稻田中浮萍（Lemna minor L.）生长对水稻产量及其潜在原因的影响

菱透浮萍绿锦池，夏莺千啭弄蔷薇

透过浮萍，诗人的眼里看到的是其和水中菱叶相映成趣的景象，是夏日池塘的勃勃生机。而在科研学者的眼中，看到的是天南星目浮萍科的水生植物，是潜藏在水稻种植中的双刃剑。

营养物质的争夺?自然光照的遮挡?生存空间的占据?在一片生机之下，浮萍和水稻之间塑造着另一番景象..

由于气候变暖/或灌溉水富营养化的影响，稻田中的浮萍（DGP）大幅增加。本研究考虑到生态因素、光合能力、光谱变化和植物生长等因素，对三个代表性水稻品种进行了田间试验，以确定DGP对水稻产量的影响。结果表明，DGP显著降低pH值0.6，日水温降低0.6℃，水稻抽穗期提前1.6天，并平均增加了叶片的SPAD和光合速率分别为10.8%和14.4%。DGP还显着提高了RARSc、MTCI、GCI、NDVI705、CI、CIrededge、mND705、SR705、GM等多种植被指数的数值，并且水稻冠层反射光谱的一阶导数曲线在DGP处理后呈现出“红移”现象。上述因素的改变可导致株高平均增加4.7%，干物质重量平均增加15.0%，每平方米穗数平均增加10.6%，千粒重平均增加2.3%，最终籽粒产量增加10.2%。 DGP诱导的籽粒增产可以通过降低稻田水的pH值和温度来实现，从而提高SPAD值和叶片的光合作用，刺激水稻植株生长。这些成果可以通过水稻和浮萍之间的生物协同作用，为未来农业和环境的可持续发展提供有价值的理论支持。

图形概要

图1. 实验地点（(a)，用红点标记）和浙江省（b）和江苏省（c）的样地。 (d,e)分别显示了浙江省和江苏省的样地水稻生育期的温度变化。浙江地块整个生育期水稻抽穗前和抽穗后的平均气温分别为29.3℃和24.1℃（蓝色），而江苏地块的平均气温为27.8℃和22.3℃（蓝色）。

水稻冠层的光谱数据是在预灌浆、灌浆中期和成熟期的 10:00 至 14:00 晴朗无风的天气条件下使用ASD FieldSpec 4 便携式地物光谱仪收集。波段范围为350~2500 nm，其中350~1350 nm光谱分辨率为3 nm，1001~2500 nm范围为8 nm，光谱数据采集间隔为1 nm。测量每个地块中的五个代表性区域，每次进行六次测量。然后将平均值用作绘图的光谱反射率曲线，并在每次测量之前进行白板校准。为避免光强干扰，尽可能在短时间内采集同批次样品。

图 2. 稻田浮萍 (DGP) 对水稻冠层光谱特征的影响。 Control-R，控制中的反射光谱数据； DGP-R，稻田浮萍的反射光谱数据； Control-D，对照中的导数光谱数据； DGP-D，稻田中浮萍的导数光谱数据。 NJ5055和YY1540在预填充阶段的光谱特性分别由(a)和(b)表示； NJ5055、YY1540、JFY2在充填中期的光谱特性分别用(c)、(d)、(g)表示。 NJ5055和YY1540成熟期的光谱特征分别用(e)和(f)表示。

DGP显著增加了干物质重量、植株高度（见图3）和谷物产量（见表5），分别增加了15.0%、4.7%和10.2%。对粳稻NJ5055的产量影响较大（增加了12.3%），而对其他两个杂交水稻品种的影响较小（平均增加了9.1%）。无论是粳稻还是杂交品种，均未检测到对收获指数的显著影响。在DGP处理下，三个品种的抽穗期平均提前1.6天，其中粳稻的影响更大（提前了2.4天），而杂交品种的影响较小（平均提前了1.2天）。籽粒产量的增加主要是由每平方米穗数的增加（增加了10.6%）引起的，其次是千粒重的增加（2.3%）。 然而，DGP对每穗的小穗数或结实率影响不大。除结实率外，这些指数均未检测到显著的交互作用效应。

表 1 稻田种植浮萍（DGP）对水稻产量及其构成的影响

图3. 稻田中生长的浮萍（DGP）对水稻植株生长的影响。（a）每株的干物质重量（克）；（b）收获指数；（c）植株高度（厘米）；（d）抽穗天数（天）；浙江，浙江省；江苏，江苏省；** p ≤ 0.01，* p ≤ 0.05，+ p ≤ 0.1，ns，不具有统计学意义，p > 0.1，由 t 检验确定。

本研究对三个代表性水稻品种进行的稻田浮萍（DGP）种植试验表明，DGP 显着提高了籽粒产量，这解释了 DGP 导致水稻植株生长的增加，特别是在植株高度、每平方米穗数和干物质重量方面。DGP 导致稻田水的 pH 值和温度降低，同时提高了叶片的 SPAD 值和光合速率。 此外，它还优化了冠层结构，提前了水稻抽穗期，最终促进了水稻的生长。这些发现为实施可持续的水稻生产提供了实用的基础。然而，在广泛的时空背景下全面理解DGP对水稻生长和谷物品质的影响模式尚不清楚。因此，未来应进行跨数年的研究，以探讨DGP影响水稻的机制。