江淮下游地区籼粳超级稻生育期与温光资源利用特征的差异研究.docx
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江淮下游地区籼粳超级稻生育期与温光资源利用特征的差异研究
江淮下游地区籼粳超级稻生育期与温光资源利用特征的差异
研究
龚金龙 邢志鹏 胡雅杰 张洪程∗ 戴其根 霍中洋 许轲 魏海燕 高辉
(扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心/江苏省作物遗传生理重点实验室,江苏扬州225009;∗通讯联系人,EGmail:
hczhang
@yzu.edu.cn)
DifferenceinGrowthDurationandUtilizationofTemperatureandSolar
RadiationBetweenindicaandjaponicaSuperRiceintheLowerYangtzeand
HuaiheRiverValley
GONGJinGlong,XINGZhiGpeng,HUYaGjie,ZHANGHongGcheng∗,DAIQiGgen,HUOZhongGyang,XUKe,WEI
HaiGyan,GAOHui
(InnovationCenterofRiceCultivationTechnologyintheYangtzeRiverValley,MinistryofAgriculture/KeyLaboratoryofCrop
GeneticsandPhysiologyofJiangsuProvince,YangzhouUniversity,Yangzhou225009,China;∗Correspondingauthor,EGmail:
hczhang@yzu.edu.cn)
GONGJinlong,XINGZhipeng,HUYajie,etal.Differenceingrowthdurationandutilizationoftemperatureandsolar
radiationbetweenindicaandjaponicasuperriceinthelowerYangtzeandHuaiheRiverValley.ChinJRiceSci,2014,
28(3):
267G276.
Abstract:
Inordertorevealthedifferenceingrowthdurationandutilizationoftemperatureandsolarradiationbetween
indicaandjaponicasuperrice,afieldexperimentwasconductedwithfivemainrepresentativesuperhybridindica
combinationsandfiveconventionaljaponicasuperricevarietiesasmaterialsinthericeGwheatcroppingareas.Themain
growthstages,drymatteraccumulation,effectiveaccumulatedtemperature,productionefficiencyoftemperature,
photosyntheticallyactiveradiationandsolarenergyutilizationwereanalyzedsystematically.Resultsshowedthat,the
growthprocessesofjaponicariceinthefieldwerelaterthanindicarice,16.2dayslaterforricematurityandharvest
time.Grainfillingstageofjaponicaricewassignificantlylongerthanthatofindicarice,withanincreasingrateof
2582%.Comparedwithindicarice,japonicaricehadstrongadaptabilitytolowtemperature,whichwasbeneficialfor
prolongingheadingandgrainfillingappropriately,lengtheninggrainfillingandgrowthduration,andincreasingthe
utilizationoftemperatureandsolarradiationinlateautumn.Japonicaricehadsignificantlyhighergrainyield,biological
yield,grainyieldperday,andgrowthduration,effectiveaccumulatedtemperature,photosyntheticallyactiveradiation
andsolarenergyutilizationofthewholegrowthduration,andNo.ofdays,effectiveaccumulatedtemperatureand
photosyntheticallyactiveradiationofthemajorgrowthduration,andproductionefficiencyoftemperaturefromheading
tomaturity,anddrymatteraccumulationandsolarenergyutilizationfromjointingtomaturity,whilegrainfillingrate
andproductionefficiencyoftemperatureofthecriticalperiodfromsowingtoheadingandthewholegrowthstages,and
drymatteraccumulationandsolarenergyutilizationfromsowingtojointingfollowedanoppositetendencyaccordingly.
Correlationanalysisshowedthat,grainyieldofricewasfoundtobesignificantlypositivelyassociatedwithgrowth
duration,grainyieldperdayandgrainfillingstage,whilesignificantlynegativelyrelatedtograinfillingrate.
Moreover,biologicalyieldwashighlysignificantlycorrelatedwitheffectiveaccumulatedtemperature,
photosyntheticallyactiveradiationandsolarenergyutilizationofthewholegrowthduration.Howevertherewasa
insignificantlynegativecorrelationbetweenbiologicalyieldandproductionefficiencyoftemperatureofthewholegrowth
duration.Therefore,basedonstabilizingandraisingtheutilizationoftemperatureandsolarradiation,grainyieldper
dayandgrainfillingrate,theincrementofeffectiveaccumulatedtemperatureandphotosyntheticallyactiveradiation
throughlengtheninggrowthduration,especiallyforgrainfilling,couldincreaseperiodicdrymatteraccumulationand
biologicalyield,whichwasoneofimportantapproachesandcharacteristicsofhighproductivityofjaponicarice.
Keywords:
superrice;indicarice;japonicarice;growthduration;utilizationoftemperatureandsolarradiation
收稿日期:
2013G07G17;修改稿收到日期:
2013G09G16.
基金项目:
国家粮食丰产科技工程资助项目(2011BAD16B03);农业部超级稻专项资助项目;江苏省普通高校研究生科研创新基金资
助项目(CXZZ12_0903).
762
中国水稻科学(ChinJRiceSci),2014,28(3):
267-276
http:
//www.ricesci.cn
DOI:
10.3969/j.issn.1001G7216.2014.03.006
龚金龙,邢志鹏,胡雅杰,等.江淮下游地区籼粳超级稻生育期与温光资源利用特征的差异研究.中国水稻科学,
2014,28(3):
267G276.
摘 要:
为阐明籼粳超级稻生育期及温光资源利用特征的差异,以当地主体且具有代表性的5个超级杂交籼稻组合
和5个常规粳型超级稻品种为试验材料,在稻麦两熟制条件下对籼粳超级稻主要生育期、干物质积累量、有效积温、温
度生产效率、光合有效辐射、光能利用率等方面进行了系统比较.结果表明,大田生长阶段粳稻生育进程迟于籼稻,成
熟期粳稻较籼稻迟16.2d,其中抽穗G成熟期较籼稻长25.82%,差异极显著.粳稻对低温具有较强的适应性,利于适
当推迟抽穗结实,延长灌浆结实期与全生育期,加强对秋末温光资源的利用.粳稻经济产量、生物产量、日产量、全生
育期天数、有效积温、光合有效辐射和光能利用率以及主要生育期、有效积温和光合有效辐射、抽穗G成熟期温度生产
效率、拔节G成熟期干物质积累量和光能利用率均高于籼稻;而灌浆速率、全生育期温度生产效率以及播种G抽穗期温
度生产效率、播种G拔节期干物质积累量和光能利用率均低于籼稻,差异显著或极显著.相关分析表明,水稻实收产量
与全生育期天数、日产量和灌浆结实期天数均呈极显著正相关,而与灌浆速率呈极显著负相关;生物产量与全生育期
有效积温、光合有效辐射和光能利用率均呈极显著正相关,而与全生育期温度生产效率负相关,且相关未达显著水平.
因此,在稳定提高温光资源利用率、日产量和灌浆速率的基础上,通过延长生育期,尤其是灌浆结实期,来提高有效积
温和光合有效辐射,进而提高干物质阶段积累量及生物学产量,是粳稻高生产力形成的重要途径与特征之一.
关键词:
超级稻;籼稻;粳稻;生育期;温光利用
中图分类号:
Q321+.6;S5110351 文献标识码:
A 文章编号:
1001G7216(2014)03G0267G10
为稳定提高水稻产量,保障国家粮食生产安全
和促进经济社会科学发展,中国、日本、韩国以及菲
律宾等水稻生产大国先后提出了各自的超级稻育种
目标和途径,并取得了令人瞩目的进展[1G3].目前,
超级稻育种在国际上形成了中国、国际水稻研究所、
日本三个研究中心,其中,以中国的研究最为广泛和
活跃,已构成了南方籼稻(长江下游粳稻)、北方粳稻
的研究格局.至2013年,我国认定的超级稻品种已
达101个之多[4G5].其中,籼型超级稻以杂交稻为
主,粳型超级稻全部为常规稻,因此,开展高产栽培
条件下常规粳型超级稻与超级杂交籼稻综合生产力
和产量形成的生态生理特征的系统比较研究,具有
重要的理论意义与生产实践价值.众所周知,稻有
籼、粳之分,籼稻是基本型,粳稻是变异型,即稻作史
上先有籼后有粳,粳稻可能是自然和人工共同选择
的、适应冷凉气候的亚种[6],粳稻可能在某些形态生
理特征特性上具有一定的优势.在这一思想的指导
下,解放以后我国稻作界曾几度开展“北粳南移”的
探讨,但“北粳南移”几起几伏,粳稻种植面积和总产
一直稳步不前.随着国民经济的快速发展和人民生
活水平的不断提高,人们对粮食品质的要求越来越
高,优质粳米也越来越受到消费者的青睐.特别是
近年来,北方“面食改米食”和南方“籼米改粳米”趋
势非常明显[7G9].因此,新世纪以来当“籼改粳”再次
出现在人们视野当中时,又一次引起了全国范围内
稻作学家的大思考与大争论.温光资源利用是水稻
生长季节安排和种植区划与品种合理布局的重要依
据[10],而“籼改粳”是否能实现稻季温光资源的深度
利用和品种生产潜力的充分开发,却是至今仍需系
统明确而亟待解决的重要问题.为此,本研究立足
苏中地区,在稻麦(油)两熟籼、粳同季兼作条件下,
选用当地大面积适宜推广种植的常规粳型超级稻品
种和超级杂交籼稻组合为试验材料,并配套高产栽
培管理措施,在此基础上,深入分析两种类型品种生
育期和温光资源利用特征的差异及其与产量形成的
关系,以期为“籼改粳”以及超级稻品种温光资源的
合理利用和增产潜力的挖掘提供参考.
1 材料与方法
1.1 试验地点及供试材料
试验于2011—2012年在扬州大学农学院校外
试验基地江苏省兴化市钓鱼镇科研基地(119°57′E,
33°05′N)进行.该区位于江淮之间,江苏里下河腹
地,属北亚热带湿润气候区,年平均温度15℃左右,
年降水量1024.8mm左右,全年日照时数2305.6h
左右,无霜期227d左右.地势低洼,平均地面海拔
仅2.4m,境内湖泊众多,河流纵横,属水网圩区.
试验地前茬均为小麦(实收产量6.1t/hm2).土壤
地力中等,勤泥土,质地黏性,有机质含量22.3g/
kg,全氮1.54g/kg,速效磷14.5mg/kg,速效钾
111.9mg/kg,pH7.2,0-20cm耕作层土壤容重
129g/cm3.
供试籼型超级杂交稻组合为中熟中籼稻扬两优
6号、两优培九、新两优6380、Ⅱ优084、丰两优1
号,全生育期145~150d;常规粳型超级稻品种为早
熟晚粳稻南粳44、宁粳3号、扬粳4038、镇稻11、武
运粳24,全生育期160~165d.
1.2 试验设计和栽培管理
在江淮下游稻G麦两熟制条件下,根据籼、粳稻
高产特征和要求,分别设置能充分发挥两种类型水
862中国水稻科学(ChinJRiceSci) 第28卷第3期(2014年5月)
稻品种产量潜力的密、肥、水等高产栽培管理技术措
施.应用精确定量栽培原理设计,5月15日将催好
芽的稻种用旱育保姆拌种后均匀撒播,旱育壮秧,6
月15日移栽,株行距为13.3cm×30cm,常规粳稻
每穴2苗,杂交籼稻每穴1苗.杂交籼稻总施氮量
225kg/hm2,常规粳稻300kg/hm2,氮肥运筹比例
均为m基蘖肥∶m穗肥=5∶5,m基肥∶m分蘖肥=6∶4,
mN∶mP2O5∶mK2O=2∶1∶2.分蘖肥于移栽后1
叶龄一次性施入,穗肥于倒4叶和倒3叶分两次施
用,磷肥全部作基肥,钾肥分基肥和拔节肥等量施
用.在有效分蘖临界叶龄的前一个叶龄,当茎蘖数
达到预期穗数的80%时,开始排水搁田,轻搁、多
搁;拔节至成熟期实行湿润灌溉,干干湿湿.其他栽
培管理措施均按照高产栽培要求实施.
试验重复3次,共30个小区,随机区组排布,每
个小区33.3m2.不同类型和品种间作埂隔离,并
用塑料薄膜覆盖埂体,各处理间设有间隔沟约0.5
m,试验区四周设有排灌沟约1m,保证各小区单独
排灌.
1.3 测定内容与方法
1.3.1 生育期及气象资料收集
观测并记载各供试水稻品种拔节、抽穗、成熟等
主要生育期对应的准确日期.逐日气温和日照时数
等当年气象资料取自江苏省兴化市气象站钓鱼观测
点.
1.3.2 干物质量测定
移栽前1d,调查单位面积成苗数,并在秧床上
选择出苗均匀处切取秧块(10cm×10cm)3块,剔
除小苗(苗高在平均苗高1/2以下者),洗去根部土
壤,剪去根系,计算苗数,置105℃下杀青30min,
80℃下烘至恒重,称取干物质量.并分别于拔节期、
抽穗期和成熟期等关键生育期按每小区茎蘖(穗)数
的平均值取代表性植株5穴,105℃下杀青30min,
80℃下烘至恒重,测定干物质量.
1.3.3 割方测产
成熟期每小区收割100穴,测定水分,去除杂
质,折算实产.
1.4 数据计算与统计方法
1.4.1 数据计算
根据籼稻生物学下限温度(又称生物学零度,
12℃,粳稻10℃)[11],分别计算各供试水稻品种有效
积温:
EAT=∑(T-T0)•GD1)
式中,EAT为有效积温(℃d),T为日均温
(℃),T0为生物学下限温度(℃),GD为生育期天数
(d).
温度生产效率[(kg/(hm2℃d)]=单位面
积干物质阶段积累量/生育期间有效积温.
国内外大量研究表明[12G15],日总太阳辐射月均
值与天文辐射日总量月均值的比值和日照百分率月
均值之间存在着显著或极显著的相关性.本研究采
用目前广泛使用的AngstromGPrescott模型[16]将日
照时数换算成太阳辐射日总量(即光合有效辐射).
主要计算公式如下:
Q=Q0(a+bS/S0)2)
Q0=TI0f/p(cosjcosdsinws+
pws/180sinjsind)3)
f=1+0.033cos(360n/365)4)
S0=2/15cos-1(-tanjtand)5)
ws=cos-1(-tanjtand)6)
d=23.45sin〔360/365(284+n)〕7)
式中,Q为太阳辐射日总量[MJ/(m2d)],Q0
为天文辐射日总量[MJ/(m2d)],a和b为AngG
strom系数(表1[17]),S为实测日照时数(h),S0为
理想日照时数(h),S/S0为日照百分率,T为一天时
间(24×3600s),I0为太阳辐射常数(1.367×10-3
MJ/(m2d)),f为日地距离修正系数,j为地理纬
度(°),d为太阳赤纬(°),ws为日落时角(°),n为从1
月1日算起的日序数.
光合有效辐射及其利用率采用以下公式计算:
PAR=∑QGD(8)
SEU=[(DWH)/(PAR100)]×100%(9)
表1 各个月份的Angstrom系数a和b值[17]
Table1.TheAngstromcoefficientofaandbforeachmonth[17].
系数
Coefficient
月份Month
123456789101112
a0.1950.1670.1870.1870.2110.2390.3030.2720.3040.2900.2060.212
b0.7610.6930.6830.7030.7120.6240.5290.5760.4870.5670.6790.744
962龚金龙:
江淮下游地区籼、粳超级稻生育期与温光资源利用特征的差异研究
式中,PAR为测定期间光合有效辐射(MJ/
m2),Q为太阳辐射日总量[MJ/(m2d)],GD为
生育期天数(d),SEU为光能利用率(%),DW为测
定期间干物质的增量(t/hm2),H为能量转换系数,
表示每1g干物质所含的能量,取值1.75×10-2
MJ/g[18].
1.4.2 数据处理
采用MicrosoftExcel2003进行数据的录入、
计算与作图;运用SPSS数据处理系统[19]进行统计
分析,数据间的多重比较采用LSD法.两年试验结
果趋势一致,本研究主要以2012年数据进行分析.
2 结果与分析
2.1 籼粳超级稻生育期的差异
从表2可以看出,大田生长期间粳稻生育进程
略迟于籼稻,尤其是成熟收获期两种类型品种相差
15d左右,这在全生育期天数上也有较好反映.粳
稻平均全生育期天数达163.4d,籼稻仅147.2d,粳
稻高出籼稻16.2d,差异极显著.进一步分析籼粳
超级稻主要生育可以发现(表2),粳稻播种G移栽
期、移栽G拔节期、拔节G抽穗期和抽穗G成熟期平均为
31.0、48.0、30.8、53.6d,籼稻与粳稻在移栽G拔节期、
拔节G抽穗期和抽穗G成熟期天数差异达到极显著水
平.再从品种间主要生育期天数的变异系数来看
(表2),粳稻移栽G拔节期、拔节G抽穗期和抽穗G成熟
期及全生育期的变异系数分别为1.47%、1.45%、3.
64%、0.70%,均小于籼稻,说明粳稻品种生育进程
稳定,这可能与粳稻感光性较强有关.由此可见,较
长的全生育期和灌浆结实期是粳稻高产形成的基本
目标和特征之一.
表2表明,2012年粳稻平均实收产量达
1089t/hm2,籼稻仅9.62t/hm2,粳稻较籼稻高
1321%,差异极显著.粳稻平均日产量为66.67
kg/(hm2d),略高于籼稻,差异不显著;而粳稻平
均灌浆速率仅203.36kg/(hm2d),极显著低于籼
稻,差异幅度达10.01%.相关分析显示(图1),水
稻实收产量与全生育期天数(r1)、日产量(r2)和灌
浆结实期天数(r3)均呈极显著正相关(r1=
表2 籼粳超级稻生育期的差异
Table2.Differenceingrowthdurationbetweenindicaandjaponicasuperrice.
类型与品种
Typeandcultivar
SGT
/d
TGJ
/d
JGH
/d
HGM
/d
GD
/d
GY
/(thm-2)
GYD
/(kghm-2d-1)
GFR
/(kghm-2d-1)
粳稻japonicarice
南粳44Nanjing443148315316310.8966.78205.38
宁粳3号Ningjing33149315116210.7466.29210.57
扬粳4038Yangjing40383148315316310.6065.03200.00
镇稻11Zhendao113148305516410.9466.72198.94
武运粳24Wuyunjing243147315616511.3168.52201.89
平均值Mean31.048.030.853.6163.410.8966.67203.36
变异系数CV/%0.001.471.453.640.702.441.882.32
籼稻indicarice
扬两优6号Yangliangyou6314629431499.8666.14229.19
两优培九Liangyoupeijiu3144304515010.0566.98223.26
新两优6380Xinliangyou6380314429421469.4164.44224.00
丰两优1号Fengliangyou1314329431469.5465.31221.75
Ⅱ优084Ⅱyou084314529401459.2763.93231.74
平均值Mean31.044.429.242.6147.29.6265.36225.99
变异系数CV/%0.002.571.534.261.473.341.891.89
两者差异Difference
±0.03.61.611.016.21.271.31-22.63
%0.008.11∗∗5.48∗∗25.82∗∗11.01∗∗13.21∗∗2.00-10.01∗∗
CV-变异系数.∗,∗∗分别表示在5%和1%水平上差异显著.下同.
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