高海拔生态区氮肥运筹和增温措施对水稻生长发育的影响及高产栽培技术研究
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摘要
近年来,我国水稻产量不断提高,但从地区间来看,水稻生产的发展极其不平衡。云南省宁蒗高海拔寒冷地区的水稻生产就是一个典型代表,该地为国内水稻最高海拔种植地(海拔2670米),其稻作生产与中、低海拔地区相比,差距较大,故提高低产地区的产量水平和生产技术有着非同一般的现实意义。本研究即以此为宗旨,从2007年至2008年展开了本试验研究,本研究得出的不同氮肥运筹和增温措施处理对高海拔寒冷地区水稻生长发育及其产量形成的影响机理,可为该地区以及其它高海拔地区水稻高产栽培及防御低温冷害提供理论和实践上的参考。
本研究以当地传统粳稻品种“大白谷”和新品种“丽粳10号”为试验材料,以高海拔寒冷地区水稻生长发育特性及其生理生态特点为研究背景,以此探讨高寒稻区水稻高产优质的栽培措施及其增产的主攻目标。拟解决的关键问题是：在高海拔低温条件下,如何通过合理的氮肥运筹和适当的增温措施(农艺措施和水利措施)来达到提高产量和品质的目的。本研究主要结论如下：
(1)随着施氮量增加,丽粳10号和大白谷群体质量均表现出明显提高,但过高的施氮量对群体质量和产量产生不良影响。施氮总量相同时,适当增加基蘖肥比例,可提高群体茎蘖数、有效穗、LAI；适当增加穗粒肥比例,可提高成穗率、穗粒数,有利于减少后期LAI的衰减。
随施氮量增加,各处理穗部干物质积累量和氮素积累量呈先升后降的趋势,同时,氮素干物质生产效率、氮素稻谷生产效率、氮肥生理利用率和氮肥偏生产力均下降,氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率呈先升后降的趋势,以中等施氮处理为最大值。不同品种和施氮量下,百公斤稻谷吸氮量有一个适宜值,2007年和2008年丽粳10号分别为2.31kg和2.52kg,大白谷分别为2.79kg和2.83kg。高海拔地区,后期气温偏低,过高施氮会延迟籽粒的灌浆,易造成水稻贪青晚熟、结实不良。
本研究发现,各处理的茎鞘干物质及氮素转运不畅,齐穗后茎鞘中仍滞留有大量的干物质和氮素,高海拔地区较低的温度减弱了水稻呼吸消耗,阻碍了同化物的运输,致使穗干重占总干重的比例较小
分析高海拔稻作区产量及其构成因素对氮肥运筹的响应,发现产量的提高主要是由于总颖花量的增加,而这又在于有效穗数的大幅度增加,其次是穗粒数的增加。两品种均以施氮量为60kg.hm-2和基蘖肥与穗粒肥为7：3的组合表现最佳,不仅提高了氮素利用率,而且产量在所有处理中最高。
(2)垄作栽培、温水灌溉从移栽期到成熟期的土壤日平均温差比常规栽培的提高0.52-2.94℃。在有效分蘖临界叶龄期以前,两品种单株根数表现出温水灌溉>常规栽培>垄作栽培,各处理单株根干重、单株总根长总体表现出：温水灌溉>垄作栽培>常规栽培。拔节后,各根系性状总体表现出：垄作栽培>温水灌溉>常规栽培。
增温措施促使根系向土壤下层扩展,向下扩展的根系生长有利于生育后期水稻根系吸收深层土壤水分及养分。在本试验条件下,上层根(0～10cm)与产量的关系比下层根(10cm以下)更为密切。齐穗期、成熟期根系的主要性状与地上部性状及产量构成因素大都呈显著或极显著正相关,产量构成因子中,与根系主要性状关系最密切的是有效穗。
(3)增温处理,促进了分蘖发生,使群体形成适宜的茎蘖组成,提高了成穗率优化群体质量。增温处理有利于提高干物质积累,特别是齐穗后,干物质积累量、群体生长率、净同化率、光合势、势粒比均高于常规栽培。增温处理降低了齐穗后叶面积衰减速率,延长了叶片的功能期,是增强抽穗后群体光合生产力的根本原因。齐穗后叶片干物质发生衰减,而茎鞘干物质有较大的增长,茎鞘输出的干物质比积累的还少,最终输出率和转变率为负值。
与常规栽培相比,垄作栽培增加了有效穗和结实率,降低了穗粒数；温水灌溉有效穗、结实率和穗粒数都有所提高。千粒重各处理之间差异很小。通径分析表明,与产量的直接通径系数从大到小依次是有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重,与产量相关系数最大者均是有效穗数,表明有效穗数对产量的贡献最大。两种增温措施相比,垄作栽培比温水灌溉对分蘖发生、成穗、氮素积累、干物质积累的影响更大,形成的产量也更高。
(4)经增温措施和氮肥处理对两品种的整精米率、垩白、胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量影响较大。适量的氮肥有利于提高整精米率,有降低垩白粒率和垩白度的趋势。随氮肥用量增加,胶稠度逐渐变短,直链淀粉含量减少,蛋白质含量增加。
增温处理下,整精米率呈垄作栽培>温水灌溉>常规栽培的规律,垩白率和垩白度表现出垄作栽培<温水灌溉、常规栽培的趋势,垄作栽培明显提高胶稠度、直链淀粉及蛋白质含量。氮肥和增温处理交互作用的结果两品种均以垄作中肥(RM)组合的加工品质、外观品质较优,以垄作高肥(RH)处理的蛋白质含量最高,温水高肥(WH)处理的其次。
(5)在高海拔寒冷地区,应用水稻精确定量栽培技术,对目标产量及产量构成、播种量、基本苗、播种期、移栽期、氮肥用量及灌溉模式进行定量设计和实施。结果表明,精确定量栽培明显促进分蘖发生,大幅度提高有效穗、总颖花量、LAI,干物质积累速度明显加快,并保持后期较强的光合生产能力。
从抽穗期不同株型特征与产量及产量构成的相关分析来看,不同产量群体之间株型方面以及有效穗、颖花量等产量构成因子方面都存在着差异,高产群体的显著特征是植株上部三叶叶长较长,叶角较小；茎秆各节间配置合理,基部节间短,穗下节间较长；一次枝梗数、二次枝梗数和产量呈显著正相关。
扩库(增加总颖花量)和强源(增加抽穗后LAI)均可提高高寒稻区产量,精确定量栽培的氮肥运筹、水分管理与高产水稻器官建成同步,提高LAI的同时,促进总颖花量的增长,可显著地提高该地区水稻的产量。
两品种相比,同一施氮水平下,丽粳10号比大白谷具有更高的干物质积累量、氮素积累量、氮肥利用率、群体生长率、净同化率、相对生长率。整个生长期丽粳10号的平均单株根干重、总根长、根系总表面积均比大白谷的高,衰减得也较慢。这极大地促进了丽粳10号特别是在齐穗期后的光合效率和生理活性,这也是丽粳10号比大白谷高产的主要原因之一。从品质来看,丽粳10号比大白谷的粒形较长,胶稠度较大,蛋白质含量较高,这与品种遗传特性有关。
In recent years, rice production continues to increase in China, but the development of rice production is very uneven in different regions. The rice production was a classic representative in the high-altitude region of Ninglang in Yunnan Province, It's the highest-altitude place to plant rice in China where the rice yield is much lower than in the middle-and low-altitude areas. Therefore, enhancing the production level and the production technology of the low productivity area is of great significance, which was the aim of this research, an experiment performed from2007to2008under unfavorable environmental and testing conditions. However, results were obtained that different manners of nitrogen application and temperature increasing had effect on rice plant growth and rice yield in high-altitude and cold areas. Our results may serve as referential parameters for theoretical research and practice on rice plant cultivation and defense against cold damage on rice plant in high-altitude areas.
By using the local japonica rice variety Dabaigu and the new variety Lijing10as test materials, and the growth traits and the physiological-ecological characteristics of high-altitude and cold area rice plant as research background, this study mainly aimed at cultivating high-yield and high-quality rice plant in high altitude areas. The key problem to solve is:How to increase rice yield and quality under the high-altitude and low temperature conditions by proper nitrogen application and warming measures (i.e. by agronomic measures and water conservation measures). The main conclusions were arrived at as follows:
(1) The population quality of Lijing10and Dabaigu was significantly improved with increased nitrogen application, but excessive nitrogen administration would have a harmful effect on the population quality and yield. When the same total amount of nitrogen was used, appropriately increasing basic and tiller fertilizer proportion might enhance the number of tillers, productive panicle, LAI, seed setting rate; and appropriately increasing panicle nitrogen proportion might raise the percentage of panicle-bearing tiller, the number of grains per panicle and reduce the attenuation of LAI at later period.
When nitrogen amount was increased, the dry matter accumulation and panicle nitrogen accumulation of each treatment increased first and decreased afterwards, and the nitrogen dry matter production efficiency, nitrogen grain production efficiency, nitrogen physiological efficiency, nitrogen partial factor productivity decreased, but the nitrogen agronomy efficiency and nitrogen recovery efficiency increased first and decreased afterwards, with a maximal value under moderate nitrogen treatment. The nitrogen requirement per100kg grain have a suitable value under different varieties and nitrogen application, the suitable value for Lijing10was2.31-2.52kg, and that for Dabaigu was2.79-2.83kg. Since the air temperature in the high-altitude area was too low at later period, excessive nitrogen administration would delay rice grain grouting, postpone plant maturity and reduce filled-grain percentage.
The dry matter and nitrogen transport of stem sheath was not smooth for all treatments, and massive dry matter and nitrogen remained in the stem sheath after full heading stage. Obviously, the low temperature at high altitude weakened rice plant respiration and consumption, prevented assimilates transferring, and resulted in the relatively low proportion of panicle dry weight to total dry weight.
Analysis of the effect of nitrogen application on rice yield and the yield components suggested that increased production was mainly due to the increased total number of spikelets which resulted first from productive panicle increase and next from the increased grains per panicle. The best combination was60kg.hm-2of nitrogen and a7:3ratio of base-tillering fertilizer to panicle fertilizer, which improved nitrogen recovery efficiency and produced the highest of all the treatments.
(2) The soil daily average temperature of ridge cultivation and warm-water irrigation was0.52-2.94℃higher than that of conventional cultivation in the period from rice transplanting to maturity. Before the critical stage of productive tillering, the root number per plant of two varieties showed a trend of warm-water irrigation>conventional cultivation> ridge cultivation, and the root dry weight and total length of the roots of each treatment presented a trend of warm-water irrigation>ridge cultivation>conventional cultivation. After the jointing stage, the property of root traits indicated a trend of ridge cultivation>warm-water irrigation> conventional cultivation.
Warming measures promoted the root biomass at the lower layer of soil, and the root growth downward benefited absorption of deep soil moisture and nutrients by rice plants at the late growth stage. The relationship between upper root (0-10cm) and yield was closer than that between the lower root (10cm below) and yield under the conditions of the present investigation. The main characters of root and the ground traits and yield components indicated a significantly or very significantly positive correlation at the full heading stage and maturity stage. And of the yield component factors, the productive panicle is the most closely related to the major root characteristics.
(3) The measure of warming had three functions:it was helpful in promoting rice growth, accelerating tillering, making the community form suitable stem tiller composition, increasing the productive tiller rate, and optimizing the population quality; it improved dry matter accumulation, especially crop growth rate, net assimilation rate, photosynthetic potential, and higher overall photosynthetic potential-grain ratio than the conventional cultivation, after the full heading stage; and it reduced the declining rate of leaf area after full heading stage, extending the period of leaf function which was essential in enhancing the population-photosynthesis productive forces after the heading stage. The dry matter of leaf weakened but the dry matter of stem sheath increased, the dry matter exported from the stem sheath was less than that had been accumulated, resulting negative DMER from stem and leaf and transformation rate.
Compared with conventional cultivation, ridge cultivation increased the productive panicle and seed setting rate and reduced grains per panicle. Warm-water irrigation improved the productive panicle, seed setting rate and grains per panicle, and1000-grain weight difference was very small between each treatment. Path analysis showed that the highest to the lowest direct path coefficients with the yield were in the order of productive panicle, grains per panicle, seed setting rate and1000-grain weight. The highest coefficient with yield was that of the productive panicle, suggesting that the productive panicle contributed the most to rice yield. Comparing the two warming measures, ridge cultivation had a greater impact on tillering, panicle formation, nitrogen accumulation and dry matter accumulation, and higher yield.
(4) Comparing the two varieties of rice plants in this investigation, warming measures and nitrogen treatment produced greater impact on head rice rate, chalky ratio, chalkiness degree, gel consistency, amylose content and protein content. This suggested that appropriate nitrogen treatment improved head rice rate and lowered chalky ratio and chalkiness degree. Increasing nitrogen application shortened gel consistency gradually, decreased amylose content but increased protein content in rice.
Under warming treatment, head rice rate exhibited a varying tendency of ridge cultivation>warm-water irrigation>conventional cultivation; and chalky ratio and chalkiness degree exhibited a tendency of a ridge cultivation (5) Application of precise and quantitative cultivation of rice to quota design and implementation for the target yield and yield components, seeding rate, the number of basic seedling, sowing date, transplanting stage, nitrogen fertilizer amount and irrigation patterns in the high-altitude and cold areas produced the following results:precise and quantitative cultivation significantly enhanced tillering, substantially increased productive panicle, total number of spikelets and LAI, accelerated dry matter accumulation, and maintained a strong photosynthetic ability in the later period of rice growth.
Analysis of the correlation between plant type indexes and yield components at the heading stage indicated that there were differences between different populations in characteristics of plant type and grain yield components such as effective panicles, total number of spikelets. The notable characteristics of high-yield group were as follows:the top three leaves were longer; the angles of top three leaves were smaller; the specific leaf weight was high at the heading stage and was closely related to the traits of leaves, stems and panicles; the internodes on stem distributed reasonably with shorter bottom internodes and longer top internodes. A significantly positive correlation was observed between first branch numbers, second branch numbers and grain yield.
Both enlarging sinks (increasing the total number of spikelets) and promoting sources (increasing the leaf area index after the heading stage and the specific leaf weight) were beneficial for rice yield increase. Synchronizing nitrogen and water application in precise and quantitative cultivation and organ formation in high-yield rice raised the leaf area index and increased the total number of spikelets, and ultimately contributed to a higher rice yield in high-altitude areas.
Comparatively, under the same nitrogen treatment, the rice variety of Lijing10 acquired a higher amount of dry matter accumulation, nitrogen accumulation, nitrogen recovery efficiency, crop growth rate, net assimilation rate, relative growth rate than Dabaigu. In the entire growth period, Lijing10produced greater average dry weight of single plant root, total length of the roots, root surface area, and slower weakening, than Dabaigu. All this greatly benefited Lijing10in photosynthetic efficiency and physiological activity especially after the full heading stage, which was the main reason a higher yield of Lijing10than that of Dabaigu. Lijing10enjoyed longer grain shape and gel consistency and higher protein content than Dabaigu, which was related with the hereditary characteristics of the variety.
本研究以当地传统粳稻品种“大白谷”和新品种“丽粳10号”为试验材料,以高海拔寒冷地区水稻生长发育特性及其生理生态特点为研究背景,以此探讨高寒稻区水稻高产优质的栽培措施及其增产的主攻目标。拟解决的关键问题是：在高海拔低温条件下,如何通过合理的氮肥运筹和适当的增温措施(农艺措施和水利措施)来达到提高产量和品质的目的。本研究主要结论如下：
(1)随着施氮量增加,丽粳10号和大白谷群体质量均表现出明显提高,但过高的施氮量对群体质量和产量产生不良影响。施氮总量相同时,适当增加基蘖肥比例,可提高群体茎蘖数、有效穗、LAI；适当增加穗粒肥比例,可提高成穗率、穗粒数,有利于减少后期LAI的衰减。
随施氮量增加,各处理穗部干物质积累量和氮素积累量呈先升后降的趋势,同时,氮素干物质生产效率、氮素稻谷生产效率、氮肥生理利用率和氮肥偏生产力均下降,氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率呈先升后降的趋势,以中等施氮处理为最大值。不同品种和施氮量下,百公斤稻谷吸氮量有一个适宜值,2007年和2008年丽粳10号分别为2.31kg和2.52kg,大白谷分别为2.79kg和2.83kg。高海拔地区,后期气温偏低,过高施氮会延迟籽粒的灌浆,易造成水稻贪青晚熟、结实不良。
本研究发现,各处理的茎鞘干物质及氮素转运不畅,齐穗后茎鞘中仍滞留有大量的干物质和氮素,高海拔地区较低的温度减弱了水稻呼吸消耗,阻碍了同化物的运输,致使穗干重占总干重的比例较小
分析高海拔稻作区产量及其构成因素对氮肥运筹的响应,发现产量的提高主要是由于总颖花量的增加,而这又在于有效穗数的大幅度增加,其次是穗粒数的增加。两品种均以施氮量为60kg.hm-2和基蘖肥与穗粒肥为7：3的组合表现最佳,不仅提高了氮素利用率,而且产量在所有处理中最高。
(2)垄作栽培、温水灌溉从移栽期到成熟期的土壤日平均温差比常规栽培的提高0.52-2.94℃。在有效分蘖临界叶龄期以前,两品种单株根数表现出温水灌溉>常规栽培>垄作栽培,各处理单株根干重、单株总根长总体表现出：温水灌溉>垄作栽培>常规栽培。拔节后,各根系性状总体表现出：垄作栽培>温水灌溉>常规栽培。
增温措施促使根系向土壤下层扩展,向下扩展的根系生长有利于生育后期水稻根系吸收深层土壤水分及养分。在本试验条件下,上层根(0～10cm)与产量的关系比下层根(10cm以下)更为密切。齐穗期、成熟期根系的主要性状与地上部性状及产量构成因素大都呈显著或极显著正相关,产量构成因子中,与根系主要性状关系最密切的是有效穗。
(3)增温处理,促进了分蘖发生,使群体形成适宜的茎蘖组成,提高了成穗率优化群体质量。增温处理有利于提高干物质积累,特别是齐穗后,干物质积累量、群体生长率、净同化率、光合势、势粒比均高于常规栽培。增温处理降低了齐穗后叶面积衰减速率,延长了叶片的功能期,是增强抽穗后群体光合生产力的根本原因。齐穗后叶片干物质发生衰减,而茎鞘干物质有较大的增长,茎鞘输出的干物质比积累的还少,最终输出率和转变率为负值。
与常规栽培相比,垄作栽培增加了有效穗和结实率,降低了穗粒数；温水灌溉有效穗、结实率和穗粒数都有所提高。千粒重各处理之间差异很小。通径分析表明,与产量的直接通径系数从大到小依次是有效穗数、穗粒数、结实率、千粒重,与产量相关系数最大者均是有效穗数,表明有效穗数对产量的贡献最大。两种增温措施相比,垄作栽培比温水灌溉对分蘖发生、成穗、氮素积累、干物质积累的影响更大,形成的产量也更高。
(4)经增温措施和氮肥处理对两品种的整精米率、垩白、胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量影响较大。适量的氮肥有利于提高整精米率,有降低垩白粒率和垩白度的趋势。随氮肥用量增加,胶稠度逐渐变短,直链淀粉含量减少,蛋白质含量增加。
增温处理下,整精米率呈垄作栽培>温水灌溉>常规栽培的规律,垩白率和垩白度表现出垄作栽培<温水灌溉、常规栽培的趋势,垄作栽培明显提高胶稠度、直链淀粉及蛋白质含量。氮肥和增温处理交互作用的结果两品种均以垄作中肥(RM)组合的加工品质、外观品质较优,以垄作高肥(RH)处理的蛋白质含量最高,温水高肥(WH)处理的其次。
(5)在高海拔寒冷地区,应用水稻精确定量栽培技术,对目标产量及产量构成、播种量、基本苗、播种期、移栽期、氮肥用量及灌溉模式进行定量设计和实施。结果表明,精确定量栽培明显促进分蘖发生,大幅度提高有效穗、总颖花量、LAI,干物质积累速度明显加快,并保持后期较强的光合生产能力。
从抽穗期不同株型特征与产量及产量构成的相关分析来看,不同产量群体之间株型方面以及有效穗、颖花量等产量构成因子方面都存在着差异,高产群体的显著特征是植株上部三叶叶长较长,叶角较小；茎秆各节间配置合理,基部节间短,穗下节间较长；一次枝梗数、二次枝梗数和产量呈显著正相关。
扩库(增加总颖花量)和强源(增加抽穗后LAI)均可提高高寒稻区产量,精确定量栽培的氮肥运筹、水分管理与高产水稻器官建成同步,提高LAI的同时,促进总颖花量的增长,可显著地提高该地区水稻的产量。
两品种相比,同一施氮水平下,丽粳10号比大白谷具有更高的干物质积累量、氮素积累量、氮肥利用率、群体生长率、净同化率、相对生长率。整个生长期丽粳10号的平均单株根干重、总根长、根系总表面积均比大白谷的高,衰减得也较慢。这极大地促进了丽粳10号特别是在齐穗期后的光合效率和生理活性,这也是丽粳10号比大白谷高产的主要原因之一。从品质来看,丽粳10号比大白谷的粒形较长,胶稠度较大,蛋白质含量较高,这与品种遗传特性有关。
In recent years, rice production continues to increase in China, but the development of rice production is very uneven in different regions. The rice production was a classic representative in the high-altitude region of Ninglang in Yunnan Province, It's the highest-altitude place to plant rice in China where the rice yield is much lower than in the middle-and low-altitude areas. Therefore, enhancing the production level and the production technology of the low productivity area is of great significance, which was the aim of this research, an experiment performed from2007to2008under unfavorable environmental and testing conditions. However, results were obtained that different manners of nitrogen application and temperature increasing had effect on rice plant growth and rice yield in high-altitude and cold areas. Our results may serve as referential parameters for theoretical research and practice on rice plant cultivation and defense against cold damage on rice plant in high-altitude areas.
By using the local japonica rice variety Dabaigu and the new variety Lijing10as test materials, and the growth traits and the physiological-ecological characteristics of high-altitude and cold area rice plant as research background, this study mainly aimed at cultivating high-yield and high-quality rice plant in high altitude areas. The key problem to solve is:How to increase rice yield and quality under the high-altitude and low temperature conditions by proper nitrogen application and warming measures (i.e. by agronomic measures and water conservation measures). The main conclusions were arrived at as follows:
(1) The population quality of Lijing10and Dabaigu was significantly improved with increased nitrogen application, but excessive nitrogen administration would have a harmful effect on the population quality and yield. When the same total amount of nitrogen was used, appropriately increasing basic and tiller fertilizer proportion might enhance the number of tillers, productive panicle, LAI, seed setting rate; and appropriately increasing panicle nitrogen proportion might raise the percentage of panicle-bearing tiller, the number of grains per panicle and reduce the attenuation of LAI at later period.
When nitrogen amount was increased, the dry matter accumulation and panicle nitrogen accumulation of each treatment increased first and decreased afterwards, and the nitrogen dry matter production efficiency, nitrogen grain production efficiency, nitrogen physiological efficiency, nitrogen partial factor productivity decreased, but the nitrogen agronomy efficiency and nitrogen recovery efficiency increased first and decreased afterwards, with a maximal value under moderate nitrogen treatment. The nitrogen requirement per100kg grain have a suitable value under different varieties and nitrogen application, the suitable value for Lijing10was2.31-2.52kg, and that for Dabaigu was2.79-2.83kg. Since the air temperature in the high-altitude area was too low at later period, excessive nitrogen administration would delay rice grain grouting, postpone plant maturity and reduce filled-grain percentage.
The dry matter and nitrogen transport of stem sheath was not smooth for all treatments, and massive dry matter and nitrogen remained in the stem sheath after full heading stage. Obviously, the low temperature at high altitude weakened rice plant respiration and consumption, prevented assimilates transferring, and resulted in the relatively low proportion of panicle dry weight to total dry weight.
Analysis of the effect of nitrogen application on rice yield and the yield components suggested that increased production was mainly due to the increased total number of spikelets which resulted first from productive panicle increase and next from the increased grains per panicle. The best combination was60kg.hm-2of nitrogen and a7:3ratio of base-tillering fertilizer to panicle fertilizer, which improved nitrogen recovery efficiency and produced the highest of all the treatments.
(2) The soil daily average temperature of ridge cultivation and warm-water irrigation was0.52-2.94℃higher than that of conventional cultivation in the period from rice transplanting to maturity. Before the critical stage of productive tillering, the root number per plant of two varieties showed a trend of warm-water irrigation>conventional cultivation> ridge cultivation, and the root dry weight and total length of the roots of each treatment presented a trend of warm-water irrigation>ridge cultivation>conventional cultivation. After the jointing stage, the property of root traits indicated a trend of ridge cultivation>warm-water irrigation> conventional cultivation.
Warming measures promoted the root biomass at the lower layer of soil, and the root growth downward benefited absorption of deep soil moisture and nutrients by rice plants at the late growth stage. The relationship between upper root (0-10cm) and yield was closer than that between the lower root (10cm below) and yield under the conditions of the present investigation. The main characters of root and the ground traits and yield components indicated a significantly or very significantly positive correlation at the full heading stage and maturity stage. And of the yield component factors, the productive panicle is the most closely related to the major root characteristics.
(3) The measure of warming had three functions:it was helpful in promoting rice growth, accelerating tillering, making the community form suitable stem tiller composition, increasing the productive tiller rate, and optimizing the population quality; it improved dry matter accumulation, especially crop growth rate, net assimilation rate, photosynthetic potential, and higher overall photosynthetic potential-grain ratio than the conventional cultivation, after the full heading stage; and it reduced the declining rate of leaf area after full heading stage, extending the period of leaf function which was essential in enhancing the population-photosynthesis productive forces after the heading stage. The dry matter of leaf weakened but the dry matter of stem sheath increased, the dry matter exported from the stem sheath was less than that had been accumulated, resulting negative DMER from stem and leaf and transformation rate.
Compared with conventional cultivation, ridge cultivation increased the productive panicle and seed setting rate and reduced grains per panicle. Warm-water irrigation improved the productive panicle, seed setting rate and grains per panicle, and1000-grain weight difference was very small between each treatment. Path analysis showed that the highest to the lowest direct path coefficients with the yield were in the order of productive panicle, grains per panicle, seed setting rate and1000-grain weight. The highest coefficient with yield was that of the productive panicle, suggesting that the productive panicle contributed the most to rice yield. Comparing the two warming measures, ridge cultivation had a greater impact on tillering, panicle formation, nitrogen accumulation and dry matter accumulation, and higher yield.
(4) Comparing the two varieties of rice plants in this investigation, warming measures and nitrogen treatment produced greater impact on head rice rate, chalky ratio, chalkiness degree, gel consistency, amylose content and protein content. This suggested that appropriate nitrogen treatment improved head rice rate and lowered chalky ratio and chalkiness degree. Increasing nitrogen application shortened gel consistency gradually, decreased amylose content but increased protein content in rice.
Under warming treatment, head rice rate exhibited a varying tendency of ridge cultivation>warm-water irrigation>conventional cultivation; and chalky ratio and chalkiness degree exhibited a tendency of a ridge cultivation
Analysis of the correlation between plant type indexes and yield components at the heading stage indicated that there were differences between different populations in characteristics of plant type and grain yield components such as effective panicles, total number of spikelets. The notable characteristics of high-yield group were as follows:the top three leaves were longer; the angles of top three leaves were smaller; the specific leaf weight was high at the heading stage and was closely related to the traits of leaves, stems and panicles; the internodes on stem distributed reasonably with shorter bottom internodes and longer top internodes. A significantly positive correlation was observed between first branch numbers, second branch numbers and grain yield.
Both enlarging sinks (increasing the total number of spikelets) and promoting sources (increasing the leaf area index after the heading stage and the specific leaf weight) were beneficial for rice yield increase. Synchronizing nitrogen and water application in precise and quantitative cultivation and organ formation in high-yield rice raised the leaf area index and increased the total number of spikelets, and ultimately contributed to a higher rice yield in high-altitude areas.
Comparatively, under the same nitrogen treatment, the rice variety of Lijing10 acquired a higher amount of dry matter accumulation, nitrogen accumulation, nitrogen recovery efficiency, crop growth rate, net assimilation rate, relative growth rate than Dabaigu. In the entire growth period, Lijing10produced greater average dry weight of single plant root, total length of the roots, root surface area, and slower weakening, than Dabaigu. All this greatly benefited Lijing10in photosynthetic efficiency and physiological activity especially after the full heading stage, which was the main reason a higher yield of Lijing10than that of Dabaigu. Lijing10enjoyed longer grain shape and gel consistency and higher protein content than Dabaigu, which was related with the hereditary characteristics of the variety.
引文
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