蔣明金 王海月 何 艷 王春雨 李 娜 楊志遠(yuǎn) 孫永健 馬 均

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所/作物生理生態(tài)及栽培四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川溫江 611130)

水稻(Oryza sativaL.)生產(chǎn)在糧食安全中占據(jù)重要位置。目前,我國(guó)水稻生產(chǎn)主要以人工移栽為主,兼有拋秧、機(jī)插秧和直播水稻等多種種植方式。與移栽稻、拋秧和機(jī)插秧相比,直播水稻省去了繁瑣的育秧移栽環(huán)節(jié),具有省工節(jié)本,易實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn)[1],在美國(guó)和澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家已成為主要的水稻種植方式[2-3]。然而,直播水稻的根系分布淺,莖稈細(xì)長(zhǎng),生長(zhǎng)后期易發(fā)生倒伏,嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)[4-5],進(jìn)而限制了其在我國(guó)許多地區(qū)的推廣。水稻莖稈倒伏主要分為彎曲型倒伏和折斷型倒伏兩類[6],彎曲型倒伏表現(xiàn)為非基部節(jié)間的彎曲,與重心高度等關(guān)系較大,主要受外界風(fēng)力及降雨等因素影響；折斷型倒伏多發(fā)生在基部節(jié)間,與基部節(jié)間形態(tài)及其化學(xué)成分組成緊密相關(guān)[7]。前人研究表明,氮肥在水稻抗倒伏能力及其產(chǎn)量中起著重要的作用,施氮過(guò)量或不合理的施用方式不僅不利于水稻的穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn),還可能帶來(lái)倒伏風(fēng)險(xiǎn),導(dǎo)致水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)下降。張祖建等[8]研究發(fā)現(xiàn)適宜的施氮水平和施氮方式有利于通過(guò)提高有效穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)增產(chǎn),同時(shí)可以優(yōu)化水稻群體結(jié)構(gòu)降低倒伏風(fēng)險(xiǎn)。也有研究表明,施氮水平過(guò)高不利于莖稈基部碳水化合物的積累,導(dǎo)致莖稈基部節(jié)間細(xì)長(zhǎng),增加倒伏風(fēng)險(xiǎn)[9-10]。

目前,通過(guò)氮肥管理研究水稻抗倒伏能力已有大量報(bào)道,主要集中在移栽條件下水稻莖稈抗倒伏能力方面,而直播水稻的生長(zhǎng)和發(fā)育進(jìn)程與移栽稻存在一定差異,氮肥管理對(duì)直播雜交水稻抗倒伏能力的影響是否與移栽稻有所差異尚不明確。為此,本研究在前期初步探明直播雜交水稻適宜的播種量與氮肥運(yùn)籌方式的基礎(chǔ)上,以四川地區(qū)主推雜交稻F優(yōu)498和新選育品種德優(yōu)4923為試驗(yàn)材料,進(jìn)一步探究不同施氮水平和氮肥運(yùn)籌方式對(duì)直播雜交水稻莖稈理化特性的影響及其與抗倒伏能力的關(guān)系,以期為四川地區(qū)直播雜交水稻氮肥管理技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)于2016年在四川省成都市溫江區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行,試驗(yàn)地耕層土壤質(zhì)地為沙壤土,肥料中等,土壤養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)27.70 g·kg-1、總氮 2.08 g·kg-1、速效氮 118.00 mg·kg-1、速效磷 19.60 mg·kg-1和速效鉀 112.30 mg·kg-1。

供試材料:四川主推雜交秈稻品種F優(yōu)498(抗倒伏能力強(qiáng))和新選育雜交秈稻品種德優(yōu)4923(抗倒伏能力一般),分別由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所和四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所提供。兩品種伸長(zhǎng)節(jié)間數(shù)均為5,抽穗期基本一致,但德優(yōu)4923成熟期較F優(yōu)498遲7 d左右。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究包含2個(gè)大田試驗(yàn),分別記為試驗(yàn)一和試驗(yàn)二。試驗(yàn)均采用裂區(qū)設(shè)計(jì),主區(qū)均為品種[F優(yōu)498(C1)和德優(yōu)4923(C2)]；副區(qū)設(shè)置包括:試驗(yàn)一:設(shè)置5個(gè)施氮水平處理,分別為 90(N1)、120(N2)、150(N3)、180(N4)和 210(N5)kg·hm-2,氮肥運(yùn)籌方式按照基肥、分蘗肥和穗肥比例分別為30%、30%和40%施用；試驗(yàn)二:在施氮水平為150 kg·hm-2的條件下,設(shè)置不同基肥、分蘗肥與穗肥比例,分別為10∶0∶0(P1)、4 ∶4 ∶2(P2)、3 ∶3 ∶4(P3)和 2 ∶2∶6(P4),氮肥(尿素,使用量均折合純氮)基肥在播種前1 d施用,分蘗肥在四葉一心期施用,穗肥按促花肥和?；ǚ适┯?分別占60%和40%,促花肥在倒四葉期施用,?；ǚ试诘苟~期施用。2個(gè)試驗(yàn)均以不施氮肥處理(分別記作N0、P0)為對(duì)照(CK),具體氮肥管理見表1。每個(gè)小區(qū)面積為13.5 m2,每個(gè)處理3次重復(fù),共計(jì)66個(gè)小區(qū)(試驗(yàn)一含36個(gè)小區(qū),試驗(yàn)二含30個(gè)小區(qū))。

根據(jù)前期研究[11-12],試驗(yàn)播種量設(shè)為22.5 kg·hm-2,種子均經(jīng)過(guò)催芽后于5月20日播種,人工撒播(田間濕潤(rùn),無(wú)明顯水層),播后當(dāng)天用防鳥網(wǎng)搭蓋以避免鳥害,出苗后逐漸恢復(fù)灌溉,直至收獲前15 d。磷肥(過(guò)磷酸鈣)和鉀肥(氯化鉀)施用量折合P2O5和K2O分別為75和150 kg·hm-2,磷肥全部做基肥施用,鉀肥分基肥和穗肥(倒四葉期)2次等量施用?；试诓シN前1 d施用,小區(qū)間扎埂并用地膜包覆,其他田間管理同常規(guī)管理方式。

表1 試驗(yàn)處理及施肥措施Table 1 The details of experiment treatments and fertilization measures /(kg·hm－2)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 莖稈物理性狀及力學(xué)特性 于齊穗后22 d,各小區(qū)隨機(jī)選取具有代表性植株3株,立即帶回實(shí)驗(yàn)室,參照楊志遠(yuǎn)等[13]的方法進(jìn)行抗倒伏能力測(cè)定。自行設(shè)計(jì)兩支點(diǎn)間隔5 cm的測(cè)定臺(tái),每株選取3個(gè)生長(zhǎng)基本一致的單莖,從穗下到基部依次記為第1～第5節(jié)間,測(cè)定各節(jié)間長(zhǎng)度,隨后將第4節(jié)間置于設(shè)計(jì)的測(cè)定臺(tái)上,利用0.001 N的HP-50數(shù)顯式推拉力計(jì)(樂(lè)清艾德堡,浙江)勻速下拉直至莖稈折斷,記錄該過(guò)程中的最大值即為抗折力(F,g),然后在折斷部位剪斷莖稈,測(cè)量莖稈的外徑長(zhǎng)軸(a1,mm)、外徑短軸(a2,mm)、內(nèi)徑長(zhǎng)軸(b1,mm)、內(nèi)徑短軸(b2,mm)、直徑(culm diameter,CD,mm),壁厚(thickness of culm wall,TCW,mm)和第4節(jié)間至穗頂?shù)孽r重(fresh weight from the 4thinternode to the top of the panicle,FW,g),并測(cè)量計(jì)算穗下第4節(jié)間基部至穗頂長(zhǎng)度(length from the 4th internode to the top of the panicle,SL,cm)。

參照楊世民等[10]和Ookawa等[14]的方法,按照公式分別計(jì)算抗倒伏相關(guān)指標(biāo),包括彎曲力矩(bending moment of the whole plant,WP,g·cm)、折斷彎矩(bending moment at breaking,M,g·cm)、倒伏指數(shù)(lodging index,LI)、斷面系數(shù)(section modulus,SM,mm3)和彎曲應(yīng)力(bending stress,BS,g·mm-2):

式中,5:兩支點(diǎn)間的距離。

1.3.2 基部節(jié)間化學(xué)成分 將1.3.1中測(cè)定后的材料分別按節(jié)間于105℃殺青45 min,80℃烘干至恒重,然后利用100型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)(浙江永康市艾澤拉電器有限公司)粉碎,過(guò)60目篩后將第4節(jié)間樣品用于測(cè)定莖稈節(jié)間化學(xué)成分。采用分光光度計(jì)法測(cè)定木質(zhì)素含量,微量法測(cè)定半纖維素和纖維素含量,送至齊一生物科技(上海)有限公司進(jìn)行測(cè)定。采用濃H2SO4-H2O消煮,利用FOSS-8400凱氏定氮儀(福斯公司,丹麥)測(cè)定莖稈的全氮含量；火焰分光光度計(jì)法[15]測(cè)定莖稈鉀含量；蒽酮比色法[16]測(cè)定莖稈非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(可溶性糖和淀粉)含量。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 于成熟期,每個(gè)小區(qū)選擇5個(gè)具有代表性點(diǎn)(總計(jì)1 m2)調(diào)查有效穗數(shù),同時(shí)選取生長(zhǎng)一致、有代表性的5株調(diào)查每穗粒數(shù),測(cè)定千粒重(1000-grain weight,1000-GW,g),計(jì)算結(jié)實(shí)率(seedsetting rate,SSR,%)和理論產(chǎn)量(grain yield,GY,kg·hm-2)。收獲時(shí)分小區(qū)收割,按實(shí)際面積計(jì)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Office Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；Statistix 9.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；Origin 2017作圖。根據(jù)最小顯著差異法(least significant difference,LSD)檢驗(yàn)處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻莖稈形態(tài)特性

由表2可知,直播條件下水稻品種德優(yōu)4923的株高、重心高度和莖稈各節(jié)間長(zhǎng)度的平均值均高于F優(yōu)498。其中,德優(yōu)4923的莖稈第4和第5節(jié)間分別較F優(yōu)498高42.76%～43.53%和39.64%～40.89%。從氮肥調(diào)控對(duì)直播水稻莖稈形態(tài)特性影響來(lái)看,2個(gè)品種的基部節(jié)間長(zhǎng)度(第3～第5節(jié)間)、德優(yōu)4923的株高和F優(yōu)498的重心高度整體均隨著施氮水平的提高而逐漸增加,但2個(gè)雜交水稻品種的莖稈第2節(jié)間長(zhǎng)度呈先減小后增大的變化。隨著氮肥運(yùn)籌方式中穗肥施用比例的提高,F優(yōu)498莖稈第4和5節(jié)間長(zhǎng)度均逐漸增加,株高整體上逐漸減小,而德優(yōu)4923均呈先增加后減小的變化,2個(gè)雜交水稻品種莖稈第1～第3節(jié)間長(zhǎng)度均先增加后減小,F優(yōu)498和德優(yōu)4923的重心高度分別表現(xiàn)為逐漸上升和先上升后下降的趨勢(shì)。

2.2 水稻第4節(jié)間形態(tài)特性

由表3可知,直播條件下水稻品種之間莖稈第4節(jié)間內(nèi)徑長(zhǎng)軸、內(nèi)徑短軸和莖壁厚度存在差異。2個(gè)試驗(yàn)中,直播雜交稻德優(yōu)4923莖稈的第4節(jié)間內(nèi)徑長(zhǎng)軸和莖壁厚度均高于F優(yōu)498,但內(nèi)徑短軸相對(duì)較小。2個(gè)雜交水稻品種莖稈第4節(jié)間外徑長(zhǎng)軸、外徑短軸、內(nèi)徑長(zhǎng)軸、內(nèi)徑短軸和直徑均隨著施氮水平的提高或穗肥施用比例的增加整體呈逐漸減小的趨勢(shì),但當(dāng)施氮水平高于150 kg·hm-2或穗肥施用比例大于20%時(shí),氮肥處理之間差異不大。2個(gè)品種的莖壁厚度在氮肥處理下均無(wú)顯著差異。

2.3 水稻莖稈力學(xué)特性與倒伏指數(shù)的關(guān)系

由圖1可知,2個(gè)試驗(yàn)中,直播雜交稻德優(yōu)4923莖稈倒伏指數(shù)較F優(yōu)498高41.99%～47.51%,彎曲力矩高23.42%～24.50%,而折斷彎矩則小11.51%～13.16%。德優(yōu)4923折斷部位到穗頂鮮重和距離均較F優(yōu) 498大。德優(yōu) 4923斷面系數(shù)較 F優(yōu) 498高28.54%～32.79%,但彎曲應(yīng)力低20.96%～31.53%。從施氮水平和運(yùn)籌方式來(lái)看,氮肥處理下2個(gè)雜交水稻品種莖稈的力學(xué)特性變化趨勢(shì)基本一致。其中,隨著施氮水平的提高或穗肥施用比例的增加,倒伏指數(shù)、彎曲力矩及折斷部位到穗頂鮮重和距離均總體表現(xiàn)為逐漸增加,而折斷彎矩、斷面系數(shù)和彎曲應(yīng)力均表現(xiàn)為逐漸降低。

2.4 水稻基部節(jié)間化學(xué)成分

莖稈中化學(xué)成分是影響莖稈強(qiáng)度的主要原因之一。由表4可知,直播條件下水稻品種F優(yōu)498莖稈基部節(jié)間中木質(zhì)素含量、纖維素含量、半纖維素含量、非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量及鉀含量在2個(gè)試驗(yàn)中均略高于德優(yōu)4923,但二者間的含氮量差異不大。隨著施氮水平的提高,2個(gè)雜交水稻品種的莖稈基部節(jié)間木質(zhì)素含量整體均先下降后上升,纖維素含量、非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量和鉀含量逐漸下降,半纖維素含量先上升后下降,而氮含量逐漸上升。隨著氮素穗肥施用比例的提高,2個(gè)雜交水稻品種的莖稈基部節(jié)間木質(zhì)素含量和纖維素含量逐漸下降,半纖維素含量和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量先下降后上升,氮含量逐漸上升,F優(yōu)498和德優(yōu)4923莖稈鉀含量則分別表現(xiàn)為先上升后下降和先下降后上升的趨勢(shì)。

進(jìn)一步比較直播雜交稻莖稈第4節(jié)間碳水化合物各成分所占比例(圖2),發(fā)現(xiàn)2個(gè)試驗(yàn)中水稻品種F優(yōu)498和德優(yōu)4923莖稈中結(jié)構(gòu)性碳水化合物(木質(zhì)素、纖維素和半纖維素)與非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(可溶性糖和淀粉)的分配比例基本一致,但結(jié)構(gòu)性碳水化合物各成分所占比例存在差異。F優(yōu)498莖稈中半纖維素含量所占比例較德優(yōu)4923高3.60%～4.25%,但纖維素含量低2.80%～3.50%。此外,隨著施氮水平的提高,F優(yōu)498第4節(jié)間纖維素含量所占比例下降,半纖維素含量有所上升,而德優(yōu)4923變化與之相反。隨著穗肥施用比例的增加,德優(yōu)4923莖稈纖維素含量所占比例呈先上升后下降變化,半纖維素含量表現(xiàn)為先下降后上升,而F優(yōu)498第4節(jié)間碳水化合物各組分所占比例變化不大。

表2 氮肥管理對(duì)直播雜交水稻莖稈物理特性的影響Table 2 Effects of nitrogen management on culm characteristics of direct￣seeded rice

2.5 水稻莖稈性狀與抗倒伏能力的關(guān)系

由表5可知,2個(gè)試驗(yàn)中水稻品種F優(yōu)498和德優(yōu)4923的莖稈折斷彎矩與斷面系數(shù)、彎曲應(yīng)力、外徑長(zhǎng)軸、外徑短軸、內(nèi)徑短軸和直徑呈顯著正相關(guān),與莖稈中氮含量呈顯著負(fù)相關(guān),而倒伏指數(shù)與斷面系數(shù)、彎曲應(yīng)力、外徑長(zhǎng)軸、外徑短軸、內(nèi)徑短軸、直徑和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量呈顯著負(fù)相關(guān),與莖稈中氮含量呈顯著正相關(guān)。施氮水平條件下,F優(yōu)498和德優(yōu)4923的莖稈折斷彎矩與折斷部位至穗頂距離、折斷部位至穗頂鮮重、彎曲力矩、株高、重心高度和第4節(jié)間長(zhǎng)度均呈顯著負(fù)相關(guān)。

表3 氮肥管理對(duì)直播雜交水稻莖稈第4節(jié)間莖稈形態(tài)特性的影響Table 3 Effects of nitrogen management on culm morphology of the 4thinternode of direct￣seeded rice /mm

對(duì)2個(gè)雜交水稻品種在施氮水平或氮肥運(yùn)籌方式下莖稈各性狀指標(biāo)與倒伏指數(shù)間進(jìn)行逐步回歸分析,結(jié)果表明,折斷彎矩(X1)、外徑長(zhǎng)軸長(zhǎng)(X2)、纖維素含量(X3)和氮含量(X4)4個(gè)指標(biāo)被引入與倒伏指數(shù)有關(guān)的逐步回歸方程中。其中,F優(yōu)498在施氮水平(Y1)和氮肥運(yùn)籌方式(Y2)下回歸方程分別為Y1=167.76-0.029 4X1和Y2=-445.41+0.971 9X3+304.42X4；而德優(yōu)4923在施氮水平(Y3)和氮肥運(yùn)籌方式(Y4)下回歸方程分別為Y3=-35.17+204.82X4和Y4=-479.46+65.54X2+0.021 9X3+262.47X4。 由此可見,在不同施氮水平或氮肥運(yùn)籌方式下,上述4個(gè)指標(biāo)是影響這2個(gè)雜交水稻品種抗倒伏能力的主要因素。

2.6 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

圖1 直播雜交水稻基部節(jié)間力學(xué)特性關(guān)系Fig.1 The relationships among the mechanical indexes of the basal internode of direct￣seeded rice

由表6可知,從產(chǎn)量及其構(gòu)成因素來(lái)看,直播條件下水稻品種F優(yōu)498的有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率較德優(yōu)4923分別高4.92%～13.03%和12.25%～13.53%,但其千粒重顯著低于德優(yōu)4923,實(shí)際產(chǎn)量則相對(duì)較高。其中,隨著施氮水平的提高,F優(yōu)498的有效穗數(shù)呈增加趨勢(shì),每穗實(shí)粒數(shù)和實(shí)際產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增加后減少的變化,千粒重變化規(guī)律不明顯,結(jié)實(shí)率在施氮水平為180 kg·hm-2(N4)時(shí)顯著低于其他施氮處理,在施氮水平為N3和N4時(shí)能獲得相對(duì)較多的有效穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù),實(shí)際產(chǎn)量較高。而德優(yōu)4923在施氮水平為150 kg·hm-2(N3)時(shí)獲得了較高的實(shí)際產(chǎn)量,這與其具有較高有效穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)有關(guān)。氮肥運(yùn)籌方式下,2個(gè)品種產(chǎn)量隨著穗肥比例的增加均表現(xiàn)為先增加后降低,F優(yōu)498的結(jié)實(shí)率整體表現(xiàn)為增加,德優(yōu)4923整體表現(xiàn)為先增加后降低,且F優(yōu)498和德優(yōu)4 923分別在穗肥施用比例為40%和20%時(shí)實(shí)際產(chǎn)量最高；F優(yōu)498的有效穗數(shù)隨著穗肥施用比例的增加總體表現(xiàn)為先減少后增加,每穗實(shí)粒數(shù)先增加后減少,而德優(yōu)4923的變化與之相反。

表4 氮肥管理對(duì)直播雜交水稻莖稈基部節(jié)間化學(xué)成分的影響Table 4 Effects of nitrogen management on chemical components of the basal culm of direct￣seeded rice

3 討論

3.1 氮肥管理對(duì)直播雜交水稻莖稈特性的影響

圖2 直播雜交水稻莖稈基部節(jié)間碳水化合物分配比例Fig.2 The components proportion in the basal internode of direct￣seeded rice

水稻倒伏發(fā)生多由植株上部位和下部位平衡失調(diào)導(dǎo)致[17-18],且主要為莖稈倒伏。研究表明,過(guò)多投入氮肥會(huì)導(dǎo)致移栽稻莖稈各節(jié)間(特別是基部節(jié)間)伸長(zhǎng)、株高和重心高度增加、莖稈直徑減小,進(jìn)而影響其抗倒伏能力[10,19-21],但關(guān)于氮肥對(duì)莖壁厚度影響的結(jié)論不盡一致。本研究中,直播雜交水稻抗倒伏能力弱的主要表現(xiàn)為莖稈基部節(jié)間過(guò)長(zhǎng)、株高和重心高度較高、基部節(jié)間直徑小,與莖壁厚度關(guān)系不大。這與李杰等[22]研究結(jié)果基本一致。本研究中,施氮水平的提高或穗肥施用比例的增加均會(huì)降低直播雜交水稻抗倒伏能力,這主要是因?yàn)槭┑皆黾訒?huì)促使直播雜交水稻生長(zhǎng)前期分蘗數(shù)量增大,水稻群體的擴(kuò)大加劇了植株對(duì)養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致莖稈基部節(jié)間直徑變小,節(jié)間伸長(zhǎng),伴隨株高和重心高度增加,折斷部位到穗頂?shù)孽r重和距離增大,導(dǎo)致折斷彎矩、斷面系數(shù)和彎曲應(yīng)力減小,造成直播雜交水稻抗倒伏能力下降；而氮肥運(yùn)籌方式下穗肥施用比例的增加主要是基蘗肥的降低導(dǎo)致水稻植株前期養(yǎng)分需求難以滿足,直播雜交水稻生長(zhǎng)發(fā)育受限,莖稈基部節(jié)間直徑、斷面系數(shù)和彎曲應(yīng)力均降低,進(jìn)而降低水稻抗倒伏能力,但對(duì)基部節(jié)間長(zhǎng)度的變化、株高和重心高度的影響不大,這與直播雜交水稻品種有關(guān)。Zhang等[21]研究認(rèn)為,提高施氮水平會(huì)使移栽稻莖稈彎曲力矩和折斷部位至穗頂鮮重增加,斷面系數(shù)和彎曲應(yīng)力降低,倒伏指數(shù)增加,而氮素穗肥施用比例的改變對(duì)移栽稻莖稈斷面系數(shù)和倒伏指數(shù)的影響均不顯著,這與本研究結(jié)果基本一致。結(jié)合相關(guān)分析和逐步回歸分析,本研究初步認(rèn)為在莖稈特性方面提高直播雜交水稻抗倒伏能力的關(guān)鍵仍然在于基部節(jié)間長(zhǎng)度和直徑、株高、重心高度以及基部節(jié)間到穗頂之間的平衡關(guān)系。適宜的施氮水平和氮肥運(yùn)籌方式則是保證直播雜交水稻莖稈基部節(jié)間粗壯、植株上部位和下部位平衡的養(yǎng)分調(diào)控管理技術(shù)。本研究?jī)H采用了2個(gè)水稻品種為試驗(yàn)材料,而不同水稻品種對(duì)氮素的響應(yīng)也有所不同,今后可選擇多個(gè)品種在多個(gè)生態(tài)點(diǎn)進(jìn)行研究,結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度等分析方法深入挖掘直播雜交水稻莖稈各指標(biāo)與抗倒伏能力的關(guān)系。

3.2 氮肥管理對(duì)直播雜交水稻莖稈基部節(jié)間化學(xué)成分的影響

莖稈質(zhì)量也是判斷水稻莖稈抗倒伏能力的重要因素之一。研究發(fā)現(xiàn)水稻生育后期莖稈中化學(xué)成分的含量(碳水化合物、無(wú)機(jī)元素和微量元素等)均與水稻抗倒伏能力有關(guān)[10,23-26],且養(yǎng)分調(diào)控會(huì)改變莖稈中化學(xué)成分分配,從而影響水稻的抗倒伏能力[26],這與本研究結(jié)果相同。本研究中,直播雜交水稻抗倒伏能力與莖稈中碳水化合物含量、氮含量和鉀含量均有一定關(guān)系,施氮水平的提高或穗肥施用比例的增加,均會(huì)降低直播雜交水稻莖稈基部節(jié)間中木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、NSC和鉀含量,莖稈抗折力下降,倒伏指數(shù)增加,抗倒伏能力降低。這可能是因?yàn)檩^高的氮素供應(yīng)會(huì)引起細(xì)胞增長(zhǎng)過(guò)大,細(xì)胞壁變薄,同時(shí)消耗大量的碳水化合物,導(dǎo)致莖稈機(jī)械組織疏松,降低抗倒伏能力。這與吳曉然等[27]的研究結(jié)果一致。但本研究在莖稈化學(xué)成分組成方面僅測(cè)定了水稻易倒伏階段,而莖稈中這些成分的具體變化過(guò)程尚不明確。因此,今后將進(jìn)一步研究氮肥管理下直播雜交水稻拔節(jié)后莖稈木質(zhì)素、纖維素、半纖維素和NSC含量及其相關(guān)酶的動(dòng)態(tài)變化,以闡明其與水稻抗倒伏能力的關(guān)系。

3.3 氮肥管理對(duì)直播雜交水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

石麗紅等[28]研究表明,隨著施氮水平的增加,有效穗數(shù)逐漸增加,每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)和產(chǎn)量均先增加后降低,且適當(dāng)提高分蘗肥和穗肥的比例有利于庫(kù)的形成,進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量。本研究中,隨著施氮水平的提高或穗肥施用比例的增加,直播雜交水稻每穗粒數(shù)和產(chǎn)量也表現(xiàn)為先增加后降低,有效穗數(shù)隨著施氮水平的增加而增加。這主要是因?yàn)檫m宜的施氮水平和氮肥運(yùn)籌方式能夠保證水稻主要生育時(shí)期的氮素供應(yīng),促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育,最后增產(chǎn)。不同氮肥運(yùn)籌方式下2個(gè)雜交水稻品種的產(chǎn)量構(gòu)成因素有所差異,這可能是水稻品種對(duì)氮素的需求差異導(dǎo)致,還有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。本研究中,2個(gè)雜交水稻品種均在施氮水平為150 kg·hm-2下獲得最高產(chǎn)量,但最佳氮肥運(yùn)籌方式有所差異,進(jìn)一步說(shuō)明了這2個(gè)雜交水稻品種在不同生育時(shí)期對(duì)氮素養(yǎng)分需求的差異。此外,直播雜交水稻高產(chǎn)的途徑主要是在適宜的有效穗數(shù)基礎(chǔ)上獲得較多的每穗實(shí)粒數(shù)和較高的結(jié)實(shí)率,而適宜的氮肥管理可保證水稻生長(zhǎng)前期分蘗正常,后期穗分化和籽粒灌漿的良好。

表5 直播雜交水稻莖稈性狀與倒伏之間的關(guān)系Table 5 Correlation coefficients between the culm characteristics and lodging resistance of direct￣seeded rice

3.4 直播雜交水稻抗倒伏能力最優(yōu)氮肥管理

提高水稻抗倒伏能力與獲得較理想產(chǎn)量一直以來(lái)難以平衡,而氮肥一直被認(rèn)為是影響這二者的關(guān)鍵因素之一,優(yōu)化氮肥管理對(duì)直播雜交水稻栽培的推廣及大面積生產(chǎn)更具重要意義。本研究從氮肥管理對(duì)直播雜交水稻抗倒伏能力和產(chǎn)量的影響出發(fā),發(fā)現(xiàn)四川地區(qū)直播雜交水稻的最適施氮水平約為150 kg·hm-2,而氮肥運(yùn)籌方式應(yīng)根據(jù)品種特性適當(dāng)調(diào)節(jié)穗肥施用比例,如本試驗(yàn)中F優(yōu)498和德優(yōu)4923穗肥施用比例分別為40%和20%時(shí)既能增強(qiáng)水稻抗倒伏能力,也可獲得較理想的產(chǎn)量。

表6 氮肥管理對(duì)直播雜交水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 6 Effects of nitrogen management on grain yield and its components of direct￣seeded rice

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,直播雜交水稻的最適施氮水平為150 kg·hm-2,施氮方式則根據(jù)品種有所差異,且直播雜交水稻抗倒伏能力與節(jié)間長(zhǎng)度、莖稈直徑和株高等多方面因素有關(guān)。但本試驗(yàn)主要集中在莖稈形態(tài)學(xué)方面的研究,對(duì)具體抗倒伏能力調(diào)控生理變化過(guò)程的設(shè)計(jì)較少。后續(xù)研究將主要集中于參與莖稈細(xì)胞壁成分及相關(guān)酶動(dòng)態(tài)變化和莖稈解剖學(xué)特性在直播雜交水稻抗倒伏能力中的影響,同時(shí)考慮多品種、多生態(tài)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。