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《华中农业大学》 2006年
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水稻氮效率评价系统的建立与氮高效形成机理的研究

曾建敏  
【摘要】: 随着粮食生产水平和产量的提高,化肥的施用量不断增加,特别是氮肥。与其他主要水稻生产国相比,中国稻田氮肥施用量较高而利用率较低。稻田氮肥利用率低和大量的氮素损失在造成资源浪费、水稻生产成本增加、农民增产不增收的同时还导致一系列不良的环境反应。而选用氮高效基因型和合理的氮肥调控是目前提高水稻氮素利用效率、降低环境氮污染的最理想和有效的途径。本研究在热带和亚热带两个气候区条件下,结合温室盆栽和大田试验,系统研究了不同基因型水稻对氮肥反应的差别,比较了水稻氮肥利用率的基因型差异,客观评价了与氮效率相关的生理性状在氮效率形成过程中的作用,并确立了一套用于氮效率基因型评价的系统,最后进一步分析了可能引起水稻氮效率差异形成的生理生化原因。主要的研究结果如下: (1)不同基因型水稻对氮肥反应的差异显著。施氮处理的植株高度比不施氮处理的高出11.6%~22.1%左右。不施氮处理使水稻剑叶变短。总干物质积累量(TDW)、氮素生物量生理利用率(FNUEb)、单位籽粒氮素的籽粒重(G_w/N_g)、每穗籽粒氮积累量(GNPP)和抽穗期的氮素生物量生理利用率(FNUEb-FL)均随株高增加而增加,而收获指数(HI)和籽粒氮素运转率(NTR)随株高增加而降低。 施氮处理的水稻抽穗迟,抽穗至成熟的天数多,因此全生育期比不施氮处理的长。FNUEb-FL、成熟期的氮素生物量生理利用率(FNUEb-PM)和氮素籽粒生理利用率(PE)均随着生育期延长而增加的趋势。生育期中等的基因型,其氮素籽粒生产效率(NUE_g)比生育期短的高,但生育期太长反而降低NUE_g。而在2005旱季(2005DS)和雨季(2005WS)观察到氮素回收效率(RE)有随着生育期延长而降低的趋势。 施氮处理的水稻分蘖和单位面积的穗数多,但成穗率相对低。水稻叶片叶色对氮肥的反应特别敏感,不同基因型水稻的SPAD(Soil and plant analysis development section)存在显著差异,而且这种差异相对稳定。 (2)在水稻生长发育的主要时期,不同基因型间、不同类型间地上部干物质积累差异显著,这不仅和不同生育阶段的生长速率、基因型本身的生长发育特性有关,还受到环境因素的影响。施氮增加了水稻成熟期干物质积累,不同基因型增加的幅度不同。2004年和2005年华中农业大学盆栽试验(2004HZAU、2005HZAU)、2005旱季和雨季的增幅范围分别在3.31(Dular,基因型名称,下同)~5.66倍(Starbonnet),1.10(镇稻88)~2.01倍(Ⅱ-32B),0.61(IR72903-121-2-1-2)~1.08倍(IR71700-247-1.1-2)和0.13(IR72)~0.33倍(IR75217H)之间。 (3)不同基因型水稻地上部氮素积累总量随着生育进程的发展而增加,在成熟期达到最大值。在水稻生育的关键时期,各基因型水稻氮素积累量差异显著,在幼穗分化期和抽穗期,不同氮肥处理下的差异趋势与不同基因型干物质积累情况基本相似。 (4)不同基因型水稻的产量及其构成因素对施氮后的反应不同。施氮处理条件下,所有供试验基因型的单位面积穗数比不施氮的高。在2004HZAU、2005HZAU、2005DS和2005WS中,施氮处理条件下的每穗颖花数增加的基因型数分别为23个、9个、12个和9个:粒重增加的基因型数分别为14个、8个、11个和2个;而结实率降低的基因型数分别为18个、8个、12个和12个。 (5)本研究采用反映水稻氮素吸收、利用不同方面的相关氮肥利用率指标对不同材料进行比较发现,各基因型氮肥利用率差异显著。在2个氮肥处理下,常规粳稻的HI、NPI和NHI比常规籼稻低,而TDW和NUEb-PM高于常规籼稻;杂交籼稻的HI和GNPP在4种水稻类型中均最高。杂交籼稻的PE、RE和AE比常规籼稻高;常规籼稻的NPI、NTE和NHI/HI均比新株型稻(NPT)的高。另外,NPT的PE和AE比常规籼稻高。 (6)稻草氮浓度(Ns%)与氮素运转效率(NTE)、GNPP、氮肥生产指数(NPI)和抽穗期生物量生理利用率(FNUE_b-FL)均存在负相关关系。籽粒氮浓度(Ng%)与TDW、稻草氮素积累量、抽穗期氮素生物量生产效率(NUE_b-FL)、成熟期氮素生物量生产效率(NUE_b-PM)和FNUE_b-PM呈负相关(2005,HZAU;2005DS,IRRI)。Ns%与NUE_g、NPI呈负相关,籽粒氮浓度(Ng%)与NUE_b-FL、NUE_b-PM和FNUE_b-FL呈负相关(2005WS,IRRI)。但Ng%受到氮素供应水平和栽培管理措施的影响大,同时Ns%和Ng%还受到环境与基因型互作的显著影响。 氮收获指数(NHI)和籽粒产量、地上部总吸氮量(TN-PM)、NUEg呈正相关,而与Ns%为负相关(2005HZAU);NHI和籽粒氮素运转率(NTR)均与地上部总吸氮量呈正相关(2005DS)。 (7)构建综合评价指标对不同水稻材料的氮素利用率进行评价时,兼顾高产和氮高效。采用氮效率相关指标对不同基因型进行排序发现,在不同氮处理间和不同季节间的结果有差别。但每穗籽粒氮素积累量对各基因型的评价结果均相近,因此认为其是氮肥利用率评价的一个重要指标。 (8)建立了以籽粒产量、地上部总吸氮量、NUE_g、NUE_b-PM和每穗籽粒氮素积累量为指标的综合评价体系,对通过初筛后的16个基因型进行聚类,分成氮高效基因型、中等氮效率(包括中上和中下)基因型以及氮低效基因型4类。 (9)施氮量对不同氮效率水稻产量形成和氮效率的影响不同。氮素的吸收积累量随着氮肥用量的增加而增加,但施氮量提高到一定水平后,氮效率低的品种吸氮量增加幅度比较小。籽粒产量、生物产量也随着施氮量增加而增加,而且施氮量对水稻干物质转运也具有一定的促进作用。 (10)水稻氮肥利用效率随氮肥用量过多而呈下降趋势,多余的吸氮量大部分储藏在稻草中。氮高效基因型的稻草氮浓度和籽粒氮浓度低,而NUEg、NUE_b-PM和每穗籽粒氮素积累量高,同时Ns%、Ng%与氮肥利用率相关指标具有负相关性。 (11)不同氮效率水稻对氮肥的生理响应不同。在幼穗分化期,氮高效水稻基因型的可溶性蛋白含量相对低,而谷氨酰胺合成酶(GS)活性高;不同氮效率基因型间1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶含量(Rubisco)的差异不大;两种效率类型间的净光合速率(P_n)在幼穗分化期差异不明显,而在齐穗期,氮低效基因型比高效基因型的低28.67%;氮低效基因型两个时期的单位叶绿素光合速率(P_n/Chl)比氮高效基因型分别低18.48%和29.69%左右。相关性分析表明,氮肥利用率及其相关性状指标(农学利用率(AE)、氮肥偏生产力(PFP)、FNUE_g-PM或者PE)、NUE_g、NUE_b-PM和NHI)与叶片体内GS活性、P_n/Chl以及生育后期的Pn成极显著或显著正相关,而与叶片可溶性蛋白含量为负相关。水稻生育后期的氮素光合效率(PNUE)也和氮肥利用率呈显著的正相关。叶片体内GS活性、叶片可溶性蛋白含量、P_n/Chl和生育后期的PNUE可以作为水稻氮素利用率评价的生理生化参考指标。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:S511

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【引证文献】
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7 朱德进,钱存进,严桂珠,吴同书,缪辰,缪发华;精确施氮对水稻产量与氮肥利用率的影响研究[J];上海农业科技;2005年05期
8 杨胜海;唐启源;彭少兵;;水稻氮效率基因型差异研究[J];作物研究;2008年S1期
9 卢艳丽;陆卫平;刘小兵;王继丰;刘萍;陆大雷;苏辉;;糯玉米氮肥利用效率的基因型差异[J];作物学报;2006年07期
10 徐守明;王向阳;王恒祥;宋银桂;罗娟;;沿海水稻种植精确施氮应用技术研究[J];农技服务;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 叶厚专;李艳大;沈显华;古新序;药林桃;舒时富;万鹏;江向荣;王水发;尹国庆;;不同机插行距对水稻产量的影响[A];全国丘陵山地农机化技术发展高层论坛论文集[C];2011年
2 顾根茂;杨丽红;潘云俊;许军;;水稻优化施氮技术应用[A];江苏耕地质量建设论文集[C];2008年
3 查笑君;杨梦飞;罗小金;钱晓茵;马伯军;潘建伟;杨金水;;水稻产量相关跨膜类受体蛋白激酶LRK基因簇的功能研究[A];遗传学与社会可持续发展——2010中国青年遗传学家论坛论文摘要汇编[C];2010年
4 马学林;郭茂胜;陈欣荣;;二化螟虫伤株对水稻产量的影响[A];水稻螟虫灾变规律及治理对策研讨会论文集[C];2001年
5 曾祥忠;肖楷;吕世华;;“大三围”强化栽培模式下施氮水平和移栽期对水稻氮素利用的影响[A];中国土壤学会第十一届全国会员代表大会暨第七届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集(上)[C];2008年
6 朱育红;徐进亚;张国友;;影响水稻产量的两种病虫害与气象条件关系分析[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年
7 王鹏;周桂林;余四斌;;水稻产量与株型的分子遗传基础剖析[A];全国植物分子育种研讨会摘要集[C];2009年
8 殷文;马晓燕;叶华斌;赵万平;;水稻氮肥用量试验研究[A];江苏耕地质量建设论文集[C];2008年
9 石义;秦涛;彭艳丽;张扬;;基于模糊综合判别的城乡一体化水平评价研究[A];2009年中国土地学会学术年会论文集[C];2009年
10 吴廷兴;黄承勇;吴胜文;易志学;;黎平县气候变化对水稻生育期影响分析[A];贵州省气象学会2010年学术年会论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 王晓明;水稻托市收购给吉林稻农带来“及时雨”[N];经济参考报;2008年
2 徐亲阳;超级杂交稻“内2优6号”创浙江水稻产量两项新高[N];农民日报;2004年
3 周纪明(作者单位:河北经贸大学);建立科学的干部考核评价体系[N];河北经济日报;2005年
4 锦秀文;登报道歉还需完善官员评价体系[N];中国改革报;2007年
5 记者 高铸成 通讯员 李泓;深圳首推“和谐评价体系”[N];工人日报;2006年
6 ●主持人:本报记者 支玲琳   ●嘉宾:乐正(深圳社科院院长、教授);关注国内首个和谐评价体系[N];解放日报;2006年
7 记者  蔡琦 应丽斋 通讯员  包毓琼;嘉兴“评价体系”开全省先河[N];嘉兴日报;2006年
8 记者 白天亮;“综合绩效”约束央企负责人[N];人民日报;2006年
9 忻隆华;水稻单产创超800公斤新高[N];上海科技报;2006年
10 本版编辑 陆炎 程忠 张卫玲 于文忠;如何看待课改后的评价体系?[N];中国体育报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曾建敏;水稻氮效率评价系统的建立与氮高效形成机理的研究[D];华中农业大学;2006年
2 左斌;中国野生动物园建设与管理评价体系研究[D];东北林业大学;2006年
3 刘苏社;我国政府农业投资效率研究[D];中国农业科学院;2009年
4 郑小晴;建设项目可持续性及其评价研究[D];重庆大学;2005年
5 周洁敏;大熊猫生境质量评价体系研究[D];北京林业大学;2008年
6 曾丽娟;住宅产业技术创新的机制研究[D];西安建筑科技大学;2007年
7 李萍;林业重点工程绩效审计研究[D];东北林业大学;2007年
8 宋荣兴;城市生态系统可持续发展指标体系与实证研究[D];中国海洋大学;2007年
9 郭晖;新疆农村金融生态评价与优化途径研究[D];西北农林科技大学;2008年
10 许有尊;秸秆还田及有机肥对水稻生长和氮肥利用率影响的研究[D];华中农业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卢小遮;农田氮素动态平衡与优化管理研究[D];上海师范大学;2011年
2 潘壮;不同高产水稻基因型氮效率评价[D];华中农业大学;2012年
3 王国宇;不同基因型玉米冠层温度和产量、水分利用效率及氮肥利用效率关系的研究[D];甘肃农业大学;2008年
4 徐祥玉;夏玉米水氮利用效率的基因型差异及其生理机制研究[D];西北农林科技大学;2006年
5 王云;不同土类配方施肥对水稻产量及稻米品质的影响研究[D];扬州大学;2010年
6 刘晓琳;企业技术创新评价体系的研究[D];西南交通大学;2002年
7 陈德慧;电子商务环境下CRM评价体系的设计与实证研究[D];哈尔滨理工大学;2004年
8 徐海波;企业信息人员配置效率评价体系及策略研究[D];吉林大学;2005年
9 余美珠;福建省森林旅游资源开发战略研究[D];福建师范大学;2005年
10 张卫平;水稻旱育稀植规范化技术体系研究[D];西北农林科技大学;2004年
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