高光效栽培模式下东北粳稻光合物质生产特征研究

李洪亮　柴永山　高春艳　孙玉友　魏才强　解忠　张巍巍　刘丹　程杜娟　赵云彤（黑龙江省农业科学院牡丹江分院，黑龙江牡丹江5704；穆棱市农业技术推广中心，黑龙江穆棱57500；第一作者：xplusr@63.com）



高光效栽培模式下东北粳稻光合物质生产特征研究

李洪亮1柴永山1高春艳2孙玉友1魏才强1解忠1张巍巍1刘丹1程杜娟1赵云彤1
（1黑龙江省农业科学院牡丹江分院，黑龙江牡丹江157041；2穆棱市农业技术推广中心，黑龙江穆棱157500；第一作者：xplusr@163.com）

摘要：以东农428和龙稻5号为试验材料，对不同栽培模式下东北粳稻光合物质生产特征进行研究。结果表明，适宜垄距下采用高光效栽培模式，水稻的干物质积累、运转及叶面积、光合势等物质生产和光合生产特征明显优于其他栽培模式，其成熟期群体干物质量和产量比常规栽培分别高1.75～2.51 t/hm2和2.66～3.78 kg/30 m2。同为高光效栽培模式，（20+40）cm×15 cm的垄距处理其成熟期群体干物质量和产量明显高于（20+50）cm×15 cm的垄距处理，分别高2.00～2.67 t/hm2和2.91～4.95 kg/30 m2，说明行距超出适宜范围其群体干物质积累反而下降，不利于水稻高产群体的形成。

关键词：水稻；高光效；干物质量；光合生产特征

水稻产量主要来源于光合物质的转化和积累，且产量的高低取决于光合物质的积累量及其分配、运输和转化是否协调统一［1］。有关水稻干物质及光合生产特征，前人开展了大量工作并取得了一定成果［2-3］。高光效栽培技术是中国科学院东北地理与农业生态研究所研究的一种水稻新型栽培模式。该栽培技术充分利用风、光、温等气候资源从而提高水稻产量，可以明显改善水稻群体微气象环境，通风好、透光性高，边际效应明显。因此，本研究设置了5种栽培模式处理，对不同栽培模式下水稻的干物质积累、分配、运转及叶面积、光合势等物质生产和光合生产进行了较为系统的研究，以明确高光效栽培模式下东北粳稻的干物质生产及光合生产特征，为东北粳稻高产栽培和育种提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验材料

2014年将试验地点设在黑龙江省农业科学院牡丹江分院试验田，选用东北粳稻品种东农428（散穗型）和龙稻5号（半紧穗型）作为供试材料。

1.2试验设计

试验于4月14日播种，5月22日移栽。设置5种插秧模式：30 cm×15cm（A）、（20+40）cm×15cm（B）、（20+50）cm×15cm（C）、（20+40）cm×15cm（D）和（20+ 50）cm×15cm（E），A、B、C为南北垄向（实测磁南偏西4°），D、E为高光效栽培模式（垄向为磁南偏西21°）。采用随机区组设计，3次重复，小区面积30 m2。纯氮施用量200 kg/hm2，基肥、蘖肥、调节肥、促花肥、保花肥施用比例为4∶2∶2∶1∶1。磷酸二铵120 kg/hm2，全部作基肥施入；硫酸钾100 kg/hm2，60%作基肥，40%作穗肥。

1.3测定项目与方法

1.3.1干物质和叶面积的测定

分别于拔节期、孕穗期、抽穗期、蜡熟期、成熟期，按每小区茎蘖数的平均数取代表性植株10丛为1个样本，分为叶、茎、鞘、穗几个部分（拔节期仅分为叶和茎鞘），105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒重，测定各部分干物质量，并采用比重法测定叶面积。在抽穗期测定叶面积时，将叶面积分为总叶面积（全部茎蘖的叶面积）、有效叶面积（有效茎蘖的叶面积）和高效叶面积（有效茎蘖顶3叶的叶面积）。

表观输出量=孕穗期叶（鞘）或抽穗期茎干质量－成熟期叶（鞘、茎）干质量；表观输出率（%）=表观输出量/孕穗期叶（鞘）干质量（或抽穗期茎干质量）×100；表观转化率（%）=表观输出量/成熟期籽粒干质量×100；光合势（×104m2·d/hm2）＝1/2（L1+L2）×（t2-t1），式中，L1和L2为前后2次测定的叶面积，t1和t2为前后2次测定的时间。

表1　不同栽培模式下水稻主要生育期单茎干物质量和群体干物质量

表2　不同栽培模式下水稻主要生育阶段群体干物质积累量及其比例

1.3.2产量测定

成熟后每小区连续取样5丛，室内考查每穗粒数、结实率和千粒重等指标，计算理论产量，并实收小区测产。

1.4数据处理及分析

用Excel 2003进行数据处理，DPS 7.05进行统计分析。

2　结果与分析

2.1水稻主要生育期单茎干物质量和群体干物质量

由表1可见，不同栽培模式下水稻主要生育期单茎干物质量和群体干物质量存在显著差异。从单茎干物质量变化看，各生育时期均表现为处理E＞C＞D＞B＞A，其中，E处理的单茎干物质量比A处理高0.10～0.38 g，说明垄距和垄向对单茎干物质量影响较大。从群体干物质量变化看，拔节期至成熟期供试品种均表现为处理D＞B＞A＞E＞C，其中，D处理的群体干物质量最大，比常规栽培的A处理高0.46～2.51 t/hm2，说明适宜垄距下高光效栽培模式有利于水稻群体干物质的积累。

2.2水稻主要生育阶段群体干物质积累量及其比例

由表2可见，供试品种在各生育阶段群体干物质积累量均表现为处理D＞B＞A＞E＞C。播种期至成熟期，高光效栽培模式处理D和处理E分别高于与之对应的正常垄向处理B和处理C，而常规栽培模式处理A则与处理E表现较为接近，处理D与处理C在播种期至拔节期相差0.54～0.73 t/hm2，拔节期至抽穗期相差0.83～1.21 t/hm2，抽穗期至成熟期相差0.82～1.21 t/hm2。产量表现为处理D＞B＞A＞E＞C，处理C和处理E产量相对较低，主要是由于基本苗数较少，虽然单丛光合物质生产能力强，但群体光合物质的积累量明显不足，因而总产较低。

2.3水稻单茎叶的干物质输出和转化特征

叶片是水稻进行光合作用的重要器官，不同栽培模式下供试品种单茎叶的干物质输出和转化表现为处理E＞C＞D＞B＞A，即宽窄垄插秧模式高于常规插秧模式，垄距为（20+50）cm的插秧模式高于垄距（20+40）cm的插秧模式，且高光效栽培模式分别高于与之对应的正常垄向栽培模式，说明垄距和垄向对东北粳稻叶片的干物质输出和转化有重要影响。

2.4水稻群体叶面积指数、抽穗期叶面积组成和光合势

由表4可见，不同栽培模式下水稻的叶面积指数在各生育期均存在显著差异，表现为处理D＞B＞A＞E＞C，且各处理均在孕穗期达最大值，而后下降，成熟期降至最低。不同栽培模式下供试品种有效叶面积率和高效叶面积率均表现为处理E＞C＞D＞B＞A，其中，有效叶面积率在94.34%～96.73%，高效叶面积率在69.07%～74.22%。不同栽培模式下供试品种由于叶面积指数等不同，各生育阶段和全生育期的总光合势明显不同。

表3　不同栽培模式下水稻单茎叶的干物质表观输出和转化

表4　不同栽培模式下水稻群体叶面积指数、抽穗期叶面积组成和光合势

3　讨论

从理论上分析，凡是有助于提高群体光能利用率、叶面积指数、光合势，进而促进光合物质生产和积累的任何栽培方式，都有利于水稻高产的创建。吴文革等［4］研究表明，不同类型品种对行距要求不同，行距缩小，群体通风透光性变差，使光合物质生产能力受到影响，产量会明显下降。李艳大等［5］研究表明，叶面积指数、叶片光合能力、太阳高度角和辐射强度等数值较大时有利于紧凑型品种产量的提高。朱元刚等［6］研究表明，合理配置行株距、构建适宜的群体空间、协调产量构成因素等是产量提高的重要因素。本研究表明，相同行距时，高光效栽培模式下群体干物质量分别大于对应的南北垄向，说明高光效栽培模式有利于群体对光能的利用，可有效提高群体的光合生产能力。但行距不宜过宽，本研究中高光效栽培模式下垄距为（20+40）cm×15 cm成熟期群体干物质量和产量明显高于垄距为（20+ 50）cm×15 cm的处理，说明行距超出适宜范围其群体干物质积累反而下降，不利于水稻高产群体的形成。

本研究中，平均行距相同时，正常垄向宽窄行栽培条件下群体有效穗数高于常规栽培，而改变垄向的高光效栽培模式其群体有效穗数又明显高于前两者。综合上述，可通过改变垄距和垄向来提高东北粳稻的生产潜力。本研究中垄距为（20+40）cm×15 cm的高光效栽培模式较有利于水稻群体干物质量的积累和产量的形成。

参考文献

［1］凌启鸿.作物群体质量［M］.上海：上海科学技术出版社，2000：44-107.

［2］Takai T，Matsuura S，Nishio T，et al. Rice yield potential is closely related to crop growth rate during late reproductive period［J］. Field Crop Res，2006，96：328-335.

［3］魏海燕，张洪程，戴其根，等.不同水稻氮利用效率基因型的物质生产与积累特性［J］.作物学报，2007，33（11）：1 802-1 809.

［4］吴文革，陈刚，许有尊，等.不同类型水稻品种机插适宜行距及株距配置研究［J］.中国农机化学报，2015，36（2）：41-46.

［5］李艳大，朱相成，汤亮，等.基于株型的水稻冠层光合生产模拟［J］.作物学报，2011，37（5）：868-875.

［6］朱元刚，高凤菊.不同行株距配置下夏播谷子产量及相关性状的多重分析［J］.核农学报，2014，28（12）：2 290-2 299.

Characteristics of Photosynthesis and Matter Production of Japonica Rice in Northeast China under High-light-efficiency Cultivation Mode

LI Hongliang1，CHAI Yongshan1，GAO Chunyan2，SUN Yuyou1，WEI Caiqiang1，XIE Zhong1，ZHANG Weiwei1，LIU Dan1，CHENG Dujuan1，ZHAO Yuntong1
（1Mudanjiang Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Mudanjiang，Heilongjiang 157041，China；2Muling City Agricultural Technology Promotion Center，Muling，Heilongjiang 157500，China；1st author：xplusr@163.com）

Abstract：Dongnong 428 and Longdao5 were used as test materials to research the characteristics of photosynthesis and matter production of japonica rice in Northeast China under different cultivation mode. The results showed that，under the appropriate ridge distance，the material production and photosynthetic characteristics of high-light-efficiency cultivation mode such as the dry matter accumulation，transportation，leaf area，photosynthetic potential were better than those of other cultivation modes，and the group dry weight and yield at the maturing stage were 1.75～2.51 t/hm2and 2.66～3.78 kg/30 m2higher than conventional cultivation. The group dry matter weight and yield of（20+40）cm×15 cm ridge distance treatment were significantly higher than those of（20+50）cm×15 cm ridge distance treatment under high-light-efficiency cultivation mode，increased by 2.00～2.67 t/hm2and 2.91～4.95 kg/30 m2respectively. It suggested that accumulation of group dry matter would decrease when the ridge distance was beyond the suitable range，and not conducive to the final formation of high yield population of rice.

Key words：rice；high-light-efficiency；dry matter weight；characteristics of photosynthetic production

中图分类号：S511.048

文献标识码：A

文章编号：1006-8082（2016）02-0047-04

收稿日期：2015－10－01

基金项目：国家科技成果转化项目（2011GB2B200001）；国家科技支撑子课题（2011BAD35B02-01-01）；现代农业产业技术体系建设专项（CARS-01-41）