超级杂交稻节氮高效栽培生理生化特性及关键技术研究

论文摘要

随着超级杂交稻的广泛推广应用,日益凸现出二个重要问题:一是超级杂交稻需肥量大,引起水稻生产上氮化肥用量的大幅增长,过量的化肥造成了一系列社会和环境问题;二是由于栽培技术不配套,品种超高产潜力一直难以发挥。为此,我们以超级杂交一季稻为对象,以节氮高效栽培为目标,采用大阳试验方式,开展了一系列超级杂交稻节氮增效栽培试验研究。主要研究结果如下:1.湖南省超级杂交一季稻产量和氮肥施用现状湖南省超级杂交一季稻产量在7.50～9.75t/hm2之间,施氮量225.0～240.0kg/hm2（折纯氮）,最高施氮量超过270.0kg/hm2,属高施氮水平。加强超级杂交稻一季稻氮肥管理,减少施氮总量、提高产量空间较大。超级杂交一季稻节氮栽培施氮基准水平为225.0kg/hm2。2.超级杂交中籼稻氮高效利用基因型差异比较与筛选不同基因型组合的氮收获指数、氮素转运指数、氮籽粒生产效率和100kg籽粒需氮量变异大小次序是:氮收获指数＞氮素转运指数＞氮籽粒生产效率＞100kg籽粒需氮量。氮响应度变幅-2.86～31.06kg/kg。试验组合可以分为3种类型,第Ⅰ类:氮高效型。氮高效型又可以分为2种类型,即高效吸收利用型和耐低氮型。第Ⅱ类:适氮高产型。第Ⅲ类:高氮高产型。3.缓/控释肥等不同类型肥料氮利用效率的比较与评价缓释尿素（SCU）、缓释复合肥（CCF）、微生物肥（LPK/MF）、高效复合肥（LNPK）等肥料产量、氮肥利用率均较普通尿素不同程度提高。肥料SCU表现突出,2种氮水平下均较普通尿素显著增产,增幅分别为14.7%～23.9%和10.3%～11.9%,其氮肥生理利用率（PE）超过40kg/kg、农学利用率（AE）在23kg/kg以上,分别比普通尿素提高7个、8个百分点。同种肥料节氮处理高峰苗显著降低,成穗效率显著提高,中后期根系活力强、光合效率高,库充实较好,不显著减产。氮肥利用率也提高,氮肥生产力（PFP）、氮肥生理利用率（PE）、农学利用率（AE）、氮素籽粒生产效率（NGPE）、氮收获指数（NIH）分别较等氮处理提高20%、3.4～7.2%、3.6～9.6%、4.5～8.5%、10%。4.不同节氮栽培条件下超级杂交稻群体发育、物质生产、产量、养分吸收利用、氮肥利用效率和土壤氮积累效应节氮幅度提高水稻分蘖发生速度降低,同最大茎蘖增长速率下降,日茎蘖增长饱和期（茎蘖同增长速率为0时间）提前,分蘖终止期提早,分蘖总数下降,前期生长略显不足,有效穗数减少,一定范围内（节氮40%内,氮量135kg/hm2）减少不显著,高峰苗数显著降低,成穗率大幅度提高。群体生产率（CGR）随氮水平增加而提高。最大CGR变化幅度为17.51～35.89 kg.hm-2.d-1。分蘖-幼孕分化穗、穗分化-孕穗、孕穗-齐穗、齐穗-成熟4个阶段水稻CGR与产量相关系数依次为0.6324（P＞0.05）、0.7894（P＞0.05）、0.9722（P＜0.01）、0.9359（P＜0.01）。节氮幅度提高水稻生长干物质积累量减少。生长前期处理差异不显著,生长中期差异加大,一定节氮范围内（节氮40%,氮量135kg/hm2）,减少不显著。抽穗后,节氮处理生物产量明显降低,但其茎鞘物质输出率和转换率均显著提高。产量随施氮量增加呈单峰曲线变化,以节氮20%（180kg/hm2）处理最高,达到12.0t/hm2。植株对NPK的吸收均有2个高峰,吸收总量均随施氮量增加而增加,齐穗后植株还能吸收30%左右的氮素;植株吸收磷素以移栽到分蘖中期吸收最多;钾素吸收高峰在生育后期,节氮可提高生育后期植株钟素吸收比例。节氮大幅度提高氮肥利用率。节氮20%～60%RE超过42%、AE在20kg/kg以上、PE超过38kg/kgN,NHI在67%以上,100kg籽粒需氮量1.53～2.19kg之间。土壤总氮、速效氮量均随施氮量增加而提高。低氮处理土壤总氮和速效氮量均大幅下降;中氮处理两者均基本持平;高氮处理则均大幅增加。节氮能降低土壤速效磷水平,一定范围内节氮土壤钾含量不显著降低,并能提高有机质含量,减轻环境压力。5.不同节氮栽培条件下超级杂交稻生理生化、光合作用特性施氮量与叶片叶绿素含量呈显著正相关;叶片单位叶绿素的光合作用效率随施氮量增加先升高后降低;节氮能提高叶片单位叶绿素的光合作用效率。根系活力、叶片NR、GS、CAT等酶活性均随施氮量增加先增后降;MDA含量随施氮量增加呈先减后增变化。生育期后移根系活力、CAT酶活性均下降,MDA含量与此相反,GS、NR酶活性则先高后低,均以齐穗期最高。增施氮肥能提高剑叶净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）;细胞间隙C02浓度（Ci）则随施氮量增加先降后升。适宜节氮能提高水稻叶片最大光合速率、降低光抑制系数、提高叶片光饱和点,不影响或不显著影响叶片捕光能力。叶片光合电子传递（ETR）、有效量子产量（EQY）和光化学猝灭系数（qP）,非光化学猝灭系数（NPQ）均受氮用量和光照强度双重影响;节氮能提高水稻叶片ETR、EQY和qP,氮肥过低或过高都会产生相反作用,NPQ随施氮量增加而提高:ETR、EQY、qP随生育期推进而提高,NPQ则相反。6.超级杂交一季稻节氮栽培关键技术平原地区超级杂交中稻节氮栽培策略:主攻有效穗,兼顾穗粒数和粒重。节氮栽培最佳施氮量135～180kg/hm2,N:P:K=1:0.4～0.7:0.9～1.2,移栽密度为18.0～21.0万蔸/hm2。超级杂交稻节氮栽培技术要点:品种氮高效、氮肥控缓释、壮秧栽小苗、小蔸适稀植、水肥长藕合、综合控病虫、防倒保高产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 国内外研究动态和发展趋势
• 1.1 超级杂交稻的概态及技术指标
• 1.2 超级杂交稻节氮栽培的概念及节氮潜力
• 1.3 水稻氮营养的作用和特点
• 1.4 氮素利用效率及评价指标
• 1.5 我国水稻生产上氮肥使用及利用情况
• 1.6 稻用氮肥损失途径及机制研究
• 1.7 提高氮肥利用率的方法研究进展
• 2 存在的问题
• 3 研究目的和意义
• 参考文献
• 第二章 湖南省水稻生产与氮肥施用现状研究及超级杂交稻节氮栽培实践
• 1 湖南省一季稻平均单产量水平与品种潜力差距大
• 2 水稻生产上氮肥施用水平高,节氮空间较大
• 2.1 一季稻施肥现状
• 2.2 不同产量水平的超级杂交一季稻产量及氮肥施用
• 3 一季稻田生态系统的土壤肥力变化特征
• 4 水稻生产上施氮量过高的主要原因与节氮栽培
• 4.1 水稻生产上施氮量过高的主要原因
• 4.2 节氮高效栽培的主要途径
• 5 超级杂交稻节氮栽培实践
• 5.1 腐殖酸类有机肥节氮栽培
• 5.2 "低氮适磷钾专用肥"平衡施肥节氮栽培
• 6 问题与展望
• 6.1 关于超级杂交稻超高产与高效栽培
• 6.2 关于节氮栽培的节氮基准
• 6.3 关于提高作物的养分资源利用效率
• 参考文献
• 第三章 不同基因型超级杂交中稻氮吸收利用差异比较与评价
• 1 试验材料与方法
• 1.1 材料和地点
• 1.2 试验设计和方法
• 1.3 测定项目和方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同基因型品种产量和主要产量结构差异
• 2.2 不同基因型品种氮素积累量的差异
• 2.2 不同基因型品种氮素吸收利用差异
• 2.3 不同基因型超级杂交中稻的氮响应度差异
• 2.4 不同基因型超级杂交中稻的氮效率分类与评价
• 3 结论与讨论
• 3.1 关于不同基因型氮利用效率差异
• 3.2 关于氮高效利用基因型的划分
• 3.3 关于施氮量与氮素利用效率
• 3.4 关于其它氮效率评价
• 参考文献
• 第四章 不同肥料品种的氮素利用效率差异评价与筛选
• 1 试验材料与方法
• 1.1 材料与地点
• 1.2 试验设计与方法
• 1.3 测定项目与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同肥料处理对超级杂交中稻产量和产量构成的影响
• 2.2 不同肥料处理超级杂交中稻群体生长差异
• 2.3 不同肥料处理对超级杂交中稻干物质生产与转运的影响
• 2.4 不同肥料处理对超级杂交中稻生理生化指标的影响
• 2.5 不同肥料处理对超级杂交中稻氮吸收和氮肥利用效率的影响
• 3 结论与讨论
• 3.1 缓释肥料对水稻产量的影响
• 3.2 缓释肥料对水稻源库特征的影响
• 3.3 缓释肥料对水稻干物质生产的影响
• 3.4 肥料种类对水稻生理生化特性的影响
• 3.5 肥料种类对氮素利用效率的影响
• 参考文献
• 第五章 节氮栽培的群体发育、产量形成、氮肥吸收利用和土壤环境效应
• 1 试验材料与方法
• 1.1 材料和地点
• 1.2 试验设计和田间管理
• 1.3 测定项目和方法
• 2 结果与分析
• 2.1 节氮对超级杂交中稻生长发育进程的影响
• 2.2 节氮对超级杂交中稻分蘖发生和成穗效率的影响
• 2.3 节氮对群体叶面积指数（LAI）及粒叶比的影响
• 2.4 节氮对超级杂交中稻物质生产能力的影响
• 2.5 节氮对超级杂交中稻产量及综合性状的影响
• 2.6 节氮栽培对超级杂交中稻养分吸收利用的影响
• 3.小结与结论
• 3.1 节氮栽培的最佳施氮量
• 3.2 节氮栽培对水稻群体质量的影响
• 3.3 节氮对水稻群体生长和物质生产的影响
• 3.4 节氮栽培对水稻库源结构及农艺性状的影响
• 3.5 节氮对水稻100KG籽粒需氮量的影响
• 3.6 节氮栽培对植株养分吸收和土壤环境的影响
• 3.7 节氮栽培对肥料利用效率的影响
• 参考文献
• 第六章 超级杂交中稻节氮栽培生理生化特性
• 1 试验设计
• 1.1.试验材料和方法
• 1.2 试验设计
• 1.3 测定项目和方法
• 2 结果与分析
• 2.1 节氮栽培对超级杂交中稻叶片叶绿素含量的影响
• 2.2 节氮栽培对超级杂交中稻根系活力的影响
• 2.3 节氮栽培对超级杂交中稻叶片酶活性的影响
• 2.4 节氮栽培对超级杂交稻剑叶光合作用气体交换参数的影响
• 2.5 节氮栽培对超级杂交中稻叶片叶绿素荧光动力参数的影响
• 3.结论与讨论
• 3.1 节氮对叶绿素的光合效率影响
• 3.2 节氮对水稻根系活力的影响
• 3.3 节氮对叶片酶活性的影响
• 3.4 关于叶绿素荧光动力参数与光合作用
• 参考文献
• 第七章 超级杂交中稻节氮高效栽培关键技术研究
• 1 材料与方法
• 1.1 超级杂交稻节氮栽培最佳节氮量及氮、磷、钾配比模式研究
• 1.2 超级杂交稻节氮栽培施氮量与密度搭配模式研究
• 1.3 数据处理与分析
• 2 结果与分析
• 2.1 超级杂交稻节氮栽培最佳节氮量及氮、磷、钾配比模式研究
• 2.2 超级杂交稻节氮栽培施氮量与移栽密度搭配模式研究
• 3 结论与讨论
• 3.1 节氮栽培最佳节氮量及氮、磷、钾配比模式研究
• 3.2 节氮栽培施氮量与移栽密度搭配模式研究
• 参考文献
• 第八章 全文结论及创新点
• 1 全文结论
• 1.1 湖南超级杂交一季稻产量潜力大,节氮潜力更大
• 1.2 超级杂交稻对氮素吸收利用存在显著的基因型差异
• 1.3 缓释肥料能大幅提高水稻产量和氮肥利用效率,是较好节氮栽培肥料品种
• 1.4 节氮栽培有利于构建稳健的水稻群体,提高中后期群体质量
• 1.5 适宜节氮能在不影响水稻高产所需生物产量的前提下提高收获指数
• 1.6 节氮对水稻叶片叶绿素含量、根系活力、相关酶活性等生理生化的影响
• 1.7 节氮对超级杂交稻叶片光合效率及叶绿素荧光参数的影响
• 1.8 节氮栽培将养分供应量后移,能保障超级杂交稻中后期生长所需
• 1.9 节氮栽培能显著提高肥料利用效率,减少土壤养分残留等环境负面影响
• 1.10 节氮栽培对超级杂交稻产量的影响,及最佳节氮量和节氮栽培技术要点
• 2 本研究的创新点
• 3 存在问题及有待研究方向
• 3.1 分子水平上探讨节氮高效机理
• 3.2 节氮与节水配套技术研究
• 3.3 节氮对稻米品质和环境的影响和评价研究
• 3.4 超级杂交一季稻合理节氮量
• 3.5 早、晚稻节氮栽培技术研究
• 致谢
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