使氨基酸、必需和非必需氨基酸总量平均分别下降7.6%、6.7%和7.9%,均达极显著水平。大气CO2浓度增加使供试品种精米必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著增加,使非必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著下降,但对精米中必需和非必需氨基酸的相对含量无显著影响。从氨基酸组分看,大气CO2浓度增加使供试品种精米中7种必需氨基酸和8种非必需氨基酸的含量均显著或极显著下降。CO2处理与品种对精米蛋白质含量、氨基酸总量、必需和非必需氨基酸总量以及部分氨基酸组分有一定的互作效应,武运粳21上述参数对高浓度CO2的响应大于扬辐粳8号或武粳15对应参数的响应。以上结果说明本世纪中叶大气中的CO2浓度将使粳稻蛋白质营养品质下降,不同品种下降幅度存在一定差异。     

镁钾配施对寒地水稻产量的影响

[目的]研究镁钾配施对寒地水稻(Oryza sativa L.)产量的影响,以确定适宜的镁钾配比量。[方法]以空育131为材料,按照随机区组设计,研究镁肥、钾肥对水稻产量的影响,并探明镁肥、钾肥最佳施用比例。[结果]在高中低施钾区,按照七水硫酸镁与氧化钾1∶1(钾肥165.0 kg/hm2,镁肥100.5 kg/hm2)或者1∶2(钾肥276.0 kg/hm2,镁肥100.5 kg/hm2)的重量比配施,能够在水稻关键生育时期合理增加水稻叶片氮含量;按照七水硫酸镁与氧化钾1∶2的重量比配施,能够保持群体叶面积指数趋于合理,不发生早衰和贪青现象;按照七水硫酸镁配施比例与氧化钾2∶1(钾肥165.0 kg/hm2,镁肥201.0 kg/hm2)的重量比配施,能够通过增加穗数和结实率提高产量,产量为9 660 kg/hm2。[结论]该研究对于保持土壤养分平衡,进一步增加水稻产量和改善稻米品质,促进水稻产业可持续发展具有深远意义。     

氮镁配施对水稻龙粳20群体茎数动态的影响

[目的]探讨氮镁对龙粳20水稻(Oryza sativa L.)群体茎数动态的影响机制。[方法]以氮、镁为变量,采取裂区设计,构建不同群体,研究氮镁耦合对早粳稻龙粳20群体茎数动态的影响。[结果]低氮配合低镁或高氮配合高镁时群体最高茎数较多;单独施用时以低镁处理收获穗数较多,镁与氮肥配合施用后,施硫酸镁225.0 kg/hm2时收获穗数较多;施氮量与群体有效分蘖率呈典型的单峰曲线,施用镁肥对有效分蘖率无明显影响。[结论]该研究可为施用氮镁调控水稻群体质量提供理论依据。