水分管理和施用石灰对水稻镉吸收与运移的影响

通过田间试验,研究了间歇灌溉和全生育期淹水2种水分管理结合水稻分蘖期施用石灰对不同水稻生育期的土壤和水稻各组织中Cd分布与运移的影响。研究结果表明,全生育淹水和施用石灰均能升高土壤p H值,降低土壤中有效态Cd含量;施用石灰能降低土壤中酸可提取态Cd所占比例而残渣态所占比例增加。在全生育期淹水条件下施用石灰有利于改善土壤性状并提高土壤中Fe质量百分含量。与不施用石灰相比,在间歇灌溉条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.86 mg/kg降低到0.56 mg/kg,而在全生育期淹水条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.77 mg/kg降低到0.34 mg/kg;无论间歇灌溉还是全淹水处理条件下,施用石灰均增加了水稻总生物量。施用石灰后,在灌浆期,水稻茎叶中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在成熟期,根和稻米中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在全生育期淹水条件下,成熟期水稻根到茎叶转运系数和茎叶到米中转运系数均显著降低(P0.05)。水稻糙米中Cd含量与土壤中有效态Cd含量、水稻地上部Cd累积量呈显著正相关,与土壤p H值呈显著负相关。上述研究结果表明,施用石灰能够显著降低稻田土壤中Cd的生物有效性;采用全生育期淹水结合在分蘖期施用石灰是降低稻米中Cd含量有效措施且不会导致水稻减产。     

不同灌溉方式对水稻产量和水分生产率的影响

以杂交水稻两优培九和Ⅱ优725为试验材料,利用测筒栽培条件,比较了4种不同灌溉方式下的水稻产量、品质及水分生产率。结果表明：与淹水灌溉相比,间歇灌溉、半干旱栽培和干旱栽培下两优培九全生育期的耗水量分别减少了10.65%、25.70%、34.68%,产量分别增产7.38%、减产17.29%和减产41.01%;Ⅱ优725耗水量分别减少了12.49%、22.08%、32.24%,产量分别增产8.54%、减产20.00%和减产46.43%。水分生产率以间歇灌溉最高,半干旱栽培次之,淹水灌溉和干旱栽培较低。间歇灌溉下稻粒的整精米率、精米率、粒长均高于其他处理,但垩白粒率、垩白度低于其他处理;随着稻田耗水量的减少,稻粒的直链淀粉含量降低,而胶稠度和蛋白质含量提高。试验结果表明间歇灌溉为南方稻区较适宜的灌溉方式。     

不同灌溉方式对水稻生物学特性的影响

为充分发挥水稻的产量潜力和实现水分高效利用,以超级杂交水稻“两优培九”和“红莲优6号”为材料,比较了间歇灌溉（B）、半旱栽培（C）、干旱栽培（D）和淹水灌溉（A）方式下的水稻生物学特性。结果表明：随着田间灌水量的减少,水稻生育期延迟,生育期最长的干旱处理与淹水处理的全生育期天数相差长达13．5d。间歇灌溉水稻的最高分蘖期比淹水灌溉推迟5～7d。与淹水灌溉相比,间歇灌溉的叶片光合速率高,叶面积指数大,叶片蒸腾速率较低,提高了水分利用率;半干旱栽培的水稻叶片蒸腾速率比净光合速率下降快,水分利用率相对较高;干旱栽培的叶片净光合速率降低,水分利用率低,后期叶片出现早衰。间歇灌溉与淹水灌溉的水稻株高、叶面积指数、气孔导度差异不显著,但与半旱和干旱栽培差异显著。综上所述,间隙灌溉比其他3种灌溉方式能更好地改善水稻生物学特性,在生产上有较好的利用前景。     

土壤耕作方式对双季稻产量构成与穗镉积累的影响

为比较研究不同土壤耕作方式(翻耕、旋耕、免耕)对南方双季稻区水稻产量构成与稻穗镉积累分配特性的影响,探讨镉污染稻田双季稻最优土壤耕作方式,2015—2017年,以"陵两优211"与"威优46"为早、晚稻供试品种,在湖南省湘潭县易俗河镇中度镉污染稻田(全镉含量0.86 mg/kg)开展定位试验,比较研究了双季免耕、双季翻耕、双季旋耕、早旋晚免、早翻晚免5种土壤耕作方式下土壤有效镉含量、双季稻的产量构成与穗镉积累分配情况。结果表明:(1)双季稻产量以双季翻耕处理最高,早翻晚免处理次之,双季旋耕与早旋晚免处理再次之,双季免耕处理最低;翻耕处理产量最高的原因在于其有效穗数与每穗粒数较高。(2)齐穗期至成熟期,穗镉含量一般呈增长趋势;第1年早晚稻齐穗期穗镉含量以免耕处理最高,但免耕能明显降低水稻齐穗至成熟期穗镉含量的增长速率;早晚稻成熟期穗镉含量一般以翻耕处理较高,免耕与旋耕处理较低,免耕与旋耕处理有差异但在不同年份与季别间表现不尽相同。(3)成熟期稻穗各部位镉含量趋势表现为枝梗谷壳糙米;第1年糙米镉含量以免耕处理较高,但第2,3年呈现免耕处理低于翻耕与旋耕处理的趋势。(4)第1年早、晚稻穗镉累积量均以旋耕处理较低,但第2,3年均以免耕处理较低。(5)较其他处理而言,双季免耕明显提高了土壤有效镉含量,双季旋耕则降低了土壤有效镉含量。3年定位试验表明,土壤耕作方式对镉污染稻田土壤有效镉含量、双季稻产量构成与稻穗镉积累分配有明显影响,从保证双季稻产量、降低稻米镉含量与轻简省工的角度出发,早翻晚免是中度镉污染双季稻田的最优土壤耕作方式。     

高镉累积水稻对镉污染农田的修复潜力

为探究高镉累积水稻品种扬稻6号和玉珍香对镉污染农田土壤的修复潜力,通过大田小区试验,测定6个不同生育期(返青、分蘖、孕穗、齐穗、蜡熟、完熟)5个部位(根、茎0～10 cm、茎10～20 cm、茎20 cm以上和谷)稻草的镉含量,开展高镉累积水稻镉累积规律、移除时间和移除高度研究。结果表明,水稻扬稻6号和玉珍香各部位镉含量随生育期的延长而增加,孕穗期增幅最大,完熟期达到最大值,在同一时期不同部位镉含量分布随株高呈递减趋势;完熟期,水稻品种扬稻6号和玉珍香的根、茎0～10 cm、茎10～20 cm、茎20 cm以上部分和谷中镉含量分别为19.3、11.8、9.4、8.1和3.9mg/kg与19.5、16.3、14.3、9.7和3.7 mg/kg,其对应的镉富集系数均大于1,对镉表现出高积累特性;稻草镉的移除含量在全育期均表现从大到小依次为整株收割、地上部全收割、离地10 cm收割、离地20 cm收割,完熟期整株移除情况下,扬稻6号稻草镉累积移除含量达1 652.11μg/株,玉珍香稻草镉累积移除含量达1 547.70μg/株;一年种植一季水稻扬稻6号和玉珍香,整株移除情况下土壤镉移除效率分别为9.1%和8.5%,地上部全移除情况下土壤镉移除效率分别为7.2%和7.1%。因此为兼顾水稻移除修复效果和可操作性,建议稻草在完熟后按地上部全收割的方式移除。研究结果可为镉污染稻田的植物修复治理提供新的思路。     

控制灌溉模式对稻田土壤-植物系统镉和铬累积的影响

为了揭示不同灌溉模式Cd、Cr灌溉输入量差异及对Cd、Cr在稻田土植系统总累积的影响,基于田间试验开展了不同灌溉模式稻田土-植系统Cd、Cr含量观测。结果表明,控制灌溉与淹水灌溉相比在水稻全生育期可分别减少Cd、Cr灌溉输入量60.8%和59.8%。灌溉模式的改变显著影响了重金属Cd、Cr在植株地上部分的累积。与淹水灌溉相比,控制灌溉植株地上部分Cd、Cr累积量分别增加了29.5%和5.4%。植株吸收的Cd、Cr大部分储存在根部,只有少量向地上部分迁移,控灌植株根部Cd、Cr吸收富集系数大于淹灌处理。控制灌溉增强了Cd、Cr向水稻植株的迁移能力,以及Cd、Cr向地上部分迁移。因此控制灌溉减少了稻田重金属Cd、Cr的输入风险和土壤累积风险,但会导致水稻植株吸收Cd的增加,需要有针对性地进一步开展相关修复和防治研究。     

不同栽培方式对镉污染水稻土籼、粳稻根表铁膜铁、镉含量及根镉含量的影响

通过对镉污染水稻土籼、粳稻分蘖、孕穗、灌浆和收获期根表铁膜的铁、镉和根系镉含量的测定,研究淹水、覆膜、覆草和湿润栽培对籼、粳稻吸镉量的影响。结果表明:1)分蘖期,淹水和覆草栽培籼稻根表铁膜铁含量高于粳稻;覆膜和湿润栽培的粳稻根镉含量高于籼稻。2)孕穗期,淹水和覆膜栽培的籼稻根表铁膜铁含量高于粳稻;湿润栽培的籼稻根表铁膜镉含量高于粳稻;覆膜、覆草和湿润栽培的籼稻根镉含量低于粳稻。3)灌浆期,淹水和湿润栽培籼稻根表铁膜铁含量高于粳稻;覆膜和湿润栽培的籼稻根表铁膜镉含量低于粳稻;根镉含量籼稻低于粳稻。4)收获期,根表铁膜铁含量籼稻低于粳稻;根表铁膜镉含量覆膜栽培的籼稻高于粳稻;根镉含量覆膜、覆草和湿润栽培的籼稻低于粳稻。     

适宜节水灌溉模式抑制寒地稻田N_2O排放增加水稻产量

2014年在大田试验条件下,设置控制灌溉、间歇灌溉、浅湿灌溉及淹灌4种水分管理模式,采用静态暗箱-气相色谱法田间观测寒地水稻生长季N2O排放特征,研究不同灌溉模式对寒地稻田N2O排放的影响及N2O排放对土壤环境要素的响应,同时测定水稻产量,以期为寒地稻田N2O排放特征研究提供对策。结果表明:不同灌溉模式下N2O排放的高峰均出现在水分交替频繁阶段,水稻生育阶段前期,各处理N2O排放都处于较低水平,泡田期几乎无N2O排放。与淹灌相比,间歇灌溉使N2O排放总量增加47.3%,控制灌溉和浅湿灌溉使N2O排放总量减少40.7%和39.6%。寒地稻田N2O排放通量与土壤硝态氮含量关系密切,与土壤10 cm温度显著相关(P0.05)。水稻生长期间各处理N2O排放顺序间歇灌溉淹灌,二者均显著高于浅湿灌溉和控制灌溉(P0.05)。各处理水稻产量以浅湿灌溉最低、其他方式差异不显著。可见,间歇灌溉有助于提高水稻产量,但会促进稻田N2O的排放。在综合考虑水稻产量及稻田温室效应的需求下,控制灌溉为最佳灌溉方式,应予以高度重视。该研究可为黑龙江寒地稻作区选择节水减排模式提供科学支撑。     

控制灌溉稻田的甲烷减排效果

为探讨节水灌溉水分调控对稻田甲烷（CH4）排放的影响,寻找节水减排的稻田灌溉模式,依据5a田间原位观测资料,分析控制灌溉稻田CH4排放规律及其减排效果。结果表明,控制灌溉稻田稻季CH4排放量为1.07±0.17 g/m2,较淹水灌溉稻田（6.49±0.17 g/m2）降低83.5%,差别极显著。本研究得到的中国东南部稻田稻季和全年CH4排放量均低于已有报道中的中国稻田CH4排放量,其中控制灌溉稻田全年CH4排放量低于世界大部分地区稻田。根据本研究结果估算中国稻田CH4排放总量为2.06 Tg/a,大面积推广控制灌溉后,中国稻田CH4排放量还将进一步下降。控制灌溉模式显著影响水稻全生育期稻田CH4排放通量的变化,削峰效果显著。控制灌溉稻田CH4排放通量在返青期至分蘖中期（移栽后18 d内）逐渐上升至最大值,然后逐渐减小,从水稻分蘖后期（移栽后21 d）开始至生育期结束均维持在较低水平。控制灌溉稻田CH4排放通量峰值为3.69 mg/m2·h,较淹水灌溉稻田降低69.0%。在持续降雨的作用下,控制灌溉和淹水灌溉模式下稻田CH4排放通量均呈现下降趋势。控制灌溉模式的土壤水分调控,使稻田经历一系列的脱水过程,改变了根层土壤的水气状况,减小了稻田CH4排放。控制灌溉模式在水稻全生育期的应用可显著地减少稻田CH4排放。     

水稻灌溉需水量对气候变化响应的模拟

气候变化会导致作物耗水过程改变,从而影响灌溉需水。研究水稻灌溉需水对气候变化的响应规律,有助于合理制定应对气候变化的灌溉策略,保障水资源可持续利用和粮食安全。该文基于1961-2010年气象数据和HadCM3大气环流模式A2和B2两种情景下的统计降尺度模拟结果,利用经田间试验资料验证后的水稻模型ORYZA2000,模拟淹水灌溉和间歇灌溉两种灌溉处理下、历史和未来情景下水稻灌溉需水对气候变化的响应规律。结果表明:过去50年,间歇灌溉和淹水灌溉模式下水稻耗水量呈现显著上升趋势,而水稻灌溉需水量和产量都呈现下降趋势,分别由降水增加和气温升高、辐射下降导致的生育期缩短引起;未来气候情景下,间歇灌溉和淹水灌溉模式下水稻耗水量在未来3个时期(2020s,2050s和2080s)均呈现不同程度的增加;耗水量的显著增加和降水的减少导致了未来3个时期水稻灌溉需水量的明显增加;受持续增温的减产效应影响,水稻产量在未来3个时期呈现减少趋势,且降幅逐渐变大。     

稻米镉关键积累时期研究

探明水稻不同生育期镉积累特征对于稻米安全生产具有重要的科学价值与现实意义,本研究采用水培试验方法,于水稻不同生育期分阶段添加外源镉,分析水稻不同生育期低浓度镉(50μg·L~(-1))胁迫下水稻每个生育期、主要部位镉含量及其内在关联。抽穗期阶段镉胁迫对水稻籽粒镉积累速率影响最为明显,最高达到3.41μg·蔸~(-1)·d~(-1)。孕穗期和抽穗期阶段镉胁迫对稻米镉积累量贡献率较高,中嘉早17号分别为40.51%、31.66%,湘晚籼13号分别为37.97%、35.46%。研究表明,孕穗期、抽穗期是控制镉米形成的关键时期,本结果可为镉超标稻田的安全生产及阻控米镉积累提供支持和科学指导。     

氮肥运筹模式对双季稻北缘水稻氮素吸收利用及产量的影响

在双季稻北缘地区,以常规品种早籼65和杂交组合香两优68为试验材料,在施氮量150.kg/hm2的条件下,研究了不同氮肥运筹模式对早稻产量及氮素吸收利用特性的影响。结果表明:减少基、蘖肥,提高穗肥比例可增加抽穗成熟期的叶片含氮量,使SPAD值维持较高水平,提高齐穗后的绿叶面积和有效叶面积率,提高群体光合势,有利于促进干物质积累而提高产量和氮素吸收,常规稻和杂交稻均以基∶蘖∶穗=50∶25∶25运筹模式产量最高;前氮后移增施穗肥因能为水稻整个生育期提供比较平衡的氮素供应,可促进氮素的吸收;氮肥当季利用效率随穗肥比例提高而增加,但氮肥的农学利用率与产量有更好的对应关系。基∶蘖∶穗=50∶25∶25的运筹模式是双季稻北缘地区早稻合理的施肥技术。     

阻隔主要外源输入重金属对土壤-水稻系统中镉铅累积的影响

土壤-水稻系统中重金属输入输出调控对稻田污染防治和水稻安全生产具有重要意义。该文研究稻草移除、截断大气沉降、清洁水灌溉等调控措施对稻田土壤-水稻系统中重金属Cd和Pb的累积与运移特征的影响。结果表明,稻草移除、截断大气沉降和清洁水灌溉均能明显降低污染土壤中有效态重金属含量和水稻中重金属的累积量。与稻草还田对照处理相比,除种植早稻后的土壤有效态Pb含量外,稻草移除处理下土壤中有效态Cd、Pb含量均略有降低,且在该处理下,早稻糙米中Pb含量与晚稻糙米中Cd、Pb含量显著降低,降幅分别为3.6%、10.4%和32.4%;稻草移除+截断大气沉降处理下,土壤中有效态Cd、Pb含量均不同程度地下降,种植晚稻后的土壤有效态Pb含量显著降低,除早稻的根和糙米中Cd含量外,其余早晚稻水稻各部位Cd、Pb含量均显著降低,水稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为32.8%、36.8%和32.2%、24.8%,晚稻糙米Cd、Pb累积量分别显著降低66.3%和22.2%;稻草移除+清洁水灌溉处理下,种植早晚稻后的土壤有效态Cd、Pb含量平均下降幅度分别为11.7%和15.9%,早晚稻各部位Cd、Pb含量降低幅度较大,早晚稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为38.34%、30.35%和43.4%、13.2%,晚稻糙米中Cd、Pb累积量降幅分别为39.4%、67.2%。分析水稻地上部的Cd、Pb富集与转运系数表明,稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉等控源措施可显著降低Cd、Pb在水稻地上部位的富集系数,减少地上部位重金属的累积量。上述结果表明,采用稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉措施可进一步降低土壤中有效态Cd、Pb含量和水稻中Cd、Pb富集。因此,控制区域大气污染,净化农田灌溉水等控源措施,同时施行稻草移除等输出污染农田土壤中重金属等策略,可有效实现污染农田土壤安全利用和水稻安全生产。     

FACE条件下水稻生育后期剑叶光合色素含量及产量构成的响应研究

为明确CO2浓度增高对水稻叶片光合能力的影响,利用自由CO2富集系统(free-air carbon dioxide enrichment,FACE)研究‘松粳9号’和‘稻花香2号’水稻生育后期剑叶光合色素含量及产量构成的变化趋势;通过测定水稻孕穗—抽穗期剑叶叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量,分析光合色素组成、各组分间相关关系及品种间差异;收获后实测产量构成因素,比较处理及品种间差异。结果表明,与对照相比,高CO2浓度下水稻孕穗和抽穗期叶绿素a含量都极显著升高,‘松粳9号’和‘稻花香2号’的最大增幅分别达28.46%和19.58%;抽穗后20 d分别极显著降低15.25%和23.20%。高浓度CO2极显著降低水稻抽穗后20 d叶绿素b含量,两品种降幅分别为7.57%和5.33%;极显著增加抽穗后30 d叶绿素b含量,增幅分别为4.19%和9.46%。高CO2浓度下两品种水稻抽穗期类胡萝卜素含量显著增加9.47%和13.55%,抽穗后10 d之后显著降低,最高降幅达13.54%和16.67%。高CO2浓度下水稻总叶绿素含量和叶绿素a/b比值在孕穗和抽穗期增加,抽穗后20 d减少。高CO2浓度对产量构成因素均有正面影响,增加了水稻单位面积穗数、结实率和千粒重,显著提高了千粒重,两品种增幅分别达8.6%和4.5%。试验结果明确了高CO2浓度对水稻灌浆前期剑叶光合色素的积累有促进作用,后期有抑制作用,品种间响应差异显著;千粒重增加是增产的主要因素。     

斜发沸石对干湿交替稻田土壤速效钾和产量的影响

为了进一步探究斜发沸石在干湿交替稻田中的应用潜力,设置不同灌溉模式(淹灌和干湿交替灌溉)和不同斜发沸石用量(0、5、10t/hm2)的大田裂区试验,对2017-2018年稻田土壤速效钾动态变化和产量进行了研究。结果表明:稻田增施斜发沸石显著提高了水稻产量,在10t/hm2水平下产量最高,增产率达8.7%～22.3%。斜发沸石对稻田表层土壤速效钾含量和植株地上部钾素积累的提高有显著正效应,干湿交替灌溉显著提高了各生育期植株地上部钾素积累量,提高幅度分别为11.81%～21.42%(2017年)、9.69%～23.79%(2018年)。通径分析表明,斜发沸石增产是因为其显著增加了分蘖肥期和穂肥期土壤速效钾含量,提高了抽穗开花期和黄熟期地上部钾素积累。研究可为揭示干湿交替灌溉下提高钾肥利用效率的应用潜力,并一定程度上缓解稻田缺钾的局面提供依据。     

双季直播稻品种搭配模式研究

为探明双季直播条件下不同早晚稻搭配对生育特性、产量形成和稻米品质的影响,本研究以3个早稻品种(柒两优2012、潭两优83、湘早籼45号),2个晚稻品种(甬优1538、泰优398)为试验材料,设置早籼晚粳(M1):柒两优2012—甬优1538;早籼晚籼(早晚兼用,M2):柒两优2012—柒两优2012;早籼晚籼(早晚不兼用,M3):潭两优83—泰优398,并以双季兼用常规籼稻湘早籼45号为对照(CK),分析不同早晚稻双季直播的周年生育期、群体质量、产量构成、周年产量、稻米品质与稻米淀粉RVA特征谱。结果表明,不同搭配模式的晚稻均安全齐穗,周年生育期以M1最长(222 d),较CK延长了16 d;周年总产量M1最高(14.82 t·hm^-2),较CK增产1.56 t·hm^-2,增产率为11.76%;其次是M2,周年总产量为14.29 t·hm^-2,较CK增产1.03 t·hm^-2,增产率为7.77%;M3周年总产量比CK增加了5.28%。对双季直播不同搭配模式的群体质量和产量构成特征分析表明,周年产量较高的搭配模式具有抽穗期-成熟期干物质积累量大,孕穗期-成熟期叶面积指数(LAI)大,早晚稻穗大、结实率和日产量高等特点。M1、M2和M3的晚稻稻米品质及稻米淀粉RVA特征谱优于CK,而早稻无明显差异。总体而言,M1搭配模式在保证周年产量的前提下,稻米品质优于其他搭配。本研究结果可为双季稻轻简化栽培提供参考。     

基于控制灌溉理论的水稻优化灌溉制度研究

结合田间试验研究成果及Jensen模型，建立了基于水稻控制灌溉理论的宁夏引黄灌区轻度盐碱地水稻优化灌溉制度。水稻全生育期灌溉水量为600 mm，灌水15次，主要分布在返青期、拔节孕穗期和抽穗开花期。该优化灌溉制度较常规漫灌节水69.2%。该灌溉制度的建立，对于提高宁夏引黄灌区水稻节水灌溉技术具有重要的实践参考价值。