FACE对杂交籼稻汕优63干物质生产与分配的影响

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,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,370umol．mol^-1）高200umol．mol^-1的FACE处理（570umol．mol^-1）和施N量为125kg·hm^-2（LN）、250kg·hm^-2（NN）处理,研究其对汕优63物质生产与分配的影响。结果表明：（1）两季平均,FACE处理使汕优63移栽-分蘖中期、分蘖中期-拔节期、拔节-抽穗期和抽穗-成熟期干物质生产量分别比对照增加了39％、20％、32％和41％,结果使成熟期生物产量显著增加（＋33％）;（2）与干物质生产量相比,汕优63平均叶面积指数（LAI）和净同化率（NAR）对CO2的响应有相似的季节性变化趋势,但LAI的响应值明显大于NAR;（3）FACE处理使汕优63不同生育时期叶片和稻穗占地上部干重的比例下降,而使茎鞘占地上部干重的比例明显增加;（4）三系杂交籼稻汕优63成熟期生物产量以及不同生育阶段平均LAI、NAR和干物质生产量对FACE的响应与粳稻品种存在明显差异．而干物质分配差异较小。     

大气CO_2浓度升高对粳稻稻米物性及食味品质的影响

在2009和2010年利用独特的稻/麦轮作系统FACE（Free Air CO2 Enrichment,开放式空气CO2浓度增高）平台,以武运粳21、扬辐粳8号、武香粳14和武粳15为供试材料,研究了高浓度CO（2比大气背景CO2浓度高200 μmol·mol-1）对粳稻蒸煮米的硬度、粘性、香气、光泽、完整性、味道和口感等的影响。物性分析仪测定结果表明,高浓度CO2环境下粳稻熟米的硬度和粘性总体呈增加趋势,其中扬辐粳8号两指标的增幅均达显著水平。食味计测定结果显示,高浓度CO2对蒸煮稻米香气、光泽度、完整性、味道和口感等食味品质指标均没有影响。相关分析表明,CO2与品种的互作对米饭硬度和粘性有显著影响,但对食味品质参数均没有影响。CO2与年度、CO2与年度和品种间的互作对所有测定参数均无显著影响。两年数据一致表明,未来高浓度CO2环境下粳稻蒸煮米的硬度和粘性将呈增加趋势,增幅因品种而异,但米饭食味品质无显著变化。     

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。     

水稻品种间穗重构成因子的差异性研究

在盆栽条件下，研究不同穗重型水稻品种稻穗不同部位颖花数、结实率、千粒重的变化趋势及根系性状的差异。结果表明：①一次枝梗颖花数占全穗颖花数的百分率，穗重大的品种全穗及其上、中、下部均小于穗重小的品种，以中部下降幅度最大；二次枝梗颖花数占全穗颖花数的百分率，穗重大的品种全穗及其中、下部均大于穗重小的品种，以下部增加幅度较大。②籼稻品种一次枝梗颖花数占全穗颖花数的比例相对较小，二次枝梗颖花占全穗颖花数的比例相对较大，粳稻品种变化趋势与此相反。③同一品种一、二次枝梗结实率及饱粒千粒重的差异，粳稻大于籼稻。④增加每穗颖花数、结实率和饱粒千粒重均能提高穗重，以每穗颖花数(尤其是二次枝梗颖花数)的促进效果最显著。⑤发达的根系性状是重穗型品种一个重要的特征。     

FACE对水稻产量形成的影响及其原因分析

2001～2003年,在大田条件下以武香粳14号为供试品种,设计高、中、低氮处理,研究开放式空气CO2浓度增加(FACE)200μmolmol-1对水稻产量形成的影响及其原因。结果表明,FACE处理使水稻产量平均比对照增加12.8%,其中2001、2002和2003年增幅分别为10.8、14.1和13.6%,高、中、低氮处理的增幅分别为17.6、12.4、10.9%,均达到显著或极显著水平;FACE和氮处理对水稻产量的互作效应,2001、2002年达到显著水平,产量最高的处理组合为FACE×NN;FACE处理使水稻穗数平均比对照增加18.8%,每穗颖花数平均比对照减少7.6%,均达极显著水平;FACE处理使水稻生物产量平均提高16.2%,达极显著水平,使经济系数下降但未达到显著水平。进一步研究表明,FACE处理使水稻穗数极显著多于对照是因其分蘖发生速度快,最高分蘖数多所致,而不是其分蘖成穗率高的缘故;FACE处理使水稻每穗颖花数极显著少于对照是因其分化颖花的大量退化所致,而不是分化颖花数少的缘故。     

开放式空气中臭氧浓度升高对超级稻Ⅱ优084生长和产量的影响

依托中国稻田臭氧FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)技术平台,以超级稻Ⅱ优084为供试材料,设置环境臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(平均比Ambient高约25%)2个水平,无蘖苗和一蘖苗2种秧苗类型,研究臭氧胁迫对超级稻大田期生长发育、光合作用和产量形成的影响及其与秧苗素质的互作。结果表明:(1)臭氧胁迫使Ⅱ优084全生育期缩短约7 d,使成熟期株高降低8%。(2)臭氧胁迫对结实期叶片胞间CO2浓度无明显影响,但使叶片叶绿素相对含量SPAD值、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著降低,且后期降幅大于前期。(3)高浓度臭氧使成熟期地上部总生物量平均下降24%,这主要与抽穗至成熟阶段物质生产量大幅下降有关。(4)高浓度臭氧对单位面积穗数没有影响,但每穗颖花数(-19%)、饱粒率(-12%)和饱粒重(-5%)均明显下降,空粒率和秕粒率大幅增加,最终导致水稻显著减产(-27%)。(5)尽管臭氧与秧苗类型间无显著互作效应,但臭氧胁迫对一蘖苗株高、叶片SPAD值、每穗颖花数、饱粒率、秕粒率和空粒率的影响程度均略小于无蘖苗。综上所述,高浓度臭氧环境下Ⅱ优084大幅减产主要是单穗库容量变小所致,亦与籽粒结实能力下降有关,而后者又与水稻生长后期光合生产明显受抑相关。     

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。     

杂交水稻光合和荧光特性对高CO2浓度的动态响应

为探究大气二氧化碳 (CO₂) 浓度增高对杂交水稻光合和荧光特性的动态影响,利用开放式空气中CO₂浓度增高(FACE)系统,研究高CO₂浓度对大田水稻不同生育期叶片光合和荧光参数的动态影响及其种间差异。以高产杂交组合甬优2640和Y两优2号为试验材料,设置环境CO₂和高CO₂浓度2个水平,测定2个品种气体交换和荧光参数。结果表明,大气CO₂浓度升高使2个品种平均叶片净光合速率(Pn)在移栽后30、59、76、91和108 d分别增加25%、16%、25%、18%和8%,除移栽后108 d外,均达极显著水平(P<0.01);甬优2640移栽后76和91 d叶片Pn对CO₂的响应明显大于Y两优2号。除灌浆末期外,CO₂浓度升高使2个品种叶片气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈下降趋势,且Y两优2号的降幅多大于甬优2640。CO₂熏蒸下叶片气孔部分关闭,但叶片胞间与周围空气中CO₂浓度之比无显著变化,甚至明显增加。大气CO₂浓度升高使2个品种灌浆末期PSⅡ最大光化学量子产量均下降4%,但对其他各期均无显著影响;除灌浆末期外,CO₂浓度升高使PSⅡ实际光量子产量和光化学猝灭均显著增加。两杂交组合叶片光合参数对高CO₂浓度的动态响应多存在种间差异,但荧光参数的响应品种间差异较小。本研究结果为增强气候假定情景下水稻响应的预测能力并制订应对策略提供了依据。     

土壤铜含量对水稻生长发育和产量形成的影响

 在盆栽土培条件下，以武香粳14号和汕优63为材料，研究了土壤铜含量对水稻生长发育和产量形成的影响。结果表明：(1) 土壤铜含量100、200 mg/kg处理对水稻株高、主茎总叶数、伸长节间数和抽穗期几乎没有影响，土壤铜含量达到400 mg/kg及其以上时，随着土壤铜含量的增加，水稻株高显著变矮、主茎总叶数和伸长节间数显著变少、抽穗期显著推迟；(2) 土壤铜处理使水稻产量显著低于CK，且随着土壤铜含量的提高水稻产量下降幅度显著增大；(3) 土壤铜含量100、200 mg/kg处理使水稻减产是由于每穗颖花数减少所致，土壤铜含量400 mg/kg及其以上处理使水稻减产是由于穗数和每穗颖花数共同减少所致；(4) 土壤铜处理使穗数减少主要是由于返青活棵慢、分蘖发生迟、高峰苗少所致，每穗颖花数减少主要是由于抽穗期单茎干物质量小和单位干物质量形成的颖花数少所致；(5) 随着土壤铜含量的增加水稻生物产量显著下降，经济系数呈下降趋势，但只有土壤铜含量达到800 mg/kg及其以上时经济系数才显著下降。     

高CO2浓度和剪叶疏花对水稻‘Y两优2号’ 产量形成的影响

利用稻田FACE(Free Air CO_2 Enrichment)平台,以创造世界高产纪录的超级稻组合‘Y两优2号’为试验材料,CO_2处理设环境CO_2浓度[(382.5±2.0)μmol·mol-1]和高CO_2浓度(增200μmol·mol-1)两个水平,齐穗期源库改变设对照、剪除剑叶(剪1叶)、剪除所有功能叶(剪3叶)以及相间剪除一次枝梗(疏花),研究开放条件下高CO_2浓度对不同源库处理水稻产量及其构成因子的影响。结果表明,对没有进行剪叶疏花处理的水稻(即对照)而言,高CO_2浓度使‘Y两优2号’籽粒产量平均增加12%,这主要与每穗颖花数和结实能力均略有增加有关。高CO_2浓度使剪1叶、剪3叶处理水稻的产量分别增加26%和57%,这主要与饱粒率和所有籽粒平均粒重均大幅增加有关。对齐穗期疏花处理水稻而言,高CO_2浓度导致的产量增幅与对照水稻接近。与对照相比,齐穗期剪1叶、剪3叶处理使水稻籽粒产量分别降低17%和52%,均达极显著水平,这主要与饱粒率和所有籽粒平均粒重均显著下降有关;尽管齐穗期疏花处理使水稻结实能力显著增加,但因每穗颖花数减半,产量大幅下降(-29%)。籽粒最终产量对高CO_2浓度的响应与饱粒率和所有籽粒平均粒重的响应呈显著正相关。以上结果表明,水稻齐穗期人为改变源库比例(特别是剪叶)可以改变籽粒结实能力和最终产量对高CO_2浓度的响应。