分蘗期干旱脅迫下養分管理對雙季晚稻生長及產量的調控效應

關賢交，彭春瑞，陳先茂，陳 金，邱才飛，錢銀飛，邵彩虹，鄧國強，謝 江

(江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所/農業部長江中下游作物生理生態與耕作重點實驗室/國家紅壤改良工程技術研究中心， 江西 南昌 330200)

分蘗期干旱脅迫下養分管理對雙季晚稻生長及產量的調控效應

關賢交，彭春瑞，陳先茂，陳 金，邱才飛，錢銀飛，邵彩虹，鄧國強，謝 江

(江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所/農業部長江中下游作物生理生態與耕作重點實驗室/國家紅壤改良工程技術研究中心， 江西 南昌 330200)

針對丘陵雙季稻區易發生季節性干旱導致養分供應受阻、水稻生長發育受影響、產量下降等問題，研究了干旱條件下5種養分管理措施(即T1：增施鉀肥+噴清水；T2：葉面噴施0.2% ZnSO4；T3：增施鉀肥+葉面噴施肥0.2% ZnSO4；T4：提高后期施N比例+噴清水；CK：常規施肥+噴清水)對雙季晚稻生長發育、產量形成以及產量的影響。結果表明，分蘗期干旱脅迫下，不同養分管理對雙季晚稻生長發育和產量的影響具有明顯的差異，其影響程度由強到弱依次為：T3>T1>T2>T4>CK。T3在分蘗期干旱脅迫下能有效促進水稻分蘗能力，提升苗峰值和有效分蘗數，最高分蘗數比CK高7.26%，并顯著提高拔節期和齊穗期的葉片SPAD值、葉片光合速率和葉片蒸騰速率以及根系活力，同時還顯著增加拔節期、齊穗期和成熟期地上部單株干物重，改善植株干物質的積累，其增幅分別在2.19%～25.22%，從而顯著提高雙季晚稻每公頃有效穗數、每穗實粒數、每穗總粒和結實率等產量構成因素，最終使雙季晚稻在干旱脅迫條件下獲得較高產量。T3的產量在所有處理中最高，達10.07 t·hm-2，分別比T1、T2、T4及CK高6.34%、7.70%、14.17%和25.56%。

雙季晚稻；干旱脅迫；養分管理；生長發育；產量

作為中國最重要的糧食作物，水稻的常年播種面積和產量分別占全國糧食作物的27%和34%左右，其生產在糧食生產和國民經濟中占有重要地位。我國水稻生產嚴重依賴生態環境，對于自然災害和環境變化的脅迫尤為敏感，特別是水、旱災害嚴重影響水稻生產。我國又是個嚴重缺水國家，人均水資源占有量僅為世界平均水平的1/4，居世界第109位[1-2]。目前我國農田水分利用率比較低，其中農田灌溉水的利用率平均僅為40%～45%左右，遠遠低于發達國家70%～80%的水平。根據權威部門的預測，在不增加現有農田灌溉用水量的情況下，2030年全國缺水高達1 300億～2 600億m3，其中農業缺水500億～700億m3[3]。因此，加快發展抗旱節水高效農業，對保障我國糧食安全、生態安全和水資源安全具有重要的意義。

南方丘陵區是我國重要稻米產區之一，降雨豐沛、熱量充足，但由于降水量時空分布不均，與蒸發量分布不同步,導致季節性干旱，嚴重阻礙水稻生產[4-5]。近年來，國內外關于水稻抗旱節水栽培[6-7]、干旱對水稻生理生化[8-9]、產量[10-11]、品質[12-13]、干物質轉移與積累[14-15]及酶活性[16-17]的影響等方面進行了大量研究。這些研究多集中于干旱對水稻產量與品質影響的生態生理效應，而關于通過養分高效管理減輕季節性干旱對雙季晚稻危害的研究較少。為改善水稻生產季節性缺水狀況，提高水資源和養分利用效率，減小旱災造成的損失，迫切需要開展雙季晚稻抗旱節水栽培研究。為此，本試驗在人為造成大田季節性干旱條件下，研究了不同養分管理對雙季晚稻生長發育及產量形成的影響，以期通過優化養分管理緩解季節性干旱對水稻生產的危害，為水稻抗旱節水栽培提供理論依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2014年在吉安市農科所試驗田進行，田間土壤pH值為4.8，有機質含量為24.3 g·kg-1，全氮含量為2.7 g·kg-1，全磷含量為0.4 g·kg-1，速效磷含量為21.4 mg·kg-1，有效鉀含量為113.2 mg·kg-1。共設5個處理，分別為T1：增施鉀肥+噴清水；T2：常規施肥+葉面噴施0.2% ZnSO4；T3：增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4；T4：氮肥后移+噴清水；CK：常規施肥+噴清水。供試品種為‘榮優225’，ZnSO4采用分析純。隨機區組排列，重復三次，每處理小區面積20 m2，小區間作埂并覆塑料薄膜。

本試驗氮肥采用尿素，磷肥采用鈣鎂磷肥，鉀肥采用氯化鉀。以常規施肥+噴清水為對照，常規施肥純氮施用量為210 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶0.8(即常規施肥每公頃施肥量為456.2 kg尿素、875 kg鈣鎂磷肥和280 kg氯化鉀)，氮、鉀肥分基肥和分蘗肥兩次施入(基肥∶分蘗肥=5∶5)，磷肥做基肥一次性施入，于水稻返青后15 d葉面噴施與0.2% ZnSO4溶液等容量的清水；T1在CK的基礎上增施50%的鉀肥，N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶1.2(即每公頃施肥量為456.2 kg尿素、875 kg鈣鎂磷肥和420 kg氯化鉀)，并于水稻返青后15 d葉面噴施與0.2% ZnSO4溶液等容量的清水；T2在常規施肥的基礎上于水稻返青后15 d葉面噴施0.2% ZnSO4溶液；T3在常規施肥的基礎上增施50%的鉀肥，N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶1.2(施肥量與T1相同)，并在分蘗期葉面噴施0.2% ZnSO4溶液；T4為30%氮肥后移，即基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶2∶3(施肥量與常規施肥相同)，并于水稻返青后15 d葉面噴施與0.2% ZnSO4溶液等容量的清水。

1.2 田間管理

6月25日播種，7月24日移栽，移栽密度為16 cm×23 cm；移栽返青后開始排水曬田，每個小區備好防雨棚，出現突發性降雨時蓋上防雨棚，人為造成分蘗期干旱。從開始排水曬田后10天每天用美國TDR300土壤水分速測儀監測土壤水分含量，并于中午觀察水稻新生葉片的卷曲程度，當土壤容積含水量低于30%以及80%新生葉中午出現輕度卷曲并持續5 d后復水。從開始排水曬田到干旱結束，整個時期持續了22 d左右，人為造成的晚稻分蘗期干旱與我國南方季節性干旱出現的時期和持續時間相類似。

正常情況下，江西省雙季晚稻本田生育期間降雨量約為650～780 mm，灌溉量約為225～240 mm；2014年6—10月江西省吉安縣總降雨量約為721.8 mm(各月具體的雨量分布見圖1)，而本試驗中雙季晚稻大田生育期間的灌溉總量為185 mm。其它栽培管理措施與大田生產一致。

圖1 江西省吉安縣2014年6—10月降水量

1.3 測定項目

莖蘗動態是在移栽返青后各小區定點10蔸作為觀察點，每隔5 d調查記載一次分蘗數，直到分蘗停止或減少為止。在拔節期和抽穗期用SPAD儀測定葉片SPAD值，于拔節期和抽穗期用Li-6400光合速率測定儀測定倒二葉全展葉光合速率和蒸騰速率，于拔節期、齊穗期和成熟期每小區取3蔸測定地上部干物重，在齊穗期用脫脂棉和自封袋取根系傷流液測定根系傷流強度，于收獲前兩天每小區按平均穗數取3蔸考種，測定產量構成因素，分小區實收測產。

1.4 數據計算與統計分析

采用Microsoft Excel 2003 進行數據的錄入和計算，運用SAS9.0軟件進行統計分析，并使用LSD法進行多重比較，顯著水平α=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同養分管理對雙季晚稻莖蘗動態的影響

如圖2所示，不同養分管理下水稻莖蘗的動態變化規律基本一致，均表現出隨生育期延續先迅速增大、后逐漸減小的變化規律。但T1、T2和T3在干旱條件下莖蘗數的增加比CK要快，尤其是T3的莖蘗數在生育中、后期明顯要高于CK，其莖蘗高峰值最大，比CK高7.26%，且達到峰值后下降的速度也較慢。說明增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4有利于提高干旱條件下水稻的分蘗能力，增加有效分蘗數，并使水稻保持高的成穗率。

圖2 不同養分管理對雙季晚稻莖蘗動態的影響

2.2 不同養分管理對雙季晚稻葉片SPAD值的影響

如圖3所示，拔節期只有T3處理葉片SPAD值顯著高于CK，但齊穗期T1、T2、T3和T4處理的葉片SPAD值均顯著高于CK；拔節期和齊穗期均以T3最高，分別比CK高2.19%和7.61%。說明增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4能顯著提高干旱條件下晚稻葉片的葉綠素含量，提高葉片光合能力。

2.3 不同養分管理對雙季晚稻葉片光合速率和蒸騰速率的影響

由表1可知，拔節期和齊穗期葉片光合速率的變化和葉片SPAD值的變化基本一致。拔節期只有T3處理葉片光合速率顯著高于CK，齊穗期T1、T2和T3處理的葉片光合速率均顯著高于CK；拔節期和齊穗期葉片光合速率均以T3最高，分別比CK高10.49%和13.29%。拔節期T1、T2和T3處理的葉片蒸騰速率顯著高于CK，而齊穗期只有T3處理顯著高于CK，拔節期和齊穗期葉片蒸騰速率均以T3最高，分別比CK高6.61%和11.85%。說明增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4有利于增加干旱條件下水稻的光合作用，減輕干旱脅迫對水稻的影響。

表1 不同養分管理對雙季晚稻葉片光合速率和蒸騰速率的影響

注：T1、T2、T3、T4、CK分別表示增施鉀肥+葉面噴施肥0.2% ZnSO4、增施鉀肥+噴清水、葉面噴施0.2% ZnSO4、氮肥后移+噴清水、常規施肥+噴清水，同列不同小寫字母表示不同養分管理措施間在0.05水平差異顯著。下同。

Note: T1, T2, T3, T4 and CK indicate adding K fertilizer+foliage spraying 0.2% ZnSO4, adding K fertilizer+spraying clean water, foliage spraying 0.2% ZnSO4, raising the ratio of N fertilizer in elongation stage+spraying clean water and conventional fertilization+spraying clean water. Different lowercases in a column indicate significant differences atP≤0.05 level among different nutrient management methods. The same as below.

2.4 不同養分管理對雙季晚稻根系傷流強度的影響

圖4表明，拔節期僅T3處理根系傷流強度顯著高于CK，齊穗期T1、T2和T3處理的根系傷流強度顯著高于CK；拔節期和齊穗期均以T3處理的傷流強度最高，分別比CK高11.51%和25.22%。說明增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4有利于提高水稻根系活力，增強雙季晚稻抗旱性。

2.5 不同養分管理對雙季晚稻地上部單株干物重的影響

干旱條件下不同養分管理措施對雙季晚稻地上部干物重的影響不同(圖5)。拔節期T3顯著高于CK，其它處理與CK的差異均不顯著，齊穗期T1、T2、T3和T4處理的地上部干物重均顯著高于CK，成熟期T1和T3處理顯著高于CK。三個時期均以T3最高，分別比CK高5.47%、8.05% 和7.22%。說明增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4有利于增加干旱條件下水稻干物質的積累。

2.6 不同養分管理對雙季晚稻產量構成及產量的影響

從表2可以看出，干旱脅迫條件下不同養分管理能明顯影響晚稻的產量及產量構成。T1、T2和T3處理產量均顯著高于CK，分別比CK高18.08%、16.58%和25.56%，其中T3產量最高，達10.07 t·hm-2，T4產量與CK差異并不顯著。各處理產量的增加主要是由于每公頃有效穗數、每穗實粒數、每穗總粒和結實率的提高，而不同養分管理對干旱條件下晚稻千粒重的影響不顯著。以上結果表明，不同養分管理措施均有利于改善干旱脅迫條件下雙季晚稻穗部經濟性狀和提高產量，且以施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4效果最顯著。

圖4 不同養分管理對雙季晚稻根系傷流強度的影響

圖5 不同養分管理對雙季晚稻地上部單株干物重的影響

表2 不同養分管理對雙季晚稻產量構成及產量的影響

3 討 論

干旱脅迫使水稻最終有效分蘗減少，且分蘗期干旱處理的影響程度大于孕穗期干旱處理[18]。而施肥在一定程度上能補償干旱條件下作物生長受抑制的不良反應[19]。本研究結果表明，分蘗期干旱條件下，增施鉀肥、葉面噴施0.2% ZnSO4以及增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4等養分管理措施均能一定程度影響雙季晚稻分蘗能力，其中增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4對干旱條件下水稻分蘗能力的影響效果最大，能顯著增加有效分蘗數，提高水稻成穗率，這可能是由于鉀肥與鋅肥的施用提高了水分利用率，增強了水稻的抗旱能力，從而間接促進了水稻有效分蘗的發生，同時鉀與鋅之間還可能存在一定的協同促進效應。

光合作用能夠反映植株逆境生長態勢的強弱[20]。干旱脅迫下水稻植株吸水減少，光合速率下降，根系活力減弱，造成植株生長減緩，干物質積累減少。本研究表明，不同養分管理雙季晚稻葉片SPAD值與光合速率變化基本一致，而增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4在拔節期和齊穗期兩個時期均顯著提高葉片SPAD值和光合速率。同時，增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4還提高了拔節期和齊穗期葉片的蒸騰速率，形成以上結果的原因可能是增施鉀、鋅肥有利于葉綠素的合成與穩定，提高葉片的葉綠素合成及凈光合能力，并減少了葉肉細胞光合活性的下降，削弱非氣孔因素對光合作用的限制，有效防止光合速率下降。同時增施鉀肥還可能增強了氣孔的調節能力、維持一定蒸騰速率、增加植株中輸導組織所占比例、提高干旱條件下水分利用效率，獲得相對較高的生物量。這與前人研究結果一致[21-23]。

根系活力是反映根系生命活動的基本生理指標，其強弱受干旱脅迫影響顯著。本研究表明，在干旱脅迫條件下，增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4能增加根系傷流強度，顯著提高根系活力。可見，在干旱脅迫條件下，施用鉀、鋅肥能夠緩解水分虧缺對水稻生長的抑制，從而有利于提高水稻對干旱脅迫的適應性。這與譚勇、常蓬勃等鉀、鋅能夠顯著提高植物根系活力的結論一致[24-25]。但關于鉀、鋅對水稻根系吸水能力的生理機制尚不明確，可能是由于干旱脅迫下鉀、鋅能夠促進根系脫落酸的合成，而脫落酸能夠減輕干旱對植株的傷害，也可能是鉀、鋅營養的改變誘導了干旱脅迫下植株體內某些抗性蛋白如鋅指蛋白等的表達從而提高植株對干旱脅迫的適應能力[26-27]。

產量的形成是一個復雜的過程，它不僅受到前期作物生理過程的影響，更受到后期光合作用、灌漿速度、干物質的積累和轉運的影響[28-29]。其中干旱脅迫對水稻的生長發育及產量均具有直接的影響。但在干旱脅迫下通過施肥能不同程度地改善作物經濟性狀，并顯著提高產量[30-31]。本研究表明，在干旱條件下，不同養分管理措施對雙季晚稻的產量及產量構成具有明顯影響效果，增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4顯著增加了雙季晚稻的產量，而產量的增加主要是由于每公頃有效穗數、每穗實粒數、每穗總粒和結實率等產量構成因素的提高。說明分蘗期干旱脅迫下，增施鉀肥+葉面噴施0.2% ZnSO4可能增強了前期水稻植株體素質，提高了水稻有效分蘗能力和根系活力，促進葉片葉綠素合成及光合能力，增加了有效干物質的生產和積累，并促進了干旱脅迫下水稻的某些生理活動和代謝功能，從而為后期水稻經濟性狀的改善奠定了物質基礎。

4 結 論

綜上所述，本試驗中養分管理措施均不同程度減輕了分蘗期干旱脅迫對水稻的危害。各養分管理措施效果由強到弱依次為增施鉀肥+葉面噴施肥0.2% ZnSO4(T3)、增施鉀肥+噴清水(T1)、葉面噴施0.2% ZnSO4(T2)、氮肥后移+噴清水(T4)、常規施肥+噴清水(CK)；其中增施鉀肥+葉面噴施肥0.2% ZnSO4在所有處理中效果最明顯，較大程度緩解了分蘗期干旱脅迫對雙季晚稻的危害，增施鉀肥+葉面噴施肥0.2% ZnSO4主要是通過提高水稻分蘗能力、葉片SPAD值、光合速率和蒸騰速率、根系活力以及地上部干物重等指標來增強水稻抗旱性，從而促進有效穗數、每穗實粒數、每穗總粒數及結實率等產量構成因素的提升，確保了干旱脅迫下獲得較高產量。此外，增施鉀肥+葉面噴施肥0.2% ZnSO4對水稻抗旱能力的提高可能還與植株體內的保護酶活性和基因表達有關，這些方面有待進一步研究。

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Effectofnutrientmanagementonthegrowthandyieldofdoublecroppinglatericeunderdroughtstressduringtilleringstage

GUAN Xian-jiao, PENG Chun-rui, CHEN Xian-mao, CHEN Jin, QIU Cai-fei, QIAN Yin-fei, SHAO Cai-hong, DENG Guo-qiang, XIE Jiang

(SoilFertilizer&ResourceandEnvironmentResearchInstitute,JiangxiAcademyofAgriculturalScience/KeyLaboratoryofCropEco-physiologyandFarmingSystemfortheMiddleandLowerReachesoftheYangtzeRiver,MinistryofAgriculture,P.R.China/NationalEngineeringandTechnologyResearchCenterforRedSoilImprovement,Nanchang,Jiangxi, 330200,China)

In order to promote rice production in the harsh environments of mountain and hills areas, we conducted five nutrient management methods including adding K fertilizer+spraying clean water(T1), foliage spraying 0.2% ZnSO4(T2), adding K fertilizer+foliage spraying 0.2% ZnSO4(T3), raising the ratio of N fertilizer in elongation stage+spraying clean water(T4), conventional fertilization+spraying clean water (CK), with the objective of elucidating the effect of the nutrient management methods on the growth and development, yield components and yield of double cropping late rice under drought stress condition. The results revealed significant difference among the five nutrient management methods on the growth and development and yield of double cropping late rice under drought stress condition during tillering stage, with the order of T3>T1>T2>T4>CK. T3 effectively increased tiller number, the seedling peak value, and number of effective tillers, significantly elevated the SPAD value, the photosynthetic rate and transpiration rate of leaf, root activity at elongation stage and full heading stage, with a range of increase by 2.19%～25.22% compared with CK. In addition, it significantly increased single plant dry matter weight above ground at stem elongation stage and full heading stage and maturity stage, improving the dry matter accumulation of plant by 5.47% and 8.05% and 7.22% compared with CK, respectively. Furthermore, the yield components including the effective panicles number per hectare, filled grain number per panicle, total grain number per panicle and seed setting rate were significantly enhanced. Finally, the highest yield level was achieved for T3 under drought stress, reaching 10.07 t·hm-2and being 6.34%, 7.70%, 14.17% and 25.56% higher than T1, T2, T4, and CK respectively.

double cropping late rice; drought stress; nutrient management; growth and development; yield

1000-7601(2017)03-0007-06doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.02

2016-04-27

：2017-03-09

：國家“十二五”科技支撐計劃項目(2013BAD07B12)；江西省青年科學基金(20132BAB21402)

關賢交(1979—)，男，湖南邵陽人，博士，副研究員，從事節水節肥栽培與農田生態研究。 E-mail: guanxianjiao@126.com。

彭春瑞，博士，研究員，主要從事作物栽培與農業生態研究。 E-mail: pcrtfs@163.com。

S511.4+2

： A