節水灌溉下南方雙季稻區主栽機插水稻品種的光合特性和產量

杜逸凡 劉芬 劉坤 吳旺嬪 王悅 陳光輝

摘 ?要??為了比較不同品種在干濕交替條件下的品種特性，以11份水稻品種為材料，分析比較了水稻秧苗素質、光合特性、產量及產量構成因素的差異。研究結果表明：不同品種秧苗素質差異顯著，主要以苗高、白根數、總根數差異較為明顯，其中以24d61（A2）品種秧苗地上、地下部性狀最佳，為最適宜機插品種。不同品種抽穗期光合特性有所差異，其中24d44（A?6）品種凈光合速率最高，為27.01 μmol/（m²·s），中早39（A7）品種氣孔導度與蒸騰速率最高，分別為1.69 mmol/（m²·s）和12.10 mmol/（m²·s），中嘉糯（A1）品種胞間CO₂濃度顯著高于其他品種，為376.09 μmol/（m²·s）。不同品種產量及其構成因素顯著，陸兩優996（A10）品種株高、單株產量、結實率與每穗著粒數均為最高。抽穗期光合特性與產量構成各指標相關性分析表明，凈光合速率與蒸騰速率、單株有效穗數、千粒重呈正相關，與胞間CO₂濃度與結實率呈顯著負相關;單株產量與每穗著粒數、結實率呈顯著正相關，與株高、千粒重呈正相關，與光合特性各指標呈負相關，但差異均未達到顯著性。因此，本研究對節水灌溉條件下水稻機械化種植模式適宜品種的篩選有重要意義。

關鍵詞 ?水稻;節水灌溉;光合特性;產量中圖分類號??S511??????文獻標識碼??A

Photosynthetic Characteristics and Yield of Machine-transplanted Rice in?Southern Double-season Rice Areas?under Water-saving Irrigation

DU Yifan¹， LIU Fen¹， LIU Kun¹， WU Wangpin¹， WANG Yue^1，2， CHEN Guanghui^1*

1. College of Agronomy， Hunan Agricultural University， Changsha， Hunan 410128， China; 2. Hunan Provincial Key Laboratory of Rice and Rapeseed Disease Resistance Breeding， Changsha， Hunan 410128， China

Abstract ?In order to compare the characteristics of different varieties under dry-wet alternate irrigation，?11 rice varieties were used as?the materials to analyze the differences of seedling quality， photosynthetic characteristics， yield and yield components. There were significant differences in seedling quality among different varieties， mainly in seedling height， white root number and total root number. Among them， 24d61 （A2） was the most suitable mechanical transplanting variety. The net photosynthetic rate of 24d44 （A6） was 27.01 μmol/（m²·s）. The?stomatal conductance and transpiration rate of Zhongzao39 （A7） was?1.69 mmol/（m²·s）?and 12.10 mmol/（m²·s）， respectively. The intercellular CO₂concentration of Zhongjianuo （A1） was significantly higher than that of the other varieties [376.09?μmol/（m²·s）]. The plant height， yield per plant， seed setting rate and grain number per panicle of Luliangyou?996 （A10） were the highest. The correlation analysis between photosynthetic characteristics and yield components at heading stage showed that net photosynthetic rate was positively correlated with transpiration rate， effective panicles per plant and 1000-grain weight， negatively correlated with intercellular CO₂concentration and seed setting rate， positively correlated with grain number per panicle and seed setting rate， positively correlated with plant height and 1000-grain weight， and negatively correlated with each index of photosynthetic characteristics. But the difference was not significant. Therefore， this study is of great significance to the selection of suitable varieties for rice mechanical?planting under water-saving irrigation?conditions.

Keywords ?rice; water-saving irrigation; photosynthetic characteristics; yield

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.10.019

隨著世界人口的不斷增長與耕地面積的不斷減小，提高糧食產量特別是水稻的產量對于保障世界糧食安全至關重要。水稻是我國的主要糧食作物之一，其種植面積和總產量一直位居全國前列^[1]。近年來全國各地開展了許多超高產栽培的研究與示范，也的確獲得了一些超高產的記錄，但這是在小范圍的特定氣候與地理條件下取得的成果，并且其中投入了高成本的肥、水以及人力^[2-3]。作物高產與資源高效利用的協同發展一直以來都是我國農業生產中的關鍵所在。因此，深入研究水稻高產與溫光水資源高效利用的互作機制與途徑，對于實現我國水稻節本增效以及可持續農業的發展具有十分重要的意義。

光合作用是影響水稻產量和品質的重要代謝過程，水稻所形成的產量主要來自光合作用產物^[4]。有研究表明，水稻一生中所積累的干物質90%以上來自光合產物，90%以上的光合產物又是依靠葉片的光合作用產生的^[5]。水稻劍葉通過光合作用產生的光合產物直接被運送到水稻穗部，對水稻的產量形成有著極為重要的影響^[6]。水稻生育后期葉片的光合速率提高會造成光合產物的增加，從而增加水稻產量^[3]。水稻光合物質生產、運輸與分配對水稻最終產量的形成有極其重要的影響^[7-8]。過去幾十年，水稻產量的提高主

要取決于光能截獲率和收獲指數的增加，但是光能利用率和光合作用并沒有顯著地增加。因此，提高葉片光合作用是未來進一步促進水稻增產的主要途徑之一^[9]。

南方稻區是雙季稻的主要種植區域，溫光資源與水資源豐富，但雨水分配不均，容易發生季節性干旱從而導致減產。有研究表明，在雙季稻種植區域采用干濕交替的節水灌溉模式有利于水稻的穩產，減少由于季節性干旱帶來的減產風險^[10-11]。目前干濕交替灌溉條件下不同品種水稻產量及光合特性方面的研究報道較少，因此，本研究采用南方雙季稻區主栽的11個水稻品種，對干濕交替灌溉條件下的不同品種的光合特性及其產量與產量構成進行分析，揭示不同品種在節水灌溉條件下其光合特性與產量之間的響應模式，為研究南方稻區溫光資源與水資源的高效利用提供理論指導。

1??材料與方法

1.1材料

1.1.1??材料??試驗所選取的11份材料均取自于南方稻區常用的水稻品種，包括常規稻和雜交稻兩類，各水稻品種詳細信息見表1。

1.1.2??試驗地點??試驗在瀏陽市沿溪鎮湖南農業大學教學實習基地（113°83′46″E，28°30′93″N）進行，土壤為壤土，理化性狀為：有機質含量35.05?g/kg，堿解氮含量140.38 mg/kg，有效磷含量53.86 mg/kg，速效鉀含量98.04 mg/kg，全氮含量2.22?g/kg，全磷含量0.54?g/kg，全鉀含量6.02?g/kg。

1.2方法

1.2.1 ?試驗設計??于2018年3月15日進行試驗，采用隨機區組設計，設3次重復。在施純氮150 kg/hm²的條件下，氮肥按照基肥∶蘗肥∶穗肥=4∶3∶3分3次施入。磷肥（P₂O₅）和鉀肥（K₂O）施用量分別為90 kg/hm²和180 kg/hm²，磷肥全部作基肥一次性施入，鉀肥按基肥∶蘗肥=1∶1分兩次施入。水分管理采用干濕交替的節水灌溉模式，返青期保持20～60?mm水層，分蘗末期采取曬田，成熟期自然落干，其他生育時期采用淺水與無水交替的灌溉方式，采用手持式ProCheck多功能土壤水分監測儀器（美國Decagon Devices公司）進行水分追蹤測定，各小區間作田埂并覆黑膜以防肥水串灌，小區間單獨排灌。其他管理措施同常規大田高產栽培要求實施。

播種安排在3月15日，播種時一次性完成基質鋪底，播種，灑水，蓋基質等工序，采用半旱式育秧，育秧基質采用湘輝公司水稻育秧專用基質，育秧盤規格為58?cm×22?cm×2.5 cm（長×寬×高），移栽安排在4月15日，由井關PZ60DTLF乘坐式高速插秧機進行移栽，機插行距為11?cm×?25?cm，取秧量為7。

1.2.2??秧苗素質考察??移栽調查各品種秧苗素質水平。每個品種取樣3次，每次取樣面積10?cm×?10?cm，從中選取有代表性的秧苗50株，測定葉齡、綠葉數、苗高、白根數、總根數、莖基寬、百株鮮重。

1.2.3??光合測定??在水稻抽穗期的晴天9：00—11：30，每個小區選取有代表性的3個植株的劍葉，采用LI-6400XT光合測定儀測定水稻植株葉片中部的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO₂濃度和蒸騰速率等。測定時光合有效輻射設定為1200?μmol/（m²·s），葉室溫度根據測定實時氣溫進行設定，葉片中部夾入葉室之后，觀察各項指標變化情況，待數值穩定（5～10?min）后記錄數據。

1.2.4??產量與產量構成??在水稻成熟期各小區選取3個點，每點選取5 m²進行測產（邊3行不取），以含水量13.5 %折算實際產量。成熟期各小區分別連續選取具有代表性的10株進行考種調查，考察水稻產量構成因素與單株產量。

1.3數據處理

采用Excel 2007軟件對試驗數據進行統計與制圖，采用DPS?7.05軟件進行方差分析，并用Duncan新復極差法分析處理間差異顯著性。

2??結果與分析

2.1不同品種機插水稻秧苗素質的比較

從表2可知，11個機插水稻品種間秧苗素質存在差異。A2品種葉齡顯著高于其他品種，A5和A8品種葉齡顯著低于其他品種。A11品種苗高達17.86 cm，顯著高于其他品種，A3品種苗高最矮，為9.92 cm，與A11品種差異極顯著。A3品種白根數最多，與A1、A4、A5、A6、A9品種差異顯著，A1品種白根數最少。A2品種莖基寬最大，達到2.84 cm，顯著高于A1、A4、A5、A6、A8、A11品種，A5品種莖基寬最小，為0.83 cm，顯著低于其他品種。A2品種百株鮮重最高，顯著高于A3、A4、A5、A8品種。綜合來看，A2品種秧苗素質最佳。

2.2 不同品種機插水稻光合特性的差異

由表3可知，11個機插水稻品種光合特性存在一定差異。A6品種凈光合速率最高，為27.01?μmol/（m²·s），顯著高于A1、A2、A10、A11品種;其次是A7和A4品種，分別為26.31?μmol/ （m²·s）和24.31?μmol/（m²·s）;A1品種最低，為18.77?μmol/（m²·s）。A7品種氣孔導度最大，達到1.69?mmol/（m²·s）;其次是A1、A2和A5品種，分別為1.67、1.66、1.52?mmol/（m²·s）;A8品種氣孔導度最低，為0.93?mmol/（m²·s），與其他品種差異顯著。A1品種胞間CO₂濃度最高，為376.09?μmol/mol，與其他品種均達到顯著差異。A7品種蒸騰速率最高，為12.10 mmol/（m²·s），顯著高于其他品種;A3品種最低，為9.37?mmol/ （m²·s），顯著低于其他品種。

2.3不同品種機插水稻產量及產量構成因素的差異

由表4可知，11個機插水稻品種的產量及產量構成因素存在差異。A4品種株高最矮，為77.03 cm，最高的品種是A10為98.77 cm，高出A4品種28.22%。A6品種單株有效穗數最多，其次是A8、A9品種，A2品種單株有效穗最少。A5品種每穗著粒數最多，比最少品種A8多出96.35%。結實率除A8、A9品種外均高于60%，A8品種最低，結實率僅43.82%。A2品種千粒重最高，達29.37 g，最低為A3品種，僅20.69 g。A10品種的單株產量最高，為24.07 g，其次是A5和A7品種，為23.18 g和21.93 g;單株產量最低的品種是A8為9.35 g，比A10品種低63.8%。

2.4不同品種機插水稻光合特性與產量及其構成因素的相關分析

對11個不同機插水稻品種相關指標進行相關性分析（表5），結果表明，凈光合速率與胞間CO₂濃度呈極顯著負相關（r=–0.78^**），與結實率呈顯著負相關（r=–0.71^*）;與蒸騰速率、單株有效穗數和千粒重呈正相關（r=0.31～0.45）;與單株產量、每穗著粒數、氣孔導度呈負相關（r=–0.13～–0.51），但均未達到顯著性差異。單株產量與每穗著粒數呈極顯著正相關（r=0.72^**），與結實率呈顯著正相關（r=0.62^*）;與千粒重、株高呈正相關（r=0.18～0.24）;與蒸騰速率等指標呈負相關（r=–0.1～–0.51），但均未達到顯著性差異。每穗著粒數與蒸騰速率、單株有效穗數均呈顯著負相關（r=–0.63^*～–0.69^*）。

3 ?討論

雜交水稻是指2個在遺傳上存在一定差異，且優良性狀能夠互補的水稻品種通過有性雜交形成的具有雜種優勢的F₁代種子所發育成的水稻。已有研究表明，在相同環境下品種特性是造成水稻光合生產力存在差異的主要原因^[12]。這與本研究中不同水稻品種間光合特性與產量間存在顯著差異的結果一致。在本研究結果中，A2品種秧苗苗高適宜，秧苗地上部與地下部健壯，綜合秧苗素質最佳;A6品種凈光合速率最高;A6品種和A8、A9品種單株有效穗數最多，A5品種每穗著粒數最多，結實率方面A4、A5、A10品種表現較佳，A2品種千粒重最大，就單株產量而言A5、A7、A10均表現較佳，綜合來看，A5品種雖然單株有效穗數較少，但每穗著粒數多，結實率高，且株高適宜，不易倒伏，產量方面綜合表現較佳。

作物產量的形成主要依賴于光合作用。水稻產量的形成主要源自光合作用產物的積累和分配，尤其是水稻抽穗后的光合作用^[13-14]。有研究表明，水稻結實期葉片的凈光合能力是產量形成的重要影響因素^[15-16]。一般普遍認為作物產量的80%以上來自于水稻抽穗后葉片的光合作用，來自生育前期莖鞘中積累的物質較少^[17-18]。但也有研究認為，作物的葉片光合速率有時與作物的產量形成相關性不明顯^[19]。關于光合作用與產量之間的相關關系一直存在不同觀點。有人提出作物產量與光合作用呈負相關是假象，實際上是正相關關系^[14，20]。李躍建等^[21]的研究表明，在灌漿初期，凈光合速率對單穗重量和收獲指數的影響并不大，甚至可能存在負相關關系，但灌漿后期凈光合速率對單穗重量和收獲指數有很大的影響，且呈現出光合速率越高，單穗重量和收獲指數越高的正相關關系。本研究認為，凈光合速率與蒸騰速率呈正相關關系，與胞間CO₂濃度呈極顯著負相關關系，單株產量與每穗著粒數相關性極顯著，且呈正相關關系，此外，單株產量與株高、結實率與千粒重呈正相關關系;單株產量與凈光合速率相關性并不顯著，且呈負相關關系，這與周娟等^[19]的研究結果相似，此外單株產量與單株有效穗數呈負相關關系;凈光合速率與單株有效穗數、千粒重呈正相關，但與每穗著粒數與結實率呈負相關。因此，每穗著粒數和千粒重是水稻高產的重要因素，適宜的葉片凈光合速率也是水稻高產的影響因素之一。

淡水資源短缺一直是我國面臨的重大問題之一，而水又是影響水稻生長的重要因素。目前節水灌溉技術在水資源短缺的背景下被廣泛應用，其中就包括干濕交替間歇灌溉技術。干濕交替灌溉主要通過減少灌溉次數與田間排水量，減少稻田水分蒸發量與滲透量，提高了土壤的透氣性與水稻后期抗旱能力，進而實現節水與促進水稻的穩產^[22-23]。本研究在節水灌溉條件下對南方雙季稻區主栽機插水稻品種間光合特性與產量的差異進行研究，對適宜節水灌溉條件下機械化移栽模式的水稻品種進行篩選，以求在保護環境，減少資源浪費的前提下最大程度地增加水稻產量，為南方雙季稻區水稻機械化高產栽培模式提供理論基礎。

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