鉀硅肥配施對(duì)胡麻根系形態(tài)及抗倒伏特性的影響

茍振宇，郭麗琢，2，高玉紅，2，夏張祥，王月萍，劉亞輝

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070)

倒伏是限制作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的主要因素之一[1]。構(gòu)建高效防控倒伏的理論及技術(shù)體系已成為充分發(fā)揮作物生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵。倒伏通常劃分為根倒伏和莖倒伏[2]，倒伏的發(fā)生與植株地上部和地下部性狀密切相關(guān)，二者協(xié)調(diào)生長(zhǎng)是降低倒伏發(fā)生的關(guān)鍵。由于莖倒發(fā)生較為普遍，且莖稈取樣較根系便捷，莖倒伏的研究較為深入，以莖稈形態(tài)及其解剖結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度、生化成分等為指標(biāo)的研究報(bào)道較多[3-8]。根系不僅能吸收并為地上部生長(zhǎng)輸送所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還對(duì)植物具有固持作用[9]，強(qiáng)大的根系能有效防止倒伏[10]。而根系的生長(zhǎng)與土壤肥力及肥料運(yùn)籌密切相關(guān)，缺鉀抑制根系的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)和側(cè)根的發(fā)生[11]，適量增施鉀肥可顯著提高總根長(zhǎng)、根表面積和根體積[12]。施用硅肥能顯著提高水稻根系的干物質(zhì)量，并抑制根系的過(guò)度呼吸消耗[13]，提高植株對(duì)生物脅迫和非生物脅迫的耐受能力[14-16]；硅亦能顯著增強(qiáng)高粱和大豆的耐缺鉀能力[17-18]，但鉀硅互作的根系生長(zhǎng)調(diào)控及其抗倒效果鮮有報(bào)道。探索鉀硅肥施用對(duì)根系生長(zhǎng)的影響及其抗倒調(diào)控效果，可充實(shí)抗倒伏的養(yǎng)分管理理論及技術(shù)。

胡麻(LinumusitatissimumL.)是密植作物，莖稈細(xì)弱，冠層較大，極易發(fā)生倒伏。胡麻對(duì)鉀素的需求量顯著高于禾本科作物[7]，適宜施鉀的增產(chǎn)[19]、抗倒[7]效果顯著，但抗倒評(píng)價(jià)中欠缺根系性狀的影響。我國(guó)胡麻主產(chǎn)于黃土高原，由于受黃土母質(zhì)富鉀觀念的影響，且鉀肥價(jià)格較高，生產(chǎn)中常年不施或少施鉀肥。鑒于硅素具有提高作物耐缺鉀的能力[17-18]，以及硅肥生產(chǎn)良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益[20]，系統(tǒng)探討胡麻鉀肥施用的抗倒增產(chǎn)效果，以及鉀硅元素的耦合效應(yīng)，可為制定均衡利用肥料資源的節(jié)肥、增產(chǎn)、增效的養(yǎng)分管理措施提供依據(jù)。

本研究通過(guò)田間試驗(yàn)，擬探討鉀硅肥單施施用和配施施用下胡麻根系的生長(zhǎng)狀況及植株的抗倒特性，以期為旱區(qū)胡麻生產(chǎn)中的肥料合理運(yùn)籌提供依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2020年4～9月在定西市旱作農(nóng)業(yè)科研推廣中心西寨油料試驗(yàn)站進(jìn)行，該站位于N 35°48′、E 104°49′，海拔2 050 m，年降水量390 mm，年平均氣溫6.3 ℃，日照時(shí)數(shù)2 453 h，無(wú)霜期約213 d。試點(diǎn)屬于典型的黃土高原丘陵溝壑區(qū)。供試土壤為黃綿土，其耕層容重1.21 g/cm3，有機(jī)質(zhì)9.44 g/kg，全氮0.83 g/kg，全磷0.82 g/kg，速效磷25.34 mg/kg，速效鉀83.25mg/kg，有效硅121.64 mg/kg，pH 8.11。

1.1 試驗(yàn)材料

供試胡麻品種為隴亞11號(hào)和定亞23號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用3因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，以品種、鉀肥用量和硅肥用量為試驗(yàn)因素。品種為主處理，包括V1(隴亞11號(hào))、V2(定亞23號(hào))2個(gè)水平；鉀肥用量作為副處理，設(shè)K0(不施鉀)、K1(52.5 kg/hm2)、K2(105 kg/hm2)3個(gè)水平；硅肥用量作為副副處理，設(shè)Si0(不施硅)、Si1(90 kg/hm2)2個(gè)水平。試驗(yàn)重復(fù)3次。鉀肥和硅肥分別采用硫酸鉀(K2O 51%)和硅酸鈉(SiO218.4%)。

各處理均施氮112.5 kg/hm2和磷75 kg/hm2，氮、磷肥分別采用尿素(N:46%)和過(guò)磷酸鈣(P2O516%)。磷、硅肥均作為基肥施用；氮肥和鉀肥的2/3作為基肥，1/3作為追肥于現(xiàn)蕾初期追施。

計(jì)劃播種密度300萬(wàn)株/hm2，條播，播深3 cm，行距20 cm。副副區(qū)長(zhǎng)6.5 m、寬4 m，面積26 m2；副副區(qū)間隔30 cm，副區(qū)間隔40 cm，主區(qū)間隔50 cm，區(qū)組間隔50 cm；試驗(yàn)地四周設(shè)置1 m保護(hù)行。生長(zhǎng)期內(nèi)無(wú)灌溉，其余田間管理同當(dāng)?shù)卮筇镌耘喙芾怼?/p>

1.3 根系樣品采集及處理

分莖期和青果期，用挖掘法采集植物根系，裝于塑料自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，放入細(xì)孔篩浸泡在水中使土壤分離，并用流動(dòng)水沖洗干凈。將干凈的根系擺放于盛水2～3 mm的透明托盤中，用根系掃描儀掃描根系，最后，將干凈的根系裝入牛皮紙袋，置于溫度為80 ℃的烘箱中，烘干至恒質(zhì)量，稱量根干質(zhì)量。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

重心高度(cm)：用直尺測(cè)量莖稈基部齊泥處至該莖平衡支點(diǎn)的距離。莖稈抗折力(N)：采用植物倒伏儀YYD-1A/B系列數(shù)顯植物莖稈強(qiáng)度檢測(cè)儀測(cè)定?？沟狗笖?shù)=(重心高度×莖稈鮮質(zhì)量)/莖稈抗折力。根系形態(tài)指標(biāo)：用根系掃描儀(EPSON J331B)和根系分析軟件(WinRHIZO)，測(cè)定和分析總根長(zhǎng)(cm)、根表面積(cm2)和根體積(cm3)。

1.5 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用SPSS 20.0軟件，采用Duncan方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀硅肥配施對(duì)胡麻根系形態(tài)的影響

2.1.1 鉀硅肥配施對(duì)總根長(zhǎng)的影響 由表1可知，品種對(duì)總根長(zhǎng)的主效應(yīng)在青果期顯著，鉀肥的主效應(yīng)在分莖期顯著，硅肥在分莖期和青果期均有顯著的主效應(yīng)。青果期，3個(gè)試驗(yàn)因素的一級(jí)交互作用均達(dá)到極顯著水平；而3個(gè)試驗(yàn)因素的二級(jí)交互僅分莖期達(dá)到顯著水平。

表1 鉀硅肥配施對(duì)胡麻總根長(zhǎng)的影響

品種間的總根長(zhǎng)呈現(xiàn)V1>V2的趨勢(shì)，其差異幅度隨生育進(jìn)程的推進(jìn)而增加，青果期V1較V2顯著提高了52.12%。施用鉀肥顯著提高了分莖期的總根長(zhǎng)，施鉀較不施鉀提高了11.91%，鉀肥對(duì)根系伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的促進(jìn)作用顯著。分莖期，K1、K2分別較K0增加了19.44%和4.38%，鉀素營(yíng)養(yǎng)狀況的改善促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期根系的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，為植株更好地吸收養(yǎng)分奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但鉀肥的促生作用呈現(xiàn)報(bào)酬遞減。硅肥的施用顯著提高了青果期的總根長(zhǎng)，Si1較Si0顯著提高了7.84%；但卻顯著降低了分莖期根系的總長(zhǎng)度，Si1較Si0顯著降低了11.54%，表明根系伸長(zhǎng)生長(zhǎng)對(duì)硅肥的響應(yīng)具有顯著的生育時(shí)期差異。

品種、鉀肥和硅肥3個(gè)試驗(yàn)因素，對(duì)胡麻的根長(zhǎng)在青果期具有極顯著的一級(jí)交互作用。K0條件下配施硅肥根長(zhǎng)降低了10.97%，K1、K2條件下施硅后的根長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，分別較不施硅肥增加了23.00%和14.63%，且施用硅肥帶來(lái)的根長(zhǎng)增加呈現(xiàn)K1>K2的趨勢(shì)；表明高供鉀條件下施用硅肥對(duì)根長(zhǎng)的增加作用有限，低供鉀條件下配施硅肥對(duì)根系伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的促進(jìn)效果顯著。

2.1.2 鉀硅肥配施對(duì)根系表面積影響 由表2可知，品種和鉀肥對(duì)根系表面積的主效應(yīng)在青果期達(dá)到顯著和極顯著水平，而硅肥的主效應(yīng)則在分莖期達(dá)到差異極顯著水平；3個(gè)試驗(yàn)因素間具有一定的交互作用。

表2 鉀硅肥配施對(duì)胡麻根系表面積影響的方差分析

品種間根系表面積的差異趨勢(shì)與根長(zhǎng)相同(圖1)，即V1>V2，分莖期差異不顯著，青果期V1較V2提高了8.59%。分莖期和青果期，施鉀較不施鉀的根系表面積分別平均提高了7.33%、21.26%；K1、K2分別較K0提高了7.44%、4.39%和10.29%和25.18%；K2較K1分別提高了2.64%、19.91%；這表明施用鉀肥顯著提高了根系表面積，而且鉀肥用量的增加加速了根系吸收面積的擴(kuò)展。硅肥對(duì)分莖期根系表面積的主效應(yīng)顯著，施硅肥后分莖期的根系表面積降低了16.56%，青果期施用硅肥與否間的差異不顯著，表明單獨(dú)施用硅肥不利于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期根系吸收面積的增加，后期僅產(chǎn)生了等量補(bǔ)償效果。

分莖期和青果期的根系表面積，K1Si1、K2Si1較K0Si1提高了5.92%～34.85%，分莖期K2較K1降低了4.71%，青果期K2較K1增加了23.80%，表明在與硅肥配施時(shí)，低供鉀條件利于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期根系表面積的增加，而生殖生長(zhǎng)時(shí)期的根系表面積隨供鉀水平的增加而增加。

2.1.3 鉀硅肥配施對(duì)根體積的影響 由表3可知，品種和硅肥對(duì)根體積的主效應(yīng)均在分莖期差異顯著，鉀肥的主效應(yīng)則在青果期達(dá)到了差異顯著水平。品種和鉀肥的互作以及三因素的二級(jí)效應(yīng)，僅分莖期達(dá)到差異顯著和極顯著水平。

圖上同一簇內(nèi)系列間的不同小寫字母(或字母組合)，表示處理間在0.05水平上差異顯著。Different letters among series in the same period indicate significance among treatments at 5% level.圖1 鉀硅肥配施下的胡麻根系表面積Figure 1 Effect of combined application of potassium and silicon fertilizers on root surface area of oil flax

由圖2可知，2品種的根體積呈現(xiàn)V1>V2的趨勢(shì)，品種間根體積的大小趨勢(shì)與根長(zhǎng)和根表面積相同，但根體積的差異顯著程度隨生育進(jìn)程的變化趨勢(shì)與總根長(zhǎng)和根系表面積相反，分莖期的根體積V1較V2提高了13.18%，而青果期V1和V2的差異縮小，前者僅比后者提高了7.52%。

鉀肥對(duì)根體積的主效應(yīng)大小與生育進(jìn)程密切相關(guān)。分莖期，K2較K0提高了5.21%，K2較K1提高了4.21%；青果期，K1、K2分別較K0提高了10.63%和24.51%，K2較K1提高了12.55%。這表明施用鉀肥顯著增大了根體積，且在試驗(yàn)的用量范圍內(nèi)，鉀肥用量的增加沒(méi)有產(chǎn)生報(bào)酬遞減；施用鉀肥擴(kuò)大根體積的效應(yīng)隨生育進(jìn)程的推進(jìn)而顯著增加。硅肥對(duì)根體積的主效應(yīng)與對(duì)根表面積的影響趨勢(shì)相同，施硅肥后分莖期的根體積降低了7.57%，青果期的差異不顯著，單獨(dú)施用硅肥對(duì)前期根體積擴(kuò)大的有抑制效應(yīng)，后期完全消失。

表3 鉀硅肥配施對(duì)胡麻根體積影響的方差分析

鉀、硅肥對(duì)根體積的增減效果，與肥料的單施和配施密切相關(guān)。分莖期根體積K1Si1較K1Si0降低了12.34%，而青果期增加了15.15%；K2Si1較K2Si0，青果期增加了4.59%；而K2Si1較K0Si1分莖期提高了13.95%，青果期分別提高了22.71%和和31.92%；K2Si1較K1Si1，分莖期和青果期分別提高了12.82%和7.51%。表明硅肥施用與否影響鉀肥對(duì)根體積的提升效果，在同等配施硅肥條件下，根體積隨施鉀量的增加而增加。

圖上同一簇內(nèi)系列間的不同小寫字母(或字母組合)，表示處理間在0.05水平上差異顯著。Different letters among series in the same period indicate significance among treatments at 5% level.圖2 鉀硅肥配施下的胡麻根體積Figure 2 Effect of combined application of potassium and silicon fertilizer on root volume of oil flax

2.2 鉀硅肥配施對(duì)胡麻抗倒伏指數(shù)的影響

由表4可知，三個(gè)試驗(yàn)因素對(duì)抗倒伏指數(shù)的主效應(yīng)，分莖期均達(dá)到差異顯著或極顯著水平，而青果期僅品種的主效應(yīng)顯著。品種、鉀肥和硅肥，具有試驗(yàn)因素間顯著的一級(jí)交互作用，但二級(jí)效應(yīng)不顯著。

由圖3可知，V1的抗倒伏指數(shù)顯著高于V2，分莖期和青果期分別提高了71.86%和7.86%，表明胡麻的抗倒伏能力具有種質(zhì)遺傳特性上的顯著差異。鉀肥對(duì)抗倒伏指數(shù)的主效應(yīng)因生育進(jìn)程而異，分莖期，K1、K2分別較K0提高和降低了5.65%和3.31%；青果期，三個(gè)水平之間無(wú)顯著差異；表明適量施用鉀肥能顯著增加抗倒伏指數(shù)，但鉀肥用量較高時(shí)，抗倒伏指數(shù)反而降低。施硅后抗倒伏指數(shù)極顯著提高，分莖期和青果期分別提高了11.91%和4.93%，即單獨(dú)施用硅肥有利于提高營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)階段的抗倒伏能力提升。

表4 鉀硅肥配施對(duì)胡麻抗倒伏指數(shù)影響的方差分析

圖3 鉀硅肥配施下不同胡麻品種的抗倒伏指數(shù)Figure 3 Effect of combined application of potassium and silicon fertilizer on lodging resistance index of oil flax

鉀硅肥適宜配施的抗倒提升效果顯著。K1Si1較K1Si0，分莖期和青果期的抗倒伏指數(shù)分別增加了17.50%和29.72%；K2Si1較K2Si0，分莖期降低了8.13%而青果期提高了4.04%；K2Si1較K0Si1分莖期降低了17.76%，青果期分別提高了17.10%和11.12%；K1Si1較K2Si1，分莖期和青果期分別提高了23.28%和5.38%.以上表明，鉀肥對(duì)抗倒伏能力的調(diào)控因硅肥的施用與否而異，低供鉀條件配施硅肥利于獲得較高的抗倒伏能力。

2.3 鉀硅肥配施下胡麻根系形態(tài)與抗倒伏指數(shù)的相關(guān)性分析

由表5可以看出，分莖期，根表面積與總根長(zhǎng)、根表面積與根體積，彼此之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而總根長(zhǎng)與根體積正相關(guān)但未達(dá)到差異顯著水平；抗倒伏指數(shù)與根系形態(tài)的各指標(biāo)間均為正相關(guān)，但同樣未達(dá)到差異顯著水平。青果期，不僅根系形態(tài)各指標(biāo)之間的正相關(guān)均達(dá)到了差異極顯著水平，而且根系形態(tài)指標(biāo)與抗倒伏指數(shù)之間均為極顯著的正相關(guān)。分莖期，根系尚處于快速生長(zhǎng)階段，且地上部分的負(fù)重較小，倒伏風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低；而生殖生長(zhǎng)階段的青果期，根系生長(zhǎng)放緩，構(gòu)型基本趨于穩(wěn)定，植株地上部分負(fù)重遠(yuǎn)大于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期，此期，發(fā)達(dá)、健壯的根系，固結(jié)和支撐作用自然更加牢固，抗倒伏能力顯著提升。

3 討論

發(fā)達(dá)的根系源于適宜的土壤營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，肥料對(duì)根系的調(diào)控尤為重要。鉀素缺乏使棉花根系的總根長(zhǎng)、根表面積和根體積降低[21]；增施鉀肥顯著擴(kuò)展了油茶根系的分布空間，增加了根系的吸收面積和根長(zhǎng)，本研究結(jié)果也表明，適量增施鉀肥可顯著提高胡麻的總根長(zhǎng)、根表面積和根體積，且根表面積和根體積隨鉀肥用量的增加而提升，與王在滿等[10]研究結(jié)果一致。

表5 胡麻根系指標(biāo)與抗倒伏指數(shù)的相關(guān)性分析

施硅顯著增加了馬鈴薯的根條數(shù)和根長(zhǎng)[22]。隨硅肥用量的增加，糯玉米的根系總長(zhǎng)度、根數(shù)呈先增加后下降的變化趨勢(shì)[23]。而硅肥對(duì)根系的調(diào)控與品種的硅吸收效率有關(guān)，隨硅素水平的增加，水稻根系的側(cè)根數(shù)和根總長(zhǎng)可能減少[24]。本研究結(jié)果也表明，單施硅肥后胡麻的總根長(zhǎng)、根系表面積和根體積并未顯著增加，但抗倒伏指數(shù)顯著提升。施硅后胡麻抗倒伏能力的提升，與硅肥對(duì)胡麻莖稈抗倒伏性狀的改善密切相關(guān)[7]。

地下部根系越發(fā)達(dá)，地上部莖稈則相對(duì)粗壯，植株的抗倒能力就越強(qiáng)。鉀作為植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，不僅能提高作物的抗旱性，還能增強(qiáng)植株的抗倒伏能力[25]，本研究結(jié)果表明，適量施鉀能增加胡麻抗倒伏指數(shù)。水稻上的諸多研究表明，施用硅肥能夠使植株莖稈增粗，充實(shí)度增加，機(jī)械組織增強(qiáng)，從而提高抗倒伏能力[26]。本研究結(jié)果也表明了硅肥對(duì)抗倒伏指數(shù)的提升作用，這說(shuō)明不僅需硅的禾本科作物適宜施硅后抗倒伏性能改善，其它含硅量相對(duì)較少的作物，適宜施硅亦能提高抗倒伏能力。適宜用量的硅鉀肥配施能有效增強(qiáng)水稻的抗倒伏性[27]，本研究結(jié)果中，在同等配施硅肥條件下，低供鉀條件對(duì)獲得較高的抗倒伏指數(shù)優(yōu)于高供鉀條件，與范永義[27]在水稻上的研究結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論

適量施用鉀肥顯著提高了胡麻根系的總長(zhǎng)度、表面積、根體積，硅肥無(wú)主效應(yīng)，但二者均提高了胡麻抗倒伏指數(shù)；倒伏風(fēng)險(xiǎn)較高的青果期，抗倒伏指數(shù)與根系總長(zhǎng)度、表面積和根體積呈極顯著正相關(guān)。試區(qū)同等土壤肥力條件下，52.5 kg/hm2的鉀肥配施90 kg/hm2的硅肥，增加了胡麻的根量和吸收面積，使其獲得了較高的抗倒伏能力。