基于能量效率与碳效率的长江中游不同水旱轮作系统可持续性分析

长江中游地区是我国典型水旱轮作区,合理评价不同水旱轮作模式的生态经济效益对推动该区稻田可持续生产具有重要意义。本研究选取玉米-晚稻(MR)、油菜-中稻(RR)和小麦-中稻(WR)3种水旱轮作模式,对比其在秸秆还田(S+)与秸秆不还田(S–)处理下的作物产量、能量效率和碳效率等方面的差异。结果表明:(1)MR模式作物产量较RR和WR模式显著高22.25%和14.81%。秸秆还田显著提高MR、RR和WR模式作物产量7.12%、6.54%和6.43%。(2)MR模式光能利用率和产投比均显著高于RR与WR模式,耗能强度显著低于RR和WR模式。秸秆还田显著提高MR、WR模式光能利用率和RR、WR模式耗能强度,显著降低MR、RR和WR模式产投比。(3)MR模式碳生产效率和碳生态效率显著高于RR和WR模式。秸秆还田显著提高了MR、RR和WR模式碳生产效率和碳生态效率。(4)MR模式碳足迹显著低于RR和WR模式。秸秆还田显著降低了MR、RR和WR模式碳足迹。综上,与油菜-中稻和小麦-中稻模式相比,玉米-晚稻模式具有较高的作物产量、能量效率、碳效率和较低的碳足迹;秸秆还田利于提高作物产量,同时提高了各模式能量效率和碳效率,降低了碳足迹。可见,玉米-晚稻水旱轮作配合秸秆还田具有较好的生态经济效益,可作为长江中游水旱轮作区一种可持续生产技术。

长江流域不同生态区油菜籽关键品质比较研究

本研究选用长江流域上中下游各6个油菜品种,采用相同栽培措施在四川、湖北与浙江试验点种植,籽粒成熟后收获冷榨,测定菜籽油不饱和脂肪酸(USFAs)组成及叶绿素、极性总酚、植物甾醇、生育酚等含量等指标,凝炼各试点菜籽油关键特征。结果表明,油菜籽粒含油量、出油效率指标,菜籽油中叶绿素、极性总酚、植物甾醇、生育酚含量等指标在试点间均存在差异。(1)籽粒含油量四川优于湖北,浙江试点最低,并且中下游地区的品种在四川种植,含油量增加;浙江试点的籽粒出油效率最高,其次为四川试点,湖北试点最低。(2)四川试点菜籽油油酸含量最高,其次为浙江试点,湖北试点最低,但湖北试点有较高的亚油酸和亚麻酸含量;菜籽油极性总酚与植物甾醇含量在四川试点最高,其次为湖北试点,浙江试点最低;菜籽油生育酚含量及外观品质则相反,浙江试点最佳,其次则依次为湖北、四川试点。(3)四川试点的菜籽油抗氧化能力优于湖北,浙江试点最低,四川试点较强的抗氧化能力主要得益于油菜角果期较低的温度与降雨量。综上,长江流域不同试验点菜籽油品质存在差异。本研究结果可为各生态区优质油菜品种选用提供参考。

长江中游春播与夏播玉米籽粒脱水及机收质量差异分析

【目的】明确长江中游春播与夏播玉米机收质量、籽粒脱水的差异及其影响因素,为长江中游两熟制玉米机械化收获配套种植模式及农艺措施的优化提供参考依据。【方法】于2019年在长江中游(湖北省荆门市)选用3个当地的主栽玉米品种[登海618(DH618)、迪卡653(DK653)和豫单9953(YD9953)],设春播和夏播2个播种季,于生理成熟期(T1)、生理成熟后7 d(T2)及生理成熟后14 d(T3)分期进行籽粒机械收获,比较分析春播与夏播玉米的产量、籽粒脱水动态、机收质量及其对延迟收获的响应差异,并通过回归分析研究机收籽粒破碎率的主要影响因子及籽粒脱水与吐丝后活动积温(GDD_(≥10℃))的关系。【结果】春播与夏播玉米生长期间气象条件差异明显,春播玉米较夏播玉米生育期长、干物质积累多,3个品种的春播产量显著高于夏播产量(P<0.05,下同),平均提高64.6%。春播与夏播玉米的机收含杂率均低于3.00%,但机收籽粒破碎率与损失率偏高,是影响机收质量的主要原因。春播玉米收获时的籽粒含水量(15.7%~35.5%)高于夏播玉米(14.6%~21.5%),且均随收获期延迟而明显下降。春播玉米机收籽粒破碎率随籽粒含水量的增加而呈直线升高趋势(R^(2)=0.543,P=0.024),夏播玉米机收籽粒破碎率与籽粒含水量则呈二次曲线关系(R^(2)=0.509,P=0.118)。春播玉米的籽粒体积(0.27~0.36 cm^(3)/粒)明显大于夏播玉米(0.19~0.32 cm^(3)/粒),玉米籽粒体积与机收籽粒破碎率存在显著的负二次曲线关系(R^(2)=0.452,P=0.009)。春播与夏播玉米的籽粒含水量与GDD_(≥10℃)呈显著的Logistic曲线关系,不同播种季玉米籽粒脱水速率对GDD_(≥10℃)的响应也存在明显差异,籽粒水分下降至相同水平时,春播玉米所需的GDD_(≥10℃)均高于夏播玉米。【结论】长江中游春播与夏播玉米生长及收获期间的气象条件差异导致其机收产量、机收质量及籽粒脱水过程存在明显差异。与夏播玉米相比,春播玉米生育期更长,生物产量较高,机收籽粒破碎率较低,但二者的机收损失率相当。在长江中游延迟收获对夏播玉米机收质量影响不明显,但延迟7 d收获可有效降低春播玉米机收籽粒破碎率与机收损失率。

种植密度对角果期弱光胁迫油菜籽粒油脂积累的影响

角果期光照不足显著影响油菜籽粒含油量,而增加种植密度具有明显的增产效果,但其对角果期弱光胁迫下籽粒含油量的影响未见报道。本试验选用华油杂62和沣油520两个品种进行大田试验,设置3个种植密度(15×104、30×104、45×104株hm-2)和2个光照强度(透光率为100%, LT100%和花后10~35 d透光率为70%, LT70%),从籽粒碳代谢和油脂代谢角度,研究种植密度对角果期弱光胁迫下油菜籽粒含油量的影响机制。结果表明:与LT100%相比,LT70%处理下2个品种花后25 d、35 d时籽粒叶绿素含量、核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase, Rubisco)活性降低,光合速率下降,光合产物葡萄糖含量降低0.4%~27.9%;蔗糖合成酶(Sucrose synthase,SuSy)分解活性降低,导致果糖含量降低了4.8%~24.5%,减少了籽粒碳水化合物积累与转运,同时磷脂酸磷酸酯酶(Phosphatidate phosphatase, PPase)、6-磷酸葡萄糖脱氢酶(Glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PDH)活性降低,导致含油量降低2.1%~11.8%,油脂产量降低27.0%~35.3%。与低密度遮阴相比,高密度LT70%处理下籽粒的Rubisco、SuSy活性降幅变小,但籽粒G6PDH和PPase活性降幅变大。这些结果表明,在本试验条件下,通过增加密度可以缓解弱光对籽粒光合碳代谢的抑制,通过增加群体产量缓解弱光胁迫下产油量的损失。

关键栽培措施对菜籽油综合品质的影响

为明确关键栽培措施对菜籽油品质的影响,本研究以“湘杂油518”和“大地199”为材料,分别在武汉和兰州进行播期、密度及氮肥处理单因素试验,籽粒成熟后收获冷榨,测定菜籽油色泽、过氧化值、极性总酚及甾醇含量等关键品质指标,综合评价各处理下菜籽油品质。结果表明:本试验条件下,播期、密度、氮肥均显著影响菜籽油关键品质指标,但各指标在两品种、两试验点间的变化规律不尽相同。两试点、两品种均在早播条件下菜籽油的油酸含量较高,且均随播期推迟,色泽加深,叶绿素含量升高,综合品质下降。两试点的湘杂油518品种在D2密度(4.5×10^(5)hm^(–2))下的菜籽油的酸价较低,极性总酚、总植物甾醇和总生育酚含量较高,综合品质较好。两试点的大地199品种则随密度增加菜籽油叶绿素含量增加,色泽加深,亚油酸含量降低,综合品质下降。两试点、两品种均在低氮下(120 kg hm^(–2))有较高的籽粒含油量和出油效率,且均随施氮量的增加菜籽油色泽加深,综合品质下降。主成分分析表明,播期对菜籽油综合品质的影响大于种植密度和施氮量处理,酸价、叶绿素、极性总酚、抗氧化能力和总植物甾醇是影响菜籽油的关键品质指标;相关性分析表明,籽粒含油量与出油效率显著正相关,叶绿素、类胡萝卜素与菜籽油色泽均呈显著正相关,极性总酚与抗氧化性显著正相关。综上所述,生产中适期早播、减少氮肥用量、降低种植密度,可提高压榨菜籽油品质。本试验结果可为高品质菜籽油优质原料的生产提供技术支撑。

高密度直播油菜不同类型叶片功能探究

合理密植是确保油菜产量和效益的核心,但过度密植则加重倒伏,难以实现密植再高产。叶片是油菜干物质累积的重要光合器官,但高密度条件下,不同类型叶片对油菜产量及抗倒性的影响尚不明确。本试验以中双11号为材料,设置2个种植密度(D3:4.5×10^(5)株hm^(-2)、D5:7.5×10^(5)株hm^(-2))、4个剪叶处理(CK:不剪叶、LP:剪去一半长柄叶、SP:剪去一半短柄叶、SL:剪去一半无柄叶),探究油菜3种不同类型的叶片对高密度直播油菜产量及抗倒性的影响,为协调高密度油菜源库关系、高产和倒伏矛盾提供理论依据。结果表明:同一密度下,油菜3种不同类型叶片占比均为短柄叶>长柄叶>无柄叶,当密度由D3增加至D5,短柄叶减少约2片,占比由50.6%下降至46.7%。2个密度下,剪叶均降低单株角果数,导致单株产量和实收产量的降低,且以SP处理对产量的影响最大。随着密度增加,SP处理下,单株产量下降幅度由19.61%增加至37.67%,实收产量下降幅度由13.65%增加至22.03%。不同剪叶处理,倒伏指数均增加,且SP处理显著增加了上部和下部的倒伏指数,与其他处理相比抗倒性最弱。此外,单株根系表面积、体积随着密度增加而下降,LP、SP处理下根系表面积和体积均显著下降,以LP处理影响最大。基于相关性分析结果,在D3密度下,剪去短柄叶减少了单株角果数,D5密度下,剪去短柄叶减少了单株角果数和每角果粒数,使产量显著下降、抗倒性下降;剪去长柄叶导致根系表面积、体积显著下降,不利于产量形成。

高密度直播对油菜冷榨菜籽油品质的影响

为明确高密植对冷榨菜籽油品质的影响,本研究选用6个株型差异较大的油菜品种(系),采用45万株hm^(–2)和75万株hm^(–2) 2个密度种植,油菜成熟后收获籽粒冷榨,分析菜籽油理化指标、脂肪酸组成和典型脂质伴随物的含量。结果表明,与45万株hm^(–2)相比,在75万株hm^(–2)密度条件下,6个油菜品种(系)籽粒含油量、菜籽油叶绿素含量、红值、过氧化值和酸价增加,均值分别为4.67%、65.28%、22.16%、30.36%和7.23%,但均符合国标一级菜籽油质量标准;不饱和脂肪酸含量增加幅度为0.02%~4.26%,类胡萝卜素和极性总酚含量增加幅度分别为0.52~4.54mg kg^(–1)和1.18~12.06 mg 100 g^(–1);川油20和华油杂62两品种冷榨菜籽油中的生育酚和植物甾醇含量均有提升。综合评价结果表明,不同株型油菜冷榨食用油品质形成对不同种植密度的响应规律不同,不同高度和叶型油菜在75万株hm^(–2)种植密度下的冷榨菜籽油品质优于45万株hm^(–2),其中川油20和华油杂62在75万株hm^(–2)密度下的综合品质较优。本研究结果可为油菜密植、优质菜籽油原料的品种选育及生产提供参考。

油菜籽粒叶绿素降解速率对菜籽油关键品质的影响

油菜籽粒中的叶绿素是阻碍高品质菜籽油生产的关键因素。压榨制油时叶绿素进入菜籽油,菜籽油叶绿素含量高不仅外观品质差,且易引发光氧化反应。因此,提高籽粒成熟过程中叶绿素降解速率,对改善菜籽油外观及营养品质具有重要意义。试验利用281份来自国内外的栽培品种、品系组成的自然群体,在武汉试验点连续进行2年田间小区试验,考察油菜籽粒叶绿素降解速率、油脂外观及营养品质等指标,分析籽粒叶绿素降解与千粒重、含油量、油脂色泽、抗氧化能力等指标的内在联系,以期为优质菜籽油原料的生产提供理论与技术支撑。结果表明,不同品系籽粒叶绿素降解速率存在差异,供试群体品系间存在广泛变异;相关性分析显示,籽粒叶绿素降解速率与种子千粒重、含油量无显著相关性,与菜籽油叶绿素含量显著负相关;菜籽油叶绿素含量与菜籽油红值、黄值及过氧化值显著正相关,与菜籽油抗氧化能力显著负相关,籽粒叶绿素降解速率快的类别,菜籽油色泽更浅,菜籽油过氧化值较低且具有较高的总酚含量与抗氧化能力;花后40 d,叶绿素降解快的品系籽粒POR酶的活性低于叶绿素降解慢的品系,但花后53 d PAO酶的活性高于叶绿素降解慢的品系,因此籽粒成熟后期叶绿素降解速率快,种子叶绿素含量低。

外源物质浸种对迟播油菜越冬期抗寒性及产量的影响

确保迟播油菜产量是压减长江流域双季稻区冬闲田的关键,提高越冬期抗寒性、促进冬前干物质积累是增加迟播油菜产量的有效途径。播前外源物质浸种是提高越冬期抗寒性,促进冬前快速生长的有效措施。试验选用早熟品种华油杂137,设置清水(CK),0.01 mmol L-1、0.05 mmol L^(-1)、0.10 mmol L^(-1)的甜菜碱(T1-1、T1-2、T1-3),0.1 mmol L^(-1)、0.5 mmol L^(-1)、1.0 mmol L^(-1)的脯氨酸(T2-1、T2-2、T2-3),0.03%、0.15%、0.30%的过氧化氢(T3-1、T3-2、T3-3),0.001 mmol L^(-1)、0.01 mmol L^(-1)、0.05 mmol L^(-1)的苹果酸(T4-1、T4-2、T4-3),25 mg L^(-1)、100 mg L^(-1)、300 mg L^(-1)的氧化纳米锌(T5-1、T5-2、T5-3),0.5 mmol L^(-1)、1.0 mmol L^(-1)的多胺(T6-1、T6-2)浸种处理后,于2021—2023年开展田间试验,研究不同外源物质及浓度浸种对迟播油菜越冬期抗寒性及产量的影响。结果表明,不同外源物质和不同浓度浸种处理影响迟播油菜出苗率,部分处理如T3-3、T4-2、T5-3与CK相比显著提高,提高幅度分别达到19.2%、15.3%、17.3%。部分外源物质浸种也显著提高了迟播油菜抗寒性,其机制一方面是提高抗氧化系统中过氧化物酶、过氧化氢酶活性和谷胱甘肽含量,减少活性氧、过氧化氢及丙二醛含量,另一方面是增加可溶性糖、脯氨酸、苹果酸、多胺、甘露醇等渗透调节物质含量,提高膜联冷应答蛋白激酶含量从而提高抗寒性。叶片抗寒性的增加有利于越冬期叶片生物量的积累,有效分枝数增加,单株角果数增加,从而促进产量的提高。另外,对筛选出的9个正向指标和3个负向抗寒性指标进行综合评价,结果表明,2年平均产量排序和抗寒性综合评价值排序结果基本一致,产量较高、抗寒性较强的浸种处理为T5-3、T5-2、T2-3、T1-2。该研究可为长江流域迟播油菜冬前壮苗培育、提高越冬期抗寒性提供理论与技术支撑,为迟播油菜抗逆稳产、促进冬闲田开发利用提供依据。

不同氮肥类型对稻-油轮作氨挥发和氮肥利用率的影响

水稻-油菜(稻-油)轮作是我国代表性轮作方式之一,然而不合理的氮肥施用导致稻-油轮作系统氮肥利用率下降和氮素流失。为此,本研究采用随机区组设计,以不施氮肥(CK)为对照,设尿素(UF)、缓释肥+尿素(SF)、尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(DF)和生物炭+尿素(BF)4个处理,拟探明不同氮肥类型对稻-油轮作系统氨挥发和氮肥利用率的影响。结果表明,不同氮肥类型显著影响NH_3挥发、氮肥利用率与作物产量。1)各处理水稻季氨挥发均高于油菜季。与CK相比,UF、SF、DF和BF处理周年累积NH_3挥发量分别显著提高1.6倍、1.0倍、1.1倍和0.8倍。与UF相比,SF、DF和BF周年累积NH_3挥发量分别显著降低20.5%、19.7%和30.9%。2)与UF相比,SF、DF和BF油菜季氮肥吸收利用率分别提高27.9%、10.3%和19.3%,水稻季氮肥吸收利用率分别提高49.3%、32.8%和41.5%。3)与UF相比,SF、DF和BF油菜产量分别提高6.7%、2.8%和4.3%,水稻产量分别提高36.7%、14.0%和23.4%。与UF相比,SF油菜季经济效益提高24.3%,SF、DF和BF水稻季经济效益分别提高70.7%、21.1%和1.1%,其中SF经济效益最高。本研究结果表明,缓释肥+尿素能显著减少稻-油轮作NH_3挥发损失,并更有效地提高氮肥利用率、作物产量和经济效益,是一项经济生态的施肥模式。

专辑导读:加强大田经济作物栽培措施与环境/资源配置的互作研究、推动产业高效优质发展

油菜、大豆、花生、棉花是食用油、饲料蛋白和纺织原料的重要来源,是我国主要的大田经济作物。但目前,我国食用植物油、大豆及棉花的自给率均处于较低水平,产需矛盾尤为突出^([1-3]);且其关键品质也低于其他主产国,市场竞争力不强。此外,这些经济作物在各主产区还常常遭遇干旱、洪涝、高温、低温、盐碱等不良环境,严重影响了作物的优质高效生产。“十三五”国家重点研发计划项目“大田经济作物优质丰产的生理基础与调控”针对各主产区的生态特点和生产中的主要问题,围绕油菜、大豆、花生、棉花的光温水肥高效利用;栽培措施与资源配置的互作及调控、抗逆稳产及反馈机制等科学问题展开研究,旨在创新优质高产、提质增效的理论和方法,提升我国主要经济作物科技创新能力和国际竞争力,保持可持续发展和农民增收。《作物学报》以专辑形式集中刊发该项目支持的17篇论文,方便相关研究工作者了解最新研究动态。

氮钾肥施用次数对夏直播棉花干物质积累、产量和养分利用率的影响

【目的】探究氮钾肥施用次数对棉花的影响,为进一步提高长江流域棉区夏直播棉花产量提供参考。【方法】于2021―2022年开展大田试验,采用裂区设计,主区为钾肥(210 kg·hm^(-2))施用次数:K1[播种前(PP)100%]和K2[PP 50%+见花(FF)0 d 50%];副区为氮肥(210 kg·hm^(-2))施用次数:N2[PP 20%+FF 0 d 80%]、N3[PP 20%+FF 0 d 60%+FF 21 d 20%]和N4[PP 10%+FF 0 d 50%+FF 7 d 30%+FF 21 d 10%]。分析不同处理对棉花干物质积累与分配、氮钾积累与分配、产量及其构成因素和养分利用率的影响。【结果】K2N3处理下棉株和源、流、库器官拔秆期的干物质质量和氮、钾积累量以及干物质快速积累期的持续时间和平均积累速率均低于K2N4处理,但干物质以及氮钾向库器官的分配比例较K2N4处理高。K2N3处理可获得较高的籽棉产量和皮棉产量,较K1N2处理(产量最低)分别显著提高31.4%和31.9%,进一步增加施氮次数(K2N4处理)没有显著提高棉花产量。K2N3和K2N4处理的氮肥和钾肥偏生产力无显著差异,但二者均显著高于其他处理。主成分分析结果显示棉花产量的差异主要来源于铃数,促进干物质和氮钾养分向库器官分配有利于提高棉花产量。【结论】长江流域棉区麦后直播棉花,2次施钾配合3次施氮能促进棉株对氮钾的吸收,促进干物质和氮钾养分向库器官分配,增加铃数,提高棉花产量。

不同再生稻栽培模式氮足迹及经济效益评估

有关不同栽培措施下再生稻稻田温室气体排放、碳足迹与产量变化研究已取得较大进展,然而不同再生稻栽培模式氮足迹尚不明确。因此,本研究通过大田试验,采用生命周期法,研究了不同再生稻栽培模式[常规栽培模式(CM)和两个优化栽培模式(OM1和OM2)]对水稻产量、氮足迹与经济效益的影响。其中,CM模式采用人工插秧、常规施肥、浅水淹灌、留茬高度20 cm与秸秆不还田等传统再生稻栽培技术,OM1模式采用机插秧、一次性缓释肥施用、干湿交替、头季留茬高度20 cm与秸秆还田,OM2模式采用机插秧、氮肥深施、干湿交替、头季留茬高度40 cm与秸秆还田配施腐熟剂。结果表明,OM2再生季产量和稻季总产量最高,较CM和OM1分别提高再生季产量37.1%(P<0.05)和28.1%(P<0.05)、总产量21.7%和12.5%(P<0.05)。对于再生稻氮足迹构成,OM2具有最高间接活性氮排放。对于直接活性氮排放,3个模式N_(2)O排放无显著差异;但对于头季稻NH_(3)挥发,OM2比CM显著降低14.4%(P<0.05)。因此,OM2具有最低周年活性氮排放,分别比CM和OM1显著降低10.9%(P<0.05)和2.2%(P<0.05)。对于再生稻氮足迹,OM2比CM和OM1分别显著降低26.9%(P<0.05)和13.1%(P<0.05)。此外,OM2经济效益最高,分别较OM1和CM提高20.9%和29.2%。本研究表明,OM2模式是一项降低氮足迹和提高经济效益的可持续再生稻栽培模式,值得在我国南方再生稻区推广。

水稻生产碳中和现状及低碳稻作技术策略

稻田固碳减排,是国家实现碳中和战略的重要举措。为推动长江中下游地区水稻绿色生产,本文在界定水稻生产碳源、碳汇功能的基础上,分析了长江中下游省(市)区域碳排放及碳中和现状,解析了不同稻作模式的碳排放特征,评估了不同农艺措施对稻田固碳减排的影响及潜力,提出并构建了“增汇、减排、降耗、循环”的低碳稻作体系。基于文献统计结果显示:长江中下游省(市)区域的碳中和水平为-1.52~1.75 Mt C-eq;区域内稻作模式的碳中和水平为-401~2673 kg C-eq/(hm^(2)·a);总体而言,免耕、秸秆还田、氮肥减施、间歇灌溉及稻田种养等农艺措施均可实现碳盈余,表明通过合理农艺措施、优化布局稻作模式,能够提高水稻生产碳中和水平。

油菜响应水分胁迫的生理机制及栽培调控措施研究进展

油菜在整个生育期中对水分要求严苛,而随着全球气候变暖及强降雨事件的发生,油菜生产环境恶化,干旱和淹水交替发生,对油菜的生育进程及代谢过程产生了显著影响,使油菜产量降低、品质变劣。一播全苗是作物高产稳产的基础,油菜播种后的水分条件很大程度决定了成苗数量,而成苗后各生育期的水分条件在油菜生产中的作用同样不容小觑,决定了油菜最终的生产效益。在面临水分胁迫的过程中,油菜根系优先感应到干旱/淹水信号,同时地上部发生气孔关闭、光合作用减弱及渗透调节等一系列生理反应,地上部-地下部同时启动相应机制以对抗水分逆境,而现有的研究中尚未对油菜根-冠互作进行深入剖析。

植物生长调节剂处理对油菜胚根伸长期耐渍性的影响

为了解直播油菜耐渍调控机理及渍水对田间油菜出苗和成苗的影响,以沣油737为材料,分别应用氨氧基乙酸盐(AOA)、赤霉酸(GA3)和多效唑(PP333)浸种,应用1-甲基环丙烯(1-MCP)熏蒸吸胀种子,在胚根伸长期渍水后观测不同调节剂预处理对油菜种子出苗、幼苗生长、种子乙烯释放速率和细胞结构的影响。结果表明,胚根伸长期渍水显著降低种子出苗率和出苗指数,并抑制渍水后幼苗生长;AOA、1-MCP和GA3预处理可有效缓解渍水对油菜种子出苗的胁迫作用,其中AOA预处理对渍水后幼苗的恢复生长也具有一定的调节效应,而PP333预处理则加剧渍水对种子出苗的胁迫作用。AOA预处理可增强渍水24h后胚芽细胞自噬活性以适应渍水环境。1-MCP、AOA、GA3预处理显著降低不渍水种子的乙烯释放速率,但可减少渍水过程中种子乙烯释放的下降幅度,表明在渍水前适当降低种子内源乙烯水平,而在渍水过程中维持种子一定水平的乙烯合成,可能有利于提高油菜种子的耐渍性。

基于遥感识别与DNDC模型的不同稻作模式评价——以潜江市为例

【目的】本研究旨在获得潜江市不同稻作模式温室气体排放和固碳情况,以评价不同稻作模式的绿色发展潜力。【方法】首先,利用随机森林对遥感影像进行分类,获得了潜江市各稻作模式分布数据,结合气象、土壤、作物管理数据库,利用校正和验证后的DNDC模型进行区域模拟,获得潜江市甲烷(CH_(4))和氧化亚氮(N_(2)O)两种温室气体排放量及土壤有机碳变化量(dSOC)。其次,在DNDC模型中设置情景分析,假设目前稻虾模式由不同稻作模式变迁而来,利用相关指标的变化评价稻虾模式在潜江地区的绿色发展潜力。【结果】各项指标表明,校正后DNDC模型对CH_(4)和N_(2)O模拟效果良好。2019年潜江市每1 km^(2)范围内主要稻作模式CH_(4)和N_(2)O排放量及全年dSOC总量变化区间分别为0.40kg~64043.34 kg,0.002kg~227.08 kg和0.18 kg C~35835.27 kg C。潜江市全年单位面积CH_(4)和N_(2)O排放量均表现为稻虾模式最小,分别为394.50kg·hm^(-2),1.43kg·hm^(-2),单位面积dSOC表现为稻虾模式最大为274.30 kg C·hm^(-2),稻闲模式最小,为204.95 kg C·hm^(-2)。当潜江市稻虾模式转变为其他主要模式后,其周年CH_(4)排放总量增加2.31%~11.25%,N_(2)O排放总量增加11.49%~67.09%,dSOC减少9.95%~22.81%。【结论】本研究中,稻麦模式表现为CH_(4)排放最大,稻油模式的N_(2)O排放最大,两者固碳能力中等;稻闲模式由于只有一季种植,温室气体排放小于稻旱轮作模式,但其固碳能力较差;稻虾模式的减排和固碳能力相较于稻闲与稻旱轮作模式强,具有更高的绿色发展潜力,但其仍具有减排空间。

高产油菜品种稳产性形成机制

作物生产中,稳产与高产同等重要。本试验以高产但稳产性存在差异的品种“湘杂油518”和“大地199”为材料,分别在武汉和兰州进行播期、施氮量、种植密度的单因素田间试验,测定农艺及生理指标、各处理籽粒产量,计算其变异系数,探究主要农艺性状与稳产性的关联度,为油菜大面积丰产及良种选育提供理论依据。结果表明,(1)播期、氮肥及密度显著影响油菜产量;相同试点,两品种的最高产量差异不显著,但其在各处理间的稳产性差异明显;本试验中,大地199在不同播期、氮肥处理下产量变异系数均低于湘杂油518,稳产性较强。(2)与湘杂油518相比,大地199各关键生育期的叶面积指数(leaf area index,LAI)、光能利用效率(light energy utilization efficiency,LUE)、地上部干物质累积量和花期根系形态等指标均较优,且变异系数小,是其高产且稳产性强的基础。(3)灰色关联度分析发现,各处理条件下,油菜籽粒产量与群体角果数、花期地上部干重和平均根直径等指标关联度较大;且产量变异系数与群体角果数、花期地上部干重和平均根直径变异系数极显著正相关。综上,优化油菜群体角果数、花期地上部干重和平均根直径等指标,可为油菜品种选育及大面积丰产提供理论支撑。

不同类型晚稻品种安全齐穗下限温度及湖北双季稻区晚稻安全齐穗期研究

【目的】确定不同类型晚稻品种安全齐穗下限温度和湖北省不同双季稻区二季晚稻安全齐穗期,为各地合理布局和科学安排双季稻生产提供指导。【方法】以适宜湖北省双季稻区不同种植方式的粳型、籼型和籼粳杂交型二季晚稻品种为材料,分别于2020年和2021年在湖北省咸宁赤壁市、荆州公安县、武汉洪山区、黄冈团风县、孝感孝昌县5地进行分期播种大田试验,并结合对孕穗抽穗期盆栽试验材料进行模拟低温处理,通过调查结实率和单株产量,分析齐穗前气温与结实率的关系,以结实率降低到最适温度下结实率的82%时的温度为安全齐穗下限温度;在此基础上,根据近30年气象资料绘制湖北省不同双季稻区不同类型晚稻品种在9月份逐日齐穗风险图,并以齐穗日在80%以上的年份可以避开低温的影响作为各地的安全齐穗期。【结果】随着播期的推迟,各类品种抽穗期延迟。在迟播条件下单株(穴)产量显著降低。结实率是影响各类品种产量的主要因素,并与齐穗前4 d平均气温呈二次曲线关系。齐穗前4 d安全齐穗下限温度,粳稻品种为19.6℃,较传统标准低0.4℃;籼稻品种为22.4℃,较传统标准高0.4℃;籼粳交品种为22.2℃,与籼稻品种接近。湖北省双季稻区粳稻、籼稻和籼粳交品种的最迟安全齐穗期,在湖北东南地区分别为9月25—28日、9月16—19日和9月17—20日;在东部地区分别为9月23—27日、9月13—19日和9月14—20日;在江汉平原分别为9月25—27日、9月10—17日和9月10—18日;在北部地区分别为9月22—26日、9月7—15日和9月7—17日。【结论】不同类型晚稻品种及其在湖北省不同地区的安全齐穗期存在较大差异,从南到北呈提早趋势,籼稻品种早于粳稻品种,籼粳交品种与籼稻品种接近。为保证二季晚稻安全生产,各地应根据气候条件和品种特性选择适宜的品种并安排合理的播期;种植粳稻品种有利于抵御抽穗扬花期低温的危害。

氮素对棉花幼苗生长、养分分配及氮素利用效率的影响

【目的】筛选棉花苗期适宜的氮浓度并研究其对棉花幼苗生长、养分吸收及氮素利用效率的影响。【方法】以华棉3097为材料,设置6个氮浓度0、0.04、0.4、1、4、8 mmol·L^(-1)Ca(NO_(3))_(2),分别记为N0、N0.04、N0.4、N1、N4、N8,在培养液中培养21 d。测定棉花幼苗根系和地上部形态、干物质质量和主要营养元素吸收量及其分配、光合能力、氮素吸收效率及利用效率等指标。【结果】随着氮浓度的增加,棉花幼苗根系及地上部的生长、干物质质量、营养元素累积量、光合能力等均呈先增加后降低的趋势,4 mmol·L^(-1)Ca(NO_(3))_(2)是棉花苗期最适宜的氮浓度,其生长最旺盛。棉花幼苗单株氮、磷、钾、钙的最大积累量分别为34.4 mg、6.3 mg、41.6 mg和16.5 mg,比例约为1∶0.2∶1.2∶0.5。氮素吸收效率和利用效率均与根冠比正相关,还与根干物质分配比例、根平均直径、根养分分配比例等变化规律一致,均随氮浓度的增加而降低。在0~4 mmol·L^(-1)Ca(NO_(3))_(2)范围内,植株氮钾钙含量、叶片干物质质量和地上部养分分配比例均随氮浓度的增加而提高。【结论】4 mmol·L^(-1)Ca(NO3)2是棉花苗期最适宜的氮浓度,可显著促进棉花幼苗对氮、磷、钾、钙的吸收。1 mmol·L^(-1)Ca(NO_(3))_(2)能提高根系养分分配比例,促进根系伸长与增殖,提高氮素吸收及利用效率。