水稻不同時(shí)期群體指標(biāo)與產(chǎn)量的關(guān)系研究

費(fèi)聰 李飛飛 呂尊富

摘? 要：以甬優(yōu)水稻群體指標(biāo)包括538和秀水134為實(shí)驗(yàn)材料，研究葉面積指數(shù)、生物量、莖鞘干物質(zhì)量、有效穗數(shù)等指標(biāo)在水稻不同生長時(shí)期以及不同時(shí)施肥量下的表現(xiàn)及其對水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，水稻的葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，在不同的生育期最適葉面積指數(shù)也不同。水稻群體指標(biāo)中較有代表性的生物量和莖鞘干物質(zhì)量與產(chǎn)量呈極顯著的正相關(guān)性，在不同時(shí)期相關(guān)性不同，是否投入肥料對生物量產(chǎn)出及產(chǎn)量有重大影響。研究建立了適用于浙江稻區(qū)的水稻最適群體指標(biāo)動態(tài)，分析了不同時(shí)期水稻葉面積指數(shù)，生物量，莖鞘干物質(zhì)量與產(chǎn)量的定量關(guān)系，從而為浙江省水稻產(chǎn)量的預(yù)測和調(diào)控提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水稻;葉面積指數(shù);生物量;產(chǎn)量

中圖分類號 S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A ? 文章編號 1007-7731（2018）23-0033-04

Abstract：The Yongyou538 and Xiushui134 were used as experimental materials to study the effects of leaf area index， biomass， stem and stem dry matter and effective panicle number on rice yield and rice yield were studied under different fertilization conditions.There are different optimal leaf area indices at different growth stages.There was a significant positive correlation between the representative biomass and stem and stem dry matter quality and yield in rice population.Different periods of relevance are different.Whether fertilizers are invested has a significant impact on biomass production and production.In this study， the optimum population dynamics of rice in Zhejiang rice area was established， and the quantitative relationship between leaf area index， biomass， stem and stem dry matter and yield was analyzed， which provided the theoretical basis for the prediction and regulation of rice yield in Zhejiang Province.

Key words：Rice;Leaf area index;Biomass;Yield

1 前言

近年來，隨著人們生活水平的日益提高，對水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)也提出了新的要求。塑造性狀良好的水稻群體指標(biāo)是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的前提之一，葉面積指數(shù)，群體莖蘗數(shù)，莖鞘干物質(zhì)量，生物量的積累等群體指標(biāo)的大小以及其變化動態(tài)，是影響水稻產(chǎn)量的重要因素。凌啟鴻等圍繞著水稻的群體生產(chǎn)力這一問題展開了探討，以水稻的群體質(zhì)量這一角度，從水稻的生理生態(tài)以及群體結(jié)構(gòu)等方面分析了水稻群體指標(biāo)與生產(chǎn)力之間的關(guān)系[1]。楊波等的研究則發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的種植方式如耕翻拋秧、免耕高樁拋秧和免耕拋秧三者相比較，其中常規(guī)耕翻插秧的水稻的有效分蘗期最短、有效穗數(shù)和群體莖蘗數(shù)最低，產(chǎn)量最高[2]。王術(shù)等提出，對于常規(guī)水稻育種來說，為了達(dá)到水稻高產(chǎn)，可以采用的重要育種途徑是穩(wěn)穗增?；蛘咚肓＜骖橻3]。而以水稻的穗部性狀為研究切入點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)量的目的的研究也有許多成功的經(jīng)驗(yàn)[4-6]。這些研究說明，水稻的高產(chǎn)是由有效的栽培技術(shù)，優(yōu)秀的群體指標(biāo)及良好的穗部性狀等一些列因素綜合在一起所完成的。因此，塑造良好的水稻群體有利于提高最終產(chǎn)量。之后也有關(guān)于水稻群體質(zhì)量優(yōu)化體系的研究[7-8]，這些研究比較側(cè)重于不同的栽培環(huán)境下水稻群體指標(biāo)的變化[9]。高亮之等于20世紀(jì)90年代就提出水稻最適群體動態(tài)理論，并建立了計(jì)算機(jī)模型[10]。

以往的研究著重于根據(jù)水稻理論模型來測算出水稻最適群體指標(biāo)，而本次研究則是根據(jù)大田試驗(yàn)水稻產(chǎn)量和各個(gè)時(shí)期的群體指標(biāo)的關(guān)系來測算出最適群體指標(biāo)。本研究著重于在水稻不同生長時(shí)期群體指標(biāo)的大小和變化來探討研究其與產(chǎn)量的關(guān)系，并且對比了不同時(shí)期群體指標(biāo)之間的關(guān)系以及不同施氮量下水稻不同時(shí)期群體指標(biāo)和產(chǎn)量的變化，以期建立適用于浙江稻區(qū)的水稻最適群體指標(biāo)動態(tài)。

2 材料與方法

2.1 研究方法 在湖州德清選取代表性的生態(tài)試點(diǎn)，建立水稻實(shí)驗(yàn)區(qū)，開展單季稻小區(qū)試驗(yàn)，研究單季稻各個(gè)時(shí)期的群體指標(biāo)（葉面積指數(shù)，有效穗數(shù)，莖鞘干質(zhì)量，生物量）與產(chǎn)量的關(guān)系，建立水稻群體指標(biāo)估算產(chǎn)量的模型。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料 供試水稻品種為甬優(yōu)538、秀水134，播種時(shí)間為2016年5月27日，采用直播的播種方式，播種量分別為18.75kg/hm2和45kg/hm2。

2.3 實(shí)驗(yàn)小區(qū) 每個(gè)水稻品種設(shè)10個(gè)小區(qū)，2個(gè)小區(qū)為一小組。設(shè)4個(gè)施肥處理組，1個(gè)參考組。小區(qū)為東西行向，東西長15m，南北寬3.4m。試驗(yàn)采取獨(dú)立小區(qū)，小區(qū)之間通過田埂相隔，獨(dú)立排灌，保證小區(qū)之間肥料不會相互影響。

2.4 氮素及肥料施用量對比 設(shè)置5個(gè)氮肥處理，分別施肥尿素0（N0）、70（N1）、140（N2）、210（N3）、280（N4）kg/hm2，基肥、分蘗肥和穗肥施肥時(shí)不同小區(qū)氮用量N1∶N2∶N3∶N4為1∶2∶3∶4（表1）。磷肥作基肥一次性用完，用量為過磷酸鈣990kg/hm2;氯化鉀基肥施375kg/hm2，穗肥施375kg/hm2，所有小區(qū)水平一致。施肥量如表1所示。

2.5 數(shù)據(jù)獲取及測定內(nèi)容

2.5.1 水稻群體指標(biāo)測定 在水稻的分蘗前期、分蘗期、分蘗末期、孕穗期、拔節(jié)期、灌漿期、成熟期，分別于每個(gè)小區(qū)選取代表性水稻植株4株，根據(jù)植株器官發(fā)育情況，將樣品植株分離為葉、莖和穗，放入恒溫干燥箱內(nèi)烘干，在105℃殺青30min，80℃烘干48h至恒量后稱量，然后計(jì)算各器官的干物質(zhì)量。由于葉片干重與其面積間存在一定的比例關(guān)系，本次試驗(yàn)采用比葉重法來測定葉面積。

2.5.2 水稻產(chǎn)量測定 在甬優(yōu)538與秀水134收割當(dāng)天，對各小區(qū)的生物量和稻谷鮮重進(jìn)行稱量，然后晾曬干燥至恒重后，稱量每個(gè)小區(qū)稻谷產(chǎn)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 葉面積指數(shù)隨生長期的變化 由圖1、圖2可知，在各個(gè)施氮水平下，甬優(yōu)538和秀水134這2個(gè)品種都大體隨水稻的生長呈先上升后下降的趨勢。2個(gè)品種都在孕穗期達(dá)到峰值隨后下降。孕穗期后出現(xiàn)了一定的葉片衰敗，導(dǎo)致葉面積指數(shù)下降。2個(gè)品種的水稻在分蘗末期至拔節(jié)期期間出現(xiàn)了不同程度的葉面積指數(shù)下降，推測可能是因?yàn)楸敬卧囼?yàn)播種量過大，導(dǎo)致前期無效分蘗過多，在分蘗末期至拔節(jié)期期間，無效分蘗大量死亡造成了葉面積指數(shù)的下降。秀水134的葉面積指數(shù)高于甬優(yōu)538，2個(gè)品種的葉面積指數(shù)都隨著施氮量的增加而增加。

3.2 生物量隨生長期的變化 由圖3、圖4可知，甬優(yōu)538和秀水134的生物量在各個(gè)施氮水平下都隨著水稻的生長而穩(wěn)步增加。在分蘗期至拔節(jié)期，生物量積累緩慢，甚至出現(xiàn)下降的情況，可能是因?yàn)楸敬卧囼?yàn)播種量過大導(dǎo)致前期水稻無效分蘗過多，爭搶水肥導(dǎo)致生物量無法有效地積累。在拔節(jié)期后無效分蘗死亡，生物量出現(xiàn)快速增加。2個(gè)品種都在灌漿期左右達(dá)到峰值。甬優(yōu)538的生物量高于秀水134。甬優(yōu)538和秀水134的生物量都隨著施氮量的增加而增加。

3.3 葉面積指數(shù)與產(chǎn)量的關(guān)系 由圖5、圖6可知，水稻的葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著的開口向下的拋物線關(guān)系。對于甬優(yōu)538品種來說，葉面積指數(shù)于產(chǎn)量的關(guān)系方程如下表2。利用回歸方程計(jì)算得知，甬優(yōu)538分蘗期最適葉面積指數(shù)在6左右，拔節(jié)期最適葉面積指數(shù)在8左右，孕穗期最適葉面積指數(shù)在10左右，灌漿期最適葉面積指數(shù)在7左右。秀水134分蘗期最適葉面積指數(shù)在5左右，拔節(jié)期最適葉面積指數(shù)在8左右，孕穗期最適葉面積指數(shù)在12左右，灌漿期最適葉面積指數(shù)在8左右。可以發(fā)現(xiàn)，不同的水稻品種在不同的生育時(shí)期，其最適葉面積指數(shù)都不相同?？梢钥闯?，在各個(gè)時(shí)期，甬優(yōu)538和秀水134的葉面積指數(shù)都與其產(chǎn)量呈顯著相關(guān)性。提高不同時(shí)期最適葉面積指數(shù)有利于提高產(chǎn)量。隨著水稻的生長發(fā)育，葉片會出現(xiàn)衰敗等情況，所以可以通過調(diào)節(jié)水肥，種植密度等栽培措施來達(dá)到不同時(shí)期的最適葉面積指數(shù)。從圖3、圖4分析可知，秀水134的葉面積指數(shù)高于甬優(yōu)538的葉面積指數(shù)，從而與產(chǎn)量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，可以適當(dāng)降低葉面積指數(shù)，從而提高光合作用的效能是提高最終產(chǎn)量的有效辦法。

對于秀水134品種來說，葉面積指數(shù)于產(chǎn)量的關(guān)系方程如表3所示：

3.4 生物量與產(chǎn)量的關(guān)系 甬優(yōu)538和秀水134的生物量和產(chǎn)量的關(guān)系方程如表4、表5所示。利用方程計(jì)算得知，甬優(yōu)538分蘗期最適單株生物量為15g左右，孕穗期最適生物量為35g左右，灌漿期最適生物量為39g左右（表4）。秀水134分蘗期單株最適生物量為8g左右，孕穗期最適生物量為25g左右，灌漿期最適生物量為26g左右（表5）。由于本次試驗(yàn)拔節(jié)期前出現(xiàn)了由于播種量過大從而無效分蘗大量死亡的情況，所以拔節(jié)期最適生物量不作為參考依據(jù)。從圖7、圖8可以看出，在施氮組中，4個(gè)不同施氮量的小組其肥料投入和生物量產(chǎn)出都是呈線性趨勢的。而未施氮組的生物量產(chǎn)出游離于趨勢線外，說明在水稻的生產(chǎn)中，毫無肥料投入是不可取的，必須要有一定的肥料投入才能獲得有較好的產(chǎn)量產(chǎn)出。甬優(yōu)538和秀水134在不同生長時(shí)期，其生物量和產(chǎn)量都呈顯著性相關(guān)，說明隨著水稻的生產(chǎn)發(fā)育，其生物量不斷增長，從而有利于水稻產(chǎn)量的提高。而凌啟鴻[1]等的研究發(fā)現(xiàn)，水稻的生物量與產(chǎn)量呈先增后減的拋物線關(guān)系，和本次試驗(yàn)的結(jié)論不同。

4 結(jié)論與討論

有學(xué)者認(rèn)為，水稻的產(chǎn)量是由各種水稻群體指標(biāo)不斷改良以及綜合作用的結(jié)果[11-12]。也有學(xué)者通過分析產(chǎn)量性狀之間的相關(guān)性從而提出，為了實(shí)現(xiàn)雜交水稻的高產(chǎn)，提高單穗粒重以及收獲指數(shù)是一項(xiàng)有效的途徑[13-15]，也可以提高以穗重為代表的水稻穗部性狀來實(shí)現(xiàn)水稻的高產(chǎn)目標(biāo)[16]。本次試驗(yàn)中，水稻的葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著的開口向下的拋物線關(guān)系，這與以往的研究結(jié)果基本上是一致的[17]。以往的研究發(fā)現(xiàn)，主要是因?yàn)槿~面積指數(shù)與有效穗數(shù)呈正相關(guān)，而葉面積指數(shù)與千粒重和每穗實(shí)粒數(shù)呈負(fù)相關(guān)，導(dǎo)致葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系。在不同的生育期有不同的最適葉面積指數(shù)，通過調(diào)節(jié)水肥等栽培措施來減少葉片衰敗有利于提高產(chǎn)量。研究2個(gè)品種間差異發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)降低孕穗期葉面積指數(shù)來提高光合作用效能是提高產(chǎn)量的有效方法。本次試驗(yàn)中，由于播種量過大，水稻生長前期出現(xiàn)了大量的無效分蘗，在分蘗末期后出現(xiàn)了大量無效分蘗死亡的現(xiàn)象，這對水稻的產(chǎn)量產(chǎn)生了不利的影響，在來年的水稻播種及生產(chǎn)實(shí)踐上要避免出現(xiàn)這樣的情況。研究水稻群體指標(biāo)中較有代表性的生物量和莖鞘干物質(zhì)量與產(chǎn)量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，其與產(chǎn)量呈極顯著的正相關(guān)性。對于生物量來說，肥料的投入與生物量的產(chǎn)出呈顯著正相關(guān)，但是不施肥會導(dǎo)致生物量產(chǎn)出大幅下降從而影響產(chǎn)量，所以在生產(chǎn)實(shí)踐中施肥是有必要的。水稻葉面積指數(shù)、生物量、莖鞘干物質(zhì)量三者也呈顯著的正相關(guān)，這也與以往的研究結(jié)果相似[18]，說明三者是互相影響的。對比葉面積指數(shù)、莖鞘干物質(zhì)量和生物量的變異系數(shù)發(fā)現(xiàn)，水稻群體指標(biāo)在不同的時(shí)期變異較大，不同品種間同一時(shí)期的變異系數(shù)也不相同，表明在研究水稻群體指標(biāo)與產(chǎn)量的關(guān)系時(shí)，要區(qū)分不同的時(shí)期，也要因品種而異。這一系列結(jié)果表明，構(gòu)建良好的水稻群體指標(biāo)模型有利于水稻的高產(chǎn)。

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（責(zé)編：張宏民）