水稻不同時期群體指標與產量的關系研究

費聰 李飛飛 呂尊富

摘? 要：以甬優水稻群體指標包括538和秀水134為實驗材料，研究葉面積指數、生物量、莖鞘干物質量、有效穗數等指標在水稻不同生長時期以及不同時施肥量下的表現及其對水稻產量的影響。結果表明，水稻的葉面積指數與產量呈拋物線關系，在不同的生育期最適葉面積指數也不同。水稻群體指標中較有代表性的生物量和莖鞘干物質量與產量呈極顯著的正相關性，在不同時期相關性不同，是否投入肥料對生物量產出及產量有重大影響。研究建立了適用于浙江稻區的水稻最適群體指標動態，分析了不同時期水稻葉面積指數，生物量，莖鞘干物質量與產量的定量關系，從而為浙江省水稻產量的預測和調控提供理論依據。

關鍵詞：水稻;葉面積指數;生物量;產量

中圖分類號 S511 文獻標識碼 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，對水稻的高產優質也提出了新的要求。塑造性狀良好的水稻群體指標是實現水稻高產優質的前提之一，葉面積指數，群體莖蘗數，莖鞘干物質量，生物量的積累等群體指標的大小以及其變化動態，是影響水稻產量的重要因素。凌啟鴻等圍繞著水稻的群體生產力這一問題展開了探討，以水稻的群體質量這一角度，從水稻的生理生態以及群體結構等方面分析了水稻群體指標與生產力之間的關系[1]。楊波等的研究則發現，常規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，其中常規耕翻插秧的水稻的有效分蘗期最短、有效穗數和群體莖蘗數最低，產量最高[2]。王術等提出，對于常規水稻育種來說，為了達到水稻高產，可以采用的重要育種途徑是穩穗增粒或者穗粒兼顧[3]。而以水稻的穗部性狀為研究切入點來實現提高產量的目的的研究也有許多成功的經驗[4-6]。這些研究說明，水稻的高產是由有效的栽培技術，優秀的群體指標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量。之后也有關于水稻群體質量優化體系的研究[7-8]，這些研究比較側重于不同的栽培環境下水稻群體指標的變化[9]。高亮之等于20世紀90年代就提出水稻最適群體動態理論，并建立了計算機模型[10]。

以往的研究著重于根據水稻理論模型來測算出水稻最適群體指標，而本次研究則是根據大田試驗水稻產量和各個時期的群體指標的關系來測算出最適群體指標。本研究著重于在水稻不同生長時期群體指標的大小和變化來探討研究其與產量的關系，并且對比了不同時期群體指標之間的關系以及不同施氮量下水稻不同時期群體指標和產量的變化，以期建立適用于浙江稻區的水稻最適群體指標動態。

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試點，建立水稻實驗區，開展單季稻小區試驗，研究單季稻各個時期的群體指標（葉面積指數，有效穗數，莖鞘干質量，生物量）與產量的關系，建立水稻群體指標估算產量的模型。

2.2 實驗材料 供試水稻品種為甬優538、秀水134，播種時間為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 實驗小區 每個水稻品種設10個小區，2個小區為一小組。設4個施肥處理組，1個參考組。小區為東西行向，東西長15m，南北寬3.4m。試驗采取獨立小區，小區之間通過田埂相隔，獨立排灌，保證小區之間肥料不會相互影響。

2.4 氮素及肥料施用量對比 設置5個氮肥處理，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不同小區氮用量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，所有小區水平一致。施肥量如表1所示。

2.5 數據獲取及測定內容

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

2.5.2 水稻產量測定 在甬優538與秀水134收割當天，對各小區的生物量和稻谷鮮重進行稱量，然后晾曬干燥至恒重后，稱量每個小區稻谷產量。

3 結果與分析

3.1 葉面積指數隨生長期的變化 由圖1、圖2可知，在各個施氮水平下，甬優538和秀水134這2個品種都大體隨水稻的生長呈先上升后下降的趨勢。2個品種都在孕穗期達到峰值隨后下降。孕穗期后出現了一定的葉片衰敗，導致葉面積指數下降。2個品種的水稻在分蘗末期至拔節期期間出現了不同程度的葉面積指數下降，推測可能是因為本次試驗播種量過大，導致前期無效分蘗過多，在分蘗末期至拔節期期間，無效分蘗大量死亡造成了葉面積指數的下降。秀水134的葉面積指數高于甬優538，2個品種的葉面積指數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538和秀水134的生物量在各個施氮水平下都隨著水稻的生長而穩步增加。在分蘗期至拔節期，生物量積累緩慢，甚至出現下降的情況，可能是因為本次試驗播種量過大導致前期水稻無效分蘗過多，爭搶水肥導致生物量無法有效地積累。在拔節期后無效分蘗死亡，生物量出現快速增加。2個品種都在灌漿期左右達到峰值。甬優538的生物量高于秀水134。甬優538和秀水134的生物量都隨著施氮量的增加而增加。

3.3 葉面積指數與產量的關系 由圖5、圖6可知，水稻的葉面積指數與產量呈現極顯著的開口向下的拋物線關系。對于甬優538品種來說，葉面積指數于產量的關系方程如下表2。利用回歸方程計算得知，甬優538分蘗期最適葉面積指數在6左右，拔節期最適葉面積指數在8左右，孕穗期最適葉面積指數在10左右，灌漿期最適葉面積指數在7左右。秀水134分蘗期最適葉面積指數在5左右，拔節期最適葉面積指數在8左右，孕穗期最適葉面積指數在12左右，灌漿期最適葉面積指數在8左右。可以發現，不同的水稻品種在不同的生育時期，其最適葉面積指數都不相同。可以看出，在各個時期，甬優538和秀水134的葉面積指數都與其產量呈顯著相關性。提高不同時期最適葉面積指數有利于提高產量。隨著水稻的生長發育，葉片會出現衰敗等情況，所以可以通過調節水肥，種植密度等栽培措施來達到不同時期的最適葉面積指數。從圖3、圖4分析可知，秀水134的葉面積指數高于甬優538的葉面積指數，從而與產量進行比較發現，可以適當降低葉面積指數，從而提高光合作用的效能是提高最終產量的有效辦法。

對于秀水134品種來說，葉面積指數于產量的關系方程如表3所示：

3.4 生物量與產量的關系 甬優538和秀水134的生物量和產量的關系方程如表4、表5所示。利用方程計算得知，甬優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）。由于本次試驗拔節期前出現了由于播種量過大從而無效分蘗大量死亡的情況，所以拔節期最適生物量不作為參考依據。從圖7、圖8可以看出，在施氮組中，4個不同施氮量的小組其肥料投入和生物量產出都是呈線性趨勢的。而未施氮組的生物量產出游離于趨勢線外，說明在水稻的生產中，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量產出。甬優538和秀水134在不同生長時期，其生物量和產量都呈顯著性相關，說明隨著水稻的生產發育，其生物量不斷增長，從而有利于水稻產量的提高。而凌啟鴻[1]等的研究發現，水稻的生物量與產量呈先增后減的拋物線關系，和本次試驗的結論不同。

4 結論與討論

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

參考文獻

[1]凌啟鴻.作物群體質量[M].上海：上海科學技術出版社，2000.

[2]楊波，楊文鈺，任萬軍，等.不同種植方式下鉀肥用量對水稻群體質量和產量的影響[J].作物雜志，2009（4）：68-71.

[3]王術，秦志列，于建波，等.沈陽地區高產水稻群體主要農藝性狀對產量的影響[J].沈陽農業大學學報，2001，32（4）：250-252.

[4]徐正進，陳溫福，孫占惠，等.遼寧水稻籽粒在穗軸上分布特點及其與結實性的關系[J].中國農業科學，2004，37（7）：963-967.

[5]鄭旭，徐正進，張喜娟，等.北方粳稻不同品種產量及其與穗部性狀相關性研究[J].作物雜志，2010（1）：57-60.

[6]劉堅，陶紅劍，施思，等.水稻穗型的遺傳和育種改良[J].中國水稻科學，2012，26（2）：227-234.

[7]閆川，丁艷鋒，王強盛，等.行株距配置對水稻莖稈形態生理與群體生態的影響[J].中國水稻科學，2007，21（5）：530-536.

[8]夏秀紅，徐正進，曹靜，等.不同栽培方式水稻群體的生育規律和生態特性的研究[J].北方水稻，2011（1）：9-14.

[9]馬波.栽培因素對寒地水稻群體結構的影響[J].黑龍江農業科學，2011（4）：26-28.

[10]高亮之，金之慶.水稻栽培計算機模擬優化決策系統[J].北京：中國農業科技出版社，1992：105-115

[11]孟亞利，曹衛星，柳新偉，等.水稻地上部干物質分配動態模擬的初步研究[J].作物學報，2004，30（4）：376-381.

[12]趙海新，楊麗敏，陳書強，等.行距對兩個不同類型水稻品種冠層結構與產量的影響[J].中國水稻科學，2011，25（5）：488-494.

[13]Kumar C R A.Variability and character association studies in up-land rice[J].Oryza，1992，29（1）：31-34.

[14]Hiroshi Hasegawa.High-yielding rice cultivars performbest even at reduced nitrogen fertilizer rate[J].Crop Science，2003，43（3）：921-926.

[15]馬均，周開達，馬文波，等.重穗型雜交稻穗頸節間維管束與籽粒 充實關系的研究[J].中國農業科學，2002，35（5）：576-579.

[16]孔德偉，陳德全，周良強，等.雜交水稻幾個重要農藝及產量性狀的主成分分析[J].中國農學通報，2005，21（8）：117-119.

[17]張林青.水稻生育前期葉面積指數及其組成與產量關系的研究[J].淮陰工學院學報，2004，13（1）：71-76.

[18]楊惠杰，楊仁崔，李義珍，等.水稻超高產的決定因素[J].福建農業學報，2002，17（4）：199-203.

（責編：張宏民）