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稻田中浮萍(Lemna minor L.)生长对水稻产量及其潜在原因的影响

日期: 2024-05-17
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菱透浮萍绿锦池,夏莺千啭弄蔷薇

透过浮萍,诗人的眼里看到的是其和水中菱叶相映成趣的景象,是夏日池塘的勃勃生机。而在科研学者的眼中,看到的是天南星目浮萍科的水生植物,是潜藏在水稻种植中的双刃剑。

营养物质的争夺?自然光照的遮挡?生存空间的占据?在一片生机之下,浮萍和水稻之间塑造着另一番景象..
稻田中浮萍(Lemna minor L.)生长对水稻产量及其潜在原因的影响
由于气候变暖/或灌溉水富营养化的影响,稻田中的浮萍(DGP)大幅增加。本研究考虑到生态因素、光合能力、光谱变化和植物生长等因素,对三个代表性水稻品种进行了田间试验,以确定DGP对水稻产量的影响。结果表明,DGP显著降低pH值0.6,日水温降低0.6℃,水稻抽穗期提前1.6天,并平均增加了叶片的SPAD和光合速率分别为10.8%和14.4%。DGP还显着提高了RARSc、MTCI、GCI、NDVI705、CI、CIrededge、mND705、SR705、GM等多种植被指数的数值,并且水稻冠层反射光谱的一阶导数曲线在DGP处理后呈现出“红移”现象。上述因素的改变可导致株高平均增加4.7%,干物质重量平均增加15.0%,每平方米穗数平均增加10.6%,千粒重平均增加2.3%,最终籽粒产量增加10.2%。 DGP诱导的籽粒增产可以通过降低稻田水的pH值和温度来实现,从而提高SPAD值和叶片的光合作用,刺激水稻植株生长。这些成果可以通过水稻和浮萍之间的生物协同作用,为未来农业和环境的可持续发展提供有价值的理论支持。
稻田中浮萍(Lemna minor L.)生长对水稻产量及其潜在原因的影响
图形概要
稻田中浮萍(Lemna minor L.)生长对水稻产量及其潜在原因的影响
图1. 实验地点((a),用红点标记)和浙江省(b)和江苏省(c)的样地。 (d,e)分别显示了浙江省和江苏省的样地水稻生育期的温度变化。浙江地块整个生育期水稻抽穗前和抽穗后的平均气温分别为29.3℃和24.1℃(蓝色),而江苏地块的平均气温为27.8℃和22.3℃(蓝色)。
水稻冠层的光谱数据是在预灌浆、灌浆中期和成熟期的 10:00 至 14:00 晴朗无风的天气条件下使用ASD FieldSpec 4 便携式地物光谱仪收集。波段范围为350~2500 nm,其中350~1350 nm光谱分辨率为3 nm,1001~2500 nm范围为8 nm,光谱数据采集间隔为1 nm。测量每个地块中的五个代表性区域,每次进行六次测量。然后将平均值用作绘图的光谱反射率曲线,并在每次测量之前进行白板校准。为避免光强干扰,尽可能在短时间内采集同批次样品。
稻田中浮萍(Lemna minor L.)生长对水稻产量及其潜在原因的影响
图 2. 稻田浮萍 (DGP) 对水稻冠层光谱特征的影响。 Control-R,控制中的反射光谱数据; DGP-R,稻田浮萍的反射光谱数据; Control-D,对照中的导数光谱数据; DGP-D,稻田中浮萍的导数光谱数据。 NJ5055和YY1540在预填充阶段的光谱特性分别由(a)和(b)表示; NJ5055、YY1540、JFY2在充填中期的光谱特性分别用(c)、(d)、(g)表示。 NJ5055和YY1540成熟期的光谱特征分别用(e)和(f)表示。
DGP显著增加了干物质重量、植株高度(见图3)和谷物产量(见表5),分别增加了15.0%、4.7%和10.2%。对粳稻NJ5055的产量影响较大(增加了12.3%),而对其他两个杂交水稻品种的影响较小(平均增加了9.1%)。无论是粳稻还是杂交品种,均未检测到对收获指数的显著影响。在DGP处理下,三个品种的抽穗期平均提前1.6天,其中粳稻的影响更大(提前了2.4天),而杂交品种的影响较小(平均提前了1.2天)。籽粒产量的增加主要是由每平方米穗数的增加(增加了10.6%)引起的,其次是千粒重的增加(2.3%)。 然而,DGP对每穗的小穗数或结实率影响不大。除结实率外,这些指数均未检测到显著的交互作用效应。

表 1 稻田种植浮萍(DGP)对水稻产量及其构成的影响

稻田中浮萍(Lemna minor L.)生长对水稻产量及其潜在原因的影响
稻田中浮萍(Lemna minor L.)生长对水稻产量及其潜在原因的影响
图3. 稻田中生长的浮萍(DGP)对水稻植株生长的影响。(a)每株的干物质重量(克);(b)收获指数;(c)植株高度(厘米);(d)抽穗天数(天);浙江,浙江省;江苏,江苏省;** p ≤ 0.01,* p ≤ 0.05,+ p ≤ 0.1,ns,不具有统计学意义,p > 0.1,由 t 检验确定。
本研究对三个代表性水稻品种进行的稻田浮萍(DGP)种植试验表明,DGP 显着提高了籽粒产量,这解释了 DGP 导致水稻植株生长的增加,特别是在植株高度、每平方米穗数和干物质重量方面。DGP 导致稻田水的 pH 值和温度降低,同时提高了叶片的 SPAD 值和光合速率。 此外,它还优化了冠层结构,提前了水稻抽穗期,最终促进了水稻的生长。这些发现为实施可持续的水稻生产提供了实用的基础。然而,在广泛的时空背景下全面理解DGP对水稻生长和谷物品质的影响模式尚不清楚。因此,未来应进行跨数年的研究,以探讨DGP影响水稻的机制。
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