緩/控釋肥對雜交水稻根系形態(tài)、生理特性和產(chǎn)量的影響

彭玉，馬均，蔣明金，嚴奉君，孫永健，楊志遠

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所，農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，四川溫江611130)

水稻根系是水稻水分、養(yǎng)分吸收、運輸?shù)闹袠?，其形態(tài)生理特性與地上部分的生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)形成有著密切聯(lián)系。在生產(chǎn)上，水稻形態(tài)生理特性是水稻根系生長狀況的直接體現(xiàn)，同時受到肥料［1－3］、耕作方式［4－5］等栽培措施的影響。由于前茬作物的收獲時間存在差異、地區(qū)的播種習(xí)慣的差異和多發(fā)性惡劣氣候(低溫、干旱)的影響，導(dǎo)致適齡秧苗不能及時栽插，造成水稻的移栽秧齡不同。前人研究表明2～5葉秧齡對水稻產(chǎn)量影響較小，超齡秧地下部生長停滯，根長、根數(shù)停止增加，根系活力迅速下降，根冠比明顯降低［6］。但不同移栽秧齡對大田根系形態(tài)生理特性的影響鮮見報道。緩釋肥(slow release fertilizer)、控釋肥(controlled release fertilizer)作為新型長效肥料，養(yǎng)分釋放速率與作物的需肥規(guī)律基本一致，在一些作物上能實現(xiàn)一次性基施，徹底簡化施肥技術(shù)［7］。已有研究表明，施控釋氮肥可以增加雜交水稻生育后期根長和根長密度、根系總吸收面積、活躍吸收面積和比表面積，能明顯促進水稻根系生長發(fā)育，增加深層根數(shù)量［8］。但就緩/控釋肥對不同移栽秧齡雜交水稻根系形態(tài)生理特性的影響的研究鮮有報道。因此本試驗對全層施用緩/控釋肥的不同移栽秧齡水稻根冠比、總根長、根層分布、傷流強度等根形態(tài)和生理特性進行研究，以明確緩/控釋肥對不同移栽秧齡水稻根系形態(tài)生理特性的影響，從而為緩/控釋氮肥在不同移栽秧齡條件下的施肥技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2012年4月～9月在成都市溫江區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗農(nóng)場進行，供試品種為雜交中稻F優(yōu)498。耕層土壤為沙質(zhì)壤土，0—30 cm土層含有機質(zhì)21.08 g/kg，全氮0.54 g/kg，堿解氮77.59 mg/kg，速效磷14.15 mg/kg，速效鉀58.93 mg/kg。

采用秧齡、氮肥施用方式兩因素裂區(qū)試驗設(shè)計，設(shè)3次重復(fù)，主區(qū)為秧齡，副區(qū)為不同氮肥種類。4月5日播種，旱育秧。移栽秧齡分別為3葉1心(4月26日移栽)，記為T1;5葉1心(5月5日移栽)，記為T2;7葉1心(5月13日移栽)，記為T3。行株距均為33.3 cm×16.7 cm，單株插秧。供試氮肥種類四種，分別為:尿素，全部作底肥，記為F1;尿素常規(guī)運籌(基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2，穗肥分別于倒4、2葉齡期施用)，記為F2;硫包膜緩釋氮肥(含氮量37%，由江蘇漢楓公司生產(chǎn))，于移栽前作底肥一次施用，記為F3;樹脂膜控釋氮肥(含氮量42%，由山東金正大公司生產(chǎn))，于移栽前作底肥一次施用，記為F4。所有處理施純N量180 kg/hm2，磷肥(P2O5)60 kg/hm2，鉀肥(K2O)120 kg/hm2，全部磷、鉀肥于移栽前一次性作底肥施用。小區(qū)面積21 m2，小區(qū)間筑埂(寬40 cm)，并用塑料薄膜包裹。大田中水分及其他管理方式均按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培進行。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 根系形態(tài)指標及分布 分別于齊穗期、齊穗后15 d、成熟期(不同移栽秧齡所對應(yīng)生育期見表1)，按各小區(qū)平均莖蘗數(shù)各取代表性稻株4穴(以稻株為中心按行株距33.3 cm×16.7 cm，深30 cm，取樣時土壤水分基本一致)，其中3穴置于40目尼龍網(wǎng)袋中用流水沖洗獲得完整根系，用EPSONEXPRESSION 10000XL掃描儀及WinRHIZO Pro v．2009 c根系掃描分析軟件，測定根系形態(tài)指標，包括總根長，根尖數(shù)，根直徑，根表面積，根體積。剩余1穴將取出的土柱從上至下分別按0—5 cm，5—10 cm，10—15 cm，＞15 cm切割，并將各層土柱分別置于40目尼龍網(wǎng)袋中用流水沖洗獲得各層根系。然后將鮮根及地上部分置恒溫箱內(nèi)，105℃殺青30 min，在80℃下烘干至恒重，稱量根系干重和地上部干重，計算根冠比和各層根系占根系總重量的百分比。

表1 三個移栽秧齡及其生育期對應(yīng)的日期Table 1 The three transplanting ages of seedlings and the date for the corresponding growth period

1.2.2 根系傷流強度 分別于齊穗、齊穗后15 d、成熟期按各小區(qū)平均莖蘗數(shù)選取代表性稻株3穴，于下午17:00在各莖離地面12 cm處(在測定前排干田間水)剪去地上部分植株，將預(yù)先稱重的脫脂棉小袋逐一放于莖的剪口處并用皮筋固定，套上塑料袋，于第2 d早上7:00取回脫脂棉小袋并稱重，計算傷流強度。

1.2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期各小區(qū)按每小區(qū)平均穗數(shù)選取代表性稻株3穴，考察穗粒結(jié)構(gòu)，并對成熟期各小區(qū)單收，按實際株數(shù)記產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05處理系統(tǒng)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根干重、根系形態(tài)特征指標的差異

2.1.1 根干重、根冠比 表2表明，移栽秧齡、氮肥種類對根系干重的影響達顯著或極顯著水平，且存在顯著或極顯著的互作效應(yīng)。水稻抽穗揚花后，隨生育時期的推移，根系干重、根冠比均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。齊穗至成熟期，3葉1心移栽(T1)與5葉1心移栽(T2)根系干重差異不顯著，但均顯著高于7葉1心移栽(T3)。就不同氮肥種類而言，齊穗期、齊穗后15 d和成熟期根系干重均是樹脂包膜控釋肥(F4)＞硫包膜緩釋肥(F3)＞尿素常規(guī)運籌(F2)＞尿素一道清(F1)。齊穗期、齊穗后15d和成熟期F4處理根系干重分別比F3、F2、F1處理高1.24%、5.01% 、9.75% ，3.98% 、8.79%、12.43% 和 8.01% 、16.80%、38.20%。在不同移栽秧齡之間，根冠比是T1高于T2且顯著高于T3處理;不同氮肥種類對根冠比影響則表現(xiàn)為齊穗期各處理間根冠比差異不顯著;齊穗后15 d各處理均顯著高于F2處理;成熟期F2＞F4＞F3＞F1，F(xiàn)2、F4顯著高于 F1、F3。表明根系干重、根冠比以3～5葉齡移栽時施用樹脂膜控釋氮肥處理表現(xiàn)最佳。

表2 不同秧齡移栽、不同氮肥種類對根系干重、根冠比的影響Table 2 Root dry weight and root-shoot ratio under different transplanting ages of seedlings and nitrogen fertilizers

2.1.2 根系形態(tài)特性 由表3可見，水稻抽穗揚花后，隨生育進程的推移，總根長、根直徑、根尖數(shù)、根系表面積、根系體積呈逐漸減小的趨勢。移栽秧齡和氮肥種類處理對根直徑、根尖數(shù)影響較小，對總根長、根系表面積、根系體積有顯著影響。齊穗期、齊穗后15 d和成熟期T1、T2各項指標均高于T3處理，齊穗期T1、T2處理的總根長、根系表面積和根系體積分別比T3增加10.00%、28.34%，16.09%、24.18%和23.54%、20.08%;齊穗后15 d T1、T2處理總根長、根系表面積和根系體積分別比T3處理增加 0.07%、5.96%、1.71%、24.49% 和 3.18%、46.15%;成熟期T1、T2處理總根長、根系表面積和根系體積分別比T3處理分別增加15.81%、23.62%、8.71%、17.71%和2.55%、11.87%。從不同氮肥種類來看，齊穗期、齊穗后15 d和成熟期F2、F3、F4處理的總根長、根系表面積及根系體積顯著大于F1處理，總體趨勢表現(xiàn)為F4＞F3＞F2＞F1。從兩因素互作來看，總根長、根系表面積、根系體積以T2F4最高，表明樹脂膜控釋氮肥更有利于保持總根長、根系表面積、根系體積，其次為硫包膜緩釋氮肥。

2.1.3 根系分布 從圖1可以看出，水稻根系主要分布在0—10 cm的土層范圍內(nèi)，約占總量的80%，10—15 cm土層占15～20%，15 cm以下土層占約5%。隨生育期的推移，10 cm以下根系分布比例逐漸減小。不同移栽秧齡和氮肥種類處理下10 cm以下的根系分布明顯不同。不同移栽秧齡下，T1、T2處理的10 cm以下根系分布比例明顯高于T3，說明小苗移栽有利于根系向土壤深層分布;不同氮肥種類處理，F(xiàn)3處理10 cm以下根系分布比例最高，齊穗期、齊穗后 15 d、成熟期分別占 29%、26%、20%，F(xiàn)4處理次之，各時期分別占26%、26%、20%，F(xiàn)2和F1處理較低。

2.2 傷流強度差異

灌漿結(jié)實后期，根系傷流強度大幅下降(圖2)。不同移栽秧齡之間，齊穗期傷流強度T1＞T2＞T3，齊穗后15 d至成熟期均表現(xiàn)為T2＞T1＞T3，從齊穗至成熟期，傷流強度下降幅度T3＞T1＞T2。各氮肥種類處理間，齊穗期和齊穗后15 d傷流強度以F1處理為最低;成熟期為F3、F4顯著高于F1、F2。不同移栽秧齡條件下均表現(xiàn)為F4處理傷流強度最大，表明，施用樹脂包膜控釋肥有助于保持灌漿結(jié)實后期的水稻根系活力。

2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表4可以看出，不同移栽秧齡下，T2產(chǎn)量高于T1和T3，但差異不顯著，其產(chǎn)量構(gòu)成因素T2和T1有效穗顯著高于T3，但穎花數(shù)、千粒重和結(jié)實率均無顯著差異。不同氮肥種類處理間，產(chǎn)量及穎花數(shù)均表現(xiàn)為F4＞F3＞F2＞F1，差異顯著，而有效穗數(shù)、千粒重、結(jié)實率各氮肥種類處理間無顯著差異，T1處理時 F4、F3和 F2比 F1增產(chǎn)幅度分別6.39%、4.60%和3.47%，T2時則分別為6.53%、4.17%和2.10%，T3時分別為7.26%、3.45%和0.74%。以上結(jié)果表明，T2F4處理組合在本試驗中可以獲得最佳產(chǎn)量。產(chǎn)量與有效穗數(shù)、穎花數(shù)、千粒重、結(jié)實率的相關(guān)系數(shù)分別為 0.49＊＊、0.73＊＊、0.15、0.16，相關(guān)分析表明，在本試驗條件下，有效穗數(shù)和穎花數(shù)是影響產(chǎn)量最為關(guān)鍵的因素。

2.4 相關(guān)分析

表5表明，齊穗期總根長與產(chǎn)量和有效穗呈極顯著正相關(guān)，齊穗15 d總根長與產(chǎn)量和穎花數(shù)顯著或極顯著正相關(guān);齊穗期根系表面積、根體積與有效穗極顯著正相關(guān)，齊穗15 d根系表面積、根體積與產(chǎn)量和穎花數(shù)顯著或極顯著正相關(guān);水稻產(chǎn)量、有效穗、穎花數(shù)與齊穗期和齊穗15 d的根干重呈顯著或極顯著正相關(guān);齊穗期和齊穗15 d根尖數(shù)與產(chǎn)量和穎花數(shù)極顯著正相關(guān);齊穗期、齊穗15 d根系傷流強度及根冠比與有效穗顯著或極顯著正相關(guān);齊穗期、齊穗15 d 10 cm以下根系分布比例與產(chǎn)量和穎花數(shù)顯著或極顯著正相關(guān)?？梢?，增加根尖數(shù)及促進根系深扎，在齊穗后保持較大的總根長、根表面積、根體積、根干重，維持較高的根系活力，延緩根系衰亡速度，對提高水稻產(chǎn)量具有重要的作用。

圖1 不同秧齡移栽、不同氮肥種類各土層根系干重占總根重的比例Fig．1 Percentages of root dry weight in different soil layers under different seedling transplanting ages and nitrogen fertilizers

圖2 不同移栽秧齡條件下不同施氮種類對根系傷流強度的影響Fig．2 Root bleeding intensity of rice under different transplanting seedling ages and different types of nitrogen fertilizer

表4 不同移栽秧齡下不同氮肥種類對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 4 Yield and yield component factors under different transplanting seedling ages and different types of nitrogen fertilizer

3 討論

3.1 不同秧齡和氮肥種類下水稻根系形態(tài)生理特性差異

前人研究認為，發(fā)根力、根系活力等均隨著秧齡的增大而降低，干重隨秧齡增大而增大，根冠比先增大后減?。?］。賀陽冬等［10］研究發(fā)現(xiàn)，大齡秧移栽不僅會抑制根系活力和養(yǎng)分吸收，而且可能會加速根系衰老。本研究表明:7葉1心移栽水稻在抽穗揚花后根系干重、總根長、根直徑、根系表面積、根系體積、傷流強度、根系深層分布均顯著低于3～5葉移栽秧齡。進一步證實和完善了前人研究結(jié)果。

于小鳳等［11］報道，根干重、根冠比、不定根長等是根系響應(yīng)氮素的主要因素。張小翠等［12］研究認為，抽穗后期較高的根系活力是保證水稻高產(chǎn)的基礎(chǔ)，施用硫包膜緩釋肥能提高抽穗后期根系活力，有效延緩根系衰老。鄭圣先等［13］研究表明，施用控釋肥處理的水稻根系發(fā)達、根細且長、根系密度大，根系分布范圍廣。本研究發(fā)現(xiàn)，樹脂包膜控釋肥和硫包膜緩釋肥處理，相比尿素處理，根系具有更大的干重、總根長、表面積及體積，傷流量更大、根系活力更強，10 cm以下分布比例更高，尤其是樹脂包膜控釋肥，但根冠比、根直徑無顯著差異。說明緩/控釋肥的施用，有利于促進水稻根系生長，保持水稻齊穗后的根系活力，促進根系在下層土壤中的分布、增大根系養(yǎng)分攝取范圍，從而促進水稻開花結(jié)實后的氮素吸收。在不同移栽秧齡條件下，均以樹脂包膜控釋肥效果最佳。

表5 根系性狀與產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients between root morphological and physiological characteristics and grain yield of rice

3.2 水稻根系形態(tài)生理特性與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的關(guān)系

長期以來水稻高產(chǎn)與水稻根系形態(tài)特性之間的關(guān)系，存在較大的爭議。有研究認為產(chǎn)量與根系各形態(tài)生理指標間存在顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系［14－16］;蔡昆爭等［17］研究也認為，根系活力和成熟期產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，而抽穗期和成熟期的根冠比均與產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān);還有研究表明高產(chǎn)水稻發(fā)根力強、根系分布廣、扎根深、根系活力強等［18－20］;鄭景生等［21］報道，稻谷產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量與0—20 cm土層根系干重顯著正相關(guān);也有研究報道，根量和根冠比過大，反而不利于產(chǎn)量的提高［22］。本研究與前人研究不盡一致，結(jié)果表明:水稻產(chǎn)量與齊穗期后總根長、根系表面積、根系體積、傷流強度顯著正相關(guān);產(chǎn)量與10 cm以下的土層根系分布顯著正相關(guān)，但與0—10 cm土層根系分布無顯著相關(guān)性。齊穗后根系與有效穗和穎花數(shù)密切聯(lián)系但影響不同，根系對有效穗的影響主要表現(xiàn)在根系表面積、根體積、傷流強度、根冠比，而對穎花數(shù)的影響主要表現(xiàn)在根尖數(shù)及10 cm以下的根系分布。筆者認為，在本試驗條件下各處理約占總量80%的根系均分布在0—10 cm的淺層，可見10 cm以下的深層根系分布比例與根尖數(shù)和總根長決定了根系在土壤中的空間分布，在一定范圍內(nèi)分布比例越高，根系分布越廣，養(yǎng)分攝取范圍相應(yīng)增加，有效增加了水稻的穎花數(shù)從而對水稻產(chǎn)量產(chǎn)生積極影響。較大的總根長、根系表面積、根系體積和較高的根系活力保證了根系在土壤中具有較強的養(yǎng)分吸收能力，促進了有效穗的形成從而對水稻產(chǎn)量產(chǎn)生積極影響。與此同時，緩/控釋肥不同于普通尿素的長肥效期也保證了其為產(chǎn)量形成提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此本試驗條件下，在保證水稻根系活力的同時促進水稻根系深層分布有助于提高根系在土壤中的空間分布，增大根系養(yǎng)分攝取范圍，保證土壤中有效養(yǎng)分的供給，有利于水稻產(chǎn)量的形成。大秧齡移栽會明顯影響水稻根系形態(tài)生理特性，但對產(chǎn)量影響較小，可能是由于氮肥施用有助于緩解大秧齡移栽對根系形態(tài)生理特性造成的不利影響。施用緩/控釋肥增產(chǎn)的機理尚存在爭議［23－25］，筆者認為施用緩/控釋肥能促進根系合理生長可能是其能增產(chǎn)的原因。緩/控釋肥可以在水稻營養(yǎng)生長期提供足量且適量的氮素營養(yǎng)，足量的氮素保證水稻有較多的有效分蘗，適量的氮素使得水稻具有良好的根系形態(tài)結(jié)構(gòu)，有效減少了氮素過剩造成的根系徒長，為有效穗的形成提供基礎(chǔ)保障;齊穗后緩/控釋肥仍能為水稻植株提供足量的有效氮素，確保根系的生長速率大于衰減速率，有效延緩根系的衰老，同時使根系活力保持在較高水平，保證了根系能為穎花的形成及灌漿提供充足的養(yǎng)分，對產(chǎn)量形成有積極影響。根系和所處土層的水分、養(yǎng)分時空變化與水稻根系形態(tài)生理特征的關(guān)系，也尚需進一步探討。

4 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，3葉1心和5葉1心移栽稻株在齊穗后根系干重、總根長、根系表面積、根系體積、傷流強度顯著高于7葉1心移栽稻株。一次性全層施用緩/控釋肥，尤其是樹脂包膜控釋肥，能促進水稻灌漿結(jié)實期的總根長、根系表面積、根系體積及深層根系分布，提高根系活力，對進一步提高水稻產(chǎn)量有重要作用。水稻產(chǎn)量與齊穗后根干重、根系表面積、根系體積、傷流強度、10 cm以下根系分布顯著或極顯著正相關(guān)，與根冠比無顯著相關(guān)性。在本試驗條件下，以5葉1心移栽、施用樹脂包膜控釋肥的促根、增產(chǎn)效果最佳。

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