水稻籽粒

水稻籽粒（精选5篇）

水稻籽粒 篇1

1 品种

影响灌浆的因素较复杂,水稻籽粒的灌浆首先受品种本身的特性影响。依据其灌浆类型的不同可以分为同步灌浆型和异步灌浆型品种。王建林(2004)通过比较不同穗型品种不同行距和插秧量的籽粒灌浆特性,认为对水稻籽粒灌浆影响最大的因素是品种。李荣田等用Logistic生长方程W=K/(1+ae～bt)对寒地水稻品种强、弱势子粒灌浆过程进行了分析,结果表明,强势粒的起始灌浆量、最大灌浆强度高于弱势粒,有效灌浆期比弱势粒短,最大灌浆速率出现时间和最大灌浆速率期早于弱势粒。强、弱势粒各项灌浆参数均存在品种间差异。史春余等的研究也发现,谷粒灌浆持续期、谷粒的灌浆速率与品种的结实率有关。灌浆速率高,灌浆期短的品种结实率高。剑叶的光合速率和主要生育期的硝酸还原酶活胜,结实率低的品种比结实率高的品种高。

2 光照、温度

籽粒灌浆还与灌浆结实期的环境条件密切相关,S光照充足,有利于光合产物的形成和运转,对籽粒灌浆结实有利,光照不足,水稻的光合速率、光饱和点和光补偿点都有不同程度的下降,导致稻株物质积累量减少,造成水稻减产。特别是高温与寡照结合对其影响更甚。光照不足会降低光合作用,减少干物质生产,但能提高养分运转率;开花前后光照不足,会影响小穗的不育性。但郑志广认为,光照不足不影响单株平均重、结实率和充实度,仅降低节间淀粉水平。水稻抽穗结实期开花、乳熟和蜡熟三阶段内各阶段的光照强度下降到自然光强的70%时,不会显著影响单穗籽粒产量;但光强下降至50%时,则会使空、秕粒增加,充实度下降,弱光照对于粒重的影响不显著。任万军等研究了灌浆期弱光对3个杂交稻组合的籽粒生长及籽粒品质的影响。结果表明,49%遮荫及69%遮荫下,籽粒空粒率升高,籽粒最终生长量、灌浆速率、灌浆相对起始势降低,以弱势粒及全穗籽粒受到的影响更大。

一般来说,灌浆结实期较高的温度条件有利于提高籽粒的灌浆速率,但温度过高,籽粒灌浆又会受到抑制,同时温度过高,水稻本身的呼吸作用旺盛,无端消耗的养分增多,会导致籽粒灌浆不充实。汤日圣等认为高温会加速灌浆期水稻叶片衰老和光合能力下降,导致灌浆速率和籽粒产量降低。郑志广认为水稻抽穗结实期开花、乳熟和蜡熟三阶段内各阶段在36℃以上高温时,单穗籽粒产量和结实率均显著下降,除开花阶段外,还有明显降低充实度从而降低干粒重的趋势。光照和温度互作对充实度也会产生影响。何洁等(1987)研究表明,低温与处理期间或处理之后较强的光照均会影响水稻剑叶光合器的功能。

3 水分、施肥

水是作物生长的基本条件,水分的多少和管理方式直接决定着作物产量的高低。对于需水量大的水稻来说,水分显得尤其重要,水分的亏缺和不足均会给作物带来或大或小的损失。赵步洪等研究结果表明,植株趋向成熟的过程中,剑叶叶绿素含量和光合速率的下降速度,适度水分胁迫和重度水分胁迫处理比充分灌溉处理更快,表明水分亏缺可加速植株衰老。实践表明,适度水分胁迫不仅能解决衰老延迟,而且能提高水分利用效率。王余龙则认为在灌浆结实期既要保证水分的供给,又不能长期淹水。长期淹水,势必导致土壤还原性继续增强,根系活力削弱,继而叶片早衰,灌浆物质减少,空秕粒增多。在灌浆结实期过早断水,土壤供水不足,诱使光合器官早衰,光合时间缩短,影响矿质营养的吸收、运转,不利籽粒灌浆充实。

水稻灌浆过程是子实吸收养分和水分的过程。在水稻开花、灌浆期根据水稻的生理需求,合理地进行水稻各种施肥方式,可以促进水稻子实对干物质的积果,提高子实灌浆强度,增加千粒重,降低空秕粒,提高充实度。水稻抽穗后生长中心转移至穗部,但植株仍维持一定氮素代谢,因此,此时氮素缺乏,容易导致叶片和根系早衰,从而影响后期光合作用;反之,氮素过多,又易造成贪青晚熟。李志刚等研究了在施肥总量相同的条件下,不同时期施肥对水稻籽粒的灌浆速率的影响。结果表明施保花肥与粒肥对灌浆初期影响不明显,但使水稻在灌浆后期能维持较高的灌浆速率,延长灌浆时间,提高千粒重和结实率。

水稻籽粒 篇2

选用IR72(籼稻)和日本晴(粳稻),在开花后遮光处理,对弱光条件下籽粒蔗糖含量的动态变化和降解酶的活性进行了研究.结果表明:两品种籽粒的蔗糖含量减少,蔗糖分解加快,蔗糖合成酶(SS)活性下降,液泡型转化酶(VCI)和细胞壁结合型转化酶(WCI)活性提高.即在弱光条件下,转化酶活性的提高加快了蔗糖的.分解.相关分析表明,蔗糖合成酶活性、细胞壁结合型转化酶活性与淀粉积累速率显著正相关.说明这两种酶在蔗糖的分解和淀粉的合成过程中起着十分重要的作用.

作 者：李天 大杉 立 山岸 佐佐木治人 LI Tian OHSUGI Ryu YAMAGISHI Tohru SASAKI Haruto 作者单位：李天,LI Tian(四川农业大学农学院,四川,雅安,625014)

大杉 立,山岸 ,佐佐木治人,OHSUGI Ryu,YAMAGISHI Tohru,SASAKI Haruto(东京大学大学院农学生命科学研究科,东京,文京区,113-8567)

水稻籽粒 篇3

关键词：富硒剂；水稻；硒含量；氮磷钾含量；茎秆；籽粒

中图分类号： S511.06 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0074-03

硒是一种人体所必需的微量元素，具有抗氧化清除体内自由基、增强机体免疫能力、调节基础代谢、排除毒素等功能[1]。人类的心血管疾病、艾滋病、生育系统疾病以及衰老等都与硒的缺乏有一定的关系[2]。我国65%以上面积的地区都不同程度缺硒，超过7%的人硒元素摄入不足，经济发达的苏南地区居民日均硒摄入量仅为34.7 μg，远远低于中国膳食推荐最低标准50 μg，是我国的主要缺硒区域之一[3]。人体摄入硒营养的主要来源之一为植物性农产品，合理提高此类农产品中硒的含量，可在一定程度上缓解人体硒元素缺乏问题。已有研究结果表明，硒在水稻中能进行富集，大米作为我国大部分地区主食，其含硒量与人体硒营养状况有着非常密切的联系[4]。通过叶面喷施硒肥，利用水稻的生物富集和转化作用，把高毒、无生物活性的无机硒转化为安全、低毒、生物活性高的有机硒，是改善人们硒摄入不足比较合理、有效的方法[5]。

氮、磷、钾和有机肥的合理施用对水稻产量及其构成有非常显著的影响[6]。有研究发现，硒处理可显著提高水稻幼苗叶片氮、磷含量，低浓度硒使水稻幼苗叶片钾含量降低[7]。但硒处理对灌浆期水稻茎及籽粒中氮磷钾含量的影响还少见研究报道。试验对水稻进行叶面喷施富硒剂，研究外源硒在水稻茎、籽粒中的含量变化及其对茎和籽粒中氮磷钾含量的影响，为外源硒在水稻籽粒中的富集、富硒水稻种植中肥料的施用等研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试验地点 水稻品种为南粳46，产量 630 kg/hm2 以上。田间试验在江苏省苏州市吴中区陆舍稻油轮作示范区进行，采样点土壤pH值为6.35，测得土壤总硒为0.25 mg/kg，总氮为1.4 g/kg、总磷为0.1 g/kg、总钾为 12.2 g/kg。

1.1.2 富硒试剂 水稻专用叶面富硒剂由项目组联合江苏省食品安全快速检测工程技术研究开发中心共同研制，富硒剂中含有高浓度硒元素（亚硒酸钠、氨基酸螯合硒等含硒化合物，硒含量≥5 g/L）、氨基酸营养素（谷氨酸等，≥50 g/L），此外还有一些促吸收剂和辅助营养物质。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 水稻用富硒剂1 500 mL/hm2兑水 300 kg，选择晴好天气，在水稻齐穗期叶面喷施富硒试剂1次，设置对照组（不喷施富硒剂），喷施叶面富硒剂处理重复3次，每个试验小区面积为60 m2。分别于抽穗后5、15、25、35、45 d（成熟期）取样检测1次茎及籽粒中的硒和氮、磷、钾的含量。试验常规管理，成熟后收获籽粒，得到精米后检测硒、氮、磷、钾含量。

1.2.2 硒、氮、磷、钾含量的测定 样品的测定由苏州泰事达检测技术有限公司进行，土壤中全硒的测定方法采用农业标准NY/T 1104—2006《土壤中全硒的测定》；茎及籽粒中硒的测定采用食品安全国家标准GB 5009.93—2010《食品中硒的测定》；茎及籽粒中氮、磷、钾的测定采用湿法消解-等离子体发射光谱法检测。

2 结果与分析

2.1 施用叶面富硒剂后水稻茎、籽粒硒富集的变化

植物叶片能利用气孔、角质层亲水基和叶片细胞的质外连丝等与外界进行物质交换[8]。在水稻籽粒充实期，剑叶是水稻同化作用最活跃的器官，决定了籽粒的充实程度。本研究在水稻籽粒灌浆期喷施叶面富硒剂，无机硒被剑叶吸收后，由叶片转运至籽粒中合成有机硒。

从图1可以看出，喷施叶面富硒剂后，水稻茎、籽粒中的硒含量在抽穗后5 d分别由0.08、0.12 mg/kg上升至0.42、035 mg/kg，表明喷施叶面富硒剂后，硒能在较短的时间内被叶片吸收、转运。对照组水稻茎中的含硒量随抽穗天数的增加，前期有较低的增加趋势，后期基本趋于平稳，略有增加；施用叶面富硒剂后的水稻茎中含硒量随抽穗天数的增加，前期显著增加，在抽穗后25 d达到最大值，为0.66 mg/kg，随后快速下降至成熟期的0.23 mg/kg。对照组水稻籽粒中的含硒量随抽穗天数的增加，前期略有降低，在抽穗后15 d达到最低值，为0.07 mg/kg，后期略有上升；施用叶面富硒剂后的水稻籽粒中含硒量随抽穗天数的增加，前期也有显著增加，抽穗后25 d达到最大值，为0.50 mg/kg，而后下降，至抽穗后35 d为0.37 mg/kg，此后含量一直稳定在0.37 mg/kg左右。對照精米中硒含量为0.028 mg/kg，施用叶面富硒剂后精米中的硒含量为0.29 mg/kg，是对照的10倍以上，富硒效果良好。

2.2 施用叶面富硒剂后水稻茎及籽粒中氮磷钾含量的变化

2.2.1 氮素含量变化 从图2可以看出，对照茎中氮素含量在灌浆中前期急剧下降，抽穗后15 d缓慢下降，35 d达到最小值，为16.8 mg/g，而后呈增加趋势；施用叶面富硒剂后茎中氮素含量先增加，在抽穗后15 d达到最大值，为35 mg/g，随后急剧下降至成熟期的11.2 mg/g。对照籽粒中氮素含量在灌浆前期有明显的增加趋势，在抽穗后15 d出现1个峰值，为13.9 mg/g，随后急剧下降至抽穗后25 d，灌浆后期氮素含量趋于平稳；施用叶面富硒剂后籽粒中氮素含量在灌浆前期有较低增加趋势，从抽穗后15 d开始逐步下降，一直下降至成熟期的12.4 mg/g。氮是水稻的主要营养元素之一，水稻在各个生育期对氮素吸收和积累的程度不同，营养器官的养分在抽穗后大量向穗部转移[9]。本研究中对照水稻茎秆中的氮素在灌浆初期迅速向穗部转移，使灌浆初期茎中氮含量迅速降低，而穗部氮含量迅速富集，由于后期可供继续转移的氮素减少，抽穗25 d后穗部氮素含量趋于平稳；施用叶面富硒剂后，茎中氮含量在抽穗5～15 d期间有明显的增加，叶面喷硒促进了茎对氮素的吸收，而后期茎中氮含量与对照基本一致，穗部氮含量在抽穗后5～25 d与对照基本一致，但后期仍然处于明显下降中，叶面喷硒影响了穗部对氮素的吸收与积累。

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2.2.2 磷含量变化 从图3可以看出，对照茎中磷含量随灌浆进程逐渐减少，至成熟期减少到最低值，为1.09 mg/g；施用叶面富硒剂后茎中磷含量前期逐渐减少至抽穗后35 d，随后含量稳定在1.63 mg/g左右。对照籽粒中磷含量在抽穗后5～15 d 急剧增加，随后缓慢增加直至成熟期；施用叶面富硒剂后籽粒中磷含量前期有增加趋势，到抽穗后15 d含量开始下降，至35 d达最低值，为1.04 mg/g，随后又急剧增加至成熟期的2.15 mg/g。施用叶面富硒剂后茎中磷含量与对照基本一致，呈逐步下降趋势，但下降幅度明显变小；与对照的一直增加趋势不同，籽粒中磷含量在抽穗后15～35 d呈明显下降趋势，表明在此期间硒元素影响了磷在穗部的吸收，随着籽粒硒含量在抽穗后35 d趋于稳定，磷含量开始增加。

2.2.2 钾含量变化 从图4可以看出，对照茎中钾含量在灌浆前期急剧增加，在抽穗后25 d达到最大值，为28.56 mg/g，而后逐渐下降至成熟期；施用叶面富硒剂后茎中钾含量在灌浆前期先下降，从抽穗后15 d开始逐步增加到抽穗后35 d的 29.35 mg/g，随后急剧下降至成熟期的21.56 mg/g。对照籽粒中钾含量在灌浆前期急剧下降至抽穗后25 d，随后缓慢下降至成熟期；施用叶面富硒剂后，籽粒中钾含量在灌浆前期同样急剧下降，直至抽穗后25 d缓慢增加至抽穗后35 d，随后下降至成熟期。施用叶面富硒剂在灌浆前期影响了钾元素在茎中的吸收，使其含量有明显下降，后期趋势与对照一致。而籽粒中钾含量的变化，处理与对照基本一致。

3 结论与讨论

叶面喷硒能够显著提高水稻对硒的吸收能力，水稻各部位的硒浓度与喷施浓度呈明显的正相关[10]。国家规定富硒大米的硒含量为0.1～0.3 mg/kg。根据已有研究，本试验施用自主研发的叶面富硒剂1 500 mL/hm2，最终精米含硒量达0.26 mg/kg，达到了经济、高效、良好的富硒效果。

水稻茎及籽粒中的含硒量随着时间的变化而变化。对照随着抽穗天数的增加，茎的含硒量前期有较少的增加，后期基本趋于平稳，略有增加；籽粒的含硒量前期略有降低，后期略有上升。施用叶面富硒剂后的水稻茎中含硒量前期显著增加，随后快速下降；籽粒含硒量变化与茎相比，抽穗后5～35 d变化基本一致，先增加后下降，但抽穗后35 d至成熟期，含硒量基本保持不变。说明施用叶面富硒剂后，硒元素通过叶面吸收后依次转移到茎和穗部，抽穗后25 d硒的吸收量达到最大值，后期茎中的硒元素仍在向穗部转移，由于茎无法再从叶片吸收到硒元素，导致茎中硒元素急剧下降，而穗部硒元素保持平稳。

水稻产量与其体内氮、磷、钾等养分状态关系密切[11]。施用叶面富硒剂后，在灌浆前期（抽穗5～10 d），茎中氮的含量与对照相比不降反升，说明硒施用在前期促进了茎中氮的吸收；而茎中钾的含量对照高于处理，施硒处理后下降，表明硒的施用在前期阻碍了茎中钾的吸收；施用叶面富硒剂后，在灌浆中期（抽穗15～35 d），籽粒磷元素含量降低对照则增加，表明这个时期施硒阻碍了籽粒磷元素的吸收。对水稻施用叶面富硒剂后氮磷钾变化的机理还需进一步研究，为种植富硒水稻时肥料的使用提供科学依据，为更加经济、高效地生产富硒水稻提供技术支持。

参考文献：

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[2]王秋梅，陈立华. 硒的生物学功能及其在鸡生产中的应用研究进展[J]. 湖北畜牧兽医，2014（6）：77-78.

[3]周鑫斌，施卫明，王校常，等. 江苏省苏南村镇居民硒营养水平评价[J]. 土壤，2007，39（4）：541-544.

[4]方 勇，陈 曦，陈 悦，等. 外源硒对水稻籽粒营养品质和重金属含量的影响[J]. 江苏农业学报，2013，29（4）：760-765.

[5]周鑫斌，施卫明，杨林章，等. 叶面喷硒对水稻籽粒硒富集及分布的影响[J]. 土壤学报，2007，44（1）：73-78.

[6]尹春芹，王宏燕，王旭梅，等. 氮、磷、鉀、有机肥配施对水稻产量及其构成因子关系的研究[J]. 东北农业大学学报，2005，36（3）：263-267.

[7]杨 莉，郑家奎，蒋开锋，等. 微量元素硒对水稻影响的研究进展[J]. 现代农业科技，2010（8）：11-12.

[8]于广武，何长兴，陶国臣，等. 可溶性叶面肥及其发展趋势——黄萎叶喷剂的研究新进展[J]. 腐植酸，2006（3）：9-14.

[9]王 慧，李茂柏，李培德，等. 不同施氮量下水稻灌浆期氮磷钾的积累与氮素籽粒生产效率[J]. 上海农业学报，2009，25（2）：29-35.

[10]张 晶，李向民，孙 晶，等. 叶面喷硒对水稻含硒量的影响[J]. 安徽农业科学，2011，39（20）：12031-12033.

[11]李 华，杨肖娥，罗安程，等. 不同氮钾条件下水稻基因型氮、钾积累利用差异[J]. 中国水稻科学，2002，16（1）：87-89.马 鹏，陶诗顺，余康宁，等. 不同叶面肥对四川盆地主要推广杂交水稻品种经济性状及产量的影响[J]. 江苏农业科学，2015，43（10）：77-79.

如何减少机收水稻籽粒破碎 篇4

1 籽粒破碎的原因

(1) 水稻品种。我国的水稻种植面积广阔, 水稻的类型很多, 按稻种类型来说分籼稻和粳稻。籼稻谷粒狭长, 颖毛短稀;粳稻谷粒短圆, 颖毛长密。在同等状态下收割籼稻比粳稻更容易出现断粒和剥壳现象。另外, 随着品种的变异破碎情况也会随之改变。

(2) 禾谷比的影响。禾谷比越小产生的破碎越高。矮秆优质的水稻品种禾谷比相当低, 而有些老旧的中小型背负式收割机的脱粒滚筒转速及其凹板间隙都无法调整, 机手只能通过控制行走速度和割幅来减少破碎, 其效果也不是很明显。

(3) 收割的时间。根据谷粒的成熟度, 水稻分为乳熟、蜡熟、完熟和枯熟4个时期, 完熟期的谷壳和米粒都呈现出品种固有的色泽, 为收割的最佳时期, 过早或过晚收割不但有增加碎粒或破壳的可能, 还会使总损失增多。

2 机械的影响

(1) 收割机的选择。目前, 我国生产收割机的厂家很多, 选用适合的机型尤为重要。在小地块进行收割可选择半喂入式联合收割机, 破碎少而且机动灵活;在比较大的地块进行收割可选择大中型联合收割机, 一般可根据作物的不同对滚筒转速、凹板间隙和清选风量等关键参数进行调整, 在保证破损率的情况下提高效率。

(2) 作业过程中的影响。籽粒在机器内部运动的过程中, 各运转部位间隙调整不当将导致籽粒容易产生破碎。首先, 收割部分搅龙与底板、过桥链耙与底板的摩擦都会造成一部分籽粒破碎。其次, 脱粒部分滚筒的脱粒形式 (揉搓、梳刷) 、凹板的间隙过小也会产生破碎。再次, 清选后的籽粒在输送到粮箱和从粮箱卸粮的过程中叶片与底壳都是造成破碎的原因。脱粒滚筒的转速也是破碎形成的重要因素, 转速过高容易产生破碎, 而转速过低就会有脱不下来的籽粒造成漏粒损失, 转速的高低应根据不同品种脱粒的难易程度进行适当调节。

(3) 其他因素的影响。 (1) 新收割机在刚开始作业时各部位都有毛刺和棱角很容易产生籽粒破碎, 在收割一段时间后破碎现象慢慢减少。 (2) 操作不熟练造成喂入不均既损伤脱粒部件又增加破碎率。 (3) 刚下过雨后谷粒含水量很高, 如马上收割, 籽粒破碎率往往会很高。

3 收割过程中的检查与调整

收割过程中, 如果破碎率大于规定标准时, 应在收割时及时停车并切断脱谷离合从前向后逐级排除故障。

(1) 割台底板处如有破碎说明搅龙叶片与底板间隙小, 应松开左右两侧搅龙调节螺栓向上调节搅龙增大间隙。

(2) 过桥后侧如有破碎说明过桥刮板与底板间隙过小, 应将过桥前辊向上调节增大间隙。

(3) 阶梯板上如有破碎, 说明滚筒转速过高或齿杆间隙过小, 适当降低转数增大凹板间隙, 观察是否有所改善。

(4) 粮箱里如果有碎米和颖壳说明中间输送部件产生破碎, 检查水平推运搅龙与底壳间隙是否过小、升运器链条是否过松。

水稻籽粒 篇5

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验1:试验于2007、2008年在江苏省农业科学院试验站进行,供试水稻品种为扬稻6号(常规籼稻,全生育期约138d)和南粳43(常规粳稻,全生育期约160d)。5月15日育秧,6月18日移栽,扬稻6号于8月18日开始抽穗,南粳43于9月1日开始抽穗。采用浙江余姚生产的远红外加热灯管(长1.5m,额定功率1000W)和自动控温系统,自行设计高1.7m,长、宽各1.5m的柱型钢管支架,安置在水稻试验田中,远红外加热管离地1.5m高。在温控和通风系统的调控下,使加热区(离地面0.8m-1.2m高的空间)的温度变幅控制在±0.2℃左右。在两个水稻品种处于孕穗期时,随机选取10箱水稻进行高温处理,另外10箱为常温对照(CK),加热设施提前30min通电预热,以确保09:00-14:00时段内穗层温度为35℃、38℃与41℃,处理时间为3d,每天高温处理5h后停止增温。在处理时段内,常温对照的气温为30℃-31℃,相对湿度为65%,高温处理的相对湿度为68%。

试验2:在以上两个水稻品种处于孕穗期时,随机选取5箱水稻移入RXZ型人工气候光照培养箱中,进行35℃、38℃与41℃3个温度梯度处理,处理时间为3d,每天处理5h(09:00-14:00),每天高温处理结束之后放置于网室内。以自然环境条件下温度为对照。试验资料用于检验预测模型。

1.2 试验测定

1.2.1 光谱测定

于水稻开花期、灌浆期及蜡熟期采用美国Analytical Spectral Device(ASD)公司生产的Field Spec Pro FR2500型背挂式野外高光谱辐射仪测定冠层光谱反射率,光谱仪的波段范围为350 nm-2 500 nm,其中,350 nm-1 000nm光谱采样间隔为1.4 nm,光谱分辨率为3nm;1 000 nm-2 500 nm光谱采样间隔为2 nm,光谱分辨率为10 nm。冠层光谱测定选择在天气晴朗、无风或风速很小时进行,时间范围为10:00-14:00,传感器探头垂直向下,距冠层顶垂直高度约1.0m,光谱仪视场角为25°,地面视场范围直径为0.44m。每个小区记录10个采样光谱,取平均值作为该处理的高光谱反射值。测量过程中及时进行标准白板校正。用ASD View Spec Programs软件读取反射光谱原始数据。

1.2.2 粗蛋白和直链淀粉测定

将光谱测量区域的水稻收获后碾磨去壳,得大米。大米直链淀粉的提取参照洪雁等[8]方法。用凯氏定氮法测全氮含量,根据一般大米蛋白质含约16.80%氮的原理,将所得的全氮含量乘以换算因子K=5.95,推算为粗蛋白含量。

1.3 数据分析

参照已有的植物光谱参数计算方法[9,10,11,12],基于所有波段的反射率、一阶导数构建两波段组合的比值、差值和归一化植被指数以及红边幅值等特征光谱参数,以试验1为基础,对水稻冠层各项光谱参数与成熟籽粒粗蛋白质和直链淀粉含量进行相关分析,选择与籽粒粗蛋白质和直链淀粉含量显著相关的波段及植被指数进行回归拟合,并通过回归分析确定监测水稻籽粒蛋白质和直链淀粉含量的最佳光谱参数,建立预测模型。利用试验2的观测数据对以上模型进行测试和检验。采用国际上常用的根均方差法(RMSE,root mean square error)对模型进行检验。RMSE以模拟值与观测值的一致性来反映模型的预测能力,RMSE值小于10%,表明预测性强;RMSE值大于30%,则表明预测性差。并引用Massart等[13]提出的精确度(Precision)和准确度(Accuracy)概念对模型的预测精度进行评价,精确度即实测值与预测值之间的决定系数,准确度即实测值与预测值拟合方程的斜率。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫下籽粒粗蛋白和直链淀粉含量的变化

图1展示出不同温度胁迫条件下扬稻6号和南粳43的粗蛋白和直链淀粉含量的变化特点。可以看出,与对照相比,两个水稻品种的籽粒粗蛋白和直链淀粉含量均达到显著或极显著水平(p<0.05或P<0.01),并且随胁迫温度的增加,两个品种的籽粒粗蛋白含量呈下降趋势,而直链淀粉含量呈上升趋势。

2.2 冠层反射光谱与水稻籽粒粗蛋白和直链淀粉含量的关系

2.2.1 冠层单波段反射率与籽粒粗蛋白和直链淀粉含量的相关性

从图2可以看出,水稻籽粒的粗蛋白和直链淀粉含量与3个生育期冠层光谱反射率的相关性具有相反的趋势,其中粗蛋白与开花期和灌浆期冠层光谱反射率在整个光谱区域都达到正相关,直链淀粉含量与开花期冠层光谱反射率仅在红光(642 nm-691nm)范围内呈正相关,在其他光谱范围内均呈负相关,而与灌浆期冠层光谱反射率在整个光谱区域都达到正相关。对于蜡熟期,粗蛋白在350 nm-532 nm、575nm-695 nm以及1 760 nm以上光谱区域呈负相关,在其他光谱范围内均呈正相关。直链淀粉含量在350 nm-706 nm光谱区域呈正相关,而706 nm以上可见光和红外区域光谱为负相关。另外,水稻籽粒的粗蛋白和直链淀粉含量与不同生育期叶片冠层光谱一阶导数在某些波段(如376 nm、416 nm、628 nm和715 nm等)也达到了显著或极显著相关水平(p<0.05或p<0.01)。这表明,可以通过冠层原始高光谱反射率和一阶导数来估测籽粒的粗蛋白和直链淀粉的相对含量。本试验还显示,籽粒的粗蛋白与直链淀粉含量之间呈显著负相关,相关系数达-0.356,表明水稻籽粒粗蛋白含量越高,其直链淀粉含量相对就越低。

2.2.2 各类光谱变量与籽粒粗蛋白和直链淀粉含量的相关性

将水稻冠层原始光谱反射率、一阶导数以及组合成的光谱变量与粗蛋白和直链淀粉含量进行相关性分析,并将相关系数较大的光谱变量列于表1,部分估算方程列于表2。结果显示:3个生育期冠层光谱变量对粗蛋白和直链淀粉含量预测性都较好,均达到显著或极显著水平(p<0.05或p<0.01),但开花期的冠层光谱变量对粗蛋白和直链淀粉含量的预测性优于灌浆期,而灌浆期的预测性又优于蜡熟期,光谱变量中的差值植被指数DVI(810,450)、DVI(810,680)和670 nm-755nm面积可以同时预测籽粒的粗蛋白和直链淀粉含量。

注:*和**分别表示0.05和0.01显著水平。

2.3 籽粒粗蛋白与直链淀粉含量的监测模型及检验

基于单波段反射率、一阶导数以及表1所列的光谱参数,对籽粒粗蛋白和直链淀粉含量进行回归分析,筛选DVI(810,450)作为最佳光谱参数,并且开花期的DVI(810,450)对籽粒粗蛋白和直链淀粉含量的预测优于灌浆期和蜡熟期。图3展示了开花期DVI(810,450)与成熟籽粒粗蛋白和直链淀粉含量的关系,并得出基于开花期冠层反射光谱的籽粒粗蛋白含量(GCPC)和直链淀粉含量(GAC)的预测方程:

利用试验2开花到蜡熟期的数据对水稻成熟籽粒粗蛋白和直链淀粉含量预测方程进行测试和检验(见表3),结果显示,预测值与实际值的精确度为0.393-0.683,均达到极显著水平;准确度为0.708-0.923,RMSE值为8.706%-11.296%。说明粗蛋白和直链淀粉含量预测模型对不同时期水稻的估测效果具有一定的可靠性。

3 结论与讨论

3.1 结论

与常温对照相比,两个水稻品种的籽粒粗蛋白和直链淀粉含量均达到显著或极显著水平,并且随胁迫温度的增加,两个水稻品种的籽粒粗蛋白含量呈上升趋势,而直链淀粉含量呈下降趋势。将水稻冠层原始光谱反射率、一阶导数以及组合成的光谱变量与粗蛋白与直链淀粉含量进行相关性分析,结果表明:三个生育期冠层光谱变量对粗蛋白与直链淀粉含量预测性都较好,但开花期的预测性优于灌浆期与蜡熟期,其中光谱变量中的DVI(810,450)、DVI(810,680)和670nm-755nm面积三个参数可以同时预测籽粒的粗蛋白与直链淀粉含量。

3.2 讨论