直立穗型和弯曲穗型水稻群体小气候环境的研究

直立穗型和弯曲穗型水稻群体小气候环境的研究

收获取决于集体产量。群体结构和群体生态环境不仅受外界气候环境以及人为栽培措施的制约,而且受作物自身遗传性的影响。作物株型育种就是通过改良形态性状来改善群体生态环境,从而改变群体功能,以便充分利用自然条件,达到提高产量的目的。水稻株型育种经过矮化和叶性状改良后,于80年代初通过籼粳杂交育成了生产上第一个大面积推广的直立穗品种辽粳5号,以后又育成了辽粳326、辽粳454等。直立穗品种的推广,使辽宁水稻单产大幅度提高。近年在长江下游、河北和黑龙江等地也出现了直立穗品种。生产实践证明,直立穗品种生产潜力较大,那么直立穗为什么能增产,它的群体生态环境的依据是什么,本文就这个问题做进一步研究。1材料和方法1.1辽县埋单株为基本品种,选择合适的栽培品种试验于1998年在沈阳农业大学校内实验田进行。试材选择生育期和株型基本一致的4个品种,其中2个直立穗型品种,选择沈阳农业大学新育成的沈农265和生产中推广面积较大的辽粳454-17;2个弯曲穗型品种选择辽宁省区试对照品种铁粳4号和生产中应用品种辽开79。1.2下穴施肥,打浆试验设2种氮肥量(硫酸铵900kg和500kg/hm2)、2个密度(30cm×14cm和30cm×20cm),2次重复,9行区,行长5.2m。4月11日育苗,5月21日插秧,每穴2苗;插秧前施底肥硫酸钾150kg/hm2,过磷酸钙300kg/hm2,拔节期追施硫酸钾100kg/hm2。氮肥分4个时期,即底肥、蘖肥、穗肥、粒肥按4∶3∶2∶1的比例施入。井水灌溉,其它管理同生产田。1.3各层高度的光照度于8月20日、8月28日和9月8日用GI-1型棍式照度计,测定群体在25cm、40cm、55cm、70cm和85cm各层高度的光照度。9月8～10日测定自然光照度和不同群体75cm高度的光照度日变化,同时还测定空气和群体中的温、湿度日变化。用301光合仪(美国产)的双通道法同时测定直立穗和弯曲穗群体CO2浓度日变化,以及群体中不同高度CO2垂直分布。2结果与分析2.1水稻垂直分布2.1.1叶片形态的变化表1列出的是自然光照度日变化和直立穗与弯曲穗水稻群体行间、行内的光照度日变化。从中可以看出,无论是自然光照度,还是群体内光照度变化都是随着太阳高度角的增加而增大,8～9时光照度迅速增加,11时达到最大值;9～14时变化相对较小,以后又逐步下降,16～17时下降迅速,18时光非常弱。自然光照射到物体的形式或角度不同,光照度亦不同。由此可考虑,叶片形态对光的接收量问题。当早晨或傍晚时,太阳高度角小,光较弱,相对直立的叶片与太阳照射角相对较大,所以接收的光较强,这样就有利于光合物质生产。当太阳高度角升高时,光照度增加,照射在水平叶上的光照度往往超过光饱和点以上,这是对光的浪费,然而直立叶片可减小太阳与叶片照射的角度,从而减弱光照度,同时又有利于光向中下部群体分布,这样就避免了光的浪费。从这个意义上说,叶片直立和穗的直立都有利于光的吸收和利用。直立穗品种在昼间群体内光照度始终高于弯穗品种,9～14时差异更大,尤其是行间光照度差异更明显,说明直立穗确实可以改善群体后期的光环境,有利于群体光合物质的积累,同时也有利于穗自身光合效率的提高。2.1.2铁县4号测定结果我们测定了不同群体的光分布情况,由于各种群体中直立穗和弯曲穗品种光分布的规律是一致的,所以只将多肥区、高密度(30cm×14cm)中的直穗品种沈农265和弯穗品种铁粳4号测定结果列入表2。由表2可见:(1)所有测量结果都因高度不同,由上至下光照度逐渐减弱;(2)直立穗群体透光率从上至下均高于弯穗品种,尤其上部更明显,说明直穗品种不仅改善了群体上部光环境,下部光环境也有所改善;(3)不同时期测定群体光分布表明,直立穗群体内光分布变化较小,弯穗品种由于穗随灌浆进程弯曲度逐渐增大,影响群体透光率,使光照度减弱;(4)相同群体中,行间和行内光照度也不同,直穗品种行间比行内透光率高,而弯曲穗品种上部行内比行间透光率高,下部相差不大,但行间比行内光略强些。2.2标准穗组的温度和湿度日变化2.2.1群体内温度分布夜间各群体内温度差异不大,故只列出昼间温度变化情况(见表3)。从表3可以看出,群体温度的变化是随空气温度变化而变化,空气温度升高,群体内温度亦升高,反之则降低;但是空气温度在14时达到最高,而群体内温度12时前后最高,这与太阳照射角度有关,此时太阳升至最高点,阳光直接射入群体,光较强,所以温度也高;当太阳高度角倾斜时,温度也下降。早晨和傍晚直立穗群体温度略高于弯曲穗群体,中午前后高2～3℃。群体内温度的升高有利于群体的光合作用,这不但在一定程度上缓解北方寒冷地区秋季低温的影响,还可延迟衰老,有利于光合产物的积累。2.2.2湿度变化的特征无论是空气湿度,还是群体内湿度夜间相差不大,昼间湿度随温度升高而下降(表3)。昼间空气湿度下降的速度快,13时达到最低点;群体内湿度在12时左右达到最低点,以后又迅速上升。直立穗群体湿度比弯曲穗群体湿度小,尤其是中午湿度差异更大,相差10个百分点左右。水稻纹枯病的发生与群体湿度大小有关,直立穗群体湿度小,对抑制纹枯病有一定作用。2.3co浓度在垂直穗组中的变化2.3.1空气中co含量的影响在植株高度75cm处测得群体内CO2浓度昼间变化情况(表4)。结果表明,直立穗品种CO2浓度高于弯曲穗品种,这可能与穗弯曲影响通透性有关。随着光照度的增加,CO2浓度下降,群体中CO2浓度低于空气中CO2浓度,这是由于当阳光充足时稻田光合吸收大量CO2,使群体内CO2减少,空气中CO2浓度也随之递减;当傍晚时,随着太阳光减弱,光合作用也随之减弱,并逐步停止,同时呼吸作用释放大量CO2,使群体内CO2浓度增加,造成群体CO2浓度高于空气CO2浓度。2.3.2直穗群体与弯曲穗、气力比较上午11～12时测定了不同群体不同高度的CO2浓度(表5)。从表5看出,群体内上部CO2浓度最高,其次是下部,中部最低。高度在80cm以上时,直立穗群体CO2浓度高于弯曲穗群体;高度在70cm以下时,群体内部受外界条件影响相对较小,直立穗群体光合速率高,CO2浓度低于弯穗群体,说明直穗群体下部光合比弯穗群体强。这种差异主要是由于穗弯曲造成群体郁蔽,光合减弱呼吸增强。下部CO2浓度高于中部原因:一是由于土壤释放CO2,二是呼吸释放CO2,也说明群体30cm以下高度时,群体呼吸大于光合。3立地条件和品种的改进弯曲穗型品种至生育后期,随着穗弯曲度的增加,穗的遮光面积迅速扩大,容易造成穗封行,穗位以下光照条件恶化,这对群体光能利用是很不利的。本试验结果表明,直立穗水稻不仅改善了群体上部光环境,也改善了群体中下部的光环境,同时使群体温度提高,湿度降低,改善了直立穗群体的生育环境,使中下部叶片光合作用加强,呼吸减弱,积累干物质增加,供给根部的有机物也增加,从而使根系活力旺盛,吸收足够的矿物质和水分供给叶片,这样相互促进,达到以叶养根,以根保叶的目的。这可能是直立穗水稻在生育后期保持绿叶时间长的原因之一。目前水稻生产在大面积上实现了7500kg/hm2,随着产量水平的提高,改善群体结构和群体生态环境,特别是改善群体生育后期生