黑土区水稻耗水过程与产量形成的响应机制

发布时间：2020-08-09 02:28

【摘要】：为了研究寒地黑土区水稻生长生理指标、产量形成及水分利用效率对耗水过程的响应机制,于2017、2018年在黑龙江省庆安县水稻灌溉试验中心开展了水稻耗水试验。试验方法采用U_7(7~6)均匀设计,明确了寒地黑土区水稻耗水特性及其对水稻生长生理特性、产量及水分利用效率的影响,并优选了试验区最佳水稻水分生产函数模型,并对整个生育期内有限水量进行优化分配。主要结果如下:(1)对水稻生育期内耗水规律分析发现:2017、2018年水稻生育期内耗水量大体呈现先上升后下降的趋势,各处理拔节孕穗期耗水量和耗水模系数均值最高;水稻生育期内耗水强度大体表现为先上升后降低,抽穗开花期耗水强度达最大值;分蘖期耗水模系数为最大,抽穗开花期后变化幅度较为平缓。水稻各处理昼间、夜间耗水量总体呈现“低-高-低”的变化趋势,抽穗开花期昼、夜间耗水量均值达到最大;水稻昼间占日耗水量比例随水稻生育期的推进逐渐升高;2017年分蘖前、中期水稻昼间耗水特征呈倒“V”型曲线,耗水量高峰为12:00~13:00;分蘖后期至乳熟期呈“M”型曲线,耗水量高峰分别为11:00~12:00、13:00~14:00,乳熟期首个耗水量峰值相对提前为10:00~11:00,水稻生育前期影响耗水量的主要因子是相对湿度,而生育中后期则是空气温度对耗水量起主导调控作用;叶片、鞘、茎及穗含水率随着生育期的推移而逐渐降低,穗部含水率变化幅度最明显。(2)水稻生长特性与耗水过程响应关系的结果表明:分蘖后期耗水量(ET_3)对叶片干物质重影响最大;拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量(ET_4、ET_5)对茎鞘和穗干物质重的影响相对较大;分蘖中、后期耗水量(ET_2、ET_3)对根干物质重分别存在最大正效应、负效应;ET_2对根系伤流量影响最大,分蘖前期耗水量对根系伤流量的影响最小;分蘖前期、乳熟期耗水量(ET_1、ET_6)对水稻成穗率影响不显著,ET_2-ET_5对水稻成穗率有显著影响,其影响顺序由大到小依次为ET_4、ET_5、ET_3、ET_2;ET_3与叶面积指数的正相关关系达显著水平;叶片光合势对ET_4的响应最为敏感;ET_3与有效叶面积率呈显著正相关,ET_4与有效叶面积率、高效叶面积率的正相关关系达显著水平;ET_5与阶段最大干物质积累量及群体生长速率均呈显著正相关关系;ET_1、ET_3和ET_6对茎鞘物质输出率影响不显著,ET_2、ET_4和ET_5对其影响效应均达显著水平,其影响由大到小依次为ET_5、ET_2、ET_4;对于茎鞘物质转化率来说,ET_1、ET_4对其影响不显著,其他时期耗水量对其影响达显著水平,其影响由大到小依次为ET_5、ET_6、ET_3、ET_2,ET_3对茎鞘物质转化率的影响效应为负。(3)水稻生理特性与耗水过程响应关系的结果表明:ET_2、ET_4、ET_5对气孔导度和蒸腾速率的影响均为正,ET_1对蒸腾速率产生一定负影响;ET_1对胞间CO_2浓度和净光合速率的影响不显著,而ET_2-ET_5对它们影响由大到小分别为ET_5、ET_2、ET_4、ET_3,ET_2、ET_5、ET_4、ET_3;ET_3对净光合速率及胞间CO_2浓度均存在显著负效应。叶片气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量与净光合速率均存在明显线性关系,胞间CO_2浓度与净光合速率呈二次函数曲线关系;叶片叶绿素含量对ET_4、ET_5的响应关系均达极显著水平。(4)水稻产量及其构成要素与耗水过程响应关系的结果表明:不同水分处理较CK处理减产比例在6.10%~21.38%之间;ET_4、ET_5与水稻经济系数的负相关关系达显著水平;选用Jensen模型、Blank模型、Stewart模型、Singh模型进行地区性优选,确定Jensen模型为和平灌区最佳水分生产函数模型,分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期水分敏感指数较高,这三个时期耗水量对产量影响更为显著;从水量分配结果看,各处理优化产量较实际产量均有所提高;ET_4、ET_5对有效穗数、结实率、穗粒数和千粒重均存在显著正效应。(5)水稻不同水平水分利用效率与耗水过程响应关系的结果表明:阶段耗水量对WUE的直接作用和对R~2总贡献大小排列一致,为:ET_5、ET_2、ET_4、ET_3、ET_6、ET_1;ET_3、ET_6对WUE有直接负影响,阶段耗水量对WUE影响决定系数较大的变量依次为:ET_5、ET_4*ET_5、ET_2*ET_5、ET_2、ET_4;抽穗开花期生物量水分利用效率(SWUE_5)与水稻产量及WUE均呈显著正相关,ET_1-ET_5对SWUE_5的影响由大到小依次为:ET_5、ET_4、ET_3、ET_1、ET_2;抽穗开花期叶片水分利用效率(LWUE_5)为各时期最高,ET_1与LWUE_5的负相关关系未达显著水平,ET_2-ET_5与LWUE_5的正相关关系由大到小排序依次为ET_5、ET_4、ET_2、ET_3,其中ET_4、ET_5与LWUE_5的相关关系达显著水平。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S511
【图文】：

试验区,地理位置,庆安县

材料及方法及方法验区概况区位于黑龙江省庆安县水稻灌溉试验基地（图 2-1），该站（46°41′~27°49′E）位于庆安县和平镇，属于典型的寒地黑土分布区。年平均水面蒸年平均气温 2.5℃，作物水热生长周期 155~170 d，全年无霜期 127 d。属干旱、半湿润的大陆性气候。供试土壤种类为黑土型水稻土，容重为 1..6%、0～30 cm 体积饱和含水率平均为 55.5%、pH 值为 6.51。在移栽前 cm 土壤的理化性质指标，耕层土壤基础肥力（均为质量比）为：有机质 0 g/kg、全磷 15.21 g/kg、全钾 20.09 g/kg、碱解氮 153.98 mg/kg、有效磷 2 157.19 mg/kg。

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