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《山东农业大学》 2007年
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大豆波浪冠层栽培模式高产优质生理生态机制研究

苗保河  
【摘要】: 为探明波浪冠层栽培模式增产增效的机理,及其对高油大豆产量和品质的影响,为其推广应用提供科学的理论依据。2005-2006年,以高油夏大豆品种鲁豆9号为试验材料,由4个密度群体组成波浪冠层群体,各密度小区5行,按照密度从大到小顺序,由北向南东西行向依次重复排列,即从北向南依次为,Ⅰ:30.0万株/hm2,Ⅱ:24.0万株/hm2,Ⅲ:18.0万株/ hm2,Ⅳ:12.0万株/hm2,采用大田试验和室内生理生化测定相结合的方法,研究波浪冠层栽培模式高产优质的生物学基础、生理学基础和生态学基础等,研究该栽培模式对鲁豆9号群体结构、微生态环境、高光效特性、产量、产量构成因素,籽粒蛋白质、脂肪及脂肪酸组分,叶片活性氧代谢和膜脂过氧化的影响,以及它们之间相互作用的关系等。主要研究结果如下: 1波浪冠层栽培模式对大豆群体结构的影响 有效的栽培措施可以优化作物的群体结构。波浪冠层群体由4个密度群体组成,分别是Ⅰ:30.0万株/hm2、Ⅱ:24.0万株/hm2、Ⅲ:18.0万株/ hm2、Ⅳ:12.0万株/hm2,其群体平均密度为21.0万株/hm2,与对照CK(18.0万株/ hm2)相比,该栽培模式有使作物群体数量增加的耐密特性,即增加3.0万株/hm2;自分枝至成熟期,株高平均降低1.27cm;分枝平均增加1.12个;主茎节数平均减少0.28个。 2波浪冠层栽培模式对大豆微生态环境的影响 波浪冠层群体可改善和调控作物的微生态环境,调节作物生长发育的田间小气候。与CK相比,自分枝至成熟期,波浪冠层群体冠层的光照强度、CO2浓度和湿度分别平均提高5.06%、2.45%和4.47%;低温生育期时(成熟期)温度增加1.86℃,高温生育期时(从分枝到鼓粒期)温度平均降低0.17℃。 光照、温度、湿度和CO2浓度等微环境生态因子的变化,更利于大豆的生长发育和产量品质的形成。 3.波浪冠层栽培模式对大豆生理特性的影响 3.1对大豆根系吸收生理特性的影响 衡量根系活力主要有有效根瘤数量和根冠比等指标。与CK相比,自分枝至成熟期,波浪冠层群体的单株有效根瘤数和根冠比与CK相比,分别平均增加21.74%和0.51%,且单株有效根瘤数从开花至鼓粒期分别比CK增加7.45%、47.03%和0.31%,差异均达极显著水平,而根冠比其差异则不明显。 3.2对大豆高光效特性的影响 波浪冠层栽培模式实质就是以密度为调节杠杆,人为地创造边际优势,群体结构更趋于高光效,提高作物光合作用能力。自分枝至鼓粒期,波浪冠层群体与CK相比,其比叶重、单株叶面积、LAI、叶绿素含量、Chla/Chlb比值、植株中部透光率和光合速率等分别平均增加1.85%、8.88%、17.82%、1.99%、26.68%、1.57%和4.04%;自分枝至成熟期,波浪冠层群体平均WUE低于CK,平均降低1.32%,但在开花、结荚和鼓粒等关键时期,其WUE分别比CK增加4.78%、0.08%和2.42%,差异均达显著水平;而其生物产量均高于CK,平均增产186.14kg/666.7m2,增产22.58%,其中,鼓粒期增产最高为28.09%,差异均达极显著水平,各生育时期产量增加的幅度依次为:鼓粒期结荚期开花期成熟期分枝期。 4波浪冠层栽培模式对大豆产量及构成因素的影响 波浪冠层群体与CK相比,平均增产253.65kg/hm2,增产11.76%,且差异达极显著水平。 与CK相比,在产量构成因素中,波浪冠层群体群体密度平均增加3.0万株/hm2,百粒重有差异但不显著,单株粒数和单株粒重仅分别减少2.1粒和0.51g,分别减少3.3%和4.25%,差异均不显著,大豆增产主要来源于群体数量的增加。 5波浪冠层栽培模式对高油大豆籽粒品质及组分的影响 在籽粒脂肪总量提高1.52%基础上,亚油酸含量提高1.60%,亚麻酸和硬脂酸含量分别降低0.14%和7.20%。波浪冠层群体提高了高油大豆脂肪含量、优化了脂肪酸组分、提高了营养价值。 波浪冠层群体密度与脂肪和棕榈酸含量呈极显著和显著负相关(r=-0.99**和-0.90*);脂肪与亚油酸呈正相关(r=0.79),而与硬脂酸呈负相关(r=-0.55);油酸与亚油酸和亚麻酸均呈负相关(r=-0.74和-0.50),亚油酸和亚麻酸呈显著负相关(r=-0.95*)。 6波浪冠层栽培模式对大豆叶片碳、氮代谢的影响 6.1波浪冠层栽培模式对大豆叶片碳代谢的影响 波浪冠层群体与CK相比,从分枝至成熟期,其可溶性糖含量、磷酸蔗糖合成酶活性和蔗糖合成酶活性分别平均提高7.18%、6.67%和21.82%;在C代谢作用的过程中,磷酸蔗糖合成酶与蔗糖合成酶相比,其作用更大,明显占主导地位。 6.2波浪冠层栽培模式对大豆叶片氮代谢的影响 波浪冠层群体与CK相比,从分枝至成熟期,可溶性蛋白质含量、硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性分别平均增加0.034%、7.91%和10.05%;在N代谢作用的过程中,硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶相比,在鼓粒期前,谷氨酰胺合成酶其作用较大,占主导地位,但在鼓粒期后,硝酸还原酶作用较大,占主导地位。 6.3波浪冠层栽培模式对大豆碳、氮代谢水平差异的影响 大豆叶片中可溶性蛋白质和可溶性糖含量,是N、C代谢的产物,分别代表着N、C代谢的水平。 本试验结果表明,与CK相比,可溶性蛋白质和可溶性糖含量均有不同程度提高,其中,平均可溶性糖含量增加的幅度(7.18%)高于平均可溶性蛋白质含量(0.034%),且随着大豆生长发育进程的推进,前者呈升高趋势,后者呈降低趋势,二者变化趋向基本相反。因而,该栽培模式改善和提升了N、C代谢水平,特别是提高了C代谢水平,N、C代谢水平相比,C代谢水平高于N代谢水平。 7波浪冠层栽培模式对大豆叶片活性氧代谢和膜脂过氧化的影响 波浪冠层群体与CK相比,SOD、POD和CAT活性有不同程度的提高,MDA含量降低,保护性酶POD活性平均增高20.13%,其中结荚期最高达46.53%,差异达极显著水平,是关键保护性酶,其保护作用强于SOD和CAT;SOD活性平均增高2.28%;CAT活性平均增高0.48%;膜脂过氧化产物MDA含量降低;波浪冠层群体与CK保护性酶变化规律一致,即SOD活性高峰出现时期最早,CAT次之,POD最晚,即在大豆不同的生育时期,不同保护酶分别发挥着不同程度的保护作用。 8波浪冠层栽培模式对密度群体Ⅲ的影响 与CK相比,密度同为18.0万株/hm2的波浪冠层密度群体Ⅲ,其群体平均增产359.10kg/hm2,增产16.65%,差异达极显著水平;在脂肪总量提高1.92%的基础上,其棕榈酸和亚油酸含量分别提高1.93%和2.17%,而硬脂酸含量降低25.00%,差异均达显著水平;其生物学、生理学、生态学、碳、氮代谢和抗衰老等特性指标均优于CK。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S565.1

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