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气候环境因子对水稻生长的影响

 论文栏目:气候环境论文     更新时间:2019/5/15 10:16:28   

摘要:立足于广东省深圳市华为中庭观光温室的水稻(OryzasativeL.)园项目,以室外水稻栽培为对照,从光照、温湿度和风速等几个方面比较气候环境因子对观光温室内移栽后水稻植株生长的影响,以期为今后观光温室水稻的栽培提供相关理论支撑。结果表明,水稻移栽后,温室环境中较低的光照度等因素在营养生长初期抑制了植株的生长;随着生长期的不断推移,室内较高的温湿度使得水稻植株快速生长,出现徒长现象;而在营养生长后期,这种环境因子对水稻生长的影响逐渐减小,但较室外环境仍存在一定的抑制作用。

关键词:水稻(OryzasativeL.);气候环境因子;温室观光农业;深圳市

水稻(OryzasativeL.)是中国大面积种植的粮食作物,是人类最重要的食物来源,为全球半数以上人口提供营养[1]。据统计,全球水稻种植面积占谷类作物的24%,中国水稻每年产量约占世界水稻总产量的34%[2]。国内水稻种植区域主要集中在季风气候区,该类地区气候高温多湿、水热同期,对水稻生长极为有利。近年来,随着农业技术设施的不断创新和文化旅游的发展,室内观光农业越来越受到人们的重视。关于室内环境因子变化对水稻生长影响的研究也较为少见,公共建筑室内种植水稻在国内目前仍处于摸索阶段。目前关于环境因子对水稻植株生长影响的研究主要针对大气候环境中的温度和光照等因素。吴自明等[3]提出,光照不足导致植株的光合作用受到抑制,植株生长减慢,碳水化合物合成减弱;光照强度过大,使水稻结实过程缩短,水稻早熟。周磊等[4]指出温度过低会减少稻株颖花的数量,影响水稻的结穗率。Shimono等[5]通过长期试验观测发现,水稻生殖生长期间,水温低于20℃会使产量明显降低,尤其是营养生长期低水温减产可达20%。水稻如遇高温会缩短其营养生长时间,植株发育受阻,分蘖受到抑制[6]。移植水稻秧苗返青后,温室内环境对水稻生长存在较大的影响。本研究以位于广东省深圳市龙岗区坂田华为研发基地的川西中庭观光温室为例,通过对比试验长期观测,从温室内光照、温湿度和稻田水质等几个环境因素出发,研究其对移栽后水稻植株生长的影响,从而为今后新型观光农业中的温室内水稻种植提供一定的理论参考。

1材料与方法

1.1研究地概况

试验于玻璃温室内进行,中庭观光温室的光源主要来自距地面9m高的玻璃穹顶(顶部玻璃遮阳系数为0.25~0.26);水稻种植土壤pH7.68。试验地位于深圳市龙岗区坂田,地处广东省南部,属亚热带海洋性季风气候,水热资源丰富,年平均气温22.3℃,年平均相对湿度80%,年平均降雨量1933mm。该地区自然环境适宜水稻生长发育。

1.2测定指标及方法

选取五优1179杂交籼稻作为供试品种,于2018年4月1日将秧苗移栽进温室,株行距20cm×25cm,于4月中旬水稻返青后开始对其生长环境进行为期3d的连续监测。监测区分为室内光直射区、室内光散射区、室外3个不同区域。采用美国AccuMAXXRP-3000照度计测得光照度指标,用意大利HOBO8-007温湿度采集器测得水稻生长环境中的温度和湿度,采用美国U30小型气候站现场监测风速。每天9:00~17:00,每小时监测1次,每次监测记录重复3次并取平均值。试验分别于4月15日、5月5日及5月25日采用游标卡尺和卷尺测定水稻植株的株高、叶长及叶宽,抽取样苗记录茎蘖数,移栽后每个测坑内选定子苗样本并做上标记以定时定点观测叶龄。试验数据的统计分析与绘图采用Ex-cels数据处理系统进行。

2结果与分析

2.1不同区光照度日变化比较

光照度是影响日光温室内温湿度等环境的主导因子[7]。通过对水稻生长环境的太阳光照度进行为期3d的实时监测,得出其日变化情况如图1所示。第一天时,9:00~17:00均为晴朗天气。室外光照度最低为17:00时的63670lx,最高为13:00时的126200lx,平均为101066lx。室内光直射区的光照度最低为17:00时的13550lx,最高为12:00时的33440lx,平均为21802lx,为室外光照度的21.6%。室内光散射区的光照度最低为9:00时的2183lx,最高为16:00时的4350lx,平均为3449lx,是室外光照度的3.4%。第二天时,10:00、11:00为晴天,其余时间段为多云天气。由图2可知,室外光照度最低为17:00时的10160lx,最高为11:00时的131800lx,平均为49950lx。室内光直射区的光照度最低为17:00时的2305lx,最高为11:00时的40220lx,平均为13016lx,是室外光照度的26.1%。室内光散射区的光照度最低为17:00时的1224lx,最高为10:00时的3973lx,平均为2725lx,是室外光照度的5.5%。第三天时,10:00、11:00、16:00和17:00为晴天,其余时间段为多云天气。由图3可知,室外光照度最低为13:00时的23160lx,最高为11:00时的89260lx,平均为46385lx。室内光直射区的光照度最低为15:00时的4247lx,最高为11:00时的15530lx,平均为8402lx,是室外光照度的18.1%。室内光散射区的光照度最低为15:00时的1901lx,最高为11:00时的4612lx,平均为2925lx,是室外光照度的6.3%。

2.2不同区温度日变化比较

通过对水稻生长环境的温度进行为期3d的实时监测,得出其日变化情况如图4、图5、图6所示。由图4可知,第一天时,室外温度最低为17:00时的27.4℃,最高为12:00和14:00时的30.4℃,平均为29.6℃。室内光直射区温度最低为9:00时的26.8℃,最高为13:00时的30.5℃,平均为28.5℃,比室外温度低1.1℃。室内光散射区温度最低为9:00时的26.3℃,最高为13:00时的29.7℃,平均为28.0℃,比室外温度低1.6℃。由图5可知,第二天时,室外温度最低为9:00的27.1℃,最高为11:00时的35.5℃,平均为29.3℃。室内光直射区温度最低为10:00时的25.7℃,最高为15:00时的30.0℃,平均为27.6℃,比室外温度低1.7℃。室内光散射区温度最低为10:00时的25.7℃,最高为15:00时的29.1℃,平均为27.3℃,比室外温度低2.0℃。由图6可知,第三天时,室外温度最低为15:00时的27.3℃,最高为11:00时的31.8℃,平均为28.8℃。室内光直射区温度最低为12:00时的25.9℃,最高为11:00时的30.3℃,平均为27.8℃,比室外温度低1.0℃。室内光散射区温度最低为12:00时的25.9℃,最高为10:00时的28.6℃,平均为27.6℃,比室外温度低1.2℃。

2.3不同区相对湿度日变化比较

通过对水稻生长环境的湿度进行为期3d的实时监测,得出其日变化情况如图7、图8、图9所示。由图7可知,第一天时,室外相对湿度最低为13:00时的39.0%,最高为10:00时的57.0%,平均为47.7%。室内光直射区相对湿度最低为15:00时的58.2%,最高为9:00时的79.1%,平均为67.1%,比室外相对湿度增加了40.7%。室内光散射区相对湿度最低为15:00时的60.4%,最高为9:00时的80.7%,平均为68.8%,比室外相对湿度增加了44.2%。由图8可知,第二天时,室外相对湿度最低为15:00时的47.5%,最高为9:00时的70.3%,平均为58.7%。室内光直射区相对湿度最低为16:00时的72.4%,最高为10:00时的81.5%,平均为76.5%,比室外相对湿度增加了30.3%。室内光散射区相对湿度最低为14:00时的69.7%,最高为11:00时的80.7%,平均为75.6%,比室外相对湿度增加了28.8%。由图9可知,第三天时,室外相对湿度最低为11:00时的54.1%,最高为15:00时的69.3%,平均为61.0%。室内光直射区相对湿度最低为16:00时的69.1%,最高为9:00时的81.1%,平均为74.7%,比室外相对湿度增加了22.5%。室内光散射区相对湿度最低为16:00时的68.8%,最高为14:00时的79.5%,平均为74.9%,比室外相对湿度增加了22.8%。

2.4不同区风速日变化比较

通过对水稻生长环境的风速进行为期3d的实时监测,得出其日变化情况如图10、图11、图12所示。第一天时,室外风速最低为10:00、11:00和12:00时的0m/s,最高为14:00时的2.4m/s,平均为0.7m/s;室内各区风速均为0m/s。第二天时,室外风速最低为11:00、12:00和15:00时的0m/s,最高风速为17:00时的1.1m/s,平均为0.4m/s;室内各区风速均为0m/s。第三天时,室外风速最低为10:00时的0m/s,最高为14:00时1.9m/s,平均为1.0m/s;室内各区风速均为0m/s。

2.5不同区水稻生长情况比较

水稻是一种节律性生长型作物[8],在生产中,不同的气候环境直接影响着水稻的结实率[9]。特别是营养生长前期,水稻群体大小和株型性状与群体中的光照、温度、湿度等微气候因子关系密切[10]。通过对水稻生长情况实时监测,得出其各项指标如表1所示。由表1可知,水稻移栽后第15天时,室外区域水稻的各植株生长指标特别是株高明显高于室内区域,其中室外区域水稻株高比室内光直射区和室内光散射区分别高了8.61%和9.33%;而室内光直射区域的各生长指标略高于室内光散射区域。可见,温室环境特别是缺少阳光直射的区域,较室外环境在一定程度上抑制了水稻生长初期植株的营养生长。由表2可知,水稻移栽后第35天时,室内区域水稻植株叶的生长指标明显高于室外区域,其中叶长室内光直射区和室内光散射区比室外区域分别高了11.31%和9.52%;而室内光直射区域的各生长指标略高于室内光散射区域,其中室内光直射区叶长比光散射区高了1.63%。可见,温室内环境特别是阳光直射区域的水稻在营养生长中期其植株明显较室外参照区更快,推测是因为室内具有较高的温湿度等自然环境条件加快了植株的营养生长。由表3可知,水稻移栽后第55天时,水稻植株的叶宽、叶长等生长指标室外区域略高于室内区域,其中叶宽室外区域比室内光直射区和室内光散射区分别高了8.26%和9.26%;而室内光直射区域的各生长指标略高于室内光散射区域,其中差异最大的叶长指标室内光直射区比光散射区高了1.73%。可见,温室内环境特别是阳光直射区域的水稻在营养生长后期其植株较室外参照区略低,而这种差异性较营养生长前中期逐渐减弱。

3小结与讨论

光照是水稻生长发育所必需的条件之一。温室中的光照度受到天气、太阳光直射角度以及玻璃顶棚遮光率(遮阳系数0.25)等因素影响。数据监测期间晴天情况下,室外光照度集中在80000~120000lx,室内光直射区集中在20000~35000lx,室内光散射区集中在3000~4500lx。由监测的数据可知,晴天室内光直射区内的光照度是室外的12.8%~39.3%,光散射区的光照度占室外的2.0%~12.0%,温室内的光照度较室外下降明显。水稻是喜阳作物,对光照条件要求较高,水稻单叶饱和光照度一般集中在30000~50000lx,一般最高分蘖期为60000lx左右[11,12]。温室内较低的光照度特别是在水稻营养生长初期和后期抑制了植株的生长,这与王强等[13]关于温室对番茄生长环境影响的研究一致。数据监测期间晴天情况下,室内外温度差异不大,主要集中在27~30℃;多云天气情况下,室外温度集中在27~30℃,室内温度集中在28~29℃。水稻分蘖最高适温为30~32℃,幼穗分化的适温为26~30℃,灌浆初期适温为21~26℃[14,15]。一方面,温度的升高有利于水稻的生长发育[16],但温度过高会加快水稻营养生长前期叶片的生长,缩短水稻生育期[17]。本试验中,室内全天的温度变化明显小于室外,这促进了水稻营养生长中期植株叶片的生长。数据监测期间晴天情况下,室外相对湿度集中在45%~55%,室内相对湿度集中在62%~72%;多云天气情况下,室外相对湿度集中在55%~65%,室内相对湿度集中在75%~80%。可见,室内湿度较室外湿度高1.3~1.4倍。较高的湿度会加快植株的生长,且水稻植株生长较旺盛会加大蒸发量,使得稻田环境湿度有所提高[18],而较高湿度环境往往会推迟水稻终花期的到来[19]。水稻冠层间较高的相对湿度同时也会增加穗叶温度[20]。数据监测期间,室外风速集中在0~1.5m/s;室内风速为0m/s,基本无空气流动,不利于水稻生殖生长时的稻花授粉及抗倒伏能力的提高。本试验中,较弱的温室内光照减缓了水稻营养生长初期和后期的植株生长,而较高的温室湿度和较小的日温差及风速变化又在一定程度上造成了水稻营养生长中期的徒长现象。在今后的观光温室水稻栽培中,可对温室进行相应的补光鼓风措施。

作者:戴伟 路秉翰 许铭宇 胡振阳 谭广文 叶振华 单位:广州普邦园林股份有限公司

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