供氮水平對(duì)水稻抽穗期植株根系形態(tài)及養(yǎng)分吸收的影響

戴含，王小卉，鄧瑩萍，李緒孟

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128)

Huang Huazhan;Jingliangyou1468

氮的豐缺程度直接影響水稻根系生長發(fā)育和最終產(chǎn)量形成[1].供氮不足或過高均會(huì)抑制水稻根系生長，導(dǎo)致水稻養(yǎng)分吸收能力下降[2].程建峰等[3]研究發(fā)現(xiàn)施肥180 kg/hm2能顯著提高水稻根系干物質(zhì)形成和養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)；胡香玉等[4]研究表明水培條件下氮肥優(yōu)化管理相比農(nóng)民習(xí)慣施肥有利于促進(jìn)水稻根系生物量、長度、總表面積和體積的生長；董桂春等[5]研究認(rèn)為水培條件14 mg/kg施氮處理有利于顯著提高水稻總根長、總根表面積和總根體積；嵇慶才等[6]研究發(fā)現(xiàn)水培條件下40 mg/L施氮處理時(shí)水稻根干物質(zhì)量達(dá)到最大.以上研究結(jié)論初步證實(shí)供氮水平顯著影響水稻根系生長，進(jìn)而影響水稻生物量和養(yǎng)分含量累積.

但以上研究工作多側(cè)重于氮肥用量對(duì)水稻生長的影響，有關(guān)供氮水平對(duì)水稻養(yǎng)分吸收的影響研究較少，且不同水稻品種對(duì)氮素的吸收及利用也存在差異.

為了有效剔除復(fù)雜非可控因素的影響，文中在精量可控的水培條件下開展氮濃度對(duì)水稻根系形態(tài)及養(yǎng)分含量影響研究，探討水稻根系形態(tài)特征和養(yǎng)分含量對(duì)供氮水平變化的響應(yīng)規(guī)律，以期為水稻種植過程中氮肥的科學(xué)施用提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年5—10月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教學(xué)基地進(jìn)行.選擇黃華占和晶兩優(yōu)1468兩個(gè)水稻品種為供試材料，為了方便作圖，分別記為HHZ和JLY1468.采用大田育秧，播種后30 d(6月15日)水稻分蘗期長到三葉一心時(shí)，選擇長勢(shì)一致的水稻移栽到溫室大棚進(jìn)行水培.水稻經(jīng)歷分蘗期、抽穗期和成熟期.試驗(yàn)周期120 d.水培營養(yǎng)液采用木村b營養(yǎng)液.試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)不同氮質(zhì)量濃度(0，25，50，75和100 mg/L)，依次記為CK，N1，N2，N3和N4.根據(jù)董桂春等[5]的計(jì)算方法，其對(duì)應(yīng)大田施氮濃度質(zhì)量比依次為0，0.025，0.050，0.075和0.100 g/kg.水溶液pH值控制在5.50±0.50，每隔3 d補(bǔ)充營養(yǎng)液[7]，每隔6 d更換1次水，每天補(bǔ)充蒸發(fā)的水量.水稻用定制棉和定植籃固定，漂浮板放在高30 cm、寬25 cm的容器中，漂浮板有4穴，每穴1株水稻.每個(gè)處理3個(gè)重復(fù).

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

待水稻進(jìn)入抽穗期15 d后取樣，采用根系掃描儀LA2400測(cè)定水稻根系指標(biāo).根、莖、葉分別105 ℃殺青后80 ℃烘干，測(cè)定各器官氮、磷、鉀含量.氮、磷、鉀含量分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度計(jì)法測(cè)定.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel軟件繪制圖表.采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件運(yùn)用LSD法對(duì)不同處理間的差異顯著性進(jìn)行分析，顯著性檢驗(yàn)設(shè)定為P<0.05.

2 結(jié)果與分析

2.1 供氮水平對(duì)抽穗期水稻根系形態(tài)特征的影響

表1為供氮水平對(duì)水稻根系形態(tài)特征的影響，表中物理量為總根長Lt、總根表面積At、總根體積Vt.由表可知：相比CK，各處理下HHZ的總根長和總根體積分別增加3.56%～54.62%和75.80%～189.58%；而HHZ的總根表面積，在處理N1和N2下分別增加2.79%和36.63%，在處理N3和N4下則分別減少0.11%和14.39%.經(jīng)方差分析表明，相比CK，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)，其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.JLY1468根系形態(tài)特征變化趨勢(shì)與HHZ類似，相比CK，各處理下總根體積分別增長14.66%～54.17%；處理N1和N2下，總根長和總根表面積均分別增加11.98%～13.84%和35.50%～55.76%；處理N3總根長減少5.28%，總根表面積則增加38.12%；處理N4則分別減少26.91%和3.45%.經(jīng)方差分析表明，相比CK，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)；其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.這表明適宜的氮濃度范圍內(nèi)，供氮水平提高可促進(jìn)水稻根系生長，但供氮過高可能導(dǎo)致水稻根系生長受到抑制.這是由于高氮濃度對(duì)水稻根系具有一定的毒害作用，從而抑制水稻根系生長[8-10].供氮質(zhì)量濃度為50 mg/L時(shí)，黃華占和晶兩優(yōu)1468根系生長狀況最優(yōu)，但其內(nèi)在機(jī)制需進(jìn)一步深入研究.

表1 供氮水平對(duì)水稻根系形態(tài)特征的影響

根據(jù)水稻植株根系形態(tài)特征與供氮水平的變化趨勢(shì)，將HHZ和JLY1468兩個(gè)水稻品種根系形態(tài)特征與施氮水平進(jìn)行擬合，結(jié)果見表2.由表2可以看出，除HHZ總根長與供氮水平擬合方程效果較差外(決定系數(shù)R2僅為0.59)，其他擬合方程決定系數(shù)均在0.62以上.

表2 供氮水平與根系形態(tài)參數(shù)的擬合方程

2.2 供氮水平對(duì)抽穗期水稻根莖葉干質(zhì)量的影響

圖1為供氮水平對(duì)不同水稻品種根莖葉干質(zhì)量m的影響.由圖可知：HHZ根、莖、葉干質(zhì)量均隨供氮質(zhì)量濃度增加呈先上升后下降的趨勢(shì).相比CK，各處理根、莖、葉干質(zhì)量分別增長12.76%～71.51%，9.09%～39.94%和25.62%～104.04%.經(jīng)方差分析表明，相比CK，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)，其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.經(jīng)回歸分析表明：HHZ根莖葉干質(zhì)量隨供氮質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)可分別用二次函數(shù)描述，即

圖1 供氮水平對(duì)不同水稻品種根莖葉干質(zhì)量的影響

(1)

式中：y代表干質(zhì)量，g；x代表供氮質(zhì)量濃度，mg/L.

JLY1468根莖葉干質(zhì)量隨供氮質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)與HHZ類似.相比CK，根莖葉干質(zhì)量分別增長4.12%～90.38%,19.87%～46.53%和2.12%～67.07%.經(jīng)方差分析表明，相比CK，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)，其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.經(jīng)回歸分析表明：JLY1468根、莖、葉干質(zhì)量隨氮質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)可分別用二次函數(shù)表示，即

(2)

式中：y代表干質(zhì)量，g；x代表供氮質(zhì)量濃度，mg/L.

2.3 供氮水平對(duì)抽穗期植株氮磷鉀質(zhì)量比的影響

2.3.1 供氮水平對(duì)水稻植株氮質(zhì)量比的影響

供氮水平對(duì)水稻植株氮質(zhì)量比的影響如圖2所示，圖中σN為供氮質(zhì)量比.相比CK，處理N1，N2和N3的HHZ根莖中氮質(zhì)量比分別增長9.91%～56.31和3.96%～41.58%；處理N4下則分別降低0.45%和14.85%.葉中氮質(zhì)量比分別增長13.11%～63.93%.經(jīng)方差分析表明，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)，其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.經(jīng)回歸分析表明：HHZ根、莖、葉氮質(zhì)量比隨供氮質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)可分別用二次函數(shù)描述，即

圖2 供氮水平對(duì)不同水稻品種植株氮質(zhì)量比的影響

(3)

式中：y代表氮質(zhì)量比，mg/kg；x代表氮質(zhì)量濃度，mg/L.

JLY1468根、莖、葉中氮質(zhì)量比變化趨勢(shì)與HHZ類似，相比CK，處理N1，N2和N3的JLY1468根、莖、葉中氮質(zhì)量比分別增長7.46%～52.61%，3.13%～31.25%和7.64%～48.61%；處理N4下則分別降低8.21%，13.28%和9.72%.經(jīng)方差分析表明，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)，其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.經(jīng)回歸分析表明：JLY1468根、莖、葉中氮質(zhì)量比隨氮質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)可分別用二次函數(shù)描述，即

(4)

式中：y代表氮質(zhì)量比，mg/kg；x代表氮質(zhì)量濃度，mg/L.

2.3.2 供氮水平對(duì)水稻植株磷質(zhì)量比的影響

供氮水平對(duì)水稻植株磷質(zhì)量比的影響如圖3所示，圖中σP為磷質(zhì)量比.相比CK，各處理下HHZ根、莖和葉中磷質(zhì)量比分別增加13.33%～85.00%，34.78%～113.04%和8.11%～82.43%.經(jīng)方差分析表明，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)，其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.經(jīng)回歸分析表明：HHZ根、莖、葉磷質(zhì)量比隨供氮濃度變化趨勢(shì)可分別用二次函數(shù)描述，即

圖3 供氮水平對(duì)不同水稻品種植株磷質(zhì)量比的影響

(5)

式中：y代表磷質(zhì)量比，mg/kg；x代表氮質(zhì)量濃度，mg/L.

JLY1468根莖葉中磷質(zhì)量比變化趨勢(shì)與HHZ類似，相比CK，各處理下JLY1468根、莖和葉中磷質(zhì)量比分別增加13.79%～82.76%，17.11%～82.89%和21.88%～89.58%.經(jīng)方差分析表明，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)，其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.經(jīng)回歸分析表明：JLY1468根、莖、葉中磷質(zhì)量比隨氮濃度變化趨勢(shì)可分別用二次函數(shù)描述，即

(6)

式中：y代表磷質(zhì)量比，mg/kg；x代表氮質(zhì)量濃度，mg/L.

2.3.3 供氮水平對(duì)水稻植株鉀質(zhì)量比的影響

供氮水平對(duì)水稻植株鉀質(zhì)量比的影響如圖4所示，圖中σK為鉀質(zhì)量比.相比CK，HHZ各處理下根、莖和葉中鉀質(zhì)量比分別增加15.38%～128.85%，5.13%～156.41%和10.81%～82.43%.經(jīng)方差分析表明，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)，其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.經(jīng)回歸分析表明：HHZ根、莖、葉鉀質(zhì)量比隨供氮質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)可分別用二次函數(shù)描述，即

圖4 供氮水平對(duì)不同水稻品種植株鉀質(zhì)量比的影響

(7)

式中：y代表鉀質(zhì)量比，mg/kg；x代表氮質(zhì)量濃度，mg/L.

對(duì)于JLY1468，相比CK，各處理下根、莖、葉中鉀質(zhì)量比分別增加8.06%～130.65%，23.53%～154.90%和10.42%～87.50%.經(jīng)方差分析表明，除處理N2差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(P<0.05)，其他處理差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.經(jīng)回歸分析表明：JLY1468根、莖、葉中磷質(zhì)量比隨氮質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)可分別用二次函數(shù)描述，即

(8)

式中：y代表鉀質(zhì)量比，mg/kg；x代表氮質(zhì)量濃度，mg/L.

供氮均不同程度促進(jìn)了抽穗期水稻根莖葉中N，P和K質(zhì)量比增加.這主要是由于增施氮肥促進(jìn)了水稻根系和地上部生長，使得水稻生物量增加[11-12]，水稻根系對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與攝取能力增強(qiáng).處理N1和N2下，HHZ和JLY1468兩個(gè)水稻品種植株中N，P和K質(zhì)量比均與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系，且處理N2下(50 mg/L)達(dá)到最優(yōu).這表明在適宜范圍內(nèi)提高水稻供氮水平有利于水稻器官中營養(yǎng)物質(zhì)累積.這是因?yàn)楣┑教岣哂欣谒靖瞪L，促進(jìn)根系對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與攝取，使得水稻各器官中氮磷鉀質(zhì)量比明顯增加.而隨著供氮水平進(jìn)一步提高，造成水稻植株氮素奢侈吸收，導(dǎo)致水稻植株根系對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收受到抑制[13]，造成水稻植株中激素失衡，進(jìn)而降低了水稻植株對(duì)培養(yǎng)液中養(yǎng)分的吸收.這可能是造成處理N3和N4下水稻植株中N，P和K質(zhì)量比相比處理N2減少的主要原因.

3 結(jié) 論

供氮可促進(jìn)水稻總根長、總根表面積和總根體積增長.處理N2下黃華占和晶兩優(yōu)1468總根長分別增加54.62%和13.84%，總根表面積分別增加36.63%和55.76%，總根體積分別增加189.58%和54.17%.供氮均促進(jìn)了黃華占和晶兩優(yōu)1468兩個(gè)水稻品種根莖葉干質(zhì)量及其N，P，K質(zhì)量比累積，其隨氮質(zhì)量濃度增加均呈先上升后下降的趨勢(shì)，其變化規(guī)律符合二次函數(shù)關(guān)系，且均在處理N2下達(dá)到最大.因此，供氮水平為50 mg/L時(shí)最適宜黃華占和晶兩優(yōu)1468兩種水稻生長.