改良种植模式可通过优化冠层结构和光能利用来提高遮荫胁迫下水稻籽粒品质
改良种植模式可通过优化冠层结构和光能利用来提高遮荫胁迫下水稻籽粒品质
在农业生产中，遮荫胁迫是影响水稻产量和品质的重要因素之一。研究表明，通过优化种植模式可以有效改善遮荫条件下的水稻生长状况。本文以宜香优2115为试验材料，在四川农业大学惠河农场和四川省汉源县九乡镇进行田间试验，探讨了改良种植模式对遮荫胁迫下水稻籽粒品质的影响。
光作为植物生长的能源和发育信号，对于植物光合作用是必不可少的。遮荫胁迫通过延迟谷粒灌浆过程并改变稻米淀粉的结构和物理化学特性，导致稻谷垩白度增加，食味品质下降。遮荫胁迫下光和能力降低时导致水稻产量下降的主要原因。可以通过优化冠层结构来拦截和利用光能。本研究的主要目的是评价遮荫胁迫下优化种植模式对冠层结构、光分布、光能利用率以及水稻品质的影响。本研究有助于在西南地区和其他具有类似弱光环境条件的地区推广这种种植模式，提高水稻的生产力和品质。
以宜香优2115为试验材料，田间试验于2021年在四川农业大学惠河农场和四川省汉源县九乡镇进行。温江的日平均温度、日辐射和降水分别为23.74℃、2242.31MJ⋅m−2和639.30 mm，汉源的降水量分别为22.57℃、2714.49MJ⋅m−2和517.75 mm。实验均采用双因素分地块设计，共3个重复。光照处理构成主要小区：全日照（控制）和53 %遮荫，而种植模式构成次要小区：传统高密度种植和优化种植模式。在传统高密度种植中，每穴1苗-每穴2苗，间距为30.0 cm×12.0cm（图1A），而在优化种植模式中，每穴移栽3苗，间距为30.0 cm×24.0cm（图1B）。
图1 传统高密度种植(A)的种植模式和优化的种植模式(B)，以及光合活动辐射（PAR）的分布点测量(C).红点表示在田间测量和水稻冠层内获得PAR测量的位置（一式两份）。
从表1中可以看出，与传统种植模式相比，优化种植模式增加了叶面积和冠幅。因此，优化种植模式导致水稻冠层结构更加开放。
表1 不同光照条件下，优化种植模式对水稻抽穗后20d株长、叶面积、叶面积指数、冠层宽度和叶片倾角的影响。
与全日照处理相比，遮荫分别增加了3cm至100cm和3cm-80cm的树冠行间透光率。但在温江和汉源，传统高密度种植模式和优化种植模式在遮光胁迫下的行间透光率无明显差异。
图2 温江（A）和汉源（B）在不同种植模式和光照条件下水稻种植格局对稻冠层间透光率分布的影响
表2 不同光照条件下种植模式对稻冠间行间透光率的影响
遮荫也明显增加了两地的透光率，从冠层3cm增加到60cm，但降低了100cm冠层处的透光率。优化后的种植模式还提高了温江穴间透光率。
图3 水稻种植格局对温江（A）和汉源（B）不同光照条件下水稻冠层间透光率分布的影响
表3 不同光照条件下种植模式对水稻山丘间水稻冠层透光率的影响
与正常光照条件相比，在遮荫胁迫下，水稻上三叶的SPAD值有所增加，而净光合作用速率下降。结果表明，在遮荫胁迫下，优化种植模式提高了水稻的光合能力。
表4 不同光照条件下，优化种植模式对水稻上三叶SPAD值和净光合速率的影响
光照处理对籽粒产量、小穗灌浆率和籽粒重量均有显著影响。种植模式对温江和汉源地区的穗数、粒重和小穗灌浆率均有显著影响。与全日照控制相比，阴影胁迫显著降低了两个地点的小穗灌浆率和粒重。这些影响导致水稻产量下降了18.69–29.96%。与传统高密度种植相比，遮荫胁迫下显著降低了穗数，而遮荫胁迫下温江和汉源的粒重和小穗灌浆率都增加。因此，在自然光照和遮荫胁迫下，传统高密度种植与优化种植模式之间的粮食产量均无显著差异。
表5 不同光照条件下种植模式对籽粒产量和水稻产量构成因素的影响。
在自然光照和遮荫处理之间，糙米率和精米率没有显著差异（表6）。然而，遮荫胁迫下的整精米率显著降低了18.64 %，食味值显著降低了4.04-7.56%。遮荫胁迫使垩白粒率和垩白度分别提高了12.17–26.04%和30.04–66.82%。与传统的高密度种植相比，在自然光照和遮荫条件下，这种种植方式显著降低了垩白粒率和垩白度，但提高了汉源的食味值。优化后的种植模式也显著提高了温江遮荫胁迫下的抽穗率和食味值。结果表明，在遮荫胁迫下，优化后的种植模式可以提高水稻的稻米品质（表7）。
表6 不同光照条件下种植模式对糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度以及米饭的食味值。
表7 遮荫胁迫下水稻稻米品质与形态特征、透光率和净光合率的关系（n=6）。
与自然光照相比，遮荫胁迫主要是通过降低叶片光合作用，从而降低水稻籽粒的产量和品质。然而，在遮荫胁迫下，优化冠层模式增加了冠层中层和底层的透光率，通过提高中下层叶片光合作用从而提高光能利用率。在遮光胁迫下，优化种植模式也能提高稻谷重量。因此，优化种植模式既能改善稻米品质，又能保证产量。