機(jī)械深施肥處理對超級稻產(chǎn)量和根系空間分布的影響

陳雄飛 王在滿 石慶華 羅錫文* 莫釗文 張明華 楊文武 章秀福

（1江西農(nóng)業(yè)大學(xué)/作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，南昌330045；2華南農(nóng)業(yè)大學(xué)/南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，廣州510642；3華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣州 510642；4中國水稻研究所，杭州310006；第一作者∶121686212＠qq．com；*通訊作者∶xwluo＠scau．edu．cn）

水稻植株主要通過根系吸收土壤中的養(yǎng)分，根系是水稻生長發(fā)育的重要器官，影響水稻地上部物質(zhì)積累及水稻產(chǎn)量、品質(zhì)的形成[1-2]?；蚝铜h(huán)境共同作用影響根系形態(tài)及生理特性[3-5]。因此，可以通過不同種植技術(shù)來調(diào)控水稻根系生長和空間分布，進(jìn)而影響水稻地上部的生長發(fā)育，最終影響產(chǎn)量形成[6-9]。凌啟鴻等[10]研究認(rèn)為，上層根量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，下層根量與產(chǎn)量的關(guān)系隨著栽培條件的不同而改變，不同土層根系在根系生長的不同時期對水分脅迫的響應(yīng)各異。另有研究表明，同步深施肥水稻精量穴播技術(shù)可延緩植株衰老[11]，有利于水稻增產(chǎn)增效[12-15]；淺層施肥對水稻苗期根系生長及分布的影響已有報道[16]，然而，同步深施肥水稻精量穴播技術(shù)對水稻根系影響的研究鮮有報道[17]，特別是同步側(cè)位深施肥水稻精量穴播對水稻根系空間分布動態(tài)影響的研究未有報道。

為此，本文研究了同步側(cè)位深施肥精量穴播方式水稻根系在不同生育期（分蘗期、孕穗期、抽穗揚(yáng)花期、成熟期）的空間分布動態(tài)，以期為同步側(cè)位深施肥水稻精量穴播技術(shù)的高產(chǎn)形成、肥料高效利用，及配套機(jī)具的推廣應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為常規(guī)超級稻玉香油占和超級雜交稻天優(yōu)998。供試肥料為挪威復(fù)合肥，肥料有效成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為∶N 15%、P2O515%、K2O 15%。試驗機(jī)具為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的行距25 cm的同步側(cè)位深施肥水稻精量穴播機(jī)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2014年3月5日在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗農(nóng)場進(jìn)行。試驗設(shè)置3個處理∶機(jī)械同步側(cè)位深施、人工撒施和不施肥。機(jī)械同步側(cè)位深施處理采用機(jī)械播種同步一次性深施肥，施肥量為70 kg/667 m2；人工撒施處理是人工習(xí)慣施肥，即在水稻播種后秧苗長到3葉期時一次性施肥，施肥量為70 kg/667 m2。玉香油占的播種量為3.0 kg/667 m2，天優(yōu)998的播種量為1.5 kg/667 m2，播種規(guī)格均為25 cm×16 cm。小區(qū)面積200 m2，3 次重復(fù)。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

水稻成熟時，根據(jù)各個小區(qū)的平均有效穗數(shù)取樣10叢帶回室內(nèi)考種，測定每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重等性狀，并計算稻谷產(chǎn)量。

1.3.2 根系體積和干質(zhì)量

分別于水稻分蘗期、孕穗期、抽穗揚(yáng)花期、成熟期取樣測定水稻不同根層的根系體積和根系干質(zhì)量。根系取樣采用土柱法，以水稻植株為中心，先割取地上部分，然后挖取20 cm長×20 cm寬×25 cm深的土柱，沿垂直方向每5 cm切割為1個層次，重復(fù)3次，取出的土樣，用水漂洗干凈，將泥土和根系分離。用吸水紙吸干根系表面水分，采用排水法測定根系體積。根系干質(zhì)量∶在105℃烘箱殺青30 min后，于80℃恒溫下烘干至恒質(zhì)量，用1/100電子天平稱重。

表1 施肥處理對超級稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表2 施肥處理對超級稻分蘗期根系空間分布及總體積的影響 （cm3/叢）

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Statistix 8和Excel軟件進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的處理和分析，處理間差異采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

從表1可見，機(jī)械深施處理參試品種的平均產(chǎn)量較人工撒施處理和不施肥處理分別提高7.72%和15.37%，差異顯著；千粒重分別提高 2.20%和 2.78%，差異顯著；機(jī)械深施處理參試品種的有效穗數(shù)與人工撒施處理相當(dāng)，較不施肥處理提高14.62%，差異顯著；每穗總粒數(shù)機(jī)械深施處理較人工撒施處理高，但比不施肥處理有所降低；結(jié)實(shí)率3個處理間差異不顯著。

2.2 根系的空間分布和總體積

從表2可見，在分蘗期，機(jī)械深施處理較人工撒施處理提高了5～10 cm、10～15 cm和≥15 cm根層的根系體積和根系總體積，較不施肥處理提高了各根層根系體積和根系總體積，但差異不顯著。

從表3可見，在孕穗期，機(jī)械深施處理除了比不施肥處理≥15 cm根層根系體積顯著提高了100.78%外，較人工撒施處理和不施肥處理各根層的根系體積和根系總體積的影響均不顯著。

從表4可見，在抽穗揚(yáng)花期，機(jī)械深施處理較人工撒施處理和不施肥處理顯著影響0～5 cm根層根系體積，分別提高了31.99%和42.43%；顯著影響根系總體積，分別提高了26.60%和34.39%。機(jī)械深施處理較人工撒施處理提高了10～15 cm和≥15 cm根層根系體積，較不施肥處理提高了5～10 cm、10～15 cm和≥15 cm根層根系體積，但差異均不顯著。

從表5可見，在成熟期，機(jī)械深施處理顯著影響成熟期≥15 cm根層根系體積，較人工撒施處理和不施肥處理分別提高了142.62%和158.56%。除根系總體積較人工撒施處理稍有下降外，其余根層根系體積均有所提高，但差異不顯著。

2.3 根系干質(zhì)量的空間分布和總干質(zhì)量

表6至表9表明，機(jī)械深施處理對分蘗期根系干質(zhì)量空間分布和總干質(zhì)量影響差異不顯著，但是較人工撒施處理和不施肥處理在5～10 cm和10～15 cm根層根系干質(zhì)量和根系總干質(zhì)量方面具有優(yōu)勢。機(jī)械深施處理對孕穗期 0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 根層根系干質(zhì)量空間分布和總干質(zhì)量影響差異不顯著，但是較人工撒施處理和不施肥處理顯著提高≥15 cm根層根系干質(zhì)量，分別提高了84.11%和139.19%。機(jī)械深施處理對抽穗揚(yáng)花期 0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 和≥15 cm根層根系干質(zhì)量空間分布和總干質(zhì)量影響差異不顯著，其中在0～5 cm、5～10 cm根層根系干質(zhì)量和根系總干質(zhì)量方面具有優(yōu)勢。機(jī)械深施處理對成熟期0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm根層根系干質(zhì)量空間分布和總干質(zhì)量影響差異不顯著，但是較人工撒施處理和不施肥處理顯著提高≥15 cm根層根系干質(zhì)量，分別提高了 104.20%和 163.87%。

表3 施肥處理對超級稻孕穗期根系體積空間分布及總體積的影響 （cm3/叢）

表4 施肥處理對超級稻抽穗揚(yáng)花期根系體積空間分布及總體積的影響 （cm3/叢）

表5 施肥處理對超級稻成熟期根系體積空間分布及總體積的影響 （cm3/叢）

表6 施肥處理對超級稻分蘗期根系干質(zhì)量空間分布及總干質(zhì)量的影響 （g/叢）

表7 施肥處理對超級稻孕穗期根系干質(zhì)量空間分布及總干質(zhì)量的影響 （g/叢）

表8 施肥處理對超級稻抽穗揚(yáng)花期根系干質(zhì)量空間分布及總干質(zhì)量的影響 （g/叢）

表9 施肥處理對超級稻成熟期根系干質(zhì)量空間分布及總干質(zhì)量的影響 （g/叢）

3 小結(jié)與討論

國內(nèi)外研究者從灌溉、施肥量、施肥時期等方面研究水稻根系已經(jīng)非常深入[4-5，18-19]，而對于深施肥處理下水稻根系的研究報道較少。通過前期研究水稻根系分布，可利用根量分布來確定同步側(cè)位深施肥水稻精量穴播技術(shù)的施肥深度[17]，本研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展同步側(cè)位深施肥技術(shù)研究，并試圖分析機(jī)械同步側(cè)位深施肥對超級稻產(chǎn)量和根系的影響及其關(guān)系。

本試驗結(jié)果表明，深施肥處理下超級稻品種的平均產(chǎn)量較人工撒施處理和不施肥處理分別提高7.72%和15.37%，差異顯著，與前人的研究結(jié)果一致[12-15]。本研究結(jié)果還表明，深施肥處理下超級稻的千粒重較人工撒施處理和不施肥處理分別提高2.20%和2.78%，原因在于同步側(cè)位深施肥水稻精量穴播技術(shù)可延緩植株衰老，甚至能提高土壤地力[11，13]。此外，更多原因在于根系對養(yǎng)分的吸收和根系的衰老情況。因此，需進(jìn)一步探討根系分布特點(diǎn)。

從根系分布特點(diǎn)而言，水稻根系較淺，85%以上的根系分布在0～20 cm土層[20]。不同水稻品種的根系深扎特點(diǎn)不同[21]。從整個根系在不同土層的分布情況來看，本試驗研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致[16，22-23]。從不同根層根系分布而言，本研究結(jié)果表明，深施肥處理下超級稻品種孕穗期≥15 cm根層的根系體積較人工撒施處理提高41.25%，較不施肥處理提高100.78%；根系干質(zhì)量較人工撒施處理和不施肥處理分別提高84.11%和139.19%。抽穗揚(yáng)花期0～5 cm根層根系體積深施肥處理較人工撒施處理和不施肥處理分別提高31.99%和 42.43%，根系總體積分別提高 26.60%和34.39%；成熟期≥15 cm根層的根系體積和根系干質(zhì)量分別提高 142.62%、158.56%和 104.20%、163.87%。而孫浩燕等[16]調(diào)查了苗期水稻根系特征后認(rèn)為，施肥深度1 cm處理根系生物量、各形態(tài)指標(biāo)參數(shù)及根系吸收面積都表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。這種結(jié)果的差異性主要在于取樣時期的不同?？梢姡钍┓侍幚碚{(diào)控根系空間形態(tài)分布是影響超級稻產(chǎn)量形成的重要原因之一。

研究結(jié)果表明，深施肥處理下超級稻品種的平均產(chǎn)量較人工撒施處理和不施肥處理分別提高7.72%和15.37%，主要得益于千粒重的提高。此外，深施肥處理下超級稻品種根系體積和干質(zhì)量具有一定優(yōu)勢，其中以孕穗期≥15 cm根層的根系體積和根系干質(zhì)量、抽穗揚(yáng)花期0～5 cm根層根系體積和根系總體積、成熟期≥15 cm根層的根系體積和根系干質(zhì)量提高較顯著。因此，深施肥處理通過調(diào)控根系空間形態(tài)分布來影響超級稻產(chǎn)量的形成。