水稻灌浆期冠层温度对植株生理性状及稻米品质的影响

水稻灌浆期冠层温度对植株生理性状及稻米品质的影响
高继平㊀隋阳辉㊀张文忠∗㊀姚晨㊀高明超㊀赵明辉㊀徐正进
(沈阳农业大学水稻研究所/农业部东北水稻生物学与遗传育种重点实验室/北方超级粳稻育种教育部重点实验室,沈阳１１０８６６;
∗
通讯联系人,E Ｇm a i l :z w z h o n g
＠１２６．c o m )E f f e c t o f C a n o p y T e m p e r a t u r e o nP h y s i o l o g i c a l C h a r a c t e r i s t i c a n dG r a i nQ u a l i t y a tF i l l i n g S t a g
e i nR i c e G A O J i Ｇp i n g ,S U I Y a n g Ｇh u i ,Z H A N G W e n Ｇz h o n g ∗,Y A O C h e n ,G A O M i n g Ｇc h a o ,Z H A O M i n g Ｇh u i ,X U Z h e n g Ｇj
i n (R i c eR e s e a r c hI n s t i t u t e ,S h e n y a n g A g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y /K e y L a b o r a t o r y o f N o r t h e a s tR i c eB i o l o g y a n dB r e e d i n g ,M i n i s t r y o f
A g r i c u l t u r e /K e y L a b o r a t o r y o f N o r t h e r n j a p o n i c a S u p e r R i c e
B r e e d i n g ,M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,S h e n y a n g １
１０８６６,C h i n a ;∗C o r r e s p o n d i n g a u t h o r ,E Ｇm a i l :z w z h o n g ＠１
２６．c o m )G A OJ i p i n g ,S U IY a n g h u i ,Z HA N G W e n z h o n g ,e t a l ．E f f e c t o f c a n o p y t e m p e r a t u r e o n p h y s i o l o g
i c a l c h a r a c t e r i s t i c a n d g r a i n q u a l i t y a t f i l l i n g s t a g
e i n r i c e ．C h i n JR i c eS c i ,２０１５,２９(５):５０１Ｇ５１０．A b s t r a c t :A
f i e l d e x p e r i m e n tw a s c o n d u c t e d t o i l l u m i n a t e t h ed a i l y v a r i a t i o no f c a n o p y t e m p e r a t u r ea n d i t s r e l a t i o n s h i p
w i t h s o i lw a t e rc o n t e n t ,p h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa n d g r a i n q u a l i t y w i t hL i a o j i n g ２９４a n d K a i j i n g １a
s m a t e r i a l s d u r i n g f i l l i n g s t a g ea t f i v e g r a d i e n t s o i lw a t e rc o n t e n t s ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a t :１)T h ec a n o p y t e m p
e r a t u r e ,l o w e r t h a na i r t e m p e r a t u r e ,w a s s i g n i
f i c a n t l yp o s i t i v e l y c o r r e l a t e dw i t ha i r t e m p
e r a t u r e ．T h e g r a d i e n t s o i lw a t e r s t r e s s l e d t o a g r a d u a li n c r e a s ei nt h ec a n o p y t e m p e r a t u r ea n dc a n o p y Ｇa i rt e m p e r a t u r ed i
f f e r e n c e ．T h a ti st os a y ,t h ec a n o p y
t e m p e r a t u r e a n dt h ea b s o l u t ev a l u eo ft h ec a n o p y Ｇa i rt e m p
e r a t u r ed i
f f e r e n c ei n c r e a s e da st h es o i l w a t e r p o t e n t i a l d e c l i n e d ．２)U n d e r t h e s a m e c o n d i t i o n s ,t h e c a n o p y t e m p e r a t u r eo f d r o u
g
h t s u s c e p t
i v ev a r i e t y L i a o
j i n g ２
９４w a s l o w e r t h a nt h a to ft h ed r o u g h tr e s i s t a n tv a r i e t y K a i j i n g １．３)T h ec a n o p y Ｇa i rt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c e w a ss i g n i f i c a n t l y n e g a t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h f i l l e d g r a i nn u m b e r p e r p a n i c l e ,１０００Ｇg r a i nw e i g h t ,s e e d Ｇs e t t i n g r a t e ,g r a i n y i e l d ,p e r c e n t a g
e o fh e a dr i c e ,p r o t e i nc o n t e n t ,a m y l a s ec o n t e n t ,
f a t t y a c i dc o n t e n ta n dt a s t ev a l u e ．B u t i tw a ss i
g n i f i c a n t l yp
o s i t i v e l c o r r e l a t e dw i t hu n f i l l e d g r a i nn u m b e r ,c h a l k i n e s sd e g
r e e ,c h a l k i n e s sr a t ea n db r o k e nr i c er a t e ．４)A s t h es o i lw a t e r p o t e n t i a l d e c r e a s e d ,t h e p h o t o s y n t h e t i c r a t e ,s t o m a t a l c o n d u c t a n c e a n d t r a n s p i r a t i o n r a t e d e c r e a s e d ,a n d p h o t o s y
n t h e t i c p e r f o r m a n c e o f t h e d r o u g h t r e s i s t a n tK a i j i n g １w a sb e t t e r ．C o r r e l a t i o na n a l y s i s s h o w e d t h a t t h e r ew a sa s i g n i f i c a n t o r e x t r e m e l y s i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o n b e t w e e nt h e p h o t o s y n t h e t i c p e r f o r m a n c ea n dt h ec a n o p y Ｇa i rt e m p
e r a t u r e d i
f f e r e n c e ．５)F o rK a i j i n
g １,t
h e s t o m a t a l d e n s
i t y w a s s i g n i f i c a n t l yg r e a t e r t h a n t h a t o fL i a o
j i n g ２
９４,a n d t h e s t o m a t a l l e n g t ha n dw i d t hw e r e e x t r e m e l y s i g n i f i c a n t l y l e s s t h a nL i a o j i n g ２９４．C o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s s h o w e d t h a t t h e r ew a s n o s i g n i f i c a n t i m p a c t o n g r a i n y i e l d c o m p a r ew i t h c o n t r o lw i t h c a n o p y Ｇa i r t e m p e r a t u r e d i f f e r e r n c e o f ０．９ħa n d ０．８ħf o r L i a o j i n g ２９４a n dK a i j i n g １,r e s p e c t i v e l y ．T h e c r i t i c a l w a t e r c o n t e n t c o u l d b e u s e d a s a r i c ew a t e r Ｇs a v i n g t h r e s h o l d a t t h e f i l l i n g s t a g
e (s o i lw a t e r p o t e n t i a l t r e a t m e n t S ２,－０．０２－－０．０３M P )．K e y w o r d s :r i c e ;c a n o p y t e m p e r a t u r e ;s o i lw a t e r p o t e n t i a l ;p h o t o s y n t h e t i c c h a r a c t e r ;s t o m a t a ;y i e l d ;q u a l i t y 高继平,隋阳辉,张文忠,等．水稻灌浆期冠层温度对植株生理性状及稻米品质的影响．中国水稻科学,２０１５,２９
(５):５０１Ｇ５１０．
摘㊀要:在大田环境下,以辽粳２９４㊁
开粳１号为材料,在灌浆期设置５个水分梯度处理,研究了水稻冠层温度日变化特征及其与土壤水分状况㊁产量生理特性㊁稻米品质之间的关系.结果表明:１
)冠层温度低于气温,但与其显著正相关.梯度水分处理导致冠层温度和冠气温度差逐级升高,即土壤水势降低,冠层温度升高,冠气温度差绝对值增大;２)
相同环境条件下,抗旱性弱的品种辽粳２９４的冠层温度低于抗旱性强的品种开粳１号;３
)水分胁迫下水稻冠气温度差与每穗实粒数㊁千粒重㊁结实率㊁产量㊁整精米率㊁蛋白质含量㊁直链淀粉㊁脂肪酸和食味值呈显著负相关,与秕粒数㊁垩白度㊁垩白粒㊁碎米率呈显著正相
关;４
)光合速率㊁气孔导度及蒸腾速率随土壤水势降低而下降,且抗旱性强的品种开粳１号的光合性能较强.相关性分析表明,两个品种冠气温度差与其光合性能显著或极显著负相关;５)开粳１号的气孔密度显著大于辽粳２９４,
而气孔长度和气孔宽度极显著小于辽粳２９４.综合分析表明,在灌浆期辽粳２９４和开粳１号在土壤水势为－０．０２~－０．０３M P 时,
平均冠气温度差分别维持在０ ９ħ和０．８ħ时对产量影响不显著(达到水分临界水平),可作为水稻灌浆期的节水灌溉指标
.关键词:水稻;冠层温度;土壤水势;光合性能;气孔;产量;品质
中图分类号:Q ９４５ ４;S ５１１ ０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１００１Ｇ７２１６(２０１５)０５Ｇ０５０１Ｇ１０
收稿日期:２０１５Ｇ０１Ｇ１０;修改稿收到日期:２０１５Ｇ０３Ｇ３０.
基金项目:辽宁省科技攻关计划资助项目(２０１１２１２００２);辽宁省农业领域青年科技创新人才培养计划资助项目(２０１４０３９);国家科技支撑计划资助项目(２０１３B A D ０５B ０７);沈阳农业大学校教师(青年)科研基金资助项目(２０１３１００９);长江学者和创新团队发展计划资助项目.
１
０５中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i ),２０１５,２９(５):５０１－５１０
h t t p ://w w w．r i c e s c i ．c n D O I :１０．３９６９/j
．i s s n ．１００１Ｇ７２１６．２０１５．０５．００７
㊀㊀水分是作物生长发育的重要限制因子,对作物产量及品质有着重要影响.水分亏缺不仅会造成作物减产,而且还会影响其生理代谢功能,降低品质.如何从作物和环境两方面判断水分亏缺,做到合理灌溉,从而经济有效地利用水分,是作物节水栽培研究的重要内容.近年来,国内外学者利用红外测温技术在玉米㊁小麦和棉花等旱田作物和温室蔬菜作物上进行了广泛深入地研究[１Ｇ６],并对冠层温度的影响因素及基于冠层温度的水分亏缺诊断模型[７Ｇ８]的建立和灌溉指标[９Ｇ１０]的确定等方面做了大量工作,取得了可喜的成果[１１Ｇ１６].水稻传统栽培通常都保持水层,兼顾生理和生态需水,随着水资源的日益紧张和灌溉技术不断发展,强调生理需水弱化生态需水的 间歇性灌溉 和 无水层灌溉 技术已经出现并开始应用,这就为基于冠层温度诊断的水稻节水灌溉技术,实现水稻精确定量灌溉基础上的 旱化 栽培,使水分的供需维持良性的 紧平衡 状态,建立资源节约型水稻生产方式提供了可能.
近几年的研究[１７Ｇ２２]表明,在水稻孕穗期和开花期,冠层温度一般低于气温,与太阳辐射㊁空气湿度和风速具有较好的相关性,并与空气温度呈显著正相关.不同土壤水分含量对冠层温度有显著影响,即土壤含水量越低,水稻冠层温度越高,冠气温度差越小,并认为在１３:００－１５:００测定冠气温度差是反映土壤水分状况的最适时间.但以往研究冠层温度与土壤水分含量及产量之间的关系多基于盆栽试验,并未得到大田验证,而且鲜有涉及不同水稻品种的抗旱性㊁冠层温度表达㊁光合特性以及产量和品质之间的关系.因此,本研究在水稻灌浆期设置田间水分梯度处理,分析不同抗旱性品种的冠层温度与环境因子㊁产量生理特性及稻米品质的关系,以期用冠层温度快速诊断植株水分盈缺状况,进而为遥感技术指导水稻大面积生产㊁合理灌溉提供理论依据.１㊀材料与方法
１．１㊀试验材料
选择辽粳２９４和开粳１号两个中晚熟品种作为试验材料.前期抗旱筛选显示,在常规种植条件下,前者生育期１６０d,株高９６~１０５c m,穗长１６~１８c m,株型紧凑,直立穗型,剑叶直立,叶色浓绿,抗旱力弱;后者生育期１５８d,株高９５~１０５c m,穗长１７~１９c m,株型紧凑,弯曲穗型,剑叶披散,叶色浅绿,抗旱力强.１．２㊀测定项目及方法
１．２．１㊀试验设计
试验于２００９－２０１０年在沈阳农业大学水稻研究所(N４１ʎ８ᶄ㊁E１２３ʎ３８ᶄ)试验田进行,土质为棕壤土.４月２３日播种,营养土保温旱育苗,５月１日出苗,５月３１日移栽.
试验共设５个处理:始终保持５c m水层(C K,水势为０M P);土壤饱和含水量的８０％~１００％(S１,水势为－０．０１５~－０．００８M P)㊁６０％~８０％(S２,－０．０３~－０．０２M P)㊁４０％~６０％(S３,－０．０５~－０．０４M P)㊁２０％~４０％(S４,－０．０６M P以下).试验为随机区组设计,重复３次,小区７行,行长２m,行距０．３m,株距０．１２m,每穴１苗,小区面积４m２,共３０个小区.移栽前水耙地搅浆均匀,然后每个小区采用黑色硬质塑料挡板作为围墙隔离,深度３０c m,同时保证小区内土表平整,沉降几日后插秧.８月１８日开始控水时安装负压式张力计,安装时陶头中部离土表１５c m.控水处理共用３０支张力计监测土壤水势,每日８:００㊁１２:００和１６:００,３次读表,根据处理要求及时补水.土壤瞬时的水分含量测定采用手持式土壤水分仪进行.处理前期采用阶梯式灌水,两品种同水平下水势梯度保持一致,持续控水到９月５日(灌浆盛期结束后)后各处理恢复正常供水直到成熟.在控水期间采用５个移动式钢架塑料遮雨棚(２００c mˑ１０５０c mˑ１６０c m)于降水前进行遮挡,防止自然降水影响.作业区过道积水过多时,采用水泵将其抽出.其他管理措施按常规高产栽培进行.
１．２．２㊀冠层温度与空气温度、湿度的测定
冠层温度采用德国产T F IＧ５００型红外测温仪测定,光谱带为８~１４μm,比辐射率为０．９５,于９月１日㊁９月２日㊁９月３日从８:００~１６:００连续测定３d,每１h采集数据１次.为消除太阳高度角及栽培行向的影响,对待测植株依次从南㊁西㊁北㊁东四个方向测定叶片和茎秆的温度,将叶温与茎温的平均值作为该区的冠层温度,测定时红外探头高于水稻冠层１５c m,并与冠层呈１５ʎ夹角,避免裸地影响.空气温度(T a)和空气相对湿度(R H)采用Z D RＧ２０温湿度测量仪测定,与冠层温度测量保持相同高度同步测定.
１．２．３㊀气孔及光合指标测定
水稻灌浆期取剑叶观察气孔,选取不同水分处理长势中等的３株,每株剪取主茎剑叶并保存在
２０５中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第２９卷第５期(２０１５年９月)
F A A固定液中,用T MＧ１００台式扫描电镜观察叶片正面中部,测量气孔长㊁宽,每段叶片(剪取叶片中部一小段)取３个视野观察气孔密度.
采用美国L IＧ６４００型便携式光合仪于晴天上午(９:００－１１:００),根据每个小区平均分蘖数,选取长势一致且中等的５株,夹取主茎剑叶中部测定净光合速率(P n)㊁气孔导度(G s)㊁胞间二氧化碳浓度(C i)㊁蒸腾速率(T r).
１．２．４㊀产量及稻米品质的测定
水稻成熟后每小区取代表性植株５穴,自然风干后测量穗长㊁穗重㊁实粒数㊁空秕粒数㊁结实率㊁千粒重等产量性状,其余植株混收测定每小区实际产量.各区稻谷自然储藏３个月后进行品质分析.稻米糙米率㊁精米率㊁整精米率参照国家标准G B/ T１７８９１Ｇ１９９９规定的方法测定.垩白粒率㊁垩白度用日本静冈制机株式会社生产的E SＧ１０００型大米外观品质分析仪测定.蛋白质含量㊁脂肪酸含量㊁直链淀粉含量和食味值用日本静冈制机株式会社生产的Q S２４００型高精度近红外食味分析仪测定.１．３㊀统计分析
采用E x c e l２００３进行数据处理㊁作图,以软件D P S７．０５进行数据显著性检验与分析.２㊀结果与分析
２．１㊀冠层温度与气温及空气湿度的关系及对水分胁迫的日变化响应
由图１可知,一天中,冠层温度与气温呈协同变化趋势,气温越高冠层温度就越高,１３:００冠层温度达到最大,且各处理的冠温均显著低于气温.相关性分析表明,水分胁迫下冠层温度与气温呈显著正相关(辽粳２９４S１~S４处理及对照的相关系数分别为０．５３∗㊁０．６１∗㊁０．７０∗㊁０．７４∗和０．５４∗;开粳１号分别为０．５９∗㊁０．５７∗㊁０．５５∗㊁０．５２∗和０．６９∗),与空气湿度呈正相关或负相关(辽粳２９４S１处理和对照的相关系数分别为０．７２∗和０．７０∗).在不同水分梯度处理下,两个品种的冠层温度规律一致(S４＞S３＞S２＞S１＞C K),温度浮动范围一般在０．１ħ~３．１ħ,说明冠层温度与土壤含水量关系密切,即受水分胁迫程度越大,冠层温度越高.在相同水分梯度下开粳１号的冠层温度比辽粳２９４低且差异较小.２．２㊀冠气温度差对水分胁迫的日变化响应及品种差异
作物冠气温度差不仅受环境因子的影响,还受田间土壤含水量的影响.表１显示,从８:００－１６:００
,
对照－保持５c m水层(水势为０M P);S１－土壤饱和含水量的８０％~１００％(水势为－０．０１５~－０．００８M P);S２－土壤饱和含水量的６０％~８０％(水势为－０．０３~－０．０２M P);S３－土壤饱和含水量的４０％~６０％(水势为－０．０５~－０．０４M P);S４－土壤饱和含水量的２０％~４０％(水势为－０．０６M P以下).
C o n t r o l,５c m w a t e r l a y e r(w a t e r p o t e n t i a l０M P);S１,８０％－１００％s a t u r a t e d s o i lm o i s t u r e(w a t e r p o t e n t i a l－０．０１５t o－０．００８M p);S２,６０％－８０％s a t u r a t e d s o i lm o i s t u r e(－０．０３t o－０．０２M P);S３,４０％－６０％s a t u r a t e ds o i lm o i s t u r e(－０．０５t o－０．０４M P);S４,２０％－４０％s a t u r a t e d s o i lm o r i s t u r e(b e l o w０．０６M P)．
图１㊀不同水分胁迫条件下辽粳２９４(A)和开粳１号(B)冠层温度㊁气温和空气相对湿度的日变化特征
F i g．１．D i u r n a l v a r i a t i o n o f c a n o p y t e m p e r a t u r e,a i r t e m p e r a t u r e,r e l a t i v e a i r h u m i d i t y f o rL i a o j i n g２９４(A)a n dK a i j i n g１(B)u n d e r d i f f e r e n tw a t e r
s t r e s s c o n d i t i o n s．
３０５高继平等:水稻灌浆期冠层温度对植株生理性状及稻米品质的影响
表１㊀水分胁迫对不同抗旱品种冠气温度差的影响
T a b l e１．E f f e c t o fw a t e r s t r e s s o n c a n o p yＧa i r t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e o f v a r i e t i e sw i t hd i f f e r e n t d r o u g h t r e s i s t a n c e．ħ
品种与处理V a r i e t y a n d t r e a t m e n t
时间T i m e/(o c l o c k)
８:００９:００１０:００１１:００１２:００１３:００１４:００１５:００１６:００
平均
A v e r a g e
差值
D i f f e r e n c e
辽粳２９４L i a o j i n g２９４
㊀对照C K－５．０ʃ１．６－５．１ʃ１．４－５．１ʃ１．５－４．４ʃ１．８－５．０ʃ２．４－６．１ʃ２．９－２．９ʃ１．２－２．７ʃ１．３－１．０ʃ０．７－４．１ʃ１．５０．０㊀S１－４．０ʃ１．７－４．８ʃ１．５－４．８ʃ１．３－４．３ʃ１．７－４．６ʃ２．６－５．６ʃ２．６－２．９ʃ１．３－２．４ʃ１．５－０．９ʃ０．６－３．８ʃ１．４０．３㊀S２－３．５ʃ１．４－３．９ʃ１．５－４．３ʃ１．６－３．７ʃ１．６－４．１ʃ２．３－４．２ʃ２．８－２．２ʃ１．１－２．３ʃ１．１－０．９ʃ０．６－３．２ʃ１．１０．９㊀S３－３．２ʃ１．１－３．５ʃ１．３－３．７ʃ１．１－３．３ʃ１．２－３．６ʃ２．４－３．６ʃ２．７－１．９ʃ１．０－２．１ʃ１．０－０．８ʃ０．４－２．９ʃ１．０１．２㊀S４－２．７ʃ０．９－３．３ʃ１．１－３．１ʃ１．４－２．５ʃ１．０－２．８ʃ２．６－３．０ʃ２．５－１．８ʃ０．８－１．６ʃ０．７－０．５ʃ０．３－２．４ʃ０．９１．７开粳１号K a i j i n g１
㊀对照C K－６．３ʃ１．２－６．３ʃ１．５－４．９ʃ１．４－３．９ʃ１．９－６．６ʃ２．３－８．２ʃ２．７－５．５ʃ１．７－６．４ʃ２．２－５．０ʃ１．５－５．９ʃ１．２０．０㊀S１－５．８ʃ１．５－６．１ʃ１．６－４．７ʃ１．３－３．８ʃ１．８－６．５ʃ２．１－７．８ʃ２．９－５．３ʃ１．８－６．１ʃ２．３－４．７ʃ１．３－５．６ʃ１．１０．３㊀S２－５．３ʃ１．５－５．８ʃ１．４－４．２ʃ１．３－３．４ʃ１．８－６．１ʃ２．３－６．９ʃ２．５－５．０ʃ１．５－５．５ʃ２．１－４．１ʃ１．５－５．１ʃ１．１０．８㊀S３－５．１ʃ１．２－５．４ʃ１．４－３．６ʃ１．５－３．０ʃ１．７－５．６ʃ１．９－６．４ʃ２．７－４．８ʃ１．５－５．３ʃ２．０－３．９ʃ１．４－４．８ʃ１．１１．１㊀S４－４．６ʃ１．３－５．１ʃ１．５－３．０ʃ１．６－２．６ʃ１．８－５．３ʃ２．１－５．７ʃ３．２－４．３ʃ１．７－５．２ʃ１．９－３．７ʃ１．４－４．４ʃ１．０１．５㊀表中数值表示不同处理冠层温度与气温的差值.
T h e f i g u r e sm e a nd i f f e r e n c eb e t w e e n c a n o p y t e m p e r a t u r e a n d a i r t e m p e r a t u r eu n d e r d i f f e r e n t s o i lw a t e r c o n t e n t s．
两个品种的日平均冠气温度差绝对值表现为C K＞S１＞S２＞S３＞S４,且均为负值.在不同水分梯度下各个时段的冠气温度差变化规律较为一致,各处理间的差异整体表现为随着胁迫程度的加重,冠气温度差减小,且在１３:００时差异达到最大.统计分析表明,不同水分梯度处理下,辽粳２９４平均冠气温度差绝对值比对照高０．３ħ(S１)㊁０．９ħ(S２)㊁１．２ħ(S３)㊁１．７ħ(S４),开粳１号平均冠气温度差比对照高０．３ħ(S１)㊁０．８ħ(S２)㊁１．１ħ(S３)㊁１．５ħ(S４).相同水分梯度处理下,辽粳２９４平均冠气温度差分别比开粳１号高１．８ħ㊁１．８ħ㊁１．９ħ㊁１．９ħ㊁２．０ħ.F 测验表明５个水分处理间冠气温度差差异都达到极显著水平,供试水稻品种在相同水分梯度下冠气温度差差异也达到了极显著水平(P＜０．０１).２．３㊀水稻产量构成因素的变化规律及其与冠气温度差的关系
水分胁迫显著影响水稻产量结构(表２).表２显示,各水分梯度处理对两个水稻品种产量结构的影响基本一致,水分胁迫程度越重,对产量构成因素的影响就越大.与对照相比,S１㊁S２处理对两个水稻品种的产量结构影响较小,随着水分胁迫进一步加重,辽粳２９４和开粳１号的每穗饱粒数㊁千粒重㊁结实率及理论产量在S３处理下平均分别下降１０ １８％㊁６．８６％㊁１２．４１％㊁１６．５６％和１８ ８１％㊁２ ５６％㊁１２．１４％㊁２１．５８％,在S４处理下平均分别下降２１ ８５％㊁６．０５％㊁２４．４４％㊁３０．７７％和２７．７２％㊁４ ０２％㊁２７．９８％㊁３２．３９％;每穗秕粒数分别增加５２ ９４％㊁３９．８８％(S３)和１００％㊁１１７．２６％(S４).实测产量表明,抗旱较弱的品种辽粳２９４和抗旱较强的品种开粳１号在S１㊁S２处理下冠气温度差升高０．３ħ~０．９ħ时,分别增产８．４４~８k g/６６７m２和１０．７１~１８．６９k g/６６７m２;在S３㊁S４处理下冠气温度差升高１．１ħ~１．７ħ时,分别减产４３．９~９８．４k g/６６７m２和６５．１~８３．３k g/６６７m２.回归分析表明(表３),两个水稻品种的产量性状(每穗实粒数㊁千粒重㊁结实率)与冠气温度差呈显著线性负相关,与秕粒数呈显著线性正相关(P＜０．０５).
２．４㊀水稻碾米及外观品质的变化规律及与冠气温度差的关系
不同梯度水分处理对灌浆期稻米碾磨及外观品质影响显著(表４),各处理间碾磨及外观品质的差异与冠气温度差呈显著相关(表５).总体来看,除对两个品种糙米率㊁精米率㊁整精米率和长宽比的影响较小外,碎米率㊁垩白度㊁垩白粒率均随水分胁迫程度的加重而增加,且在S３㊁S４处理下差异达显著水平.相关性分析表明(表３),水稻冠气温度差与糙米率㊁精米率㊁整精米率呈线性负相关,与碎米率㊁垩白度㊁垩白粒率呈线性正相关.其中,与辽粳２９４的糙米率㊁精米率㊁整精米率㊁垩白度㊁垩白粒率和开粳１号的整精米率㊁碎米率㊁垩白度㊁垩白粒率相关性达显著水平,与长宽比呈直线正相关,但相关性不显著.
２．５㊀水稻营养和食味品质的变化规律及其与冠气温度差的关系
由表５可知,除对蛋白质含量影响不同外,不同梯度水分处理对两个品种的直链淀粉含量㊁脂肪酸
４０５中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第２９卷第５期(２０１５年９月)
表２㊀水分胁迫对不同抗旱品种产量结构的影响
T a b l e２．E f f e c t o fw a t e r s t r e s s o n y i e l d c o m p o n e n t s o f d i f f e r e n t d r o u g h t r e s i s t a n c e v a r i e t i e s．
品种与处理V a r i e t y a n d t r e a t m e n t 每穗实粒数
F G P
每穗秕粒数
U G P
千粒重
T GW
/g
结实率
S S R
/％
理论产量
T Y
/(k g ６６７m－２)
实测产量
A Y
/(k g ６６７m－２)
实测增产率
A Y G R
/％
辽粳２９４L i a o j i n g２９４
㊀对照C K７３．７ʃ５．３１a A１８．７ʃ１．０５c C２４．８ʃ０．１５a A７９．８ʃ０．０３a A４７２．３ʃ２８．３a A４８６．１９－
㊀S１７３．４ʃ１．９９a A１７．６ʃ０．５８c C２３．７ʃ０．２２b c B８０．６ʃ０．０１a A４５３．３ʃ１４．０a A４９４．６３＋１．７４㊀S２７６．１ʃ４．５３a A１８．８ʃ１．３６c C２３．９ʃ０．２１b A B８０．２ʃ０．０４a A４６９．３ʃ２０．９a A B４９４．１９＋１．６５㊀S３６６．２ʃ３．３４b A B２８．６ʃ３．１４b B２３．１ʃ０．１９c B６９．９ʃ０．０３b B３９４．１ʃ２７．１b B４４２．２８－９．０３㊀S４５７．６ʃ２．１６c B３７．４ʃ３．６０a A２３．３ʃ０．１７c B６０．３ʃ０．０２c C３２６．９６ʃ１７．８c C３８７．８１－２０．２４开粳１号K a i j i n g１
㊀对照C K７０．７ʃ２．８９a b A１６．８ʃ０．０１c C２７．４ʃ０．１３a A８０．７ʃ０．０１a A５５６．６ʃ１５．３a A５１８．０６－
㊀S１７６．２ʃ０．６３a A１８．３ʃ０．０．１c C２６．８ʃ０．１３b c A B８０．５ʃ０．０１a A５５９．３ʃ２８．８a A５３６．７５＋３．６１㊀S２６８．７ʃ７．６２b A１７．４ʃ０．０２c C２６．９ʃ０．１３a b A B７９．９ʃ０．０２a A５２８．６ʃ３２．３a A５２８．７７＋２．０７㊀S３５７．４ʃ２．２３c B２３．５ʃ０．０１b B２６．７ʃ０．１４b c A B７０．９ʃ０．０１b B４３６．５ʃ３４．３b B４７９．００－７．５４㊀S４５１．１ʃ５．２９c B３６．５ʃ０．０３a A２６．３ʃ０．１４c B５８．１ʃ０．０３c C３７６．３ʃ１５．８c B４１８．５６－１９．２１㊀㊀同一纵栏中,数据后跟不同小写和大写字母者分别表示５％和１％水平上差异显著.下同.
W i t h i nav e r t i c a l c o l u m n,f i g u r e s f l a n k e db y d i f f e r e n t l o w e r c a s e a n du p p e r c a s e l e t t e r s r e p r e s e n t s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e a t５％a n d１％l e v e l s．F G P,F u l l g r a i nn u m b e r p e r p a n i c l e;U G P,U n f i l l e d g r a i nn u m b e r p e r p a n i c l e;T GW,１０００Ｇg r a i n w e i g h t;S S R,S e e ds e t t i n g r a t e;T Y, T h e o r e t i c a l y i e l d(k g/６６７m２);A Y,A c t u a l y i e l d;A Y G R,I n c r e a s e d r a t e f o r a c t u a l y i e l d．T h e s a m e a s i n t a b l e s b e l o w．
表３㊀水分胁迫下水稻冠气温度差与产量因素㊁碾米㊁外观及食味品质的相关关系
T a b l e３．R e l a t i o n s h i p b e t w e e n c a n o p y－a i r t e m p e r a t u r ed i f f e r e n c ea n d y i e l dc o m p o n e n t s,a p p e a r a n c e,e a t i n gq u a l i t y o f r i c eu n d e rd i f f e r e n tw a t e r s t r e s s e s．
相关因子
C o r r e l a t i o n f a c t o r
辽粳２９４L i a o j i n g２９４
回归方程
R e g r e s s i o ne q u a t i o n r２
开粳１号K a i j i n g１
回归方程
R e g r e s s i o ne q u a t i o n r２
产量T Y y＝－７８．１９６x＋１６６．５４０．７８０１∗y＝－１２４．２３x－１５０．２０．８９９８∗
实粒数F G P y＝－８．８３５８x＋４０．３５５０．６８３３∗y＝－１５．１０８x－１３．２１４０．８３７１∗
秕粒数U G P y＝１０．９５８x＋６０．１９１０．８０４１∗y＝１１．３８９x＋８１．３１９０．７３３１∗
千粒重T GW y＝－０．７７１６x＋２１．２０７０．６６８９∗y＝－０．５３６３x＋２４．０４７０．７７１０∗
结实率S S R y＝－１１．２４x＋３７．２９０．７８３０∗y＝－１４．０２x＋１．５９０．７９３５∗
糙米率B R y＝－０．５２１３x＋７９．０４３０．９８７３∗∗y＝－０．４０８x＋７８．８４７０．５２３５
精米率M R y＝－０．７２３x＋７１．６５７０．８４２６∗y＝－０．３６６８x＋７１．８３５０．５１１３
整精米率H R y＝－７．７３４６x＋３５．７６７０．８２９７∗y＝－３．１４７１x＋５４．９８５０．７９６０∗
碎米率B R R y＝１．０３６８x＋１４．２９０．６２６５y＝１．５９２７x＋１４．７４０．９６４０∗∗长宽比L WR y＝０．００６３x＋１．５９５１０．０４７７y＝０．０１２７x＋１．５７６２０．５４８５
垩白度C y＝１．１６９４x＋５．８１１６０．９２０４∗∗y＝０．８０６４x＋８．７５８５０．９４５７∗∗垩白粒率C R y＝２．２２４６x＋１０．９０２０．８６０７∗y＝０．９７２４x＋１３．２１６０．７１３９∗
蛋白质含量P C y＝－０．３５６３x＋７．２６４０．７１２６∗y＝０．２８５５x＋１０．００８０．９４５２∗∗直链淀粉含量A C y＝－０．６９２７x＋１７．３２６０．９８４８∗∗y＝－０．５７０４x＋１６．６０７０．９３７０∗∗脂肪酸含量F A y＝－３．１７７７x＋１．９２３４０．８８６５∗∗y＝－３．３２３２x－４．６１１１０．９２８１∗∗食味值S c o r e y＝－１．７４３５x＋６６．６４４０．９１５５∗∗y＝－２．５０３７x＋５６．２４２０．８６９２∗∗㊀㊀∗㊁∗∗表示分别代表P＜０．０５㊁P＜０．０１显著水平.
∗a n d∗∗m e a ns i g n i f i c a n t l e v e l s a t P＜０．０５a n d P＜０．０１,r e s p e c t i v e l y．B R,B r o w n r i c e;M R,M i l l e d r i c e r a t e;H R,H e a d r i c e r a t e;B E E, B r o k e nr i c e r a t e;L WR,L e n g t h/w i d t h r a t e;C,C h a l k n e s s;C R,C h a l k y r i c e r a t e;P C,P r o t e i n c o n t e n t;A C,A m y l o s e c o n t e n t;F A,F a t t y a c i d c o n t e n t．
含量和食味值影响趋势一致,即土壤水势降低,直链淀粉含量㊁脂肪酸含量和食味值下降,且在处理S３㊁S４下达显著水平.相关性分析表明(表３),两个品种在不同水分梯度下的冠气温度差与直链淀粉㊁脂肪酸和食味值都呈极显著线性负相关,其中,开粳１号和辽粳２９４的冠气温度差分别与蛋白质含量呈正
５０５
高继平等:水稻灌浆期冠层温度对植株生理性状及稻米品质的影响
表４㊀水分胁迫对不同抗旱品种碾米及外观品质的影响
T a b l e４．E f f e c t o fw a t e r s t r e s s o n r i c em i l l i n g a n d a p p e a r a n c e q u a l i t y o f d i f f e r e n t d r o u g h t r e s i s t a n c e v a r i e t i e s．
品种与处理V a r i e t y a n d t r e a t m e n t 糙米率
B R/％
精米率
MR/％
整精米率
H R/％
碎米率
B R R/％
长宽比
L WR
垩白度
C/％
垩白粒率
C R/％
辽粳２９４L i a o j i n g２９４
㊀对照C K８１．２３ʃ０．２７a A７４．８６ʃ０．１７a A６７．０３ʃ４．３６a A１０．０７ʃ０．２９b A１．５７ʃ０．０３a A１．１０ʃ０．２０c B１．６３ʃ０．２５c B ㊀S１８１．０１ʃ０．５０a b A B７４．１５ʃ０．９０a b A６３．６７ʃ５．４５a A B１０．８７ʃ１．２１a b A１．５７ʃ０．０３a A１．３７ʃ０．２５c A B２．９０ʃ０．６１b B ㊀S２８０．６７ʃ０．６０b c A B７４．１２ʃ１．０７a b A６２．９０ʃ２．２７a A B１０．０３ʃ０．６１b A１．６０ʃ０．０２a A１．６３ʃ０．４２b c A B２．７３ʃ０．８５b B ㊀S３８０．５５ʃ０．３４b c A B７３．５２ʃ０．５０b A６０．９７ʃ１．６３a A B１１．２０ʃ０．５０a b A１．５５ʃ０．０７a A２．７３ʃ０．４３a b A B５．２０ʃ０．４４a A ㊀S４８０．３１ʃ０．３２c B７３．５１ʃ０．１９b A５１．２０ʃ５．７４b B１２．２７ʃ０．６５a A１．５９ʃ０．０１a A３．０３ʃ０．５１a A５．５３ʃ０．１５a A 开粳１号K a i j i n g１
㊀对照C K８１．０８ʃ０．３４a b A７３．８９ʃ０．３６a A７３．１３ʃ１．６６a A５．２７ʃ０．３２c C１．４９ʃ０．０２a A３．９０ʃ０．３５c B７．５３ʃ０．４０c B ㊀S１８１．４８ʃ０．１５a A７４．１３ʃ０．４９a A７２．１７ʃ４．１５a A５．７７ʃ０．２３c B C１．５２ʃ０．０３a A４．３７ʃ０．１２b c A B８．０３ʃ０．０６b B ㊀S２８０．６７ʃ０．２６b A７３．４４ʃ０．１７a A７２．６０ʃ０．８０a A６．５３ʃ０．２５b B１．５１ʃ０．０１a A４．６３ʃ０．７１a b A B７．８３ʃ０．２５b c B ㊀S３８０．９２ʃ０．３１a b A７３．８１ʃ０．４２a A７０．６０ʃ１．２５a b A７．４３ʃ０．３１a A１．５２ʃ０．０３a A４．７７ʃ０．１５a b A B８．１７ʃ０．１２b B ㊀S４８０．６１ʃ０．５２b A７３．３７ʃ０．８２a A６７．７０ʃ１．４７b A７．５７ʃ０．３５a A１．５２ʃ０．０３a A５．３０ʃ０．１０a B９．４０ʃ０．１０a A ㊀㊀B R－糙米率;M R－精米率;H R－整精米率;B R R－碎米率;L WR－长宽比;C－垩白度;C R－垩白粒率.
B R,B r o w n r i c e r a t e;M R,M i l l e dr i c er a t e;H R,H e a dr i c er a t e;B R R,B r o k e nr i c er a t e;L WR,R a t i o no f g r a i n l e n g t ht ow i d t h;C,
C h a l k i n e s s;C R,C h a l k y r i c e r a t e．
表５㊀水分胁迫对不同抗旱品种食味品质的影响
T a b l e５．E f f e c t o fw a t e r s t r e s s o n e a t i n gq u a l i t y o f d i f f e r e n t d r o u g h t r e s i s t a n c e v a r i e t i e s．
品种V a r i e t y
处理
T r e a t m e n t
蛋白质含量
P C/％
直链淀粉含量
A C/％
脂肪酸含量
F F A/％
食味值
S c o r e
辽粳２９４L i a o j i n g２９４对照C K８．６３ʃ０．１２a A B２０．２０ʃ０．２６a A１４．４３ʃ０．６１a A７３．４７ʃ１．１４a A
S１８．６０ʃ０．３０a A B１９．９０ʃ０．７０a b A１４．１３ʃ１．５３a A７３．３７ʃ１．２７a A
S２８．７０ʃ０．００a A１９．６７ʃ０．２１a b c A１３．５７ʃ０．５５a A７２．８０ʃ０．６０a A B
S３８．２０ʃ０．１０b B C１９．２７ʃ０．２１b c A１０．４３ʃ１．００b B７１．８０ʃ０．２６a b A B
S４８．０３ʃ０．０６b C１８．９７ʃ０．４９c A９．２０ʃ０．３６b B７０．４０ʃ０．６９b B 开粳１号K a i j i n g１对照C K８．３０ʃ０．００c A２０．０３ʃ０．４０a A１４．４３ʃ０．８６a A７１．８０ʃ１．８５a A
S１８．４３ʃ０．１２b c A１９．７０ʃ０．４６a A B１４．２７ʃ１．８６a A６９．６７ʃ０．０６b A B
S２８．５０ʃ０．２０a b c A１９．５７ʃ０．４５a b A B１３．１３ʃ０．２３a b A B６８．６０ʃ０．１０b c B
S３８．７０ʃ０．２０a b A１９．４３ʃ０．０６a b A B１１．６７ʃ０．８２b B６８．３７ʃ０．４７b c B
S４８．７３ʃ０．０６a A１９．０３ʃ０．０６b B９．２７ʃ０．２３c C６７．４３ʃ０．５５c B ㊀㊀P C－蛋白质含量;A C－直链淀粉含量;F F A－脂肪酸含量.
P C,P r o t e i nc o n t e n t;A C,A m y l a s e c o n t e n t;F F A,F a t t y a c i d c o n t e n t．
相关和负相关,且相关达显著水平.
２．６㊀不同品种气孔性状及光合性能与冠气温度差的关系
气孔是作物与外界传递能量和物质进出的一条重要通道,在调节叶片蒸腾速率及持续时间和冠层温度中发挥重要作用.表６表明,不同抗旱水稻品种的气孔性状差异显著,即抗性强的品种(开粳１号)气孔密度显著大于抗性弱的品种(辽粳２９４),而气孔长度和气孔宽度极显著小于抗性弱的品种(辽粳２９４).
灌浆期不同水分胁迫下两个品种的光合速率㊁气孔导度㊁胞间二氧化碳浓度及蒸腾速率均表现出相同的趋势,即土壤水势降低,光合能力下降.与抗旱性弱的品种(辽粳２９４)相比,相同梯度水分下抗旱性强的品种(开粳１号)光合能力较强且能够提供更丰富的光合产物,说明抗旱品种对自身的冠层温度调控能力较强(图２).
㊀㊀为了明确冠气温度差与光合性能的关系,利用本研究数据对二者的相关性进行了线性回归分析.结果表明(表７),两个品种的光合速率㊁气孔导度㊁胞间二氧化碳浓度㊁蒸腾速率均与其冠气温度差呈显著或极显著线性负相关,说明水分胁迫下水稻冠层温度的变化在很大程度上与其气孔性状有关,而且与其光合性能的联系更为密切.
６０５中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第２９卷第５期(２０１５年９月)
图２㊀水分胁迫对水稻光合速率㊁气孔导度㊁胞间二氧化碳浓度㊁蒸腾速率的影响F i g．２．E f f e c t s o fw a t e r s t e s s o n P n,G s,C i a n d T r i n r i c e u n d e r d i f f e r e n tw a t e r s t e s s．表６㊀不同抗旱性水稻品种剑叶气孔性状比较
T a b l e６．T h e f l a g l e a f s t o m a t a l c h a r a c t e r i s t i c s o f r i c ew i t h v a r i o u s d r o u g h t t o l e r a n c e．
品种V a r i e t y
气孔长度
S t o m a t a l l e n g t h/μm
气孔宽度
S t o m a t a lw i d t h/μm
气孔密度
S t o m a t a l d e n s i t y/mm２
辽粳２９４L i a o j i n g２９４２８．４ʃ１．８７a A１４．９ʃ１．４３a A３２２．６ʃ６．６９b A 开粳１号K a i j i n g１２３．９ʃ２．８６b B１１．１ʃ１．３８b B３７５．５ʃ４．３２a A
表７㊀水分胁迫下水稻冠气温度差与光合指标的相关关系
T a b l e７．R e l a t i o n s h i p b e t w e e na n o p yＧa i r t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e a n d p h o t o s y n t h e t i c i n d e x e s o f r i c e u n d e rw a t e r s t r e s s．
品种V a r i e t y
相关因子
C o r r e l a t i o n f a c t o r
回归方程
R e g r e s s i o ne q u a t i o n r２
辽粳２９４L i a o j i n g２９４光合速率P n y＝－４．７２３６x＋６．１４６０．９１１４∗∗
气孔导度G s y＝－０．１１５５x－０．１１９８０．８１７７∗
胞间二氧化碳浓度C i y＝－６０．３９９x＋２２．５８１０．６９２９∗
蒸腾速率T r y＝－１．４３４９x＋０．４３９２０．７９４７∗开粳１号K a i j i n g１光合速率P n y＝－５．４６４３x－４．８９４５０．９５２３∗∗
气孔导度G s y＝－０．１７３４x－０．５５１０．８３９６∗
胞间二氧化碳浓度C i y＝－５８．８７３x－３９．６３３０．７４０８∗
蒸腾速率T r y＝－１．６６２３x－３．００６２０．９１０６∗∗７０５
高继平等:水稻灌浆期冠层温度对植株生理性状及稻米品质的影响
３㊀讨论
冠层温度的变化及测定时间可以反映作物受水分胁迫的程度,从而为快速判断植株水分状况提供了理论依据.刘云鹏等[２３]研究发现,在１２:００~１６:００的叶气温差是衡量玉米水分丰缺状况的一项有
效指标.刘婵和范兴科等[２４]发现,冠气温度差与土壤容积含水量有良好的负相关关系,并且在１３:００－１５:００能够较好反映作物的水分状况.樊廷录等[２５]研究表明,灌浆中后期的冠层温度在评价小麦水分利用效率上具有较高的可靠性,可作指示作物水分状况的一项重要指标.彭致功等[２６]系统地研究了日光温室内茄子冠气温度差的变化规律,指出１１:００和１２:００是测定冠气温度差的最佳时段.作者通过２００９－２０１０年连续观测发现,由于水稻冠层温度受到空气湿度的影响,冠层温差往往会低于气温,且冠层温度随土壤水势降低而升高,冠气温度差减小,认为在１３:００测定的冠气温度差能反映田间土壤水分状况.以上结论与前期研究结果一致[１７Ｇ１８].与旱田作物不同的是,水稻受田间水分环境的影响较大,这可能是导致冠层温度最佳测定时段不同的主要原因.但是,由于冠层温度是来自多个不同组织的平均表面温度,不同部位的差异和不同叶位的着生状态不同以及环境因素的干扰,使其在反馈土壤和植株水分状况时较不稳定,因而需要长时间连续监测.
作物冠层温度的变化还与其品种的生理特性有必然的联系.冯佰利等[２７]和周春菊等[２８]研究表明,灌浆期间小麦冠层温度通过影响叶片功能期㊁叶绿素含量㊁可溶性蛋白质含量㊁蒸腾速率㊁光合能力㊁蔗糖合成酶活性以及内部抗衰老机制(如超氧化物歧化酶㊁过氧化物酶等活性及丙二醛含量等),从而影响作物产量.刘亚等[２９]研究发现,干旱胁迫下玉米叶气温差与气孔导度㊁蒸腾强度呈显著负相关,且蒸腾强度的降低与叶温升高呈协同变化.胡单和王长发[３０]研究认为冠层温度持续偏低的大麦品种在花后功能叶片的净光合速率㊁气孔导度㊁蒸腾速率等方面具有显著优势,且叶绿素含量㊁净光合速率下降缓慢.赵刚等[３１]研究发现,抗旱性强的品种冠层温度较抗旱性弱的品种低,这些与本研究结果基本吻合.本研究表明,抗旱性强的品种(开粳１号)气孔密度显著大于弱的品种(辽粳２９４),而且在光合性能方面也表现出相同的规律,这可能是导致开粳１号的冠层温度比辽粳２９４低的主要原因.同时,冠气温度差与光合速率㊁气孔导度㊁胞间二氧化碳浓度及蒸腾速率之间具有较好的线性相关,说明水稻冠层温度的变化在很大程度上与其气孔特性及光合性能或气孔总边界有关,继而也从某种角度印证了气孔特性是导致水稻不同温度类型[１９]的主要原因.因此,冠层温度在水分供应不足情况下的提高不仅仅是一个表象,更是作物自身通过气孔调节增加或降低蒸腾作用的结果.一方面实现了作物冠层叶片的能量平衡;另一方面保护了自身的正常代谢调节能力[６,３２],从而使作物避免受到水分胁迫的影响.
在冠层温度与产量及稻米品质的关系方面,李向阳等[３３]研究表明,小麦整个灌浆期间冠层温度与小麦产量及其主要构成因素大多呈负相关,籽粒蛋白质㊁面粉蛋白㊁出粉率㊁断裂时间㊁拉伸面积㊁延伸性与整个灌浆期间冠层温度的总和及各时期冠层温度呈正相关,而耐揉指数和弱化度与冠层温度总和及各时期温度呈负相关.董鹏飞等[３４]也认为小麦的冠气温度差与产量构成因素之间具有较强的负相关性.本研究表明,冠气温度差与产量性状(每穗饱粒数㊁千粒重㊁结实率)㊁碾米及外观品质(糙米率㊁精米率㊁整精米率)和食味品质(蛋白质㊁脂肪酸㊁直链淀粉㊁食味值)大多呈显著负相关,而与秕粒数㊁碎米率㊁垩白度㊁垩白粒率呈显著正相关,这与旱田作物一致.
笔者结合前期的研究,认为引起水稻冠层温度差异的因素主要包括三个方面:一是水稻所处生态系统的气象因子变化水平.冠层温度的热源主要来自太阳的净辐射,通过空气㊁湿度进行热量传递,当土壤水分含量降低时,空气湿度下降,而对应的蒸腾热散量释放也相对减缓,迫使冠层周围的热量聚集,从而引起作物冠层温度的升高;二是品种遗传特性.水稻冠层温度与其生理特性和形态特征(株高㊁穗弯曲度㊁茎叶夹角和叶面积指数)密不可分,抗性强的品种气孔数量多㊁蒸腾速率快㊁光合作用强㊁净同化率高,且耐热㊁避热的能力也就越强;三是群体栽培水㊁肥管控的水平.冠层透光率越小,群体蒸腾和蒸散量㊁叶片荫蔽以及群体代谢水平就越强,整个冠层接受的热能就越少,导致冠层温度降低,从而使得作物耐㊁避热的能力各有不同.总之,水稻群体冠层温度的变化其实是水稻自身调控机能与其生长环境综合反应的产物.有关不同基因型水稻冠层温度的表达机制及与产量和环境之间的互作机理还需进一步
８０５中国水稻科学(C h i nJR i c eS c i)㊀第２９卷第５期(２０１５年９月)
深入研究.
目前利用冠层温度指导水稻灌浆期田间灌溉的研究报道较为少见.彭世彰等[３５]研究表明,节水灌溉条件下水稻分蘖期㊁拔节孕穗期和抽穗期的叶气温差合理控制上限应分别在－０．６４ħ㊁０．８３ħ㊁１．０９ħ.张喜英等[３６]研究发现,冠气温度差与土壤含
水量有良好的相关关系,冠气温度差由正值变为负值相对应的１m土层土壤含水量为田间持水量的６０％左右,可作为灌水的下限指标.刘凯等[３７]和董明辉等[３８]研究发现,土壤轻度胁迫(土壤水势为－１５~－３０k P)下精米率㊁整精米率和崩解值增加,垩白度和消碱值降低,随土壤水势进一步降低稻米品质变劣.郑桂萍等[３９]研究表明,抽穗前控水处理对产量的影响大于对品质的影响,尤其是劣势粒中表现更为突出,抽穗后控水处理对品质的影响大于对产量的影响.本研究结果表明,梯度水分处理导致冠层温度和冠气温度差逐级升高,冠气温度差与土壤水分具有直接的对等效应,可有效反映水稻植株水分亏缺状况.综合以上结果,我们认为辽粳２９４和开粳１号平均冠气温度差分别维持在０．９ħ㊁０．８ħ(土壤水势处理S２:－０．０２５~－０．０３M P)时可作为水稻灌浆时期的节水灌溉指标,但由于本研究试材较少,所用的测定仪器又是点式红外测温仪,因而在试验的代表性㊁完整性和精确性上还有很大的提升空间,所得结论也只能是初步的,有待于进一步验证和完善.
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