本文關鍵詞：不同條件下大氣CO_2濃度升高對水稻生長和產(chǎn)量的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大氣中的CO2濃度已從工業(yè)革命前的280 μmol·mol-1上升到目前的約400 μmol·mol-1,預計到本世紀中葉將升至550 μmol·mol-1,持續(xù)增高的大氣CO2濃度促進水稻生長發(fā)育,增加籽粒產(chǎn)量,但這種影響是否因不同栽培和環(huán)境條件而異尚不甚清楚。FACE (Free Air CO2 Enrichment)試驗平臺的空間優(yōu)勢為開展這方面的探索提供了契機。依托中國稻田生態(tài)系統(tǒng)FACE平臺,模擬本世紀中葉的大氣CO2濃度(約550 μmol·mol-1,熏蒸期為分蘗至成熟期),本研究設置五個試驗(1)CO2與品種互作試驗：選用常規(guī)粳稻、常規(guī)秈稻和雜交稻各4個品種,主要用于敏感材料的篩選；(2)CO2與移栽密度互作試驗：以敏感品種Ⅱ優(yōu)084為材料,密度設低、中和高密度(16、24、32 hill m-2)三個水平；(3)CO2與施氮量、移栽密度三因子互作試驗：以敏感品種汕優(yōu)63為材料,施氮量(15、25 g·m-2)和移栽密度(16、24 hill·m-2)各設兩個水平；(4)CO2與溫度互作試驗：以Ⅱ優(yōu)084為材料,溫度設大氣背景溫度和高溫(增1℃)兩個水平；(5)CO2與源庫改變互作試驗：以汕優(yōu)63和Ⅱ優(yōu)084為材料,抽穗期源庫處理設對照、剪葉和疏花三個水平。通過多年大田試驗,系統(tǒng)研究了不同條件下(包括品種、密肥、氣溫以及源庫水平)高CO2濃度對水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響,旨在探索CO2肥料效應的影響因子及其可能原因,為假定情形下稻作生產(chǎn)適應策略的制訂提供理論依據(jù)。主要結果如下：1、試驗1：所有12個供試品種平均,大氣CO2增加200μmol·mol-1使水稻單位面積籽粒產(chǎn)量從832增至958 g·m-2,增幅達15%。不同品種對高濃度CO2的響應存在顯著差異,產(chǎn)量響應最大的品種是響應最小品種的4倍。從不同類型看,常規(guī)粳稻、常規(guī)秈稻和雜交稻單位面積籽粒產(chǎn)量分別增加64、124和190 g·m-2,增幅分別為9%、15%和20%,以雜交稻響應最大。CO2×品種和CO2×類型的互作對水稻籽粒產(chǎn)量的影響均達顯著水平。以上結果說明,不同水稻品種對高濃度CO2肥料效應的敏感性存在顯著差異,雜交稻響應遠大于常規(guī)稻品種。2、試驗2：高濃度C02對Ⅱ優(yōu)084生育進程沒有影響,但使最終株高顯著增加(+6%)。高濃度C02使Ⅱ優(yōu)084各期葉片凈光合速率、胞間C02濃度均顯著增加,氣孔導度顯著下降而蒸騰速率因時期而異。高濃度C02促進水稻各器官生長,從而使分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期地上部干重分別增加42%、22%、39%和33%。高濃度C02使各期莖鞘和稻穗占地上部干重比例呈增加趨勢,而葉片則呈相反趨勢。高濃度COz使水稻各期單穴不定根數(shù)、不定根總長、根體積和根干重均大幅增加(+18%～50%)。由于分蘗期和拔節(jié)期根干重增幅均大于地上部干重,故根冠比顯著增加。高濃度CO2使籽粒產(chǎn)量平均增加304 g·m-2,增幅達31%,這主要與穗數(shù)(+20%)、每穗穎花數(shù)(+7%)增加引起的總穎花量(+29%)增加有關。高濃度CO2條件下穗數(shù)增多主要與分蘗能力增強有關,而穗型增大主要由單莖干重所致。從不同密度看,高濃度CO2使低、中和高密度條件下II優(yōu)084分別增產(chǎn)183、440和287g·m-2,增幅分別為19%、45%和30%；與籽粒產(chǎn)量一致,最終生物產(chǎn)量分別增加23%、45%和30%。從生長和產(chǎn)量因子看,CO2-密度處理對分蘗期和成熟期地上部干重、成熟期稻穗干重、每平方米穗數(shù)、每穗穎花數(shù)、單位面積穎花數(shù)有明顯的互作效應。本試驗結果表明,適當增加移栽密度有利于增加CO2的肥料效應,但密度過大則呈相反趨勢。3、試驗3：高濃度CO2對汕優(yōu)63生育進程沒有影響但使最終株高顯著增加(+7%)。高濃度CO2使汕優(yōu)63灌漿前期葉片Pn、C盼別增加26%、54%,Gs降低22%,但對n沒有影響。高濃度CO2促進汕優(yōu)63地上部各器官生長,從而使拔節(jié)期、抽穗期和成熟期地上部干重分別增加33%、46%、33%。高濃度CO2使水稻莖鞘和稻穗占地上部干重比例呈增加趨勢,而葉片則相反。高濃度C02使汕優(yōu)63拔節(jié)期和抽穗期單穴根系性狀和根冠比均呈增加趨勢,且多達顯著水平。高濃度CO2使汕優(yōu)63籽粒產(chǎn)量平均增加297 g.m-2,增幅達36%,這主要源于穗數(shù)(+8%)和每穗穎花數(shù)(+19%)明顯增多引起的總穎花量大幅增加(+29%)。其中穗數(shù)增多主要與分蘗能力增強有關,穗型增大主要由單莖干重增加所致。從不同氮肥和密度看,低氮低密度、低氮中密度、高氮低密度和高氮中密度條件下汕優(yōu)63分別增產(chǎn)346、369、269和207 g·m-2,增幅分別為43%、46%、34%和23%；與籽粒產(chǎn)量一致,生物產(chǎn)量分別增加28%、30%(p=0.18)、41%和33%。從生長和產(chǎn)量因子看,C02xN對單位面積籽粒產(chǎn)量(p=0.17)以及C02xD對單株產(chǎn)量(p=0.13)和單穴根干重(p=0.06)均有微弱的互作效應。本試驗結果表明,高濃度C02環(huán)境下雜交汕優(yōu)63因庫容量增大導致產(chǎn)量大幅增加,調(diào)整施氮水平和移栽密度可在一定程度上改變這種肥料效應。4、試驗4：高濃度CO2使Ⅱ優(yōu)084成熟期延長約3 d,最終株高和單莖干重分別增加6%、49%,高濃度CO2對Ⅱ優(yōu)084物質(zhì)分配沒有影響,但使成熟期地上部干重大幅增加(+48%)。高濃度CO2使水稻抽穗期和抽穗后20 d單穴根系性狀和根冠比明顯增加,但對單條根系’性狀影響較小。高濃度CO2環(huán)境下水稻單穴根量明顯增加主要與不定根發(fā)生明顯增強有關,而非單條不定根的生長。高濃度CO2使Ⅱ優(yōu)084籽粒產(chǎn)量從810增加到1204 g·m-2,增幅為49%,這主要與穗數(shù)(+13%)、總穎花數(shù)(+13%)、飽粒率(+36%)、飽粒重(+5%)和所有籽粒平均粒重(+26%)明顯增加有關。C02熏蒸水稻結實能力增強主要與成熟期每朵穎花所占有的莖鞘干重(+57%)和非結構性碳水化合物含量(+304%)增加有關。從不同溫度看,環(huán)境溫度(AT)和高溫(ET)條件下高濃度C02使Ⅱ優(yōu)084分別增產(chǎn)373、413 g·m-2,增幅為39%和64%。與籽粒產(chǎn)量一致,AT和ET條件下生物產(chǎn)量分別增加39%、60%。從生長和產(chǎn)量因子看,C02x溫度處理對水稻最終株高、飽粒率、秕粒率、空粒率和所有籽粒平均粒重的影響均達到或接近0.1顯著水平。高溫處理使水稻籽粒產(chǎn)量平均下降為24%,這主要與穗數(shù)(-7%)、總穎花數(shù)(-14%)、飽粒重(-3%)、所有籽粒平均粒重(-18%)和最終生物量(-20%)明顯下降有關。本試驗結果表明,在環(huán)境溫度較高年份增加溫度使雜交稻Ⅱ優(yōu)084生長受抑產(chǎn)量下降,但升高C02濃度可在一定程度上緩解高溫脅迫對水稻的傷害。5、試驗5：高濃度C02使汕優(yōu)63和Ⅱ優(yōu)084各器官干重均顯著增加,從而使成熟期地上部干重分別增加36%和41%。與生物量不同,高濃度C02對兩品種物質(zhì)分配均無顯著影響。高濃度C02使汕優(yōu)63和Ⅱ優(yōu)084籽粒產(chǎn)量分別增加234和281 g·m-2,增幅分別為36%和38‰增產(chǎn)主要源于穗數(shù)和每穗穎花數(shù)共同增加,同時亦與結實能力的提升有關。高濃度C02使汕優(yōu)63總穎花量、受精率、飽粒率、飽粒重和所有籽粒平均粒重分別增加25%、6.5%、6.5%、1.3%和6.6%,Ⅱ優(yōu)084對應參數(shù)分別增加14%、5.9%、10.9%、6.6%和13.3%。從不同源庫處理看,對照、剪葉和疏花條件下汕優(yōu)63籽粒產(chǎn)量分別增加32%、55%和25%,對照和剪葉條件下I1優(yōu)084籽粒產(chǎn)量分別增加40%、62%,但疏花條件下無顯著變化。與籽粒產(chǎn)量一致,對照、剪葉和疏花條件下汕優(yōu)63生物產(chǎn)量分別增加39%、43%和28%,對應條件下Ⅱ優(yōu)084分別增加41%、56%和27%；均表現(xiàn)為剪葉處理對照疏花處理；受精率、飽粒率、飽粒重和所有籽粒平均粒重亦有類似趨勢。從生長和產(chǎn)量因子看,C02×剪葉處理對汕優(yōu)63受精率飽粒率和所有籽粒平均粒重均有顯著互作效應,而C02x疏花處理對Ⅱ優(yōu)084對應參數(shù)均有顯著互作效應。以上結果說明,大氣C02濃度升高環(huán)境下雜交稻因庫容量增大導致產(chǎn)量增加,人為擴大庫源比(如剪葉)有利于增加C02肥料效應,而減小源庫比(如疏花)則有相反趨勢。綜上所述,本世紀中葉大氣C02濃度(大約比目前高200μmol·mol-1)使雜交稻(超級稻)生產(chǎn)力明顯增強。品種、密度、氮肥、溫度以及源庫比例對雜交稻的C02響應均有一定的調(diào)節(jié)作用。未來氣候變化情形下,選育抗高溫和高庫容的雜交稻(超級稻)品種配合適宜的施氮量和移栽密度將有利于最大化C02對水稻產(chǎn)量的肥料效應和保障糧食安全。
【關鍵詞】：FACE(Free Air CO_2 Enrichment) 水稻 CO_2 施氮量 密度 剪葉疏花 溫度 生長 產(chǎn)量
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S511
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 文獻綜述16-28
• 1 引言16-17
• 2 熏蒸技術的發(fā)展歷史17-19
• 3 CO_2濃度和品種互作對水稻生長和產(chǎn)量的影響19-21
• 4 CO_2濃度和移栽密度互作對水稻生長和產(chǎn)量的影響21
• 5 CO_2濃度和肥料互作對水稻生長和產(chǎn)量的影響21-22
• 6 CO_2和臭氧濃度互作對水稻生長和產(chǎn)量的影響22-23
• 7 CO_2濃度和溫度互作對水稻生長和產(chǎn)量的影響23-26
• 7.1 生育進程與分蘗發(fā)生23-24
• 7.2 物質(zhì)生產(chǎn)與分配24-25
• 7.3 籽粒產(chǎn)量及其構成25-26
• 8 本研究的目的、意義及技術路線26-28
• 8.1 本研究的目的和意義26-27
• 8.2 本研究的技術路線27-28
• 第二章 大氣CO_2濃度和移栽密度對Ⅱ優(yōu)084生長和產(chǎn)量的影響28-78
• 1 引言28-29
• 2 材料與方法29-33
• 2.1 試驗平臺29
• 2.2 試驗處理29-30
• 2.3 材料培育30
• 2.4 測定內(nèi)容與方法30-32
• 2.5 統(tǒng)計分析方法32-33
• 3 結果與分析33-68
• 3.1 大氣CO_2濃度升高對不同類型水稻品種籽粒產(chǎn)量的影響33-36
• 3.2 大氣CO_2濃度和移栽密度對水稻生育期和株高的影響36-37
• 3.3 大氣CO_2濃度和移栽密度對水稻光合作用的影響37-44
• 3.4 大氣CO_2濃度和移栽密度對水稻葉面積指數(shù)(LAI)的影響44-46
• 3.5 大氣CO_2濃度和移栽密度對水稻物質(zhì)生產(chǎn)與分配的影響46-54
• 3.6 大氣CO_2濃度和移栽密度對水稻根系形態(tài)性狀的影響54-63
• 3.7 大氣CO_2濃度和移栽密度對水稻產(chǎn)量及其構成因子的影響63-68
• 4 討論68-76
• 4.1 關于大氣CO_2濃度升高對不同類型水稻品種籽粒產(chǎn)量的影響68
• 4.2 關于大氣CO_2濃度和移栽密度對Ⅱ優(yōu)084生育期與株高的影響68-69
• 4.3 關于大氣CO_2濃度和移栽密度對Ⅱ優(yōu)084光合作用和葉面積指數(shù)的影響69-70
• 4.4 關于大氣CO_2濃度和移栽密度對Ⅱ優(yōu)084物質(zhì)生產(chǎn)與分配的影響70-72
• 4.5 關于大氣CO_2濃度和移栽密度對Ⅱ優(yōu)084根系形態(tài)的影響72-73
• 4.6 關于大氣CO_2濃度和移栽密度對Ⅱ優(yōu)084產(chǎn)量構成因子的影響73-74
• 4.7 關于大氣CO_2濃度和移栽密度對Ⅱ優(yōu)084籽粒產(chǎn)量的影響74-75
• 4.8 關于不同移栽密度條件下大氣CO_2濃度升高使水稻增產(chǎn)的原因75-76
• 5 小結76-78
• 第三章 大氣CO_2濃度、施氮量和移栽密度對汕優(yōu)63生長和產(chǎn)量的影響78-116
• 1 引言78
• 2 材料與方法78-81
• 2.1 試驗平臺78
• 2.2 試驗處理78-79
• 2.3 材料培育79
• 2.4 測定內(nèi)容與方法79-80
• 2.5 統(tǒng)計分析方法80-81
• 3 結果與分析81-105
• 3.1 大氣CO_2濃度、施氮量和移栽密度對汕優(yōu)63生育期和株高的影響81-82
• 3.2 大氣CO_2濃度、施氮量和移栽密度對汕優(yōu)63灌漿前期光合參數(shù)的影響82-85
• 3.3 大氣CO_2濃度、施氮量和移栽密度對汕優(yōu)63物質(zhì)生產(chǎn)與分配的影響85-93
• 3.4 大氣CO_2濃度、施氮量和移栽密度對汕優(yōu)63根系形態(tài)性狀的影響93-98
• 3.5 大氣CO_2濃度、施氮量和移栽密度對水稻產(chǎn)量及其構成因子的影響98-105
• 4 討論105-114
• 4.1 關于大氣CO_2濃度升高對水稻生育期與株高的影響105
• 4.2 關于大氣CO_2濃度升高對水稻灌漿前期光合作用與LAI的影響105-107
• 4.3 關于大氣CO_2濃度升高對水稻物質(zhì)生產(chǎn)與分配的影響107-109
• 4.4 關于大氣CO_2濃度升高對水稻根系形態(tài)的影響109
• 4.5 關于大氣CO_2濃度升高對水稻產(chǎn)量及其構成因子的影響109-113
• 4.6 關于大氣CO_2濃度升高使水稻增產(chǎn)的原因113-114
• 5 小結114-116
• 第四章 大氣CO_2濃度和溫度升高對水稻生長和產(chǎn)量的影響116-152
• 1 引言116-117
• 2 材料與方法117-121
• 2.1 試驗平臺117-118
• 2.2 試驗處理118
• 2.3 材料培育118-119
• 2.4 測定內(nèi)容與方法119-120
• 2.5 統(tǒng)計分析120-121
• 3 結果與分析121-141
• 3.1 大氣CO_2濃度和溫度升高對水稻生育期的影響121
• 3.2 大氣CO_2濃度和溫度升高對成熟期株高和單莖干重的影響121-122
• 3.3 大氣CO_2濃度和溫度升高對水稻莖鞘非結構性碳水化合物的影響122-125
• 3.4 大氣CO_2濃度和溫度升高對水稻物質(zhì)生產(chǎn)與分配的影響125-129
• 3.5 大氣CO_2濃度和溫度升高對水稻根系形態(tài)的影響129-134
• 3.6 大氣CO_2濃度和溫度升高對水稻產(chǎn)量及其構成因子的影響134-141
• 4 討論141-150
• 4.1 關于大氣CO_2濃度和溫度升高對生育期的影響141
• 4.2 關于大氣CO_2濃度和溫度升高對株高和單莖性狀的影響141-142
• 4.3 關于大氣CO_2濃度和溫度升高對物質(zhì)生產(chǎn)與分配的影響142-144
• 4.4 關于大氣CO_2濃度升高對根系形態(tài)的影響144-145
• 4.5 關于大氣CO_2濃度和溫度升高對籽粒產(chǎn)量性狀的影響145-150
• 5 小結150-152
• 第五章 抽穗期剪葉疏花條件下大氣CO_2濃度升高對雜交稻生長和產(chǎn)量的影響152-182
• 1 引言152-153
• 2 材料與方法153-155
• 2.1 試驗平臺153
• 2.2 試驗處理153
• 2.3 材料培育153-154
• 2.4 測定內(nèi)容與方法154
• 2.5 統(tǒng)計分析154-155
• 3 結果與分析155-174
• 3.1 抽穗期剪葉疏花條件下大氣CO_2濃度升高對水稻物質(zhì)生產(chǎn)的影響155-159
• 3.2 抽穗期剪葉疏花條件下大氣CO_2濃度升高對水稻物質(zhì)分配的影響159-161
• 3.3 抽穗期剪葉疏花條件下大氣CO_2濃度升高對水稻產(chǎn)量構成因子的影響161-171
• 3.4 抽穗期剪葉疏花條件下大氣CO_2濃度升高對水稻籽粒產(chǎn)量的影響171-174
• 4 討論174-181
• 4.1 關于剪葉疏花條件下大氣CO_2濃度升高對水稻物質(zhì)生產(chǎn)的影響174-175
• 4.2 關于剪葉疏花條件下大氣CO_2濃度升高對水稻物質(zhì)分配的影響175-176
• 4.3 關于剪葉疏花條件下大氣CO_2濃度升高對水稻產(chǎn)量構成因子的影響176-179
• 4.4 關于剪葉疏花條件下大氣CO_2濃度升高對水稻籽粒產(chǎn)量的影響179-180
• 4.5 關于剪葉疏花條件下CO_2濃度升高使水稻產(chǎn)量增產(chǎn)的原因180-181
• 5 小結181-182
• 第六章 主要結論、創(chuàng)新點及研究展望182-186
• 1 本研究的主要結論182-184
• 1.1 大氣CO_2濃度升高對水稻影響的基因型差異182
• 1.2 不同條件下大氣CO_2濃度升高對水稻生育期和株高的影響182
• 1.3 不同條件下大氣CO_2濃度升高對水稻光合作用的影響182-183
• 1.4 不同條件下大氣CO_2濃度升高對水稻物質(zhì)生產(chǎn)與分配的影響183
• 1.5 不同條件下大氣CO_2濃度升高對水稻根系生長的影響183
• 1.6 不同條件下大氣CO_2濃度升高對水稻產(chǎn)量構成因子的影響183
• 1.7 不同條件下大氣CO_2濃度升高對水稻籽粒產(chǎn)量的影響183-184
• 1.8 全文總結184
• 2 本研究的創(chuàng)新點184-185
• 2.1 明確CO_2與施氮量以及移栽密度互作對水稻生長和產(chǎn)量的影響184
• 2.2 利用FACE技術首次開展稻田增溫與CO_2互作對水稻生長和產(chǎn)量的影響184-185
• 2.3 首次開展CO_2與源庫改變互作對水稻生長和產(chǎn)量的影響185
• 3 本研究的不足和展望185-186
• 參考文獻186-197
• 致謝197-199
• 攻讀博士期間發(fā)表學術論文目錄199-201

  本文關鍵詞：不同條件下大氣CO_2濃度升高對水稻生長和產(chǎn)量的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：271255