水稻冠层温度特性及基于冠层温度的水分胁迫指数研究

【摘要】：试验以2011-2012年辽宁省中熟组水稻区域试验品种、沈阳农业大学水稻研究所2011-2012年100个高代材料及本试验室己筛选的不同温度类型水稻品种为材料,通过两年冠层温度测定进行暖温型和冷温型水稻品种筛选,并对这两类品种进行生理性状和产量结构的研究。同时于2011年使用开粳1号和粳294进行盆栽和箱栽试验,在不同生育期进行24小时室外、白天7小时室内的叶温及气象指标测定,分析了不同土壤水势下水稻叶温与叶-气温差、气象因子、生理指标和产量结构的关系。2012年在田间设置不同水分处理,对开粳1号进行冠层温度和生理指标的测定。分析了田间不同土壤水势下冠层温度与气象因子和生理性状的关系。并对基于田间水稻冠层温度进行了水分胁迫指数模型的试验研究。研究结果表明： 1.不同基因型水稻品种在各生育时期存在冠层温度分异现象,本试验通过各时期冠层平均温度的比较和分析,共筛选出较为突出的4个冷型材料和4个暖型材料。各品种间平均冠层温度差异在0.5-1.5℃范围,各品种冠层温度在白天随大气温度的升高而升高,但始终低于大气温度。13：00-15：00品种间冠层温度差异最为明显。夜间差异很小,并存在冷温型材料夜间冠层温度超过暖温型材料的现象。 2.分蘖期与拔节期冷温型品种的净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度及蒸腾速率均明显高于暖温型品种。灌浆盛期暖温型品种净光和速率较孕穗期明显下降,但冷温型品种净光合速率仍维持在较高的水平。经分析不同温度类型品种冠层温度与光合速率及气孔导度均呈显著负相关。光合速率与气孔导度呈显著正相关。暖温型品种剑叶气孔密度和宽度均高于冷温型品种。各品种剑叶腹面和背面的气孔长度互有高低趋势不明显。 3.不同生育时期冷温型品种干物质积累均高于暖温型,暖温型品种叶、鞘的输出率高于冷温型品种,贡献率低于冷温型品种。两类型品种茎的输出率与贡献率均为负值。暖温型品种茎、叶、鞘的总输出率较高,冷温型品种总贡献率较高。产量结构方面,冷温型品种在有效穗数、穗重、千粒重、结实率及产量均显著高于暖温型品种。 4.水稻各器官温度与土壤水分关系密切,当土壤水分充足时,同一水分处理的稻株穗温、茎温、叶温差异不显著；当土壤水分不足时,同一水分处理的稻株穗温、茎温、叶温差异达到显著水平,即穗温茎温叶温,土壤水分越少,差异越大。 5.水稻叶温受环境因素影响较大,在不同生育时期通过控水发现,水稻叶温与大气温度和太阳辐射多呈显著或极显著正相关,与空气湿度多呈显著或极显著负相关,与叶-气温差呈极显著正相关。辽粳294和开粳1号的叶水势和叶片相对含水量均随土壤水势的降低而降低,且各水分处理下叶水势和叶片相对含水量差异达到显著水平。两品种叶温在不同土壤水势下与光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率均呈显著或极显著负相关。 6.田间不同土壤水势下的冠层温度呈一定规律性变化,水稻冠层在13：00-15：00达到最高。在凌晨2：00-4：00区间到达最低。冠-气温差幅度随水分胁迫时间的延长而逐渐加剧。在中午13：00-15：00通过冠-气温差观测水分胁迫程度效果最好,水稻在不同生育时期遭受水分胁迫的恢复能力不同。其中分蘖-拔节期复水后植株恢复较快,而在抽穗-齐穗期和灌浆-灌浆盛期复水处理后,植株恢复速度均相对较慢。 7.在田间通过对分蘖-拔节期、抽穗-齐穗期、灌浆-灌浆盛期控水后的冠层温度与气象因子及冠-气温差的相关性分析发现,水稻冠层温度与太阳辐射、空气温度和冠-气温差多呈显著或极显著正相关,与空气湿度达到显著或极显著负相关。随着控水时间的延长,各胁迫处理的冠层温度与气象因子间的相关显著性均有所提高。 8.田间水稻冠层温度与光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳和蒸腾速率多呈负相关。在灌浆-灌浆盛期控水后,冠层温度与光和速率和蒸腾速率均达到显著负相关和极显著负相关。各胁迫处理在控水后可变荧光(Fv)、最大荧光(Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)和PSII光化学效率(Fv/Fm)方面均呈显著下降趋势。齐穗期不同水分处理下,开粳1号剑叶在气孔长度上没有明显差异,腹面和背面的气孔宽度均随水分胁迫程度的升高而降低。剑叶腹面气孔孔密度随胁迫程度升高而降低,但背面气孔密度随胁迫程度的升高而升高。 9.随着水分胁迫的加剧,开粳1号在蛋白质、脂肪酸和直连淀粉含量方面均呈上升趋势,而食味值呈下降趋势。脂肪酸、蛋白质和直链淀粉含量与食味值呈负相关关系。在分蘖-拔节期控水后s1处理在千粒重和产量上均超过了CK1和CK2处理,说明开粳1号在分蘖-拔节期通过轻度胁迫可以实现节水增产的效果。抽穗-齐穗期水分胁迫直接影响了水稻穗分化,导致产量明显降低。灌浆-灌浆盛期水分胁迫造成空秕粒的大量形成,使结实率和穗粒数明显降低。 10.试验将CWSI经验模型和理论模型同时应用在水稻水分胁迫试验中,研究获得了计算CWSI经验模型中冠-气温差和空气饱和水汽压差之间的关系,以及计算CWSI理论模型中冠层阻力与其他气象指标间的关系。进而对比了两种模型在应用上的差别,试验发现,经验模型在较为理想的天气条件下可以正常使用,一旦外界环境变化,会经常溢出0-1的范围,并且经验模型较理论模型波动大,理论模型则相对稳定,所以理论模型更适合反映作物水分亏缺状况,同时分析了理论模型与气孔阻力,净光和速率,蒸腾速率,土壤含水量之间的关系,分析结果表明理论模型可以很好的反映水稻水分胁迫状况。