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甬优籼粳杂交稻栽后地上部干物质积累动态与特征分析

本站小编 Free考研考试/2021-12-26

韦还和1, 张徐彬1, 葛佳琳1, 孟天瑶2, 陆钰1, 李心月1, 陶源1, 丁恩浩1, 陈英龙1, 戴其根,1,*1江苏省作物遗传生理重点实验室 / 江苏省作物栽培生理重点实验室 / 江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心 / 扬州大学水稻产业工程技术研究院, 江苏扬州 225009
2扬州大学教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室 / 扬州大学农业科技发展研究院, 江苏扬州 225009

Dynamics in above-ground biomass accumulation after transplanting and its characteristic analysis in Yongyou japonica/indica hybrids

WEI Huan-He1, ZHANG Xu-Bin1, GE Jia-Lin1, MENG Tian-Yao2, LU Yu1, LI Xin-Yue1, TAO Yuan1, DING En-Hao1, CHEN Ying-Long1, DAI Qi-Gen,1,* 1Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology / Jiangsu Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology / Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops / Rice Industry Engineering Technology Research Institute, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China
2Joint International Research Laboratory of Agriculture and Agro-product Safety, Ministry of Education / Institute of Agricultural Science and Technological Development, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China

通讯作者: *戴其根, E-mail: qgdai@yzu.edu.cn

收稿日期:2020-05-12接受日期:2020-10-15网络出版日期:2021-03-12
基金资助:江苏省重点研发计划项目.BE2016370
江苏省重点研发计划项目.BE2019343
国家自然科学基金项目.31901448
江苏省高等学校自然科学研究面上项目.19KJB210004
江苏高校优势学科建设工程项目资助


Received:2020-05-12Accepted:2020-10-15Online:2021-03-12
Fund supported: This study was supported by the Key Research and Development Program of Jiangsu Province .BE2016370
Key Research and Development Program of Jiangsu Province .BE2019343
National Natural Science Foundation of China.31901448
Natural Science Foundation of the Jiangsu Higher Education Institutions of China .19KJB210004
Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions

作者简介 About authors
E-mail: hhwei@yzu.edu.cn












摘要
2015—2016年, 以甬优籼粳杂交稻(甬优1540和甬优4540, 全生育期天数169~171 d), 常规粳稻(镇稻13号和武运粳30, 全生育期天数159~160 d)和杂交籼稻(两优培九和扬两优6号, 全生育期天数140~141 d)为试材, 比较分析不同类型品种栽后地上部干物质积累特征及其差异。甬优籼粳杂交稻2年平均产量为12.4 t hm-2, 较常规粳稻和杂交籼稻分别增产7.8%和23.3%, 差异显著。与常规粳稻和杂交籼稻相比, 甬优籼粳杂交稻穗数、结实率和千粒重较低, 每穗粒数则较高; 籼粳杂交稻成熟期干物质积累量较高, 收获指数较低。成熟期茎鞘和叶部干物重及其所占比例均呈籼粳杂交稻>常规粳稻>杂交籼稻; 穗部干物重以籼粳杂交稻最高、杂交籼稻最低, 穗部干重所占比例则呈相反趋势。甬优籼粳杂交稻、常规粳稻和杂交籼稻栽后地上部干物质积累动态均以Gompertz方程拟合效果较好。不同类型品种栽后地上部干物质积累速率均呈先升后降的单峰曲线变化趋势, 籼粳杂交稻、常规粳稻和杂交籼稻最大干物质积累速率出现的时间分别在栽后61~62、64~66和63~64 d。籼粳杂交稻栽后最大干物质积累速率较常规粳稻和杂交籼稻分别高17.7%和17.3%。与常规粳稻和杂交籼稻相比, 籼粳杂交稻在渐增期、快增期和缓增期阶段平均干物质积累速率均较高; 渐增期和快增期阶段的干物质积累天数较低, 缓增期阶段的干物质积累天数则较高。籼粳杂交稻在渐增期、快增期和缓增期阶段的干物质积累量均高于常规粳稻和杂交籼稻。本研究建立了符合不同类型水稻栽后地上部干物质积累动态特征的Gompertz方程; 与常规粳稻和杂交籼稻相比, 籼粳杂交稻在渐增期、快增期和缓增期阶段的干物质积累量均具优势, 渐增期和快增期较高的干物质积累量主要由于此阶段较高的干物质积累速率, 缓增期较高的干物质积累量是由于较高的干物质积累天数和积累速率。
关键词: 甬优系列;籼粳杂交稻;地上部干物质积累;Gompertz方程

Abstract
In this study, two japonica/indica hybrids (JIH) (Yongyou 1540 and Yongyou 4540 with the total growth duration ranged from 169 to 171 days) of Yongyou series, two japonica conventional (JC) varieties (Zhendao 13 and Wuyunjing 30 with the total growth duration ranged from 159 to 160 days), and two indica hybrids (IH) varieties (Liangyoupeijiu and Yangliangyou 6 with the total growth duration ranged from 140 to 141 days) were grown to compare the characteristics and differences of above-ground biomass accumulation after transplanting among three variety types in 2015 and 2016. Grain yield of JIH was averaged 12.4 t hm -2 for two years, and 7.8% and 23.3% higher at P < 0.05 than that of JC and IH, respectively. Compared with JI and IH, JIH had lower panicle per m 2, filled-grain percentage, and 1000-grain weight, while more spikelets per panicle. JIH also had higher total biomass weight at maturity stage, while lower harvest index. The biomass weight in stem and leaf and their ratio at maturity stage were the highest in JIH and lowest in IH. JIH had the highest panicle weight while IH had the lowest panicle weight, and the opposite trend was observed in the ratio of panicle weight to the total biomass weight at maturity among three variety types. The above-ground biomass accumulation dynamics after transplanting of JIH, JC, and IH were all well fitted by Gompertz equation. The above-ground biomass accumulation rate of different variety types showed a single-peak curve of increasing trend and then a decreasing trend after transplanting. The maximum biomass accumulation rate of JIH, JC, and IH was observed at 61-62, 64-66, and 63-64 days after transplanting, respectively. The maximum biomass accumulation rate of JIH was 17.7% and 17.3% higher than that of JC and IH, respectively. Compared with JC and IH, JIH had higher mean biomass accumulation rate in the early, middle, and late stages; and JIH had lower duration days in the early and middle stages and higher duration days in the late stages. Compared with JC and IH, JIH had higher biomass accumulation in the early, middle, and late stages. In this study, a Gompertz model was established that conformed to the dynamic characteristics of above-ground biomass accumulation after transplanting in different variety types. Compared with JC and IH, JIH had superior biomass accumulation in the early, middle, and late stages; the higher biomass accumulation in the early and middle stages were due to the higher biomass accumulation rate, and higher biomass accumulation in the late stage was due to its higher biomass accumulation period and accumulation rate.
Keywords:Yongyou series;japonica/indica hybrids;above-ground biomass accumulation;Gompertz equation


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本文引用格式
韦还和, 张徐彬, 葛佳琳, 孟天瑶, 陆钰, 李心月, 陶源, 丁恩浩, 陈英龙, 戴其根. 甬优籼粳杂交稻栽后地上部干物质积累动态与特征分析[J]. 作物学报, 2021, 47(3): 546-555. doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02033
WEI Huan-He, ZHANG Xu-Bin, GE Jia-Lin, MENG Tian-Yao, LU Yu, LI Xin-Yue, TAO Yuan, DING En-Hao, CHEN Ying-Long, DAI Qi-Gen. Dynamics in above-ground biomass accumulation after transplanting and its characteristic analysis in Yongyou japonica/indica hybrids[J]. Acta Agronomica Sinica, 2021, 47(3): 546-555. doi:10.3724/SP.J.1006.2021.02033


近年来, 以甬优12、甬优2640、甬优1540等为代表的甬优系列籼粳杂交稻在生产上屡创13.5 t hm-2高产纪录[1,2,3]。当前, 甬优系列籼粳杂交稻在我国浙江、福建、湖北、江苏、安徽等地推广应用前景良好, 具有营养生长旺盛、生物学产量大、茎秆粗壮、单产水平高等特性[4,5,6]。已有研究表明, 与常规粳稻和杂交籼稻相比, 甬优籼粳杂交稻具有5%~20%的增产优势; 并从籽粒灌浆、冠层结构、花后源-库平衡、养分积累与转运、根系形态生理等角度分析了甬优籼粳杂交稻产量优势形成的形态生理基础[7,8,9,10,11]。干物质是作物光合作用形成的终产物, 直接决定作物产量的高低[12]。利用模型方程定量分析干物质积累动态特征是阐明作物产量形成的重要研究手段, 在水稻、小麦、玉米、棉花等作物上均有相关研究报道[13,14,15,16]。如就水稻而言, 纪洪亭等[14]基于Gompertz方程定量分析了超级杂交稻栽后群体干物质和养分积累特征, 与对照相比, 超级杂交稻干物质和养分积累的优势主要是由于快增期持续天数较长, 中后期尤其是抽穗后干物质和养分积累速率较快。韦还和等[17]研究表明, 甬优籼粳杂交稻花后较强的干物质积累优势主要体现在花后渐增期, 且花后渐增期较强的干物质积累能力主要在于其较长的渐增期持续天数。当前, 利用模型方程分析甬优籼粳杂交稻栽后地上部干物质积累与生产特性的研究仍较为缺乏。为此, 本研究对甬优籼粳杂交稻、常规粳稻与杂交籼稻栽后地上部干物质积累特性进行比较研究, 定量分析不同类型品种栽后地上部干物质积累特征及其差异, 为阐明甬优籼粳杂交稻产量优势形成机理及其配套高产栽培措施提供理论与实践支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点、参试材料与栽培管理

试验于2015—2016年在浙江省宁波市鄞州区洞桥镇进行, 土壤类型为黄化青紫泥田, pH 5.6, 含全氮0.16%、碱解氮84.6 mg kg-1、速效磷19.5 mg kg-1和速效钾76.5 mg kg 1

以甬优籼粳杂交稻(甬优1540和甬优4540)、常规粳稻(镇稻13号和武运粳30)、杂交籼稻(两优培九和扬两优6号)为参试材料。2年中, 甬优籼粳杂交稻全生育期天数169~171 d, 常规粳稻全生育期天数159~160 d, 杂交籼稻全生育期天数140~141 d。

采取完全随机区组设计, 小区面积27 m2 (6.0 m × 4.5 m), 3次重复。小区间作埂隔离, 并用塑料薄膜覆盖埂体, 保证单独排灌。2年播期均在5月20日, 毯苗育秧, 秧龄20 d, 栽插株行距为30.0 cm × 13.2 cm。籼粳杂交稻和杂交籼稻每穴2苗栽插, 常规粳稻每穴4株苗栽插。各小区氮、磷、钾肥施用量与施用比例均一致。施纯氮270 kg hm-2, 按基蘖肥︰穗粒肥 = 5︰5施用; 过磷酸钙(含12% P2O5) 1125 kg hm-2, 移栽前1 d作基肥全部施用; 氯化钾(含60% K2O) 450 kg hm-2, 按基蘖肥︰穗粒肥 = 5︰5施用。移栽后以湿润灌溉为主, 建立浅水层; 群体达到目标穗数的80%时搁田, 控制无效分蘖发生; 抽穗扬花期田间保持3 cm水层, 灌浆结实期间歇灌溉, 干湿交替, 收割前7 d断水搁田。按常规高产栽培要求防治病虫害。

1.2 测定项目与方法

2015年, 栽后每隔10 d直至成熟期, 按参试品种每小区的平均茎蘖数每次取3穴植株。将样株分成叶、茎鞘和穗3个部分, 之后将各植株器官放置105℃烘箱杀青30 min, 75℃烘干至恒重, 测定干物质量。

2016年, 于拔节、抽穗、抽穗后20 d和成熟期, 按参试品种每小区的平均茎蘖数每次取3穴植株。将样株分成叶、茎鞘和穗3个部分, 之后放置105℃烘箱杀青30 min, 75℃烘干至恒重, 测定干物质量。

成熟期每小区取50穴调查有效穗数、每穗粒数、结实率和测定千粒重; 各小区实产收割面积6 m2, 脱粒后晾晒, 并称重。

1.3 数据处理

日产量(kg hm-2 d-1) = 产量(kg hm-2)/全生育期天数(d)。

运用Microsoft Excel软件录入数据、计算, 用DPS软件作统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同类型品种产量及其构成

两年中, 甬优籼粳杂交稻较常规粳稻和杂交籼稻分别增产7.8%和23.3%, 差异显著。产量构成因素方面, 穗数和结实率均以常规粳稻最高、籼粳杂交稻最低; 每穗粒数则以籼粳杂交稻显著高于常规粳稻与杂交籼稻, 如2015年, 籼粳杂交稻每穗粒数较常规粳稻和杂交籼稻分别高94.2%和67.2%; 千粒重则呈杂交籼稻>常规粳稻>籼粳杂交稻(表1)。

Table 1
表1
表1各品种产量及其构成因素
Table 1Grain yield, total biomass weight, and harvest index of tested varieties
年份
Year
品种类型
Variety type
品种
Variety
产量
Grain yield
(t hm-2)
穗数
Number of panicles
(×104 hm-2)
每穗粒数
Spikelets
per panicle
结实率
Seed-setting
rate (%)
千粒重
1000-grain
weight (g)
2015籼粳杂交稻
JIH
甬优1540 Yongyou 154012.418734987.621.9
甬优4540 Yongyou 454012.418335788.121.5
平均值 Mean12.4 a185 c353 a87.9 b21.7 b
常规粳稻
JC
镇稻13号 Zhendao 1311.530316989.225.1
武运粳30 Wuyunjing 3011.429417690.124.8
平均值 Mean11.5 b299 a173 c89.7 a25.0 ab
杂交籼稻
IH
两优培九 Liangyoupeijiu10.122620489.325.1
扬两优6号 Yangliangyou 610.023119888.726.3
平均值 Mean10.1 c229 b201 b89.0 ab25.7 a
2016籼粳杂交稻
JIH
甬优1540 Yongyou 154012.518935187.222.2
甬优4540 Yongyou 454012.319234887.821.8
平均值 Mean12.4 a191 c350 a87.5 c22.0 b
常规粳稻
JC
镇稻13号 Zhendao 1311.628717289.625.2
武运粳30 Wuyunjing 3011.429617489.824.9
平均值 Mean11.5 b292 a173 c89.7 a25.1 ab
杂交籼稻
IH
两优培九 Liangyoupeijiu10.123519788.725.3
扬两优6号 Yangliangyou 610.024419189.126.2
平均值 Mean10.1 c240 b194 b88.9 b25.8 a
标以不同小写字母的值在同一年份0.05水平差异显著。
Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level in the same year. JIH: japonica/indica hybrids; JC: japonica conventional rice; IH: indica hybrid rice.

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2.2 不同类型品种日产量、成熟期干物重与收获指数

日产量方面, 籼粳杂交稻2年平均为72.9 kg hm-2 d-1, 高于常规粳稻(71.9 kg hm-2 d-1)和杂交籼稻(71.6 kg hm-2 d-1), 但差异不显著。不同类型品种成熟期干物重呈籼粳杂交稻>常规粳稻>杂交籼稻, 差异显著。如2015年, 籼粳杂交稻成熟期干物重较常规粳稻和杂交籼稻分别高11.6%和29.1%。籼粳杂交稻收获指数2年平均为0.484, 低于常规粳稻和杂交籼稻(表2)。

Table 2
表2
表2各品种日产量、干物重与收获指数
Table 2Grain yield per day, total biomass weight, and harvest index of tested varieties
年份
Year
品种类型
Variety type
品种
Variety
日产量
Grain yield per day
(kg hm-2 d-1)
成熟期干物重
Total biomass weight at maturity (t hm-2)
收获指数
Harvest index
2015籼粳杂交稻
JIH
甬优1540 Yongyou 154072.922.10.484
甬优4540 Yongyou 454072.522.20.481
平均值 Mean72.7 a22.2 a0.483 b
常规粳稻
JC
镇稻13号 Zhendao 1371.920.10.493
武运粳30 Wuyunjing 3071.319.70.497
平均值 Mean71.6 a19.9 b0.495 ab
杂交籼稻
IH
两优培九 Liangyoupeijiu72.117.30.502
扬两优6号 Yangliangyou 671.617.00.505
平均值 Mean71.9 a17.2 c0.504 a
2016籼粳杂交稻
JIH
甬优1540 Yongyou 154074.022.30.482
甬优4540 Yongyou 454072.421.70.487
平均值 Mean73.2 a22.0 a0.485 b
常规粳稻
JC
镇稻13号 Zhendao 1373.020.20.495
武运粳30 Wuyunjing 3071.720.00.491
平均值 Mean72.3 a20.1 b0.493 ab
杂交籼稻
IH
两优培九 Liangyoupeijiu71.617.20.504
扬两优6号 Yangliangyou 670.917.20.501
平均值 Mean71.3 a17.2 c0.503 a
缩写同表1。标以不同小写字母的值表示在同一年份0.05水平差异显著。
Abbreviations are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level in the same year.

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不同类型品种各器官间成熟期干物重均以穗部干重最大、叶片干重最低。不同类型品种成熟期茎鞘、叶片和穗部干物重呈籼粳杂交稻>常规粳稻>杂交籼稻, 差异显著; 成熟期茎鞘和叶片干重所占比例亦均呈籼粳杂交稻>常规粳稻>杂交籼稻, 穗部干重所占比例则呈相反趋势(表3)。

Table 3
表3
表3各品种成熟期植株各器官干物重及其比例
Table 3Biomass weight of rice organs and their ratios of tested varieties at maturity stage
年份
Year
品种类型
Variety type
品种
Variety
成熟期器官干物重
Biomass weight of rice
organs at maturity stage (t hm-2)
成熟期各器官干物重所占比例
Ratio of biomass weight of
rice organs at maturity stage (%)
茎鞘
stem

Leaf

Panicle
茎鞘
Stem

Leaf

Panicle
2015籼粳杂交稻
JIH
甬优1540 Yongyou 15407.23.211.732.414.752.9
甬优4540 Yongyou 45407.33.211.733.114.252.7
平均值 Mean7.3 a3.2 a11.7 a32.8 a14.4 a52.8 c
常规粳稻
JC
镇稻13号 Zhendao 136.52.610.932.313.254.5
武运粳30 Wuyunjing 306.42.510.832.712.554.8
平均值 Mean6.5 b2.6 b10.8 b32.5 a12.9 b54.7 b
杂交籼稻
IH
两优培九 Liangyoupeijiu5.62.19.832.011.956.1
扬两优6号 Yangliangyou 65.42.09.731.611.556.9
平均值 Mean5.5 c2.0 c9.7 c31.8 b11.7 c56.5 a
2016籼粳杂交稻
JIH
甬优1540 Yongyou 15407.23.311.832.514.652.9
甬优4540 Yongyou 45407.13.111.532.914.153.0
平均值 Mean7.2 a3.2 a11.7 a32.7 a14.3 a53.0 b
常规粳稻
JC
镇稻13号 Zhendao 136.52.711.032.113.654.3
武运粳30 Wuyunjing 306.52.511.032.312.755.0
平均值 Mean6.5 b2.6 b11.0 b32.2 a13.2 b54.7 ab
杂交籼稻
IH
两优培九 Liangyoupeijiu5.42.09.831.311.856.9
扬两优6号 Yangliangyou 65.32.19.830.812.057.2
平均值 Mean5.3 c2.0 c9.8 c31.1 a11.9 c57.1 a
缩写同表1。标以不同小写字母的值表示在同一年份0.05水平差异显著。
Abbreviations are the same as those given in Table 1. Values followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level in the same year.

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2.3 不同类型品种栽后地上部干物质积累动态模型方程的建立、检验及应用

2.3.1 水稻栽后地上部干物质积累动态模型方程的建立与检验 不同类型品种栽后地上部干物质积累动态见图1。不同类型品种栽后地上部干物质积累动态基本均呈渐增、快增和缓增的趋势。栽后30 d内, 不同类型品种间地上部干物重差异不大; 此后, 籼粳杂交稻地上部干物重均高于常规粳稻和杂交籼稻。

图1

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图1水稻栽后干物质积累动态(2015)

Fig. 1Dynamics biomass accumulation of tested varieties after transplanting in 2015



以各品种栽后天数为自变量, 栽后地上部干物质积累量为因变量, 利用Curve Expert 1.3软件对各品种栽后天数和地上部干物重之间的关系进行拟合。为筛选出具有生物学意义、能较好反应各参试品种栽后地上部干物质积累动态变化的模型方程, 先以甬优1540为例, 得到了包括Gompertz、MMF、Richards和Logistic等在内的17个方程, 取拟合效果较好的6个(相关系数均在0.990以上)列于表4, 并对各模型方程取极限值。方程2和方程4中, 当t→0时, w为负值, 无生物学意义; 方程5为方程3中d=1时的一个特例。与方程6相比, 方程1拟合相关系数更高, 拟合效果更好。再以镇稻13号为例, 得到了包括Gompertz、MMF、Richards和Logistic等在内的16个方程, 取拟合效果较好的7个(相关系数均在0.990以上)列于表5。方程4和方程5中, 当t→0时, w为负值, 无生物学意义; 方程6为方程2中d=1时的一个特例, 且方程2中的b值为负值; 方程3中, 当t→∞, w不趋向一个固定值, 无生物学意义。与方程7相比, 方程1拟合相关系数更高。因此, 本研究选用Gompertz方程作为各品种栽后地上部干物质积累动态模型, 其表达式为$w=a{{\text{e}}^{-{{\text{e}}^{b-ct}}}}$, 式中, w为地上部干物重(t hm-2), t为移栽后天数(d), abc为常数。

Table 4
表4
表4甬优1540栽后地上部干物重积累动态模型(2015)
Table 4Simulation equations of above-ground biomass accumulation of Yongyou 1540 after transplanting in 2015
编号
Number
模拟方程
Simulation equation
参数 Parameter相关系数
Correlation coefficient
abcd
1$w=\text{a}{{\text{e}}^{-{{\text{e}}^{b-\text{c}t}}}}$23.811.940.03160.998
2w=a+bt+ct2+dt3-0.24-0.0270.004-0.000020.997
3$w=\frac{a}{{{\left( 1+{{\text{e}}^{b-ct}} \right)}^{\frac{1}{d}}}}$23.420.370.0350.160.996
4$w=\frac{ab+c{{t}^{d}}}{b+{{t}^{d}}}$-0.4454,222.027.942.480.995
5$w=\frac{a}{1+b{{\text{e}}^{-ct}}}$22.2344.630.0530.995
6$w=a\text{e}{{\frac{-\left( t-b \right)}{2{{c}^{2}}}}^{2}}$22.19133.6250.610.994

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Table 5
表5
表5镇稻13号栽后地上部干物重积累动态模型(2015)
Table 5Simulation equations of above-ground biomass accumulation of Zhendao 13 after transplanting in 2015
编号
Number
模拟方程
Simulation equation
参数 Parameter相关系数
Correlation coefficient
abcd
1$w=ae^{-e^{b-ct}}$20.562.000.03020.998
2$w=\frac{a}{{{\left( 1+{{\text{e}}^{b-ct}} \right)}^{\frac{1}{d}}}}$20.26-0.0250.0320.0880.998
3w=a+b cos(ct+d)9.029.100.0242.950.997
4w=a+bt+ct2+dt3-0.16-0.0660.004-0.000020.997
5$w=\frac{ab+c{{t}^{d}}}{b+{{t}^{d}}}$-0.3174,337.025.522.480.997
6$w=\frac{a}{1+be^{-ct}}$18.5656.050.0540.996
7$w=a\text{e}{{\frac{-\left( t-b \right)}{2{{c}^{2}}}}^{2}}$.17.99131.1146.970.996

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利用2015年数据建立了各参试水稻品种栽后地上部干物质积累动态模型。由表6可知, 不同类型品种栽后地上部干物质积累动态均以Gompertz方程拟合的效果较好, 拟合系数一般都在0.995左右。

Table 6
表6
表6各品种栽后地上部干物质积累的拟合方程(2015)
Table 6Stimulation equations of above-ground biomass accumulation of the tested varieties after transplanting in 2015
品种类型
Variety type
品种
Variety
方程参数 Parameter拟合方程
Stimulated equation
abc
籼粳杂交稻
JIH
甬优1540 Yongyou 154023.811.940.0316W=23.81e-exp(1.94-0.0316t), R2=0.996
甬优4540 Yongyou 454023.661.910.0311W=23.66e-exp(1.91-0.0311t), R2=0.997
常规粳稻镇稻13号 Zhendao 1320.562.000.0302W=20.56e-exp(2.00-0.0302t), R2=0.996
JC武运粳30 Wuyunjing 3020.632.020.0312W=20.63e-exp(2.02-0.0312t), R2=0.997
杂交籼稻两优培九 Liangyoupeijiu20.611.960.0307W=20.61e-exp(1.96-0.0307t), R2=0.995
IH扬两优6号 Yangliangyou 620.361.970.0312W=20.36e-exp(1.97-0.0312t), R2=0.997
缩写同表1。Abbreviations are the same as those given in Table 1.

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利用2016年数据对Gompertz方程进行检验, 对6个水稻品种关键生育期地上部干物重的模拟值与实测值进行y=x的线性回归分析。结果表明, 各品种模拟的准确度(以k表示)均在1左右, 且相关性均达极显著水平, 表明Gompertz方程可较好地拟合不同水稻品种栽后地上部干物质积累动态特征(图2)。

图2

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图2各类品种栽后地上部干物质积累模拟值与实测值的关系===** 表示在P < 0.01水平差异显著。** indicates significant difference at P < 0.01.

Fig. 2Relationship between simulated and measured values of above-ground biomass accumulation after transplanting in the tested varieties



2.3.2 水稻栽后地上部干物质积累动态模型方程的应用

参照纪洪亭等[14]方法对Gompertz方程进行求导, 推导出不同类型品种栽后地上部干物质积累速率的变化动态。不同类型品种栽后地上部干物质积累速率均呈先升后降趋势。移栽始期直至栽后110 d, 籼粳杂交稻地上部干物质积累速率均高于常规粳稻和杂交籼稻。籼粳杂交稻、常规粳稻和杂交籼稻最大干物质积累速率出现的时间分别在栽后61~62、64~66和63~64 d。籼粳杂交稻栽后最大干物质积累速率较常规粳稻和杂交籼稻分别高17.7%和17.3% (图3)。

图3

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图3水稻栽后地上部干物质积累速率变化动态(2015)

Fig. 3Dynamics in above-ground biomass accumulation rate of tested varieties after transplanting in 2015



不同类型品种栽后地上部干物质积累动态呈明显的渐增期(0-t1)、快增期(t1-t2)和缓增期(t2-成熟期)增长趋势, 其中t1 (d) = (b-0.9614)/c, t2 (d) = (b+0.9614)/c。籼粳杂交稻在渐增期和快增期阶段的干物质积累天数均低于常规粳稻和杂交籼稻, 缓增期阶段的干物质积累天数则显著高于常规粳稻和杂交籼稻。与常规粳稻和杂交籼稻相比, 籼粳杂交稻在渐增期、快增期和缓增期阶段的平均干物质积累速率均较高。干物质积累量方面, 渐增期, 籼粳杂交稻干物质积累量高于常规粳稻和杂交籼稻相比, 但差异不显著; 快增期和缓增期, 籼粳杂交稻干物质积累量显著高于常规粳稻和杂交籼稻, 如籼粳杂交稻在缓增期的干物质积累量较常规粳稻和杂交籼稻分别高38.1%和75.8%。与常规粳稻和杂交籼稻相比, 籼粳杂交稻在渐增期、快增期和缓增期阶段的干物质积累量均较高; 渐增期和快增期较高的干物质积累量主要由于此阶段较高的干物质积累速率, 缓增期较高的干物质积累量是由于其较高的干物质积累天数和积累速率(表7)。

Table 7
表7
表7各品种栽后地上部干物质积累渐增、快增和缓增期3个阶段的特征(2015)
Table 7Characteristics of above-ground biomass accumulation of tested varieties in the early, middle and late stages after transplanting in 2015
品种类型
Variety
type
品种
Variety
渐增期 Early stage快增期 Middle stage缓增期 Late stage
天数
Days
(d)
平均积
累速率
ARBA
(t hm-2 d-1)
干物质
积累量
BAA
(t hm-2)
天数
Days
(d)
平均积
累速率
ARBA
(t hm-2 d-1)
干物质
积累量
BAA
(t hm-2)
天数
Days
(d)
平均积
累速率
ARBA
(t hm-2 d-1)
干物质
积累量
BAA
(t hm-2)
籼粳杂交稻
JIH
甬优1540 Yongyou 154031.00.0561.660.80.23814.578.20.0745.8
甬优4540 Yongyou 454030.50.0561.761.80.23314.478.70.0745.8
平均值 Mean30.7 c0.056 a1.7 a61.3 a0.236 a14.5 a78.4 a0.074 a5.8 a
常规粳稻
JC
镇稻13号 Zhendao 1334.40.0431.563.70.19712.561.90.0674.2
武运粳30 Wuyunjing 3033.90.0441.461.60.20412.664.40.0674.3
平均值 Mean34.2 a0.043 c1.5 a62.6 a0.200 b12.5 b63.2 b0.067 b4.2 b
杂交籼稻
IH
两优培九 Liangyoupeijiu32.50.0461.462.60.20012.644.80.0733.3
扬两优6号 Yangliangyou 632.30.0461.561.60.20112.446.00.0713.3
平均值 Mean32.4 b0.046 b1.5 a62.1 a0.201 b12.5 b45.4 c0.072 a3.3 c
标以不同小写字母的值表示在0.05水平差异显著。
JIH: japonica / indica hybrids; JC: japonica conventional rice; IH: indica hybrid rice. ARBA: average rate of biomass accumulation; BAA: biomass accumulation amount. Values followed by different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 probability level.

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3 讨论

3.1 甬优系列籼粳杂交稻产量与干物质积累优势

此前较多的研究表明, 甬优籼粳杂交稻较常规粳稻和杂交籼稻具有明显的产量优势[7,8,9,10,11]。本试验条件下, 甬优籼粳杂交稻产量显著高于常规粳稻和杂交籼稻, 较常规粳稻和杂交籼稻分别增产7.8%和23.3% (表1), 这与之前的研究结果一致。水稻产量可表述为全生育期天数和日产量的乘积[18]。孟天瑶等[19]研究表明, 甬优中熟类型籼粳杂交稻的全生育期天数和日产量大致为150 d和80 kg hm-2 d-1,均高于常规粳稻和杂交籼稻。按照生育类型划分, 本研究中的籼粳杂交稻生育类型为晚熟类型[20]; 与对照常规粳稻和杂交籼稻相比, 甬优晚熟类型籼粳杂交稻全生育期天数和日产量亦均较高(表2)。上述结果表明, 较长的生育期天数和较高的日产量是甬优中熟和晚熟类型籼粳杂交稻产量优势形成的共性特征。

研究表明, 目前我国水稻、小麦、玉米等主要禾谷类作物的收获指数进一步提高的空间有限, 今后应主要通过增加生物产量来提高禾谷类作物的产量[21,22,23]。本试验条件下, 甬优籼粳杂交稻收获指数为0.484, 低于常规粳稻和杂交籼稻; 成熟期干物重则较常规粳稻和杂交籼稻分别高10.5%和28.5% (表2), 最终较常规粳稻和杂交籼稻分别增产7.8%和23.3% (表1), 表明较强的干物质积累能力是籼粳杂交稻产量优势形成的重要基础。不同类型品种干物质积累分配上差异较大[24,25,26], 如刘琦等[24]研究表明, 与常规粳稻相比, 四川盆地中籼中熟和中籼迟熟杂交稻单产水平高, 成熟期叶、茎鞘和穗部干物重亦较高; 在干物质积累分配比例上, 中籼中熟和中籼迟熟杂交稻穗部干重占比高于常规粳稻, 茎鞘干重占比则低于常规粳稻。本试验条件下, 与常规粳稻和杂交籼稻相比, 甬优籼粳杂交稻成熟期各器官干重均较高; 籼粳杂交稻茎鞘和叶干重所占比例较高, 穗部干重所占比例则较低(表3)。该结果表明, 甬优籼粳杂交稻在满足大库容灌浆充实需要的同时, 仍可保持较强的光合物质生产能力, 使其源器官(茎鞘和叶)干重占据较大比例。

3.2 甬优系列籼粳杂交稻栽后干物质积累模型及其特征分析

利用生长模型已成为分析作物干物质与养分积累、籽粒灌浆以及花后源-库特性的重要研究方法[14-15,18,27-28]。就水稻而言, 因各稻作区生态条件以及参试品种类型的差异, Gompertz、Richards和Logistic等方程模型被用于拟合分析干物质积累动态及其特征[14,24,29]。就本研究中不同水稻品种类型栽后地上部干物重积累动态的效果而言, Richards方程参数b和c在不同品种间变异较大, 而Gompertz方程参数在不同品种间变异相对较小; 与Logistic方程相比而言, Gompertz方程拟合系数更高, 拟合效果更好(表4表5)。并利用2016年数据对Gompertz方程进行检验, 结果表明, Gompertz方程可较好地拟合甬优籼粳杂交稻、常规粳稻和杂交籼稻栽后地上部干物质积累动态特征(表4表5表6图2)。前人研究表明, 不同气候条件、播期、灌溉措施、施肥管理等都对水稻干物质积累特征有显著影响[30,31,32]。本研究在一个试验点、同一栽培措施下采用Gompertz方程对不同品种类型栽后地上部干物重积累动态进行拟合分析, 定量分析了不同类型品种栽后地上部干物质积累特征及其差异。由于资料有限, 在其他生态区不同栽培措施下, Gompertz方程拟合分析各品种类型干物质积累特征的可靠性和适用性仍有待于进一步的全面验证。

干物质积累速率是表述群体生长的重要指标。有研究表明[14,30], 水稻栽后群体干物质积累速率随栽后天数呈先升后降的单峰曲线变化趋势。但也有研究指出[31], 水稻栽后群体干物质积累速率会在分蘖后期至穗分化期、穗分化期至开花期和开花后期至生理成熟期出现3个峰值, 且以穗分化期至开花期的干物质积累速率最大。本研究结果表明, 不同类型品种栽后群体干物质积累速率均呈单峰曲线变化, 籼粳杂交稻、常规粳稻和杂交籼稻最大干物质积累速率出现的时间分别在栽后61~62、64~66和63~64 d; 籼粳杂交稻栽后最大干物质积累速率和平均干物质积累速率均高于常规粳稻和杂交籼稻(图3表7), 这也表明, 籼粳杂交稻栽后较强的干物质积累优势来自于其较长的生育期天数以及较高的干物质积累速率。

纪洪亭等[33]研究表明, 快增期是超级杂交稻与对照品种干物质积累量差异较大的时期。此前研究表明, 甬优籼粳杂交稻在花后干物质积累量上较常规粳稻和杂交籼稻具有明显优势, 且其花后较强的干物质积累优势主要体现在花后渐增期[7,10,17]。本试验条件下, 与常规粳稻和杂交籼稻相比, 籼粳杂交稻在栽后在渐增期、快增期和缓增期阶段的干物质积累量上均具有优势, 尤其是快增期和缓增期阶段; 渐增期和快增期较高的干物质积累量主要由于此阶段较高的干物质积累速率, 缓增期较高的干物质积累量是由于其较高的干物质积累天数和积累速率(表7)。

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文中引用次数倒序
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