种植方式、秸秆还田与实地氮肥管理对水稻产量与品质的影响及其生理的研究

【摘要】： 秸秆还田、发展旱种稻和直播稻生产、提高氮肥利用效率是当前农业生产研究的热点。本研究以代表性水稻品种为材料，在大田试验条件下研究了种植方式、秸秆还田与实地氮肥管理对水稻产量与品质的影响及其生理。主要结果如下： 1、在秸秆还田与实地氮肥管理条件下产量与品质形成的特点与秸秆未还田相比，秸秆还田增加了水稻的产量，降低了单位面积穗数，提高了每穗粒数、结实率与千粒重，改善了稻米的外观品质与食味品质。与习惯施肥法(FFP)相比，实地氮肥管理(SSNM)提高了水稻产量，降低了稻米蛋白质含量，但稻米的食味性变优。与移栽稻相比，直播稻产量、精米率与整精米率有不同程度降低，直链淀粉含量增加、胶稠度变小，稻米的加工品质、蒸煮品质和食味品质也有所变差，外观品质无明显变化。秸秆还田与SSNM处理均使籽粒的最大灌浆速率与平均灌浆速率增大，活跃灌浆期有所缩短，两种种植方式表现一致。与移栽稻相比，直播稻最大灌浆速率与平均灌浆速率有所增加，但是活跃灌浆期明显变短，到达最大灌浆速率的时间提前，最终粒重较移栽稻有所降低。表明秸秆还田和实地氮肥管理在提高产量的同时，还能改善稻米的品质，直播稻产量较移栽稻降低，加工与蒸煮品质变劣，稻米的食味性变差。 2、秸秆还田与实地氮肥管理下水稻生长发育特性与秸秆未还田或FFP相比，秸秆还田或SSNM降低了生育前期的分蘖数、叶面积指数(LAI)、叶绿素含量(SPAD值)和干物质积累，抽穗及以后上述各值在处理间差异较小。秸秆还田和SSNM提高了茎蘖成穗率、粒叶比，协调了源库关系，增加了结实期叶片的光合速率、根系活力以及ATP、硝酸还原酶(NR)的活性。在同一氮肥管理模式与秸秆还田量相同的条件下，与移栽稻相比，水稻直播后群体高峰苗增多，茎蘖成穗率下降，粒叶比较低，群体质量变差，直播稻田间昼夜温、湿度差变小，干物质累积量降低，LAI较小，叶色较淡。灌浆结实期，直播稻根系伤流以及NR酶活性较强，但后期叶片的光合速率、ATP酶活性较低，叶片中MDA含量增加。说明秸秆还田+实地氮肥管理有利于协调源库关系，促进光合生产物向籽粒运转，提高物质生产效率。 3、在秸秆还田与实地氮肥管理下水稻对氮(N)、磷(P)和钾(K)吸收利用特点在同一种植方式下，秸秆还田后植株N含量在分蘖前期较低，P、K含量在整个生育期均较高，抽穗至成熟运转率和运转量明显上升。植株中N、P、K养分积累在前期偏低，在穗分化至抽穗期达到峰值。与秸秆未还田相比，秸秆还田提高了氮肥利用效率，增加了N、P、K的收获指数，提高了P、K的干物质生产效率。在秸秆还田量相同条件下，与FFP比较，SSNM处理各期植株N、P含量吸收量较低，而吸K量与FFP相比则互有高低，抽穗至成熟N、P、K的转运率提高，P收获指数增加，K素产谷效率明显增加。与移栽稻相比，直播稻前期植株N、P、K含量较高，而后期则相反，N、P积累在营养器官中较高，转移到穗部较少，运转率低，而K素转运量及转运效率明显提高，P、K的干物质生产效率及收获指数增加。 4、秸秆还田对土壤理化性质及酶活性的影响秸秆的腐解高峰在水稻移栽后的第一个月，土壤中有机酸含量在分蘖中期及穗分化期明显上升。土壤脲酶及过氧化氢酶活性表现为先升后降，而碱性磷酸酶活性则表现为双峰曲线的变化特点，脲酶及过氧化氢酶活性在水稻移栽后的30d及60d左右达到峰值，且在不同生育阶段差异明显。秸秆还田后土壤pH值明显降低，有机酸含量增加，两者之间呈极显著的负相关，土壤中脲酶、过氧化氢酶及碱性磷酸酶活性增强，土壤全磷、可溶性钾含量明显上升，但Na~+、Mg~(2+)及Ca~(2+)含量降低，土壤中酶活性和离子含量的升降与土壤中秸秆的腐解有关：秸秆还田增加了水稻成熟时土壤有机质含量及呼吸强度。与SSNM相比，FFP处理增加了土壤中脲酶活性，对土壤中其它测定指标无显著影响。土壤脲酶和碱性磷酸酶活性与土壤中有机质、土壤全氮、全磷及全钾含量呈极显著正相关，土壤过氧化氢酶活性及土壤有机质含量与土壤全氮含量呈显著正相关，与全磷、全钾含量相关不显著。 5、覆草旱种对水稻产量、生长与生理的影响覆草旱种产量与水种稻产量无显著差异，但显著高于覆膜旱种与裸地旱种。覆草旱种稻米的碾磨品质、外观品质、蒸煮品质和营养品质与水种稻无显著差异，而覆膜旱种与裸地旱种稻米的垩白度及蛋白质含量明显高于水种稻，胶稠度则显著低于水种稻。水稻旱种后，淀粉谱的最高粘度和崩解值降低，消减值提高，覆膜旱种尤为明显。 水稻覆草旱种后有效分蘖期前生长缓慢，明显低于水种及覆膜旱种，但最终成穗数及成穗率较高，抽穗至成熟地上部干物质积累量较水种稻减少，但抽穗至成熟干物质积累显著高于另外两种旱种方式，物质运转率和收获指数较水种稻显著提高；在灌浆结实期，旱种稻叶片叶绿素含量、剑叶光合速率以及超氧化物岐化酶(GOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性均低于水种水稻，后期尤为明显；旱种稻丙二醛(MDA)含量高于水种水稻，灌浆中后期旱种稻根系活力下降较快；上述生理指标(MDA除外)水种＞覆草旱种＞覆膜旱种＞裸地旱种。表明与其它旱种方式相比，覆草旱种稻的群体质量相对较好，产量较高。 6、旱种水稻籽粒灌浆特性及激素含量的变化与水种稻相比，旱种水稻的粒重减轻，最大灌浆速率和平均灌浆速率增大，达到最大灌浆速率的时间提前，活跃灌浆期缩短，弱势粒尤为明显。灌浆前期籽粒中的吲哚乙酸(IAA)、玉米素核苷(ZR)和脱落酸(ABA)含量，强势粒高于弱势粒。IAA和ZR含量峰值出现的时间在最大灌浆速率出现值前，ABA含量的峰值在时间上与最大灌浆速率同步。与水种相比，旱种水稻籽粒中IAA和ZR含量减少，灌浆前、中期ABA含量明显增加，这种差异主要表现在弱势粒上。在灌浆始期喷施20×10~(-5)mol／L IAA，弱势粒中的IAA和ZR含量增加，ABA含量减少，活跃灌浆期增长，灌浆速率减小，旱种稻的粒重显著增加，水种稻的粒重有不同程度的降低；喷施20×10~(-5)mol／L ABA后，籽粒中的激素含量、活跃灌浆期和灌浆速率与喷施IAA的结果相反，旱种稻的粒重显著降低。表明旱种水稻籽粒中ABA含量的增加或IAA和ZR含量的减少是灌浆期缩短和粒重减轻的生理原因，调节籽粒中ABA与IAA比值，有望增加旱种水稻的粒重。 【关键词】：水稻 旱种 秸秆还田 直播 实地氮肥管理 产量 品质 籽粒灌浆 生理 土壤性状
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S511
【目录】：

• 目录4-9
• 中文摘要9-12
• 英文摘要12-17
• 中英文对照词17-19
• 第一章:文献综述19-51
• 1.1 秸秆还田效应的研究19-23
• 1.1.1 长期秸秆还田对土壤理化性质的影响19-22
• 1.1.2 长期秸秆还田对土壤生物学性状的影响22-23
• 1.2 中国水稻氮肥利用现状23-27
• 1.2.1 氮肥利用效率24
• 1.2.2 提高氮肥利用率的途径24-27
• 1.3 直播稻的研究现状27-30
• 1.3.1 直播稻生长发育特性27-28
• 1.3.2 产量构成性状28-29
• 1.3.3 直播栽培关键技术的研究29-30
• 1.4 水稻旱种效应30-37
• 1.4.1 水稻旱种的理论依据31
• 1.4.2 水稻旱种条件下适应性研究31-37
• 1.5 存在问题37
• 1.6 本研究的目的和意义37
• 参考文献37-51
• 第二章:秸秆还田与实地氮肥管理对水稻产量及品质的影响51-66
• 2.1 材料与方法52-54
• 2.1.1 材料与试验地点52
• 2.1.2 试验设计52-53
• 2.1.3 测定项目及方法53-54
• 2.1.4 数据分析54
• 2.2 结果与分析54-62
• 2.2.1 产量及其构成54-55
• 2.2.2 稻米品质55-61
• 2.2.2.1 加工品质及营养品质55-58
• 2.2.2.2 稻米的外观品质58-59
• 2.2.2.3 稻米的蒸煮品质59-60
• 2.2.2.4 淀粉RVA谱特性60-61
• 2.2.3 籽粒灌浆特性61-62
• 2.3 讨论62-64
• 参考文献64-66
• 第三章:秸秆还田与实地氮肥管理对水稻生长发育的影响及其原因分析66-84
• 3.1 材料与方法66-68
• 3.1.1 材料与试验地点67
• 3.1.2 试验设计67
• 3.1.3 测定项目及方法67-68
• 3.1.4 数据分析68
• 3.2 结果与分析68-79
• 3.2.1 茎蘖消长动态68-69
• 3.2.2 干物质与叶面积指数69-71
• 3.2.3 分蘖期及穗分化期叶片中有机酸含量变化71
• 3.2.4 田间温湿度71-73
• 3.2.5 粒叶比、糖花比及收获指数73-75
• 3.2.6 光合速率、根系伤流量与根系活力75-77
• 3.2.7 叶绿素含量及剑叶MDA含量77-78
• 3.2.8 ATP酶与硝酸还原酶活性78-79
• 3.3 讨论79-81
• 参考文献81-84
• 第四章:秸秆还田与实地氮肥管理条件下的水稻营养状况84-106
• 4.1 材料与方法85-86
• 4.1.1 材料与试验地点85
• 4.1.2 试验设计85
• 4.1.3 测定项目及方法85
• 4.1.4 数据分析85-86
• 4.2 结果与分析86-101
• 4.2.1 N素吸收利用86-92
• 4.2.1.1 植株N含量86-87
• 4.2.1.2 植株吸N量87
• 4.2.1.3 氮素分配及运转87-90
• 4.2.1.4 氮肥利用率90-91
• 4.2.1.5 氮收获指数91-92
• 4.2.2 磷素的吸收利用92-97
• 4.2.2.1 植株的含P率92
• 4.2.2.2 植株吸磷量92-94
• 4.2.2.3 植株P素分配及运转94-96
• 4.2.2.4 P素物质生产效率96-97
• 4.2.3 K的吸收利用97-101
• 4.2.3.1 植株含K率97-98
• 4.2.3.2 植株钾素分配及运转98
• 4.2.3.3 植株钾素物质生产效率98-101
• 4.3 小结与讨论101-103
• 参考文献103-106
• 第五章:秸秆还田对土壤理化性质及酶活性的影响106-120
• 5.1 材料与方法106-107
• 5.1.1 材料与试验地点106
• 5.1.2 试验设计106-107
• 5.1.3 测定项目及方法107
• 5.1.4 数据分析107
• 5.2 结果与分析107-116
• 5.2.1 土壤中秸秆腐解动态107-108
• 5.2.2 不同氮肥管理下土壤pH值108
• 5.2.3 土壤中有机酸总量变化108-110
• 5.2.4 土壤中酶活性的变化110-113
• 5.2.4.1 土壤脲酶活性变化110
• 5.2.4.2 土壤过氧化氢酶活性变化110-112
• 5.2.4.3 各个时期土壤磷酸酶活性变化112-113
• 5.2.5 土壤呼吸速率113-114
• 5.2.6 土壤有机质含量114-115
• 5.2.7 土壤酶活性与土壤有机质、氮、磷、钾含量相关性分析115
• 5.2.8 土壤离子变化动态115-116
• 5.3 小结与讨论116-117
• 参考文献117-120
• 第六章:覆草旱种对水稻产量、品质及生育特性的影响120-140
• 6.1 材料与方法120-122
• 6.1.1 材料与试验地点121
• 6.1.2 试验设计121
• 6.1.3 测定项目及方法121-122
• 6.2 结果与分析122-135
• 6.2.1 种植方式对产量及品质的影响122-126
• 6.2.1.1 种植方式对产量及产量构成因素的影响122
• 6.2.1.2 种植方式对稻米品质的影响122-124
• 6.2.1.3 淀粉RVA谱特性124-126
• 6.2.2 不同旱种方式条件下水稻生长发育动态126-130
• 6.2.2.1 水稻茎蘖消长与土壤温度变化126
• 6.2.2.2 干物质生产与物质运转126-129
• 6.2.2.3 籽粒灌浆特性129-130
• 6.2.3 种植方式对水稻生理的影响130-135
• 6.2.3.1 叶绿素含量和光合速率130-131
• 6.2.3.2 根系活性及根系伤流量131-133
• 6.2.3.3 叶片中MDA含量和SOD、CAT与POD活性133-135
• 6.3 讨论135-137
• 参考文献137-140
• 第七章:旱种水稻籽粒灌浆特性及激素含量的变化140-155
• 7.1 材料与方法141-142
• 2.1.1 材料与试验地点141
• 7.1.2 试验设计141
• 7.1.3 外源激素处理141-142
• 7.1.4 测定项目及方法142
• 7.2 结果与分析142-150
• 7.2.1 产量及产量构成142-144
• 7.2.2 灌浆特性与籽粒中激素含量变化144-150
• 7.2.2.1 籽粒灌浆动态144-145
• 7.2.2.2 籽粒中激素含量变化145-148
• 7.2.2.3 喷施外源激素对籽粒激素含量和籽粒灌浆的影响148-150
• 7.3 讨论150-152
• 参考文献152-155
• 第八章:结语155-162
• 8.1 本研究的主要结果155-157
• 8.1.1 秸秆还田与实地氮肥管理下的水稻产量与品质形成特点155
• 8.1.2 秸秆还田与实地氮肥管理对水稻生长发育特性155
• 8.1.3 秸秆还田与实地氮肥管理下水稻对N、P和K吸收利用特点155-156
• 8.1.4 秸秆还田条件对土壤理化性状与酶活性的影响156
• 8.1.5 覆草旱种对水稻产量、生长与生理的影响156-157
• 8.1.6 旱种水稻籽粒灌浆特性及激素含量的变化157
• 8.2 本研究的创新点157-159
• 8.3 本研究存在问题及进一步研究的设想159-160
• 参考文献160-162
• 攻读博士学位期间发表的论文162-163
• 致谢163-164
• 附表:2005年的部分试验结果164-174

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麦秆还田与氮肥不同运筹方式对水稻生长和产量的影响    朱斌;苏建平;李久进;

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不同地力等级下氮肥用量对水稻产量的影响    钱永稳;余媛;刘燕;杨晓东;许应萍;

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南方稻田春玉米—晚稻种植模式资源利用效率及生产力优势研究    李小勇

施硅、钙、氮、有机肥与覆膜旱作对水稻抗倒性及产量的影响    邓文

免耕和秸秆覆盖旱作稻田甲烷排放及甲烷产生菌群落结构和数量的变化特征    李大明

超级稻产量形成生理与栽培调控的研究    付景

不同复种方式对水稻生长发育和土壤肥力影响研究    周春火

粮食主产区农户技术采用及其效应研究    李想

水肥优化管理降低氮素淋溶损失与提高双季稻氮肥利用率的研究    王先挺

稻草全量还田下氮肥运筹对晚稻产量形成的影响及其机理    何虎

“高原夏菜”剩余物资源状况及其还田效应    胡国平

稻田氮素利用与损失及其对环境影响研究    孟祥海

全量还田麦秸秆腐解特征及对土壤理化性质和水稻产量形成的影响    刘萌

秸秆深施还田机设计及深施装置试验研究    张超

高碳/氮比秸秆添加对日光温室土壤氮素供应以及番茄生长氮素有效性调控研究    潘剑玲

有机无机配施添加DMPP对土壤氮素转化及微生物活性的影响    殷建祯

齐穗期施氮量对不同品种水稻产量及品质的影响    李晓蕾

硫酸镁对寒地水稻生长发育和产量品质的影响研究    马艳

水稻纹枯病生境生态位研究    王子迎,檀根甲

麦秸回田对土壤肥力的影响    朱同相,段云,胡修岭

测定植物组织水势的压力室法    李德全;邹琦;程炳嵩;

冬小麦应用长效尿素的增产效果及施用技术    孙德芳;车爱萍;马杰;霍现英;

水稻旱作条件下灌浆特性的研究    黄文江,白善军,黄义德,王永久,张玉屏

早稻直播轻型高产栽培技术研究    董光书

旱直播稻田杂草及化学防除的研究    李金才,黄义德,魏凤珍,刘庆,徐伟劼

旱作对水稻干物质积累、分配及产量的影响    李金才,黄义德,魏凤珍,张玉屏,黄文江

水稻粒形与稻米品质间相关性研究进展    杨联松,白一松,许传万,胡兴明,王伍梅

超级杂交稻强化栽培体系试验研究初报    昂盛福,王学会,谢世秀,熊忠炯,罗成玉,余斌,张士陆

水稻氮素营养特性、氮肥利用率与实时实地氮肥管理的研究    黄见良

水稻氮肥利用效率及其调控途径    刘立军

黄土高原旱地长期定位试验土壤酶活性研究    樊军

怎样确定水稻旱种播种量    关绍刚

水稻旱种机械化技术    孙远杰

高寒山区水稻旱种高产栽培    赖海英

水稻旱种机械化技术    孙远杰

水稻旱种技术    邹世杰;吴丽敏;吴利华;

水稻旱种    高佩文

农业技术问答    翟惠

黄淮海低洼易涝淤土地区水稻旱种的生态适种性及技术研究    张政文,陈学良

水稻旱种增产技术(五)    晏成衡

水稻旱种主要技术措施    马庆仁,苏洪新

水稻机械旱直播技术研究现状及发展    张明华;曾山;罗锡文;

长江中游中低产稻田改良和培肥技术    聂军;杨曾平;廖育林;谢坚;

局部供磷条件下旱种水稻根形态构型的适应性变化    何勇;廖红;严小龙;

点亮水稻旱种的科技之花    本报记者 杨春莲　通讯员 杨永期

水稻旱种节水灌溉技术    侬辛

辽宁凤城节水农业优势尽显    通讯员 王卢莎　记者 侯忠江

辽宁:伏旱带来的启迪    本报记者 李锋德 罗兆军

发展节水农业势在必行    江西省乐平市 吴双林

寻找旱区的“绿色”    本报记者 孟海鹰　肖遥 庞革平 刘毅

50万斤节水抗旱稻米将上市    实习生 史博臻　记者 任荃

区域尺度覆膜节水栽培体系水稻产量和土壤碳氮储量评价    刘美菊

氮素高效吸收型水稻的基本特点    于小凤

适于直播的水稻种质资源筛选及种子活力和幼苗耐缺氧能力优异等位变异的发掘    王洋

丛枝菌根改善旱作水稻/绿豆间作系统中作物生长和氮磷利用的研究    李岳峰

覆草旱作条件下稻田土壤肥力性状、碳氮动态及水稻生产力特征研究    王栋

民国时期日本对东北水田投资研究    姜丰裕

水稻抗旱QTL区域的连锁不平衡结构    巢素珍

基于DSP的水稻杂草识别研究    范德耀

水稻近等基因系耐旱性评价及NO信号干旱响应机制研究    杨永杰

广西水稻旱直播技术及应用研究    张婧

黄华占回交导入系抗旱筛选及QTL分析    卓壮

巴西陆稻IAPAR9调亏喷灌的PLC控制系统研究    李新颖