稻田中浮萍（Lemna minor L.）生長對水稻產(chǎn)量及其潛在原因的影響

菱透浮萍綠錦池，夏鶯千囀弄薔薇

透過浮萍，詩人的眼里看到的是其和水中菱葉相映成趣的景象，是夏日池塘的勃勃生機(jī)。而在科研學(xué)者的眼中，看到的是天南星目浮萍科的水生植物，是潛藏在水稻種植中的雙刃劍。

營養(yǎng)物質(zhì)的爭奪?自然光照的遮擋?生存空間的占據(jù)?在一片生機(jī)之下，浮萍和水稻之間塑造著另一番景象..
 

由于氣候變暖/或灌溉水富營養(yǎng)化的影響，稻田中的浮萍（DGP）大幅增加。本研究考慮到生態(tài)因素、光合能力、光譜變化和植物生長等因素，對三個代表性水稻品種進(jìn)行了田間試驗，以確定DGP對水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，DGP顯著降低pH值0.6，日水溫降低0.6℃，水稻抽穗期提前1.6天，并平均增加了葉片的SPAD和光合速率分別為10.8%和14.4%。DGP還顯著提高了RARSc、MTCI、GCI、NDVI705、CI、CIrededge、mND705、SR705、GM等多種植被指數(shù)的數(shù)值，并且水稻冠層反射光譜的一階導(dǎo)數(shù)曲線在DGP處理后呈現(xiàn)出“紅移”現(xiàn)象。上述因素的改變可導(dǎo)致株高平均增加4.7%，干物質(zhì)重量平均增加15.0%，每平方米穗數(shù)平均增加10.6%，千粒重平均增加2.3%，最終籽粒產(chǎn)量增加10.2%。 DGP誘導(dǎo)的籽粒增產(chǎn)可以通過降低稻田水的pH值和溫度來實現(xiàn)，從而提高SPAD值和葉片的光合作用，刺激水稻植株生長。這些成果可以通過水稻和浮萍之間的生物協(xié)同作用，為未來農(nóng)業(yè)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供有價值的理論支持。
 

圖形概要
 

圖1. 實驗地點（(a)，用紅點標(biāo)記）和浙江省（b）和江蘇�。╟）的樣地。 (d,e)分別顯示了浙江省和江蘇省的樣地水稻生育期的溫度變化。浙江地塊整個生育期水稻抽穗前和抽穗后的平均氣溫分別為29.3℃和24.1℃（藍(lán)色），而江蘇地塊的平均氣溫為27.8℃和22.3℃（藍(lán)色）。
 

水稻冠層的光譜數(shù)據(jù)是在預(yù)灌漿、灌漿中期和成熟期的 10:00 至 14:00 晴朗無風(fēng)的天氣條件下使用ASD FieldSpec 4 便攜式地物光譜儀收集。波段范圍為350~2500 nm，其中350~1350 nm光譜分辨率為3 nm，1001~2500 nm范圍為8 nm，光譜數(shù)據(jù)采集間隔為1 nm。測量每個地塊中的五個代表性區(qū)域，每次進(jìn)行六次測量。然后將平均值用作繪圖的光譜反射率曲線，并在每次測量之前進(jìn)行白板校準(zhǔn)。為避免光強干擾，盡可能在短時間內(nèi)采集同批次樣品。
 

圖 2. 稻田浮萍 (DGP) 對水稻冠層光譜特征的影響。 Control-R，控制中的反射光譜數(shù)據(jù)； DGP-R，稻田浮萍的反射光譜數(shù)據(jù)； Control-D，對照中的導(dǎo)數(shù)光譜數(shù)據(jù)； DGP-D，稻田中浮萍的導(dǎo)數(shù)光譜數(shù)據(jù)。 NJ5055和YY1540在預(yù)填充階段的光譜特性分別由(a)和(b)表示； NJ5055、YY1540、JFY2在充填中期的光譜特性分別用(c)、(d)、(g)表示。 NJ5055和YY1540成熟期的光譜特征分別用(e)和(f)表示。

DGP顯著增加了干物質(zhì)重量、植株高度（見圖3）和谷物產(chǎn)量（見表5），分別增加了15.0%、4.7%和10.2%。對粳稻NJ5055的產(chǎn)量影響較大（增加了12.3%），而對其他兩個雜交水稻品種的影響較�。ㄆ骄�增加了9.1%）。無論是粳稻還是雜交品種，均未檢測到對收獲指數(shù)的顯著影響。在DGP處理下，三個品種的抽穗期平均提前1.6天，其中粳稻的影響更大（提前了2.4天），而雜交品種的影響較�。ㄆ骄�提前了1.2天）。籽粒產(chǎn)量的增加主要是由每平方米穗數(shù)的增加（增加了10.6%）引起的，其次是千粒重的增加（2.3%）。 然而，DGP對每穗的小穗數(shù)或結(jié)實率影響不大。除結(jié)實率外，這些指數(shù)均未檢測到顯著的交互作用效應(yīng)。
 

表 1 稻田種植浮萍（DGP）對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響
 

圖3. 稻田中生長的浮萍（DGP）對水稻植株生長的影響。（a）每株的干物質(zhì)重量（克）；（b）收獲指數(shù)；（c）植株高度（厘米）；（d）抽穗天數(shù)（天）；浙江，浙江省；江蘇，江蘇��；** p ≤ 0.01，* p ≤ 0.05，+ p ≤ 0.1，ns，不具有統(tǒng)計學(xué)意義，p > 0.1，由 t 檢驗確定。

本研究對三個代表性水稻品種進(jìn)行的稻田浮萍（DGP）種植試驗表明，DGP 顯著提高了籽粒產(chǎn)量，這解釋了 DGP 導(dǎo)致水稻植株生長的增加，特別是在植株高度、每平方米穗數(shù)和干物質(zhì)重量方面。DGP 導(dǎo)致稻田水的 pH 值和溫度降低，同時提高了葉片的 SPAD 值和光合速率。 此外，它還優(yōu)化了冠層結(jié)構(gòu)，提前了水稻抽穗期，最終促進(jìn)了水稻的生長。這些發(fā)現(xiàn)為實施可持續(xù)的水稻生產(chǎn)提供了實用的基礎(chǔ)。然而，在廣泛的時空背景下全面理解DGP對水稻生長和谷物品質(zhì)的影響模式尚不清楚。因此，未來應(yīng)進(jìn)行跨數(shù)年的研究，以探討DGP影響水稻的機(jī)制。