協同優化水肥管理對水稻抗倒伏特性的影響

中圖分類號：S511.04;S511.06;S511.07 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）10-0052-07

水稻是我國三大主糧之一，提高水稻產量確保糧食有效供給，是保障我國糧食安全的重要措施之一。氮是影響作物生長、發育、產量和品質的必需營養素之一，合理施氮是水稻高產優質的保障。隨著施氮量的增加，水稻產量增加，達到閾值后繼續施氮反而會引起產量和品質下降。其下降的主要原因是高氮投人會促使水稻分蘗增多、莖稈徒長，導致密度過大及高稈弱稈[2-4];水稻莖壁組織變薄，莖稈支撐力不足，灌漿后極易發生莖倒伏[5]。水稻是典型的喜硅作物，對硅需求量較多，僅次于對氮、磷、鉀的需求量。硅能夠影響水稻內源激素的合成和代謝，調節水稻生長發育過程；促進水稻根系發育，增強根系吸收面積和活力；硅肥同樣在促進莖壁細胞發育、增加莖稈機械強度方面有良好表現，前人的研究表明，施硅肥后水稻產量、抗倒伏性增加[6-8]。此外，不當的水分管理使得田間水分長期過度飽和，土壤軟爛，影響植株根系發育，使其扎根淺且支撐力差，從而引發根倒伏。同時，水分管理方式也顯著影響水稻產量及其構成因素[9-11] 。因此，肥料管理需要耦合水分管理以實現水稻莖稈抗倒伏性和產量協同提高[12]

干濕交替灌溉是指前期保持土壤淺水層，一段時間后排水，自然落干后復水，循環復水落干的過程。這種灌溉方式極大地減少了農業灌溉用水量，提高了植物水分利用率[13-15]。相關研究表明，干濕交替灌溉有利于水稻籽粒灌漿結實、根系生長，莖稈細胞壁的硅含量增加，莖稈硬度和抗倒伏能力增強[16-18]。水分管理與肥料管理存在明顯的互作效應，水氮耦合管理可以顯著減少稻田氮損失，提高養分利用率和產量，而水肥互作的相關研究側重于氮肥利用率和產量構成，對莖稈抗倒伏特性影響的研究十分有限[19-21]

因此，本試驗設置了干濕交替灌溉方式下側深施肥的高產高效模式，并在此基礎上增施硅肥并調整穗肥施用比例（再高產高效模式），通過與當地傳統水肥管理方式（農戶習慣水肥管理模式）對比研究，探索了協同優化水肥管理對水稻產量和抗倒伏性的影響，旨在為水稻抗倒與高產栽培調控提供理論依據和實踐基礎。

1材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地點位于江蘇盱眙龍蝦產業發展股份有限公司的張洪程院士創新試驗基地（ 32^°59^′32^′′N 118^°40^′44^′′E ），當地氣候類型為北亞熱帶與暖溫帶過度的季風性濕潤氣候，雨熱同期，在水稻主要生育期內能提供充足的熱量和降水，有利于其生長發育。試驗期間平均氣溫 26.8^°C ，平均風速 10.1km/h ，總降水量 595mm （圖1）。

1.2 試驗設計

選用南粳5718為試驗水稻品種。2023年5月25日播種，于溫室大棚內用缽苗秧盤育秧，定期用棚頂微噴頭澆灌，保持土壤濕潤，2023年6月15日移栽。試驗設對照組（CK）、農戶習慣水肥管理模式（CON）、高產高效模式（OPT1）和再高產高效模式（OPT2）4個處理，各處理重復5次，每小區面積為24m² ，行株距為 30.0cm×12.4cm_c ，CK不施氮，CON、OPT1 和OPT2 處理施氮量均為 300kg/hm² ，所用氮肥為尿素（含氮量為 46% ）。CON處理施肥方式為傳統撒施，氮肥運籌為基肥：蘗肥 =7：3 。OPT1和OPT2處理采用人工側深施肥一次性施入基蘗肥，將氮肥均勻施在秧苗一側 3～5cm 處 5cm 深的土壤中。OPT1處理基藥肥：穗肥 =7：3 ; OPT2處理基蘗肥：促花肥：保花肥 =7：1.5：1.5 。對于OPT2處理，在拔節期于晴朗無風天氣17：00—19：00，用小型電動噴霧器葉面噴施水溶性硅肥0.45kg/hm² （硅含量 ≥150g/L ），每2周噴施1次，共噴施3次。各處理基施磷鉀肥，用量為過磷酸鈣150kg/hm² 、氯化鉀 240kg/hm² 。CK、CON處理采用當地一般的水分管理模式，生育初期大水漫灌，中期低強度擱田至土壤輕微干裂，后期保證田間淺水覆蓋。OPT1和OPT2處理采用干濕交替灌溉，移栽后田間保持 3～5cm 的淺薄水層，中期較高強度擱田至土壤明顯干裂，擱田后作干濕交替處理。

1.3 測定內容與方法

分別于拔節期、抽穗后15d、抽穗后30d和成熟期取植株樣品。各處理取具有代表性的主莖9根，去除根系后測定莖稈形態學、力學特性。選用基部第2節間測定抗折力，測量時選定兩相距 8cm 的支點（若節間不足 8cm ，變支點距離為 2cm 并換算），將主莖第2節間水平放置于兩支點間，將測力計（推拉計RZ-5，AIKON，日本）探針垂直于節間中點，緩慢且均勻地施加壓力直至莖稈斷裂，記錄壓力大小和斷裂點到穗頂鮮重、距離。

按孫永健等的方法[22]計算莖稈力學特性。莖粗 （D，mm）=（b₁+a₁）/2 ；壁厚 （?T，mm）=[?（?b₁-? b₂）+（a₁+a₂）et]/4（b₁，b₂ 表示第2節間長軸外徑、內徑； a₁、a₂ 表示第2節間短軸外徑、內徑）;彎曲力矩 表示受力折斷點到穗頂長度， FW 表示受力斷裂點到穗頂鮮重）；折斷彎矩 （M，g/cm）= 抗折力 （log）× 兩支點間距離 （cm）× 1000/4 ;斷面系數 （Z，mm³）=π/32×（a₁³b₁- a₂³b₂）/a₁ ;彎曲應力 （BS，g/mm²）=M/Z ；倒伏指數 =WP/M×100% 。

1.4 數據處理

運用Excel2020處理數據。用IBMSPSSStatistics28進行單因素方差分析（ LSD 法）。對于本試驗中處理間的顯著性檢驗，若 Plt;0.05 則認為組間差異具有統計學顯著性。用GraphPadPrism8、R4.2軟件corrplot包繪制相關性分析熱圖。

2 結果與分析

2.1優化水肥管理措施對水稻抗倒伏性的影響

2.1.1莖稈形態學特性拔節期OPT2 處理地上部鮮重、株高、重心高、莖粗、壁厚均高于其他處理（表1），其中株高、莖粗相較于OPT1處理差異達顯著水平；第2節間長度低于其他處理，比CK、CON、OPT1處理分別降低了 29.88%.32.31%.33.58% 。除拔節期外，其他生育期的OPT2處理第2節間長度表現為抽穗后 15d ，相較于CK、CON、OPT1處理均顯著增加;抽穗后 30d 長度與其他處理差異不顯著；成熟期相較于CON處理顯著減小。在拔節期，OPT1處理的株高比CON處理顯著降低 1.88% ，重心高降低 1.71% ，壁厚顯著增加 15.38% ，莖粗降低6.04% 。抽穗后15d，OPT2處理株高分別比 CON， OPT1處理增加 0.22% 、1.65%，第2節間長度分別顯著增加 63.28% （204號 .27.05% ，而重心高分別顯著降低 3.70% （204 .2.63% ；各處理株高表現為 OPI2gt;CONgt; oPT1gt;CK ，壁厚則表現為 CKgt;OPT1gt;CONgt; oPT2 。抽穗后30d，CON處理的重心高分別比OPT1 ?^OPT2 處理顯著降低 1.50%.7.64% ，莖粗分別顯著增加 10.74% 、15. 56% ，壁厚分別增加21. 95% （204號 .2.04% 。成熟期，OPT2處理的重心高分別比 CON. OPT1處理顯著降低 10. 83%，6. 15% ，OPT1、OPT2處理第2節間長度比CON處理顯著降低 27.81% 23.09% 。OPT2處理長軸外徑和短軸外徑相較于CON處理均有增加，而OPT1處理相較于CON處理則減小;CON處理的長短軸內徑均長于OPT1、OPT2處理，OPT1處理、CK第2節間徑長總體差異不大（圖2）。

2.1.2莖稈力學特性及倒伏指數由表2可知，拔節期噴施硅肥后，OPT2處理主莖折斷部位到穗頂的鮮重和距離相較于CON、OPT1處理分別增加了9.58%～20.21% 和 10.83%～11.14% ，盡管OPT2處理的彎曲力矩分別比CON、OPT1處理顯著增加

20.64% （20 ，30.11% ，但這并不利于莖稈抗倒伏特性的增強，OPT2處理的抗折力相較于無硅肥處理顯著增加，折斷彎矩分別比CON、OPT1處理顯著增加24.54% （204號 ，52.63% 。受彎曲力矩和折斷彎矩的綜合影響，該時期的OPT2處理比CON、OPT1處理有更低的倒伏指數，分別降低 2.24%.11.84% 。

OPT2處理在抽穗后 15d 抽穗后 30d 和成熟期的彎曲應力相較于CON、OPT1處理均有增加，各時期分別比CON處理增加16. 70% 、35. 76% 和35.75% ，比OPT1處理增加22. 37% 、5. 60% ！36.27% ，差異均未達顯著水平。OPT2處理的倒伏指數于抽穗后15d，分別比CON、OPT1處理降低25.00% .13.30% ；于抽穗后 30d ，比CON處理增加4.76% ，比OPT1處理降低 4.49% ；于成熟期，分別比 CON，OPT1 處理降低 14.87% 、 12.04% 。OPT1處理在抽穗后 15d 和成熟期的倒伏指數均比CON處理有所降低，2個時期各降低 13.49% （204號 ，3.21% ，而抽穗后 30d 略有升高。受穗肥影響，OPT1、OPT2處理抽穗后 30d 的力學特性相較于CON處理減弱。然而，CON處理的斷面系數分別比OPT1、OPT2處理顯著增加 44.92% 50.50% ，彎曲應力分別降低22.21% 、26. 34% （抽穗后30d），莖稈抗彎能力減弱。

2.1.3莖稈各倒伏指標的相關性抽穗后 30d CON、OPT1、OPT2處理的水稻抗折力、折斷彎矩和倒伏指數與產量、形態學指標和力學指標的相關性如圖3所示。各處理水稻產量與抗折力、折斷彎矩呈負相關，與倒伏指數呈正相關。形態學指標中，各處理的株高、重心高、折斷點到穗頂的鮮重和距離與抗折力、折斷彎矩總體呈負相關，與倒伏指數呈正相關。其中，OPT2處理的株高和折斷點到穗頂的鮮重與倒伏指數呈顯著正相關，CON、OPT2處理的重心高與倒伏指數呈顯著正相關。此外，OPT2處理的折斷點到穗頂的鮮重與抗折力、折斷彎矩呈極顯著負相關；折斷點至穗頂的距離與抗折力、倒伏指數的相關性，僅OPT1處理達極顯著和顯著水平。各處理的節間粗度、莖壁厚度與抗折力、折斷彎矩呈正相關，與倒伏指數呈負相關，莖壁厚度與倒伏指數的相關性在各處理均達顯著或極顯著水平。力學指標中，各處理彎曲力矩與抗折力、折斷彎矩呈負相關，與倒伏指數呈正相關；斷面系數、彎曲應力與抗折力、折斷彎矩呈正相關，與倒伏指數呈負相關。其中，CON、OPT2處理下的彎曲力矩與倒伏指數的相關性達顯著水平，OPT1處理的斷面系數與抗折力、倒伏指數的相關性達顯著水平。

2.2協同優化水肥管理對水稻生長發育和產量、產量構成因素的影響

各處理莖藥數總體表現為先增加后平穩的趨勢，平均莖蘗數表現為 OPT2gt;OPT1gt;CONgt;CK （圖4-a）。各處理分藥期干物質積累量差異不明顯（圖4-b），拔節期OPT1處理干物質積累量最大，其次為OPT2處理、CON處理、CK，抽穗期和成熟期OPT2處理的干物質積累量則最大，其次為OPT1處理、CON處理、 CK 。拔節期到抽穗期作物生長率表現為 CONgt;OPT2gt;OPT1gt;CK ，抽穗期到成熟期作物生長率表現為 OPT2gt;OPT1gt;CON=CK （圖4-c）。

由表3可知， coN，0PT1 和OPT2處理分別比CK增產 54.16%.85.88%.102.25% 。OPT1、OPT2處理產量分別比CON處理顯著增加 20.58% 、31. 19% ;OPT2處理產量高于OPT1處理，增產8.80% ，兩者差異不顯著。不同水肥管理措施顯著增加水稻的有效穗數，表現為 OPT2gt;OPT1gt;CONgt; CK 。OPT1、OPT2處理的結實率相較于CON處理略有降低，其中OPT2處理比CON處理顯著降低5.30% ，但其每穗粒數和千粒重相較于CON處理分別增加了 9.87%.3.81% ，且達顯著水平。

3討論

高施氮水平下施用硅肥能夠通過促進維管束發育顯著增加水稻莖基部的莖粗和壁厚，增強水稻抗倒伏能力。劉紅芳等關于高供氮水平施用硅鈣肥的研究結果表明，水稻成熟期倒伏指數顯著降低6.2% ，且產量顯著增加 12.5% [23]。拔節期葉面噴施可溶性硅肥能夠影響植株形態特征，本研究對水稻全生育期抗倒伏特性的測定發現，盡管拔節期施硅肥后，相較于無硅肥處理水稻拔節期株高、重心高增加，但抽穗期株高無顯著差異。同時，在抽穗后30d和成熟期，OPT2處理的莖壁厚增加，仍然具有更高的抗倒伏性。施用硅肥處理的力學指標、抗

倒伏性仍為各處理中的最優，即噴施硅肥會對水稻莖稈特征產生正面影響。本研究結果表明，水稻施硅肥能夠提高莖稈抗折力，降低倒伏指數，這與前人的研究[6.23-25]一致。

水氮互作的相關研究表明，干濕交替結合優化施肥有利于水稻千粒重增加，從而提高產量[26]，本研究結果與之一致。相同氮肥施用量下，干濕交替處理下的水稻顯著增產。相對于傳統淹灌，其水稻重心高卜降、莖桿壁厚增加。然血，全生育期內其對莖稈抗倒伏特性的影響或正或負，但成熟期干濕交替處理的倒伏指數低于常規灌溉處理，這或與硅肥提高莖壁強度，從而增強植株抗倒伏能力有關。此外，有研究表明，干濕交替能顯著提高根活力，可檢測根部形態進一步探究其對植株抗倒伏能力的影響[27]。抽穗后30d植株形態學與力學特性指標表明，CON處理有更優的抗倒伏性，相較于OPT2、OPT1處理重心高降低、基部節間長度減小、莖粗壁厚加大，同時其抗折力增加、倒伏指數減小，倒伏風險降低。這可能與氮肥運籌相關，CON處理全生育期氮素作基蘗肥施用，拔節期CON處理施氮量高于OPT1、OPT2處理，株高、干物質積累量均高于優化處理。OPT1、OPT2處理施用穗肥后，能促進植株生長，使株高和生物量積累增加，作物生長率高于CON處理和CK。前人研究表明，幼苗期水稻根系數量有限，此時施用的大量氮肥不能立即被吸收，可以減少基肥、分蘗肥中氮的用量，增加穗肥中氮的用量[28-29]。穗肥中，促花肥能夠在水稻穗分化時期提供適量的氮素，促進穎花分化，從而增加結實率和產量。水稻穗分化后 7～14d 施用保花肥，可以維持花器官的穩定性和代謝活性，減少穎花退化，保障水稻的成穗率。促花肥和保花肥的合理施用可以有效提高水稻的產量和品質。因此，OPT2處理的有效穗數和每穗粒數相較于OPT1處理顯著增加，產量顯著增加 8.80% 。蔣明金等關于氮肥管理對水稻抗倒伏能力影響的研究表明，施氮量增加或氮素穗肥后移會增加莖稈節間長度、株高和重心高，倒伏指數增加，莖稈機械支撐強度減小，抗倒伏能力減弱[30]。而本研究中，穗肥分期施用（OPT2處理）最終增加了水稻的壁厚、抗折力、折斷彎矩和彎曲應力，降低了倒伏指數。這可能是與水分管理產生了互作效應，其機制有待進一步探究。

4結論

優化水肥管理可增加水稻有效穗數、每穗粒數和千粒重，顯著提高水稻產量。本研究中，抽穗后30d優化水肥處理的抗倒伏能力略低于農戶模式，而其他時期倒伏指數均低于農戶模式。這主要是由于植株形態得到改善，力學特性得以增強，因此，成熟期OPT2處理植株抗倒伏能力最佳。相較于OPT1處理，干濕交替灌溉配合抽穗期分次施用氮肥并增施硅肥可提高水稻莖稈的抗倒伏能力并獲得高產。

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