不同土壤条件下秸秆还田量对土壤还原性物质及水稻生长的影响

[目的]在不同土壤上研究水稻秸秆还田后还原性物质的形成及其与水稻生长的关系。[方法]在砂壤土(S1)和粉壤土(S2)上进行2年盆栽试验,模拟低(RL)中(RM)高(RH)产量下秸秆全量还田,以秸秆不还田(R0)为对照,测定土壤还原性物质总量、Eh、亚铁离子、锰离子和铵态氮含量,分析水稻分蘖、根系干质量、根系活力和水稻产量等指标。[结果]秸秆还田后生育前期土壤Eh显著降低,还原性物质数量增加,S2的还原性物质高于砂壤土。与对照相比,2021年在移栽后56d之前秸秆还田处理还原性物质总量、铁和锰离子含量分别提高了8.36%~199.64%、1.43%~160.03%和8.43%~57.68%。2022年在移栽后45 d前对应增加了2.95%~163.61%、0.77%~19.74%和3.28%~64.96%。随着秸秆还田量增加,还原性物质总量、铁和锰含量有增加趋势。在移栽后56 d前(2021年)和35 d前(2022年)秸秆还田显著增加了土壤铵态氮含量11.28%~50.67%和10.79%~351.53%。秸秆还田使水稻分蘖期和拔节期的根系干质量降低15.06%~45.80%,秸秆还田显著降低了砂壤土上水稻分蘖期和拔节期的根系活力,在S2土壤上RL和RM增加了拔节期根系活力,RH降低了根系活力。秸秆还田后水稻分蘖数在水稻生育期降低了7.23%~48.44%,干物质积累量降低了3.59%~43.57%。RL和RM处理第二年水稻产量降低不明显,RH处理2年均显著减产。砂壤土中氧化还原电位高于S2,S2还原性物质总量、锰离子含量、铵态氮含量、根系干质量、根系活力、分蘖数、干物质积累量和产量均高于砂壤土。[结论]在本研究条件下,秸秆还田显著增加还原性物质总量,抑制水稻早期生长。黏重土壤上秸秆全量还田引起减产,砂壤土上中低产量下秸秆全量还田不会造成穗数显著降低,因促进大穗形成不会造成显著减产。采取有效措施减少秸秆还田下还原性物质危害是秸秆还田技术优化的重点。

基于HRM技术开发水稻糊化温度基因ALK功能标记

【目的】糊化温度是影响稻米蒸煮食味品质的重要指标,ALK是控制水稻糊化温度的主效基因,开发可快速高通量鉴定ALK基因型的功能标记有助于提高水稻品质改良的效率。【方法】根据ALK基因4198位、4329位和4330位存在的单碱基差异,设计基于HRM技术检测的基因功能标记。【结果】通过PCR检测结合测序分析,筛选了ALK基因2个功能区域的功能标记ALKH4、ALKH5。利用ALKH4、ALKH5对81份籼稻品种、279份粳稻品种进行了ALK基因型检测,结果发现,16份粳稻和19份籼稻为G-GC基因型;51份粳稻为A-GC基因型;212份粳稻和62份籼稻为G-TT基因型。【结论】基于HRM技术开发的基因功能标记ALKH4、ALKH5可以快速高通量鉴定控制糊化温度ALK不同基因型,具有重要的应用价值。

爪哇虫草菌JS001浸种处理对水稻生长和防御褐飞虱的影响

【目的】明确新登记的真菌杀虫剂爪哇虫草菌Cordyceps javanica JS001在调控水稻生长和防御褐飞虱Nilaparvata lugens中的作用。【方法】室内分别用1×10^(4),1×106和1×10^(8)孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸泡水稻种子48 h,以0.01%Triton X-100溶液浸种为对照,待培养8 d后,对水稻苗进行生长测定,并测定褐飞虱成虫对其的行为选择反应;通过气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)分析1×10^(8)孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸种对水稻苗次生代谢化合物含量的影响。采用1×10^(7)孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液和清水(对照)分别浸泡水稻种子48 h,于种子直播50 d后,调查稻田中稻飞虱和蜘蛛个体数量。【结果】室内测定结果表明,与对照相比,1×10^(6)和1×10^(8)孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸种处理不仅显著促进水稻种子发芽、水稻苗根和茎叶的生长,而且降低褐飞虱成虫对水稻苗的选择性。化合物分析结果表明,与对照相比,1×10^(8)孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸种处理的水稻苗中防御性化合物过氧化氢、油酸、辛烷等含量显著增加,能吸引褐飞虱的化合物2-壬酮含量显著降低。田间试验结果表明,与对照相比,1×10^(7)孢子/mL爪哇虫草菌JS001孢子悬浮液浸种显著降低稻田中稻飞虱数量,但对捕食性天敌蜘蛛个体数量无影响。【结论】爪哇虫草菌JS001浸种处理不但能促进水稻苗的生长,而且能提高水稻对褐飞虱的防御能力。田间试验进一步明确了爪哇虫草菌JS001在增强水稻防御稻飞虱危害中的作用。这些结果可为爪哇虫草菌的应用及稻飞虱生物防治策略的制定提供新途径。

抗虫转基因水稻及其杂交水稻对土壤微生物群落多样性与组成的影响

微生物是土壤物质循环与肥力演变的驱动者,其群落组成关系到土壤微生态系统的稳定与可持续性。对抗虫转基因水稻土壤微生物群落变化的研究是其环境安全性评价的重要内容。本研究基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的高通量测序,分析了田间试验中抗虫转基因水稻‘MFB’及其转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’与非转基因常规水稻‘闽恢3301’及杂交水稻‘天优华占’的土壤微生物群落多样性与组成的差异,并得出以下结果。首先,与两个非转基因水稻品种相比,抗虫转基因水稻及转基因杂交水稻均能显著增产(P<0.05)。同时,高通量测序结果表明,除水稻成熟期的土壤真菌群落外,与‘闽恢3301’相比‘MFB’的土壤细菌或真菌群落的α-多样性指数Chao1、Observed_species和Shannon均有所提高,且分别在水稻成熟期或分蘖期达到显著性水平(P<0.05);水稻齐穗期转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤细菌及真菌群落的多样性指数Shannon均介于‘MFB’与‘天优华占’之间;微生物群落β-多样性分析结果表明,本田间试验中不同品种水稻土壤细菌或真菌的群落组成均没有显著差异。但与‘闽恢3301’相比,稻田土壤细菌中丰度最高的变形菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显增加,且在水稻分蘖期及成熟期达显著水平(P<0.05),而土壤真菌中丰度最高的子囊菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显减少,且在水稻分蘖期及齐穗期差异显著(P<0.05);水稻齐穗期‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤变形菌门或子囊菌门的相对丰度也均介于‘MFB’与‘天优华占’之间。此外,通过对微生物群落的功能组成预测可见,随水稻生长,‘MFB’与‘闽恢3301’的土壤细菌群落功能组成间差异存在增大的趋势。综上所述,本研究田间试验中,抗虫转基因水稻及其转基因杂交水稻在增产的同时提高了稻田土壤细菌或真菌群落的多样性,改变了主要细菌或真菌种类的相对丰度,但对细菌或真菌的群落及功能组成的影响不显著。

水稻种植模式与秸秆还田方式对土壤养分的影响

为探明水稻不同种植模式与还田方式下土壤养分含量的变化。以辽星21号为试验材料,在大田条件下,比较移栽与直播种植2种模式下秸秆还田、炭化还田和不还田3种方式土壤中有机碳、速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾含量的差异。研究结果表明,直播种植模式较移栽方式土壤速效磷含量、速效钾含量和全磷含量增加0.9%、5.4%和7.1%,生物炭还田较不还田处理分别显著增加土壤有机碳含量、速效钾含量、全氮含量和全磷含量9.6%、20.1%、5.3%和8.1%。因此,直播种植结合生物炭还田可作为提高农田肥力、改善土壤养分的一项促进北方寒地稻田资源再利用有效措施。

基于无人机多光谱影像的寒地水稻品质估测

【目的】在稻谷收获前准确估测稻米品质,为改善水稻养分管理、实现优质优价提供参考。【方法】试验在黑龙江省佳木斯市大兴农场和青龙山农场进行,两个地点土壤肥力具有较大差异。每个农场选择一块稻田,以20 m×20 m间隔采集土壤样品分析碱解氮含量,通过变量施氮形成产量水平、长势差异明显的水稻群体。利用大疆精灵4四旋翼多光谱无人机获取水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期冠层多光谱数据。成熟期采集长势具有明显差异的水稻样品和对应的土壤样品,测定土壤有机质和速效氮、磷、钾含量,水稻籽粒蛋白质和直链淀粉含量,产量和食味值,随机选择其中67%的数据通过逐步多元线性回归构建不同生育时期的品质估算模型,其余33%的数据用于模型的验证。【结果】大兴农场水稻成熟期土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量的变异系数分别为11.65%、14.44%、37.66%和11.60%,青龙山农场分别为14.45%、14.32%、36.37%和28.51%。成熟期两个地点水稻产量和食味值的变异系数均大于10%,青龙山农场水稻蛋白质含量变异系数也超过10%,而两地稻米直链淀粉含量的变异系数仅为1.11%~1.83%,因此,水稻直链淀粉含量不适合用于后续的品质估测分析。分蘖期至抽穗期,大兴农场和青龙山农场水稻蛋白质多元回归模型的R~2和RMSE分别为0.262~0.794和0.259~0.686,食味值多元回归模型的R~2和RMSE分别为0.240~0.755和4.211~7.588,估测效果不理想。成熟期,大兴农场和青龙山农场水稻蛋白质多元回归模型的R~2和RMSE分别为0.791~0.874和0.166~0.365,食味值多元回归模型的R~2和RMSE分别为0.786~0.852和2.836~4.039。成熟期基于植被指数的蛋白质和食味值估测精确度优于抽穗期。在抽穗期,将土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾等指标与植被指数一起建立与蛋白质和食味值的多元回归模型,大兴农场水稻蛋白质模型的R~2由0.585提高到0.720,RMSE由0.301降低至0.247;两农场食味值模型的R~2由0.565~0.755提高到0.706~0.787,RMSE由4.318~4.854降低至3.993~4.029,基本可以满足对稻米品质估测的精度,而在成熟期加入上述土壤指标提升精度不明显。【结论】水稻成熟期利用多光谱无人机对稻米品质进行原位估测的精度较高,如果将估测时期提前到抽穗期,除植被指数外,还需配合土壤有机质和速效养分含量数据来提高多光谱无人机预测稻米品质的精度。

基于MobileNetV3Small-ECA的水稻病害轻量级识别研究

为实现水稻病害的轻量化识别与检测,使用ECA注意力机制改进MobileNetV3Small模型,并使用共享参数迁移学习对水稻病害进行智能化轻量级识别和检测。在PlantVillage数据集上进行预训练,将预训练得到的共享参数迁移到对水稻病害识别模型上微调优化。在开源水稻病害数据集上进行试验测试,试验结果表明,在非迁移学习下,识别准确率达到97.47%,在迁移学习下识别准确率达到99.92%,同时参数量减少26.69%。其次,通过Grad-CAM进行可视化,本文方法与其他注意力机制CBAM和SENET相比,ECA模块生成的结果与图像中病斑的位置和颜色更加一致,表明网络可以更好地聚焦水稻病害的特征,并且通过可视化和各水稻病害分析了误分类原因。本文方法实现了水稻病害识别模型的轻量化,使其能够在移动设备等资源受限的场景中部署,达到快速、高效、便携的目的。同时开发了基于Android的水稻病害识别系统,方便于在边缘端进行水稻病害识别分析。

水稻Ⅲ类过氧化物酶基因IPH1调控水稻株高

过氧化物酶(peroxidase, PRX)是过氧化物酶体的标志酶,能够保护细胞免受氧化损伤和解除H2O_(2)的毒害作用,还可以增强自然杀伤细胞的活性,调节细胞的增殖、分化和凋亡等.其中Ⅲ类过氧化物酶(CⅢPRXs)是植物中特有的过氧化物酶家族,通过清除活性氧(ROS)在植物免疫中发挥重要作用,然而CⅢPRXs在水稻株型建立中的功能尚不清楚.通过基因编辑技术CRISPR/Cas9获得CⅢPRXs基因(LOC_Os12g09460)两种不同形式的敲除突变体iph1-1,iph1-2.iph1突变体的株高显著高于野生型,除倒1节节长(即第5节)外,其他节节长均显著或极显著长于野生型.农艺性状考察表明,穗长及结实率等主要性状差异无统计学意义;通过RT-qPCR技术进行的表达模式分析表明,IPH1在根、茎、叶、鞘、穗中均表达,并在茎和鞘中表达相对较高;亚细胞定位分析表明,IPH1蛋白主要定位于过氧化物酶体中.进一步通过生理分析,发现突变体中过氧化物酶活性显著降低,同时H2O_(2)质量分数显著增加.这些结果初步证实了IPH1能够通过过氧化氢途径调控水稻株高的形成,可为丰富株高调控网络提供有利的基因资源,进一步为株型相关生物育种奠定基础.

水稻品种恶苗病抗性评价与筛选

为了探讨黑龙江省南部稻区水稻品种对恶苗病的抗性级别及水稻恶苗病田间发病情况,筛选水稻恶苗病抗性品种,采用芽期人工接种的方法,调查分析了60份常规粳稻田间恶苗病发病率。结果表明:不同水稻品种恶苗病田间发生程度不同,水稻恶苗病发病率范围为0.8%~39.9%,平均发病率14.6%,筛选到1个高抗水稻品种,26个抗性水稻品种,抗性品种共占73.3%,总体抗感比为11:4,黑龙江省南部水稻品种对恶苗病抗性存在品种间差异,生产上应该提倡种植抗性强的品种以防止病害发生,本研究为病害绿色防控以及水稻恶苗抗病育种提供一定依据。

干旱地区水盐胁迫对水稻产量构成及稻谷品质的影响研究

针对宁夏引黄灌区传统稻田蒸发量大,盐渍化耕地占地面积广、改良问题难,土地生产力下降等问题。采用水稻滴灌旱作方式,以富源4号(96D10)作为研究对象,通过设置不同土壤水分水平(W1:高100%、W2:中80%及W3:低60%田间持水率)及盐分水平(S1:轻1.2 g/kg、S2:中3.1 g/kg及S3:重5.3 g/kg),探究不同水盐胁迫对水稻产量构成及稻谷品质的影响规律。结果表明,水盐胁迫对水稻产量及品质具有较为显著的影响,其中产量构成因素中,千粒重W3S3较W1S1下降15.89%(2021年)和15.58%(2022年),饱籽率W3S3较W1S1显著下降3.45%(2021年)和4.05%(2022年),单位产量W3S3较W1S1显著下降56.48%(2021年)和63.09%(2022年);品质方面整精米率W3S3较W1S1显著下降12.65%(2021)和13.56%(2022),垩白米率W3S3较W1S1显著上升164.71%(2021)和122.73%(2022),直链淀粉含量W3S3较W1S1显著下降5.97%(2021)和8.99%(2022),蛋白质含量W3S3较W1S1显著上升53.51%(2021)和61.82%(2022)。综合考虑,在节水目标下,采用滴灌旱作方式种植水稻,保持80%田间持水率加轻、中度盐碱化(≤4.0 g/kg)的土壤环境,可以保持较为接近充分灌溉条件下的产量构成水平和较好的稻谷品质水平。该结论可为宁夏引黄灌区盐碱地可持续利用及水稻的节水灌溉适应性研究提供理论依据。

不同类型有机肥对水稻产量和稻米品质的影响

以南粳46为供试水稻品种进行大田小区试验,设置不施氮肥、常规化肥及鸡粪、猪粪、羊粪有机肥等氮量替代50%化肥作基肥处理,共5个处理,探索其对水稻产量、稻米品质的影响。结果表明:与常规化肥处理相比,50%羊粪有机肥处理使水稻产量显著降低,但能够显著提高稻米整精米率和黏度,显著降低稻米垩白粒率、垩白度,并显著降低稻米硬度、消减值、回复值和峰值时间,使稻米品质明显提升。与常规化肥处理相比,不同类型有机肥替代化肥基施均可在整体上降低稻米蛋白质含量,增大稻米胶稠度。但是,不同有机肥处理对大部分稻米品质指标的提升效果未达到显著水平,说明将不同类型有机肥替代化肥作为基肥施用,能够不同程度地提高稻米品质,特别是50%羊粪有机肥处理对稻米品质的改善效果更为明显,但会使水稻产量降低。

盐逆境下促生菌对水稻生长、产量及稻米品质的影响

为探明盐逆境下不同促生菌对水稻生长、产量及其构成因素和稻米品质的影响,采用盆栽和滩涂实地水稻试验相结合展开研究,其中滩涂实地试验设置不加菌处理(CK)、如东促生菌处理(RD)和宁波促生菌处理(NB)等3个促生菌试验处理,盆栽试验设置2个因素试验,包括2个盐分水平(S0,0 g/kg;S1,1.5 g/kg)和3个促生菌处理(CK、RD和NB),调查分析水稻生长动态、产量及其构成因素,并测定稻米品质和土壤基本性质。盆栽试验发现,S1下RD和NB的盆栽水稻茎蘖数动态增长速率相比CK均有一定程度的加快,且水稻达到分蘖盛期的时间比CK早7~10 d;在S1下CK、RD和NB处理水稻株高动态增长和水稻叶片SPAD值动态变化均具有相似的动态生长规律。滩涂试验结果表明,与CK相比,滩涂盐逆境下RD处理的水稻产量、每穗粒数和实粒数分别增加了6.60%、6.39%和8.60%。与CK相比,滩涂实地试验中RD和NB处理下稻米加工品质、外观品质及食味品质均没有明显的差异性。双因素试验方差分析结果表明,盆栽试验下盐分处理对水稻产量、实粒数、结实率及千粒质量均有极显著影响,盐分和促生菌处理对产量及其构成因素均没有表现出明显的互作效应。可见,促生菌对缓解盐逆境下水稻茎蘖动态生长具有很好的促进作用,且如东地区的促生菌处理对南通沿海滩涂水稻具有积极的增产效果。

不同基肥对水稻秧苗素质的影响

研究不同基肥对水稻育苗素质的影响,通过测定水稻苗的株高、根长、茎宽、叶龄、根数、百株水稻苗鲜重、百株水稻苗干重等7项指标进行试验研究。结果表明:水稻苗生物性状比较从高到低依次排序为F3>F5>F4>F2>CK>F1。F3处理正常施肥1.2倍的水稻基肥处理效果最好。

黑龙江省水稻品种选育进展与今后对策

近年来,黑龙江省水稻品种选育取得重要进展,绥粳18、龙粳31、绥粳27等品种推广面积多次位列全国常规稻第一;创新了多项育种新理论和方法,“水稻遗传资源的创制和保护”成果获“国家科技进步奖”一等奖,“寒地早粳稻优质高产多抗龙粳新品种选育及应用”成果获“国家科技进步奖”二等奖。但与国外或国内其他一些省份相比,黑龙江省水稻品种选育手段比较单一、选择效率较低,在基因编辑、全基因组选择、分子设计和人工智能育种等新兴领域创新仍不足。最后提出了黑龙江省水稻品种选育的方向和对策。

我国水稻种质资源创新研究与利用进展

农业种质资源主要包括农作物、畜禽、农业微生物和药用植物等种质资源。截止到2023年,我国保存的作物种质资源有超过54万份,其中有8万多份是水稻种质资源,如何对这么庞大的水稻种质资源进行精确评价与利用,这将对今后水稻种质创新与育种具有重要意义。本文梳理了我国水稻种质资源收集、评价与精确鉴定、水稻新品系创制、水稻杂种优势利用、水稻种质创制新技术、新方法以及水稻优异基因资源的挖掘与利用等方面的进展,并归纳形成了水稻种质资源创制与利用的新模式。最后,本文就当前水稻核心种质构建、种质资源鉴定与挖掘以及种质资源共享共赢机制等方面的问题进行了探讨,并就如何加强专用型核心种资的构建、种质资源的精确鉴定、种质资源的创新研究、种质资源的共享机制以及种质资源的合作交流进行了分析与展望,以期为进一步深入开展水稻种质资源鉴定评价与创新利用提供一定的参考和帮助。

西南水稻主产区用水现状与绿色高效灌排技术

西南水稻主产区面临季节性干旱、工程性缺水等生产问题,绿色高效灌排技术是该区域实现节水稳产增效的关键举措,对保障国家粮食安全具有重要意义。本文系统梳理了包括云南省、贵州省、四川省、重庆市在内的西南地区水稻生产用水现状和灌排技术现状,阐述了西南水稻主产区绿色高效灌排体系的基本特征、绿色高效灌排的具体技术类型,提出了由稻田精准需水预报、灌区精量配水管理、田间高效用水管理、田间高效排水管理构成的绿色高效灌排技术模式。研究发现,西南水稻主产区水资源丰富但时空分布不均,节水灌溉和排水技术落后且对各地区气候条件、水资源量、地形的适用性有较大差异。建议研发稻田灌排高效协同调控新技术、推广绿色高效灌排技术体系、优化稻田水肥运筹模式、开发稻田智能灌排与信息化管理系统、构建水稻绿色高效灌排技术多维推广体系,据此推动西南水稻主产区节水提质增效与绿色减污降排多赢。

江苏省1982-2023年审定水稻品种分析

江苏是我国南方最重要的粳稻主产区,柔软香型半糯性优良食味粳稻的育成与推广,促进了江苏省及周边地区优质稻米产业的发展。1982—2023年江苏省级审定水稻品种共752个。对这752个品种基本特性的分析结果表明,近年江苏省水稻品种单产稳步提高,这主要归因于每穗粒数增多;食味品质和外观品质尤其整精米率明显改善;白叶枯病抗性有所下降。

天津地区水稻恶苗病防治药剂筛选试验

天津市优质农产品开发示范中心开展水稻恶苗病防治药剂筛选试验。试验表明,17%杀螟·乙蒜素+80%乙蒜素对恶苗病的防效达100%,节本高效;经1万hm2以上生产实践检验,1 kg带菌种子用17%杀螟·乙蒜素5 g+80%乙蒜素0.6 ml浸种处理7~8 d,种水比1:1.1~1.2,恶苗病病株最少,仅个别种植户因操作不当本田零星出现恶苗病。

水稻干燥工艺对干燥特性影响的试验研究

为研究水稻变温热风干燥特性,提高水稻干燥效率,利用自制均质干燥装置试验台对水稻进行恒温和变温的干燥试验,分析恒温、快速阶梯式升温、缓速阶梯式升温、连续式干燥和缓苏干燥对水稻干燥特性的影响。试验结果表明:采用水稻恒温干燥方式,随着干燥温度的升高,水稻干燥时间缩短;采用变温干燥方式,对水稻先升温后降温、设置缓苏阶段可以有效地缩短净干燥时间,提高干燥速率。同时,因水稻的干燥效果主要受温度和时间影响,探讨了恒温与变温干燥工艺对水稻干燥速率的影响。

2023年我国水稻产业形势分析及2024年展望

2023年我国水稻面积略有减少,单产再创历史新高,总产连续13年稳定在2亿t以上;国内稻米市场价格偏强运行,大米消费基本稳定;大米进口大幅减少,出口继续下降;审定品种数量下降,品质水平不断提高;经营方式不断优化,社会化服务、绿色高效轻简化技术和智能技术加速推广。分析了当前我国水稻产业面临的问题。预计2024年水稻面积保持稳定,单产小幅提高,稻米市场平稳运行,优质稻米较快发展。