减氮背景下超高产水稻品种产量和氮肥利用效率的农学与生理研究

发布时间：2020-04-13 01:23

【摘要】：水稻是我国最重要的粮食作物之一,水稻生产对保障国家粮食安全起着重要作用。建国以来,我国水稻总产不断增加,这主要源于水稻单产的增加,而水稻单产的增加与品种改良密切相关。利用品种间杂种优势与理想株型相结合培育的籼型超级杂交稻和利用亚种间杂种优势培育的籼粳杂交稻品种均具有较高的产量潜力。然而这些超高产品种通常种植在高氮环境下,它们在减氮条件下的产量和氮肥利用效率(NUE)表现仍不清楚。为此,我们于2014-2015年在湖北省武穴市进行减氮条件下籼型超级杂交稻(扬两优6号和Y两优1号)、籼型杂交稻(珞优10号和川优6203)和籼型常规稻(黄华占和绿稻Q7)的产量和NUE差异比较试验,试验设置不施氮(N0:0 kg N ha~(-1))和减氮(N90:90 kg N ha~(-1))两个氮肥处理,并以当地农民习惯施氮量180 kg N ha~(-1)(N180)作为高氮对照处理。在2015-2017年,我们比较了籼粳杂交稻甬优4949、籼型超级杂交稻扬两优6号和籼型常规稻黄华占在减氮条件下(100 kg ha~(-1)的施氮量)的产量和NUE表现。了解这些品种在减氮背景下的产量和NUE表现及其农学和生理机制,可为绿色高效水稻新品种的培育和减氮栽培技术的发展提供理论依据。主要试验结果如下:(1)在不施氮、减氮和高氮对照处理下,籼型超级杂交稻2014和2015年的平均产量分别比籼型常规稻高5.4%、8.4%和6.6%,差异均达显著水平,而其与籼型杂交稻仅在施氮处理下差异显著,在减氮和高氮对照处理下两年平均分别比籼型杂交稻增产3.7%和8.8%。从产量构成因子方面分析,相对较高的结实率和籽粒重是籼型超级杂交稻在三个氮肥处理下产量高于籼型杂交稻和籼型常规稻的原因。从物质生产和分配方面分析,在不施氮肥处理下,籼型超级杂交稻产量高于籼型杂交稻和籼型常规稻主要归因于显著高的收获指数,在减氮处理下,主要是干物质积累和收获指数综合作用的结果,而在高氮对照处理下主要归因于较高的干物质积累。(2)在不施氮和减氮处理下,籼型超级杂交稻的植株总氮积累与籼型杂交稻和籼型常规稻无显著差异,但在高氮对照处理下,籼型超级杂交稻具有相对较高的植株总氮积累量。在三个氮肥处理下,籼型超级杂交稻的NUE(氮素籽粒生产效率、氮素收获指数、氮肥农学利用效率、氮素生理利用效率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力)均高于籼型杂交稻和籼型常规稻,且其较高的NUE与其较高的收获指数和较低的齐穗期叶面积指数、成熟期叶片氮素浓度等有关。(3)籼粳杂交稻甬优4949在100 kg N ha~(-1)下的产量显著高于籼型超级杂交稻扬两优6号和籼型常规稻黄华占,在2015-2017年平均分别比扬两优6号和黄华占增产10.6%和19.5%。从产量构成方面分析,显著高的每穗颖花数是甬优4949产量高于扬两优6号和黄华占的主要原因,而其较高的每穗颖花数主要源于较高的干物质颖花生产效率、氮素颖花生产效率和积温颖花生产效率。从物质生产和分配方面看,甬优4949的粒叶比和收获指数显著高于扬两优6号和黄华占;就干物质积累而言,籼粳杂交稻甬优4949花后干物质积累较高。较长的籽粒灌浆期、花后缓慢的叶片衰老、相对较长的绿叶面积持续期、相对较高的光能利用效率、较优的冠层结构(消光系数K_L小)和光氮在冠层内的垂直分布(较大的氮素消光系数K_N和K_N/K_L比值)是甬优4949花后干物质积累较高的原因。(4)就氮素积累和NUE而言,籼粳杂交稻甬优4949的植株总氮积累量不占优势,但其NUE显著高于籼型超级杂交稻扬两优6号和籼型常规稻黄华占,其氮素籽粒生产效率、氮素收获指数和氮肥偏生产力在2015-2017年平均分别比扬两优6号高8.2%、6.2%和10.6%,而比黄华占分别高18.4%、17.7%和19.5%,且其较高的NUE与其较高的收获指数和K_N/K_L值,较低的齐穗期叶面积指数和成熟期叶片氮素浓度有关。综上所述,超高产的籼型超级杂交稻和籼粳杂交稻品种在减氮背景下仍具有较高的产量,且其NUE均不低于其它类型水稻品种。在减氮条件下,较高的结实率和收获指数对籼型超级杂交稻的产量形成和NUE起着重要作用。较大的库容、较高的花后干物质积累、较优的源库协调性(较高的粒叶比和收获指数)以及良好的冠层结构和光氮在冠层内的协调分布是籼粳杂交稻甬优4949高产和氮高效的原因。明确这些超高产品种在减氮栽培下的产量和NUE表现及其形成机制,可为选育高产高效水稻新品种和建立高产高效栽培技术提供理论依据。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511

【参考文献】