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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(yàn)條件下利用菌根真菌將水稻產(chǎn)量提高10%～21%［12-13］，本項(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(yàn)

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(yàn)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(shí)每個(gè)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(gè)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(gè)時(shí)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(gè)葉片，每個(gè)葉片重復(fù)3次.

單穴稻草產(chǎn)量:水稻成熟后每個(gè)小區(qū)隨機(jī)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(shí)產(chǎn)量:每個(gè)小區(qū)隨機(jī)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(shí)產(chǎn)量.單穴根系產(chǎn)量:每個(gè)小區(qū)隨機(jī)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(shí)產(chǎn)量與單穴根系產(chǎn)量之和.

水稻實(shí)際產(chǎn)量:每小區(qū)隨機(jī)選取4個(gè)收割區(qū)(收割區(qū)范圍是4垅，每垅7穴)，每個(gè)收割區(qū)的水稻收割脫粒及晾曬都單獨(dú)進(jìn)行.依據(jù)水稻群體密度計(jì)算單位面積水稻實(shí)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(shí)率×千粒質(zhì)量，

穗數(shù)(穗·hm－2):每個(gè)小區(qū)隨機(jī)抽取10穴水稻計(jì)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(gè)小區(qū)隨機(jī)抽取10個(gè)稻穗計(jì)量.

千粒質(zhì)量(kg):每小區(qū)選取100粒籽實(shí)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(shí)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(shí)際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量的影響差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.與對照相比，單施菌根菌肥提高了水稻的實(shí)際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量，庫容有效充實(shí)度最高(86.36%).氮肥和菌根菌肥配施時(shí)，水稻實(shí)際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量進(jìn)一步提高，實(shí)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(shí)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(shí)理論產(chǎn)量達(dá)13 084.29 kg·hm－2，庫容有效充實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)結(jié)實(shí)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(shí)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)強(qiáng)源.同時(shí)，菌根菌肥還通過穗大粒多性狀實(shí)現(xiàn)擴(kuò)庫功能.結(jié)實(shí)率的降低完全由千粒質(zhì)量的增加補(bǔ)償，即產(chǎn)量構(gòu)成因子間的補(bǔ)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(shí)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(shí)度(86.36%)［14］.單獨(dú)追加菌根菌肥對水稻增產(chǎn)起到了強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)的比例增大，從而減少了源的浪費(fèi)，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(shí)現(xiàn)了強(qiáng)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(shí)等［19］.實(shí)驗(yàn)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(fèi).此條件下水稻前期建庫數(shù)量與后期實(shí)庫能力不符，源流向錯(cuò)誤，導(dǎo)致用于構(gòu)建無效庫的開支過大，水稻實(shí)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(qiáng)源擴(kuò)庫節(jié)流作用，水稻實(shí)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(shí)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(shí)度，水稻實(shí)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(shí)提高了水稻源強(qiáng)和庫容.但二者節(jié)奏不合拍且流向錯(cuò)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(shí)際產(chǎn)量未達(dá)到預(yù)期效果.

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