菌肥及其與氮磷配施對水稻生產(chǎn)及分配的影響

張淑娟，王 立，馬 放，張 雪，徐亞男，李 哲

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，150090哈爾濱)

水稻增產(chǎn)的重要途徑是增加化肥施用量，由此產(chǎn)生的能源和資源緊缺［1］土壤板結(jié)［2］環(huán)境污染［3－5］等問題日益突出.化肥過度施用造成的生態(tài)危機使得開發(fā)環(huán)保型的生物肥料變得刻不容緩.以根瘤菌為核心的生物肥料可使水稻產(chǎn)量提高13%～43%［6－8］.I.Pereira［9］、H.Saadatnia［10］和H.Gamal-Eldin等［11］分別利用絲狀藍(lán)藻菌和莢膜紅細(xì)菌在保證產(chǎn)量不變的前提下使每公頃稻田氮肥施用量減少50%.日本學(xué)者在大田試驗條件下利用菌根真菌將水稻產(chǎn)量提高10%～21%［12-13］，本項目前期研究表明盆栽水稻接種菌根真菌后產(chǎn)量提高45.3%［14］.水稻產(chǎn)量的形成是源生產(chǎn)和輸出庫接收和貯藏同化產(chǎn)物的過程，源庫關(guān)系是影響水稻高產(chǎn)的重要因素.前人對生物肥料的研究多集中在改善作物營養(yǎng)水平方面，對水稻物質(zhì)生產(chǎn)分配和積累研究較少.實驗設(shè)置菌根菌肥單施及其與化學(xué)肥料配施，考察菌根菌肥在水稻源庫流體系中的作用，確定與化學(xué)肥料配施的最佳方式，為高效生物肥的開發(fā)提供理論支持.

1 試驗

實驗地點:城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室的“農(nóng)藥化肥源頭減量技術(shù)示范基地”(45°13.819'N，126°22.611'E).基地土壤養(yǎng)分:有機質(zhì)26.32g·kg-1，水解氮125.25mg·kg-1，速效磷120.63mg·kg-1，速效鉀17.59mg·kg-1.

小區(qū)設(shè)置:試驗區(qū)與農(nóng)田防護(hù)林距離50m，外設(shè)寬6m的農(nóng)田保護(hù)區(qū).小區(qū)面積36m2，內(nèi)設(shè)1m寬的保護(hù)行.邊界用高80cm的土工膜做隔斷處理，其中50cm做地下水文阻斷，30cm為地上的水文阻斷，小區(qū)間隔1m做空間隔離.

田間管理:高濃度水稻復(fù)合肥作為底肥(NP2O3－K2O:16-17-12，總養(yǎng)分＞45%)，施肥量為360kg·hm－2.移栽時每個小區(qū)20垅，每垅40穴，每穴3棵基本苗.移栽后15d追肥，追肥方見表1.每處理3個重復(fù).

表1 稻田各小區(qū)施肥方案

光合速率:用Li－6400便攜式光合作用測定儀進(jìn)行測定.晴朗天氣集中在9:00～11:30和下午3:00～5:00兩個時段測定.測定葉片均為旗葉，且葉片顏色、伸展卷曲狀態(tài)、葉片寬窄一致，有代表性的完整葉片.每小區(qū)測定3個葉片，每個葉片重復(fù)3次.

單穴稻草產(chǎn)量:水稻成熟后每個小區(qū)隨機齊根割取10穴水稻，分別手工脫粒后，地上部分在105℃高溫下殺青15 min，在75℃烘干至恒質(zhì)量，平均值為單穴稻草產(chǎn)量.單穴籽實產(chǎn)量:每個小區(qū)隨機抽取10穴水稻，分別進(jìn)行手工脫粒.籽粒室內(nèi)晾曬7 d，平均值為單穴籽實產(chǎn)量.單穴根系產(chǎn)量:每個小區(qū)隨機抽取3穴水稻的根部，洗凈后獲得水稻根系干質(zhì)量，平均值為單穴根系產(chǎn)量(每穴以水稻生長處為中心，取15 cm×15 cm×10 cm規(guī)格的土柱獲得根系).單穴總生物量為單穴稻草產(chǎn)量單穴籽實產(chǎn)量與單穴根系產(chǎn)量之和.

水稻實際產(chǎn)量:每小區(qū)隨機選取4個收割區(qū)(收割區(qū)范圍是4垅，每垅7穴)，每個收割區(qū)的水稻收割脫粒及晾曬都單獨進(jìn)行.依據(jù)水稻群體密度計算單位面積水稻實際產(chǎn)量.

水稻理論產(chǎn)量(kg·hm－2)=穗數(shù)×每穗粒數(shù)×結(jié)實率×千粒質(zhì)量，

穗數(shù)(穗·hm－2):每個小區(qū)隨機抽取10穴水稻計量平均有效分蘗數(shù)，平均值換算為每公頃穗數(shù).

每穗粒數(shù)(粒/穗):每個小區(qū)隨機抽取10個稻穗計量.

千粒質(zhì)量(kg):每小區(qū)選取100粒籽實稱得質(zhì)量，重復(fù)5次的平均值即為千粒質(zhì)量.

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥方式對水稻產(chǎn)量指標(biāo)的影響

圖1 施肥方式對水稻實際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量的影響

由圖1可知，施肥方式對水稻實際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量的影響差異有統(tǒng)計學(xué)意義.與對照相比，單施菌根菌肥提高了水稻的實際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量，庫容有效充實度最高(86.36%).氮肥和菌根菌肥配施時，水稻實際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量進(jìn)一步提高，實際產(chǎn)量變異較大.與單施菌根菌肥相比，磷肥與菌根菌肥配施氮肥磷肥與菌根菌肥配施兩種追肥方式下實際產(chǎn)量較對照高.在此兩種條件下水稻的理論產(chǎn)量提高顯著，其中磷肥和菌根菌肥配施時理論產(chǎn)量達(dá)13 084.29 kg·hm－2，庫容有效充實度最低.

2.2 施肥方式對水稻光合作用及物質(zhì)分配的影響

水稻光合作用及物質(zhì)分配比例是影響水稻實際產(chǎn)量的重要因素，見圖2、3.由圖2可知，與對照相比，4種施肥方式都顯著提高了水稻光合速率.其中單施菌根菌肥和氮肥磷肥菌根菌肥的促進(jìn)作用最顯著.在磷肥與菌根菌肥配施條件下，水稻的光合速率顯著提高.由圖3可知，與其他處理相比，菌根菌肥和氮肥配施條件下物質(zhì)向根系分配的比例顯著降低，而流向籽實的比例顯著增大.

圖2 施肥方式對水稻光合作用的影響

圖3 施肥方式對水稻物質(zhì)分配比例的影響

2.3 施肥方式對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

產(chǎn)量構(gòu)成因子分析能直觀地展現(xiàn)產(chǎn)量分析的視野，從而分析水稻產(chǎn)量變異的可能途徑.施肥方式對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響見表2、3.

表2 施肥方式對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

表3 產(chǎn)量構(gòu)成因子與對照相比增加比例 %

由表2、3可知，單施菌根菌肥，每穗總粒數(shù)與對照相比提高18.74%，單位面積穗數(shù)和和千粒質(zhì)量分別提高1.01%和2.55%，結(jié)實率下降.氮肥和菌根菌肥配施條件下，構(gòu)成因子與對照相比都有不同程度的提高，其中每穗總粒數(shù)提高幅度最大，為22.33%.磷肥和菌根配施條件下，單位面積穗數(shù)和每穗總粒數(shù)分別提高15.43%和27.67%，同時結(jié)實率和千粒質(zhì)量分別下降1.10%和1.53%.在氮肥磷肥菌根菌肥配施條件下，每穗總粒數(shù)和千粒質(zhì)量變化顯著，前者降低13.75%，后者提高11.22%.結(jié)實率提高了5.7%.

3 討論

3.1 菌根菌肥對水稻的促產(chǎn)作用

源強庫大節(jié)流是水稻高產(chǎn)的必要條件.光合速率是源活性的重要表征.稻草的生物量則是源大小的主要體現(xiàn)［15］.追加菌根菌肥能夠改善水稻光合作用，提高稻草產(chǎn)生量，實現(xiàn)強源.同時，菌根菌肥還通過穗大粒多性狀實現(xiàn)擴(kuò)庫功能.結(jié)實率的降低完全由千粒質(zhì)量的增加補償，即產(chǎn)量構(gòu)成因子間的補償現(xiàn)象.追加菌根菌肥后稻草產(chǎn)生量降低，說明光合產(chǎn)物高效地流入了籽粒這一不可逆庫，而流向稻草這一可逆庫的量相對較少.源的流向正確，即節(jié)流的實現(xiàn)，減少了無效庫的開支，提高了光合產(chǎn)物的利用效率，保證了較高的庫容有效充實度(86.36%)［14］.單獨追加菌根菌肥對水稻增產(chǎn)起到了強源擴(kuò)庫節(jié)流作用.

3.2 菌根菌肥與氮肥配施對水稻的促產(chǎn)作用

氮素是水稻產(chǎn)量提高主要限制元素之一.合理的氮素營養(yǎng)具有豐源、強源、擴(kuò)庫、活庫功能，體現(xiàn)在提高水稻葉面積指數(shù)［16］、提高水稻光合作用速率、增穗、穩(wěn)粒、提高蔗糖合成酶活性［17］.在菌根菌肥的強源擴(kuò)庫節(jié)流的基礎(chǔ)之上，氮肥的添加使產(chǎn)量提高9.36%.一是氮肥的施加實現(xiàn)了水稻有效分蘗和穗數(shù)的增加大穗的形成及較大籽粒的產(chǎn)生及較高結(jié)實率.二是氮肥的施加提高了光合作用速率，增大了源器官同化物的形成和輸出的能力，從而保證了庫形成和充實的物質(zhì)基礎(chǔ).另外，物質(zhì)流向根系的比例減小，流向籽實的比例增大，從而減少了源的浪費，達(dá)到了“節(jié)流”目的［18］.菌根菌肥與氮肥配施更大幅度地實現(xiàn)了強源擴(kuò)庫節(jié)流，從而保證了水稻的高產(chǎn).

3.3 菌根菌肥與磷肥配施菌根菌肥與氮肥磷肥配施對水稻的促產(chǎn)作用

磷素營養(yǎng)在水稻生長過程中能夠促進(jìn)水稻根的伸長分蘗穎花與結(jié)實等［19］.實驗地區(qū)土壤速效磷含量適中，可以基本滿足作物生長的需要［20］.施加磷肥使得水稻爭取了最高的庫數(shù)量和庫容量.但水稻的光合作用速率卻沒有相應(yīng)提高，出現(xiàn)源和庫不匹配的現(xiàn)象.不僅如此，稻草產(chǎn)量均高于其他追肥方式表明源的流向與庫的節(jié)奏不合拍，即光合產(chǎn)物流向了無效分蘗穗粒等，造成物質(zhì)和能量的浪費.此條件下水稻前期建庫數(shù)量與后期實庫能力不符，源流向錯誤，導(dǎo)致用于構(gòu)建無效庫的開支過大，水稻實際產(chǎn)量提高幅度有限.

4 結(jié)論

1)菌根菌肥單施在水稻生產(chǎn)中起強源擴(kuò)庫節(jié)流作用，水稻實際產(chǎn)量高達(dá)9 535.23 kg·hm－2，與空白對照相比增加29.27%.

2)與氮肥配施后菌根菌肥進(jìn)一步提高了水稻光合作用速率，增大了源器官同化物的形成和輸出能力，同時擴(kuò)大了庫容.源和庫的節(jié)奏相適應(yīng)保證了較高的庫容有效充實度，水稻實際產(chǎn)量高達(dá) 10 427.7 kg·hm－2.

3)與磷肥、磷肥氮肥配施后，菌根菌肥同時提高了水稻源強和庫容.但二者節(jié)奏不合拍且流向錯誤，使水稻理論產(chǎn)量和稻草產(chǎn)量過高，最終導(dǎo)致水稻實際產(chǎn)量未達(dá)到預(yù)期效果.

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