南京农业大学学报  2016, Vol. 39 Issue (01): 1-9   PDF    
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201504001
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王建, 许蓓蓓, 丁艳锋, 王绍华.
WANG Jian, XU Beibei, DING Yanfeng, WANG Shaohua.
种植密度对粳稻群体内部生态因子的影响
Effects of planting density on ecological characteristics inside the japonica rice
南京农业大学学报, 2016, 39(01): 1-9
Journal of Nanjing Agricultural University, 2016, 39(01): 1-9.
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201504001

文章历史

收稿日期:2015-04-02
种植密度对粳稻群体内部生态因子的影响
王建, 许蓓蓓, 丁艳锋, 王绍华     
南京农业大学农学院/江苏省现代作物生产协同创新中心, 江苏 南京 210095
摘要[目的]研究移栽不同种植密度对水稻产量和群体内部生态因子的影响,探索水稻合理种植密度、最佳群体内部微环境,为水稻增产提供参考依据。[方法]以‘宁粳3号’和‘南粳9108’为材料,设置6个处理:种植密度为23.85×104穴·hm-2(RS1,行株距为30 cm×14 cm),27.75×104穴·hm-2(RS2,行株距为30 cm×12 cm),28.65×104穴·hm-2(RS3,行株距为25 cm×14 cm),33.3×104穴·hm-2(RS4,行株距为30 cm×10 cm),33.3×104穴·hm-2(RS5,行株距为25 cm×12 cm),40.05×104穴·hm-2(RS6,行株距为25 cm×10 cm)。测定水稻抽穗期和齐穗后20 d群体内部光照强度、温湿度和CO2浓度等生态因子,成熟期测定产量及其构成因素。[结果]随着种植密度增加,干物质积累量和产量呈先增加后减少的趋势,RS4处理的产量最高(‘宁粳3号’为10 671.48 kg·hm-2,‘南粳9108’为10 346.14 kg·hm-2),RS6处理的产量最低(‘宁粳3号’为9 470.61 kg·hm-2,‘南粳9108’为8 866.01 kg·hm-2),差异达显著水平。群体内部的温度、湿度、CO2浓度有较好的规律性,抽穗期和齐穗20 d群体下部、中部、上部的温度和湿度均随着种植密度增加呈上升趋势,CO2浓度则呈下降趋势。群体内部光照强度的表现比较复杂,总体上看RS4处理抽穗期和齐穗20 d群体下部有一个相对较高的光照强度,产量也最高。[结论]产量和群体内部生态因子受到种植密度的影响,而结实率和千粒质量又受到群体内部生态因子的影响,种植密度过高或过低都会导致产量降低。本试验条件下,RS4处理的产量最高,产量构成最协调。
关键词水稻     种植密度     干物质积累量     生态因子    
Effects of planting density on ecological characteristics inside the japonica rice
WANG Jian, XU Beibei, DING Yanfeng, WANG Shaohua     
College of Agriculture, Nanjing Agricultural University/Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production, Nanjing 210095, China
Abstract: [Objectives]To investigate the effect of planting density on ecological characteristics and yield in rice,exploring resonable planting density,optimal mircroenvironment in the population,to provide a reference for rice production. [Methods]With japonica rice‘Ningjing 3’and‘Nanjing 9108’as test materials. Six treatments,including density for 23.85×104 hill·hm-2(row spacing 1 was 30 cm×14 cm),27.75×104 hill·hm-2(row spacing 2 was 30 cm×12 cm),28.65×104 hill·hm-2(row spacing 3 was 25 cm×14 cm),33.3×104 hill·hm-2(row spacing 4 was 30 cm×10 cm),33.3×104 hill·hm-2(row spacing 5 was 25 cm×12 cm),40.05×104 hill·hm-2(row spacing 6 was 25 cm×10 cm). Detemination of ecological characteristics of light intensity,temperature,humidity,CO2 concentration at heading and heading 20 d time,yield and its components at maturity. [Results]With the increase of planting density,yield and the accumulation of dry weight tended to increase first,and then drop down. The RS4 treatment demonstrated the highest yield(‘Ningjing 3’ and ‘Nanjing 9108’ were 10 671.48 kg·hm-2 and 10 346.14 kg·hm-2,respectively). While the lowest yield was RS6 treatment(‘Ningjing 3’ and ‘Nanjing 9108’ were 9 470.61 kg·hm-2 and 8 866.01 kg·hm-2,respectively),and the difference between them achieved a significant level. A regular change was found in rice population,including the temperature,humidity and CO2 concentration. The temperature and humidity showed an increase trend in the lower,middle and high level in the population after 20 d treatment during the heading and full heading stage,while the CO2 concentration showed a decrease trend. In terms of the illumination intensity,the regulation was complicated in the population. In all,20 d treatment of RS4 during the heading and full heading stage showed relative higher illumination intensity in its population,and also achieved the highest yield. [Conclusions]Yield and ecological characteristics in the population in rice were influenced by planting density,while ecological characteristics affected the seed setting rate and 1 000-grain weight,too high or too low density can all lead to lower yields. Under this experimental condition,yield and its combination of row spacing 4 was the highset and best.
Keywords: rice transplanting by machine     planting density     dry matter accumulation     ecological characteristic    

水稻机插秧具有稳产、高效、省工、节本等诸多优势[1]。近年来我国水稻机插秧技术发展迅速,据不完全统计,全国机插面积已经由2000年的不足2%发展到2012年的20%,并且逐年增加[2]。随着机插秧配套的高产、超高产栽培技术的发展,单产呈逐年上升的趋势,但群体光能利用率低、倒伏等各种制约高产的因素逐渐显现,因而有必要对高产条件下水稻群体生态进行系统的研究,前人的相关研究大多局限于种植密度对群体质量某一方面的影响,如对茎蘖动态、透光率、叶面积指数和干物质积累等的影响,但是对群体内部光照强度、温度、湿度和CO2浓度等生态因子影响的研究很少。有研究表明,宽行窄株方式下的产量(33.3 cm×10 cm、40.0 cm×8.3 cm、46.7 cm×7.13 cm和26.7 cm×12.8 cm)显著优于常规栽插规格(20.0 cm×15.7 cm)[3],且有利于稻米品质的提高[4];也有研究表明[5],产量从高到低的行距依次是中等行距(30.0 cm)、宽行距(40.0 cm)、窄行距(20.0 cm)。王夫玉等[6]认为,水稻群体产量,单位面积的穗数、总颖花量、结实率、千粒质量均随行距与株距的比值(RS/IS)呈抛物线变化。生态因子对水稻产量有十分重要的影响,其中温度与光照是2个最重要的生态因子,适宜的光照与温度有利于水稻的高产与稳产[7, 8]。有研究认为大气湿度对水稻穗、叶温度的影响比较大[9]。目前,种植密度对群体质量影响的研究较多,但对群体内部生态特性影响的研究较少。本研究对不同种植密度下的群体质量和群体内部生态特性进行系统的研究,旨在探索机插水稻的合理种植密度及群体内部最佳温、湿度和CO2浓度配置,为高产水稻生产栽培提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料与试验设计

试验于2014年在江苏省丹阳市延陵镇进行,供试材料为‘宁粳3号’和‘南粳9108’,土壤质地为黏壤土,有机质含量20.2 g·kg-1,全氮含量1.85 g·kg-1,速效磷含量13.23 mg·kg-1,速效钾含量119.4 mg·kg-1。软盘湿润育秧,软盘长58 cm、宽28 cm、高2.5 cm,盘土采用筛过的营养土,盘土厚度约为2 cm,播种时每盘落露白芽谷120 g。2014年5月21日播种,6月18号移栽。秧苗叶龄4叶左右,人工模拟插秧机栽插,每穴栽3苗。

设6个种植密度(行距×株距)处理(表1),田间试验小区随机区组排列,3次重复,共36个小区,小区面积50.4 m2(7 m×7.2 m)。肥料运筹为每公顷施纯氮270 kg,基肥、穗肥质量比为5∶5,磷肥135 kg·hm-2全部作基肥施,钾肥135 kg·hm-2,一半作基肥,一半作穗肥施。

表 1 种植密度处理 Table 1 Planting density treatments
处理
Treatment
穴数/(104 hm-2)
Number of holes
基本苗
The basic seedling
行距/cm
Spacing in the row
株距/cm
Spacing between the row
RS1 23.85 3 30 14
RS2 27.75 3 30 12
RS3 28.65 3 25 14
RS4 33.30 3 30 10
RS5 33.30 3 25 12
RS6 40.05 3 25 10
1.2 测定项目和方法 1.2.1 叶面积指数(LAI)测定

分别于抽穗期、齐穗后20 d取平均茎蘖数的植株3穴,取下绿叶,比叶重法测定样品叶面积,LAI=(样品叶面积×每小区穴数)/(3×小区面积)。

1.2.2 光照强度测定

按植株平均高度在上、中、下3层,在12:00—14:00使用Sunscan冠层分析仪测定自然光照强度和上、中、下3层光照强度,重复3次。

1.2.3 干物质测定

分别于抽穗期、齐穗后20 d、成熟期每个处理取3穴,105 ℃杀青30 min,80 ℃恒温至样品烘干,称质量。

1.2.4 冠层内微环境因子测定

各小区固定3点,于抽穗期和齐穗后20 d测定株与株之间冠层上方10 cm处,剑叶叶耳处(上部),离地面60 cm处(中部)及地面5 cm处(下部)的温度、湿度和CO2浓度。温度、湿度和CO2浓度测定用LI-6400型光合仪。

1.2.5 产量及产量构成测定

成熟期调查穗数,取样测定每穗粒数、结实率、千粒质量,计算理论产量;每小区去掉边行后脱粒,晒干后称质量,计算实际产量。

1.3 数据统计及分析

用Microsoft Excel 2007整理数据,用SPSS 17.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验(Duncan′s法,α=0.05)。

2 结果与分析 2.1 种植密度对水稻产量及群体的影响

表2可见:‘宁粳3号’和‘南粳9108’的产量都随着种植密度的增加先提高后下降,在RS4处理下达到最大。2个品种产量由高到低所对应的密度处理相同,依次为:RS4、RS3、RS2、RS1、RS5、RS6。‘宁粳3号’在RS4的密度处理产量最高为10 671.48 kg·hm-2,较RS3、RS2、RS1、RS5和RS6分别增加5.73%、6.38%、10.52%、10.63%和12.68%;‘南粳9108’在RS4的密度处理产量最高为10 346.14 kg·hm-2,较RS3、RS2、RS1、RS5和RS6分别增加5.83%、6.48%、9.10%、13.47%和16.69%。在产量结构方面,‘宁粳3号’和‘南粳9108’的穗粒数和结实率都随着种植密度的增加呈先上升后降下的趋势,‘宁粳3号’的千粒质量随着种植密度的增加而降低,‘南粳9108’的千粒质量差异不显著。叶面积指数随着种植密度的增加总体呈先上升后降低的趋势,且差异显著;‘宁粳3号’和‘南粳9108’在抽穗期的叶面积指数(LAI)RS4处理分别为7.03和7.14,达到最大值。2个品种齐穗后20 d的叶面积指数也是RS4处理最高。随着密度的增加,水稻群体的干物质积累量呈先增后减的趋势,RS4处理‘宁粳3号’和‘南粳9108’群体干物质积累量最大,分别为8 101.97 kg·hm-2和7 928.34 kg·hm-2

表 2 不同种植密度对机插粳稻产量及其构成因素的影响 Table 2 Effect of different planting density on grain yield and its components of rice
品种
Cultivar
处理
Treatment
穗数/
(104 hm-2)
Panicle
穗粒数
Spikelets
per panicle
结实率/%
Seed setting
rate
千粒质量/g
1000-grain
weight
产量/
(kg·hm-2)
Yield
抽穗期LAI
Heading
stage
齐穗20d LAI
20d after
heading
干物质积累量*/
(kg·hm-2)
Dry matter add
宁粳 RS1 339.42b 125.53a 94.87a 26.47a 9 655.54c 6.24c 5.47c 7 142.73c
3号 RS2 353.81ab 123.83a 94.67a 26.02ab 10 031.51b 6.80ab 5.65bc 7 359.07bc
RS3 337.59b 131.25a 94.01a 26.13ab 10 093.11b 6.28c 5.35c 7 718.04b
RS4 385.73a 122.04a 94.39a 26.05ab 10 671.48a 7.03a 6.09a 8 101.97a
RS5 344.10ab 127.23a 93.81a 25.65b 9 646.15c 6.40cd 5.66bc 6 868.06cd
RS6 363.79ab 117.83a 93.83a 25.59b 9 470.61d 6.59bc 5.92ab 6 294.41d
南粳 RS1 298.52ab 159.72a 87.99a 25.47a 9 483.39c 6.39cd 5.37c 7 116.54c
9108 RS2 308.03a 159.67a 86.64a 24.97a 9 717.63b 6.86b 5.69bc 7 256.75b
RS3 286.83b 157.71a 89.16a 25.67a 9 776.53b 6.24d 5.40c 7 325.97b
RS4 311.36a 162.10a 89.67a 24.91a 10 346.14a 7.14a 6.14a 7 928.34a
RS5 298.07ab 148.94a 86.28a 25.29a 9 118.27d 6.40cd 5.51c 6 618.35d
RS6 302.06a 145.12a 88.85a 25.52a 8 866.01e 6.54c 5.88ab 5 931.53e
注:1)同列数据后不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。2)*是指抽穗期至成熟期的干物质积累量。
Note:1)Different small letters in the same column meant significant difference at 0.05 level among treatments. 2)* means dry matter add from heading stage to mature stage.
2.2 不同种植密度下群体内部生态因子的差异 2.2.1 光照强度

无论抽穗期还是齐穗后20 d,随着密度的增加,下部(图1-a)和上部(图1-c)的光照强度都呈先升高后降低的趋势,差异显著;中部图(1-b)的光照强度也呈先增加后减少的趋势,但差异不显著。同一处理,群体上部光照强度最大,中部次之,下部最小。‘宁粳3号’和‘南粳9108’在RS4处理时,群体上、中、下部光照强度均最强。

图 1 不同种植密度下机插粳稻群体内部的光照强度(A是下部,B是中部,C是上部) Fig. 1 Effect of different planting density on light intensity of rice(A for below,B for middle,C for top)

抽穗期和齐穗后20 d冠层上方的外界光照强度分别为1 270.43 μmol·m-2·s-1和1 214.8 μmol·m-2·s-1。‘宁粳3号’抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理下部光照强度占外界光强比例分别为1.35%、1.44%、2.07%、2.60%、1.28%和1.40%,齐穗后20 d分别为1.83%、2.45%、3.22%、3.79%、1.86%和2.04%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理中部光照强度占外界光照强度比例分别为15.26%、17.94%、18.57%、20.77%、18.40%和16.71%,齐穗后20 d分别为17.81%、19.47%、20.53%、20.67%和22.48%和18.99%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理上部光照强度占外界光照强度比例分别为53.37%、52.27%、61.47%、63.53%、47.99%和44.48%,齐穗后20 d分别为48.55%、51.66%、51.21%、61.07%、52.12%和46.98%。

‘南粳9108’抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理下部光照强度占外界光照强度比例分别为4.36%、3.97%、4.96%、5.44%、4.30%和4.61%,齐穗后20 d分别为4.36%、3.15%、5.10%、5.97%、3.70%和4.68%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理中部光照强度占外界光照强度比例分别为28.27%、29.43%、32.51%、35.50%、28.14%和26.57%,齐穗后20 d分别为25.95%、30.08%、32.15%、39.51%、29.09%和34.14%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理上部光照强度占外界光照强度比例分别为67.59%、65.10%、66.65%、68.87%、60.33%和59.87%,齐穗后20 d分别为49.95%、54.01%、60.08%、60.72%、48.87%和54.74%。

2.2.2 温度

图2表明:同一处理,群体上部温度最高,中部次之,下部最低;随着种植密度增加,上、中、下部温度均显著上升。

图 2 不同种植密度下机插粳稻群体内部的温度(A是下部,B是中部,C是上部) Fig. 2 Effect of different planting density on temperature of rice(A for below,B for middle,C for top)

‘宁粳3号’抽穗期和齐穗后20 d冠层上方的外界温度分别为30.81和26.55 ℃。抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理下部温度占外界温度比例分别为90.98%、92.18%、95.07%、94.13%、95.62%和96.11%,齐穗后20 d分别为87.95%、90.32%、94.69%、93.37%、95.14%和96.23%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理中部温度占外界温度比例分别为92.92%、93.64%、95.68%、94.81%、96.59%和96.98%,齐穗20 d分别为88.78%、90.92%、96.76%、94.2%、97.29%和97.85%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理上部温度占外界温度比例分别为94.9%、95.26%、98.31%、97.37%、99.87%和99.74%,齐穗后20 d分别为89.87%、92.8%、97.48%、94.92%、98.72%和99.32%。

‘南粳9108’抽穗期和齐穗后20 d的冠层上方的外界温度分别为30.75和26.31 ℃。抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理下部温度占外界温度比例分别为91.02%、93.27%、94.67%、95.06%、95.54%和96.68%,齐穗后20 d分别为87.46%、89.47%、93.88%、92.28%、95.73%和95.68%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理中部温度占外界温度比例分别为93.72%、94.8%、96.78%、96.26%、97.3%和98.18%,齐穗后20 d分别为88.65%、90.84%、95.39%、93.46%、97.38%和98.08%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理上部温度占外界温度比例分别为95.8%、96.78%、97.89%、97.46%、99.77%和99.87%,齐穗后20 d分别为89.69%、92.41%、99.01%、94.81%、98.83%和99.83%。而RS4处理的千粒质量和结实率都较高,产量最高(表2),这表明群体内部温度最适合高产栽培条件的是RS4处理。

2.2.3 湿度

图3可见:在抽穗期相同处理中,群体上部的相对湿度最低,下部的最高,差异不显著;随着种植密度增加,群体内部上、中、下部的相对湿度增加,差异不显著。在齐穗20 d,相同处理群体上部的相对湿度最低,下部的最高,差异显著;随着种植密度增加,群体内部上、中、下部的相对湿度依次增加。

图 3 不同种植密度下机插粳稻群体内部的湿度(A是下部,B是中部,C是上部) Fig. 3 Effect of different planting density on relative humidity of rice.(A for below,B for middle,C for top)

‘宁粳3号’抽穗期和齐穗后20 d的冠层上方的外界相对湿度分别为60.72%和51.82%。抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理下部相对湿度分别为外界相对湿度的1.08、1.09、1.14、1.13、1.14和1.16倍,齐穗后20 d分别为1.03、1.12、1.27、1.17、1.25和1.37倍;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理中部相对湿度分别为外界相对湿度的1.04、1.07、1.12、1.11、1.12和1.14倍,齐穗后20 d分别为0.99、1.08、1.2、1.12、1.24和1.32倍;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理上部相对湿度分别为外界相对湿度的0.96、1.07、1.07、1.08、1.1和1.12倍,齐穗后20 d分别为1.01、1.03、1.19、1.09、1.23和1.38倍。

‘南粳9108’抽穗期和齐穗后20 d的冠层上方的外界相对湿度分别为60.39%和51.39%。抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理下部相对湿度分别为外界相对湿度的1.11、1.12、1.14、1.13、1.16和1.18倍,齐穗后20 d分别为1.06、1.06、1.28、1.17、1.31和1.38倍;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理中部相对湿度分别为外界相对湿度的1.09、1.09、1.11、1.12、1.14和1.17倍,齐穗后20 d分别为0.99、1.06、1.28、1.14、1.28和1.37倍;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理上部相对湿度分别为外界相对湿度的1.01、1.04、1.05、1.07、1.05和1.08倍,齐穗后20 d分别为1.01、1.01、1.18、1.1、1.21和1.33倍。而RS4处理的千粒质量和结实率都较高,产量最高(表2),这表明群体内部温度最适合高产栽培条件的是RS4处理。

2.2.4 CO2浓度

图4可见:同一处理,群体上部的CO2浓度高于群体中部(P>0.05)和下部(P<0.05),中部的CO2浓度高于下部(P<0.05)。不同种植密度处理群体中、下部CO2浓度随着种植密度增加,呈下降趋势,且差异显著。

图 4 不同种植密度下机插粳稻群体内部的CO2浓度(A是下部,B是中部,C是上部) Fig. 4 Effect of different planting density on CO2 concentration of rice(A for below,B for middle,C for top)

‘宁粳3号’抽穗期和齐穗后20 d的冠层上方的外界CO2浓度分别为375.88 μmol·mol-1和434.91 μmol·mol-1。抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理下部CO2浓度占外界CO2浓度比例分别为93.83%、93.34%、92.93%、92.88%、92.94%和91.77%,齐穗后20 d分别为94.84%、94.7%、94%、94.25%、93.43%和93.45%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理中部CO2浓度占外界CO2浓度比例分别为96.04%、95.21%、94.96%、94.94%、94.01%和94.56%,齐穗后20 d分别为96.82%、97%、95.5%、95.61%、94.22%和93.94%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理上部CO2浓度占外界CO2浓度比例分别为99.41%、97.54%、96.06%、96.3%、96.82%和95.37%,齐穗后20 d分别为98.16%、97.21%、97%、97.05%、95.67%和95.49%。

‘南9108’抽穗期和齐穗后20 d的冠层上方的外界CO2浓度分别为376.14 μmol·mol-1和435.17 μmol·mol-1。抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理下部CO2浓度占外界CO2浓度比例分别为94.65%、94.12%、93.44%、93.63%、93.17%和92.78%,齐穗后20 d分别为95.34%、95.06%、94.27%、94.45%、94.19%和93.87%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理中部CO2浓度占外界CO2浓度比例分别为96.77%、95.78%、95.61%、95.77%、95.12%和94.54%,齐穗后20 d分别为97.27%、96.02%、95.97%、95.68%、95.41%和95.21%;抽穗期RS1、RS2、RS3、RS4、RS5和RS6处理上部CO2浓度占外界CO2浓度比例分别为99.22%、98.39%、97.05%、98.02%、96.78%和96.72%,齐穗后20 d分别为99.62%、98.56%、97.82%、98.32%、97.36%和96.91%。CO2浓度对群体干物质量和穗粒数有显著影响,RS4处理的CO2浓度有较高的穗粒数和最高的干物质积累量。

3 讨论

种植密度是水稻栽培重要影响因子之一。董啸波[10]研究表明,南方双季稻区种植双季晚粳稻其产量均随密度的增加呈先增加后下降的趋势。徐春梅[11]等认为南方稻区栽插密度对‘中早22’结实率和千粒质量影响较小,而对有效穗数和每穗粒数影响较大。各生育期合理的叶面积大小和变化动态与产量的高低有着密切的关系。适当扩大行距,有利于提高叶面积指数,减缓孕穗期到成熟期叶面积的衰减[12],从而提高产量。前人通过对水稻不同时期干物质量与产量之间的关系进行了大量的研究,但研究结果不尽相同。林洪鑫[13]研究表明,抽穗期水稻茎鞘中积累的物质不仅对早期籽粒发育有好处,而且对后期灌浆有一定的补偿作用。凌启鸿[14]研究认为,水稻产量主要取决于水稻生长后期光合产物的积累与分配,与抽穗期干物质积累关系不明显。本试验结果表明,随种植密度增加,‘宁粳3号’和‘南粳9108’的产量都是呈先增加后下降的趋势;在产量结构方面,随着种植密度的增加,有效穗数和每穗粒数呈先增加后降低的趋势;千粒质量随着种植密度的增加而降低,但差异不显著。RS4处理的种植密度与RS5一样,但产量更高,因此适当的扩行窄株有利于产量的提高。随着种植密度增加,群体叶面积指数和抽穗到成熟期干物质积累量都先增后减,在RS4(30 cm×10 cm)处有最大的群体叶面积指数和干物质积累量,这与凌启鸿[14]等提出的抽穗后的干物质积累量是水稻生产的核心结果相符,这为成熟期RS4处理的高产打下了基础,高群体叶面积指数和高光照强度,最大程度增加了光截获量,从而有利于提高产量。

光温因子主要通过结实率来影响水稻产量[15]。温度影响水稻光合作用强度、生育进程、有机物质积累等方面,它对水稻生长发育速度也具有重要影响[16]。灌浆期的高温对水稻的千粒质量产生负面影响,从而影响水稻的最终经济产量[17]。王亚莉等[18]研究发现孕穗、抽穗期的高温(>30 ℃)会显著降低水稻的结实率。有研究表明,大气湿度的变化可引起植株叶片气孔行为[19]、蒸腾作用[20]、产量和品质[21]等的变化。高湿度有利于叶面积的增长[22]。CO2是作物光合作用的基本原料之一,研究表明CO2浓度增高对作物产量和品质产生深刻影响[23]。FACE使武香粳14的单位面积穗数较对照增幅高达19%[24]。本试验结果表明,不同生育期,不同种植密度的水稻群体不同部位光照强度有差异。光照强度随着种植密度的增加先增加后降低。在外界光照强度一定的条件下,抽穗期和齐穗后20 d‘宁粳3号’和‘南粳9108’最适光照强度在RS4处理处,在该光照强度下有最适的千粒质量和结实率。随着种植密度的增加,各部位温度和湿度都呈下降的趋势,CO2浓度都呈上升的趋势。在外界温度、湿度和CO2浓度一定的条件下,抽穗期和齐穗后20 d‘宁粳3号’和‘南粳9108’最适温度、湿度和CO2浓度均在RS4处理组,在该温度、湿度和CO2浓度条件下,有较高的结实率和千粒质量,干物质积累量和产量也最高。

从本研究可以看出,在种植密度为30 cm×10 cm的群体内部生态因子条件下,有最适的结实率和千粒质量,抽穗到成熟期干物质积累量和产量最高,即种植密度为30 cm×10 cm处理条件下的群体内部生态因子是高产栽培的最适生态指标。

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