不同冠层温度型水稻品种结实期冠层温度变化及对产量品质的效应

Rice canopy temperature is directly related to the formation of yield and quality during grain filling. Previous studies have found that there are differences in canopy temperature of different rice cultivars, especially at the grain-filling stage, but the changes of rice canopy temperature and their influence on yield and quality remains unclear. The program uses late-maturing mid-season japonica rice produced in Jiangsu Province as materials, uses big field screening classification and artificial intelligence climatic chamber setting temperature gradients at the grain-filling stage as main experimental methods. The program firstly equips an UAV with a high-precision infrared thermometer to measure the dynamic changes of canopy temperature of 53 tested cultivars under the same planting conditions, and the canopy temperature of the tested cultivars will be divided into low, medium, and high temperature types. The representative species of the three canopy temperature types will be further used as materials to study into the relationship between air temperature and canopy temperature during grain filling and its effects on rice biological traits by greenhouse potted experiments setting air temperature gradients, in order to explore the formation process, biological effects and regulation mechanism of canopy temperature among different rice temperature types. Based on the above, we intend to reveal the effects and regulation mechanism of rice canopy temperature on yield and quality, establish monitoring system of yield and quality using canopy temperature of grain-filling period as indicator, and to provide scientific basis and technical support for rice cultivars selection and cultivation.

水稻结实期冠层温度直接关系产量品质的形成，前期研究已发现不同品种水稻冠层温度存在差异，特别是结实期差异更为显著，但水稻冠层温度的变化规律及与产量品质的关系尚待明确。本项目以江苏主产迟熟中粳稻为材料，通过大田筛选分类和人工智能气候室模拟结实期温度梯度的试验相结合，首先利用无人机搭载高精度红外测温仪，测定种植在同一大田环境条件下53份迟熟中粳材料冠层温度的全生育期动态变化，并将参试品种冠层温度分为低、中、高温度类型；进一步以三种冠层温度类型代表性品种为重点研究材料，研究水稻结实期气温与冠层温度的关系以及对生物学性状的影响，通过盆栽于结实期进行温度梯度处理，探索不同温度类型水稻冠层温度的形成过程、生物学效应及调节机制，在此基础上揭示水稻冠层温度变化对产量品质形成的效应及调节机理，建立基于结实期冠层温度诊断水稻产量与品质的实用方法及新指标，为品种选择及结实期栽培管理提供科学依据和技术支撑。

冠层是水稻源库交流之地，其功能决定着产量与品质的形成。冠层温度反映了水稻冠层各器官表面温度的平均值，与冠层功能关系密切，是水稻重要的生理生态特征，能够综合反映水稻个体特性、群体质量及其对生存环境的适应能力，直接关系水稻产量的形成。探索阐明冠层温度形成的生物学基础及其效应对提高冠层功能，促进优质高产栽培具有十分重要的意义。本项目首先确定了利用无人机搭载高精度红外测温仪，大面积无损测定水稻冠层温度的方法，在此基础上通过大田和盆栽试验相结合，测定了种植在同一环境条件下的水稻冠层温度的全生育期动态变化，发现（1）在同一自然环境条件下水稻冠层温度主要受其品种特性（个体形态特征，生理结构和代谢能力等）和人为栽培措施（施肥、灌溉、病虫草害等）。（2）同一天中，水稻冠层温度变幅明显小于气温，能维持一个相对稳定的状态。12：00-14：00之间水稻冠层温度与气温差异最大，此时是观察测定水稻冠层温度的最佳时间；在不同生育期，水稻均能通过自身生理代谢保持一定的冠层温度，随着环境温度的变化，水稻冠层温度与气温变化一致，但变化时间略晚于气温，变化幅度小于气温。（3）水稻冠层温度主要与其地上部植株的生长特性相关，在抽穗期与各指标相关系数最高，其中与水稻植株鲜重、含水率最高，分别为-0.895、-0.912，与结实期剑叶净光合速率、气孔导度、气孔面积相关系数分别为-0.84、-0.91、-0.83。（4）结构方程模型表明氮肥是直接影响水稻冠层温度的最重要的因子，同时氮肥通过影响水稻叶片气孔面积、蒸腾速率和气孔导度，间接影响了水稻冠层温度。（5）优良的生物学性状和较低的冠层温度相联系，抽穗期是研究水稻冠层温度的最佳时期，此时水稻冠层温度与产量、穗数和每穗粒数呈极显著负相关关系。水稻冠层温度的高低可能成为反映水稻生长及预测产量的便捷而较准确的指标，构建以冠层温度为主要指标的稻作生产系统分析评估和辅助决策系统，为水稻品种选择及结实期栽培管理提供科学依据和技术支撑。