沈阳不同年代水稻主栽品种生产力与甲烷排放的差异

【摘要】：水稻是我国最主要的粮食作物之一，60%以上的人口以稻米为主食。稻田是农业环境中CH_4排放的主要来源，约占全球人为排放量的1/4。如何在持续提升水稻产量的同时减少农田温室气体的排放，实现高产低碳已经成为亟待解决的重要科学问题和生产技术。品种改良是确保水稻单产持续增长的重要手段，在水稻品种改良过程中不同年代品种温室气体排放的特征尚不清楚。因此，阐明水稻品种演变过程中温室气体排放的变化趋势，对未来高产低碳的品种选育具有重要的理论参考意义。近年来东北已经成为我国水稻增产贡献最大的区域，但沈阳作为东北水稻品种改良和稻作技术创新的中心，其稻田温室气体排放的研究较少。为此，本文以沈阳市1950-2010年间水稻主栽品种为试验材料，研究东北粳稻品种改良过程中植株形态、生产力及温室气体排放随年代推移的变化特征，为我国水稻高产低碳的品种选育和耕作栽培创新提供理论依据和技术途径。本论文主要研究结果如下： (1)沈阳市水稻品种演进过程中，株型的改良主要是株高矮化、无效分蘖减少。各年代品种的株高、分蘖、叶面积指数和有效穗数随年代的变化呈下降趋势，齐穗期的根干重、根冠比及每穗粒数呈增加趋势。1950-1970s的品种株型为高秆、分蘖力强、多穗型，2000-2010年的品种株型为半矮秆、分蘖能力中上等、穗粒兼顾型。 (2)随着年代的推移，水稻的收获指数趋于稳定，现代品种产量的递增主要通过提升生物量来实现的。水稻收获指数在1950-1980s期间呈增加趋势，之后趋于稳定；千粒重随年代变化趋势不明显，1990-2010年品种的生物量显著高于1950-1980s的品种；籽粒产量随着年代的变化呈递增趋势，1950-2010年品种的籽粒产量增加速度为9.5%10yr~(-1)。 (3)各年代水稻品种的CH_4和N_2O的排放在全生育期均出现一个峰值，CH_4的排放峰值在分蘖盛期， N_2O的峰值出现在成熟期。其中2010年的品种CH_4全生育期平均排放量(CO2当量)最低，值为61.1mg m~(-2)h~(-2)；2000s的品种N_2O的平均排放量(CO2当量)最低，值为10.6mg m~(-2)h~(-2)。在不同生育期，各年代品种CH_4的累积排放量均表现为分蘖期齐穗期成熟期，N_2O排放累积量均表现为成熟期齐穗期分蘖期。 (4)品种演进过程中，现代品种基于产量和生物量的温室气体的单位排放量低于老品种。各年代水稻品种CH_4的单位面积排放量、单位生物量和单位产量排放量随着年代的变化均呈先增加后下降的趋势，其中2010年品种的CH_4排放的上述三个指标与1950-60s的品种相比分别降低了4.9%、19.9%和39.2%。各品种N_2O的单位面积排放量、单位生物量和单位产量的排放量随着年代的变化均呈下降的趋势，其中2010年品种的N_2O排放的上述三个指标与1950-60s的品种相比分别降低了18.4%、43.2%和51.1%。 (5)CH_4单位面积排放量、单位生物量排放量与植株特性的相关性不显著，CH_4的单位产量排放量与品种齐穗期的根冠比呈极显著负相关(P0.01)，与齐穗期每穴生物量及成熟期地上部生物量呈显著负相关(P0.05)。各年代水稻品种N_2O的单位面积排放量与分蘖数呈显著正相关(P0.05)；单位生物量排放量与产量呈显著负相关(P0.05)；单位产量排放量与产量呈极显著负相关(P0.01)，与齐穗期根干重、成熟期地上部生物量呈显著负相关(P0.05)。 【关键词】：北方粳稻 品种演进 植株形态 生产力 CH_4 N_2O 高产低碳
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S511;S181
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究目的和意义12
• 1.1.1 研究目的12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 水稻品种演进的生理生态基础12-13
• 1.3 水稻生产力的改良13-14
• 1.4 稻田CH_4的排放14-18
• 1.4.1 CH_4的温室效应14-15
• 1.4.2 CH_4的产生15
• 1.4.3 CH_4的氧化15
• 1.4.4 CH_4的传输15-16
• 1.4.5 CH_4排放的规律16-17
• 1.4.6 CH_4排放的影响因素17-18
• 1.5 稻田N_2O的排放18-20
• 1.5.1 N_2O的来源及温室效应18
• 1.5.2 N_2O产生及排放机理18-19
• 1.5.3 N_2O排放的影响因素19-20
• 1.6 节能减排措施20-22
• 1.6.1 CH_4减排措施20-21
• 1.6.2 N_2O减排措施21-22
• 1.7 研究内容22-24
• 1.7.1 研究内容22-23
• 1.7.2 研究技术路线23-24
• 第二章 试验材料与方法24-28
• 2.1 试验地情况24
• 2.2 试验设计24-26
• 2.3 田间管理26
• 2.4 测定项目与方法26-27
• 2.4.1 植株生长特性的测定26
• 2.4.2 CH_4及N_2O排放的监测26-27
• 2.5 数据处理与统计分析27-28
• 第三章 结果与分析28-42
• 3.1 植株生长特性的差异28-31
• 3.1.1 植株特性的差异28-29
• 3.1.2 不同生育时期干物质的积累29-30
• 3.1.3 籽粒产量及产量构成因素和收获指数30-31
• 3.2 CH_4排放的差异31-34
• 3.2.1 CH_4排放通量的差异31-32
• 3.2.2 CH_4排放累积量的季节差异32-33
• 3.2.3 CH_4的单位排放量的差异33-34
• 3.3 品种特性与CH_4排放的关系34-36
• 3.3.1 土温及水分管理对CH_4排放的影响34
• 3.3.2 植株特性对CH_4单位排放量的影响34-35
• 3.3.3 生产力对CH_4单位排放量的影响35-36
• 3.4 N_2O排放的差异36-39
• 3.4.1 N_2O排放通量的差异36-37
• 3.4.2 N_2O排放累积量的季节差异37-38
• 3.4.3 N_2O单位排放量的差异38-39
• 3.5 品种特性与N_2O排放的关系39-41
• 3.5.1 土温及田间管理对N_2O排放的影响39
• 3.5.2 植株特性对N_2O单位排放量的影响39-40
• 3.5.3 生产力对N_2O单位排放量的影响40-41
• 3.6 温室气体的单位排放总量41-42
• 第四章 全文结论与讨论42-46
• 4.1 全文结论42
• 4.1.1 水稻品种植株生长特性的差异42
• 4.1.2 品种间温室气体排放的差异42
• 4.1.3 品种生长特性对温室气体排放的影响42
• 4.2 全文讨论42-44
• 4.3 研究展望44-46
• 参考文献46-53
• 致谢53-54
• 作者简历54

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