寒地直播水稻鉀素吸收與分配規(guī)律研究

王麗娟,羅盛國,劉元英,趙廣欣,王 歡(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,黑龍江 哈爾濱150030)

寒地直播水稻鉀素吸收與分配規(guī)律研究

王麗娟,羅盛國*,劉元英,趙廣欣,王 歡
(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,黑龍江 哈爾濱150030)

以稻花香2號(hào)為試驗(yàn)材料,采用大田試驗(yàn),設(shè)置手工移栽、起壟旱直播和免耕旱直播3種處理,研究優(yōu)化施肥條件下直播水稻鉀素吸收、分配規(guī)律,以期為寒地直播水稻合理施用鉀肥提供理論依據(jù)。結(jié)果表明,抽穗期之前,直播處理水稻葉片鉀含量低于手工移栽處理,莖鞘鉀含量高于手工移栽處理;抽穗期以后,直播處理水稻葉片和穗的鉀含量均高于手工移栽處理,而莖鞘鉀含量低于手工移栽處理,起壟旱直播處理水稻莖鞘的鉀含量高于免耕旱直播處理。在整個(gè)生育期,直播處理水稻葉片、莖鞘、穗及地上部分鉀積累量總體上均低于手工移栽處理,且免耕旱直播處理低于起壟旱直播處理。在整個(gè)生育期,直播處理水稻各器官中鉀的分配規(guī)律與手工移栽處理相同,鉀素均主要分布在莖鞘中,葉片次之,穗中最少。抽穗期之后,直播處理水稻葉片中鉀分配比例高于手工移栽處理,莖鞘中鉀分配比例低于手工移栽處理,抽穗期之前趨勢總體相反;抽穗后15 d之后,直播處理水稻穗中鉀素分配比例高于手工移栽處理。雖然起壟和免耕旱直播處理較手工移栽處理極顯著降低了水稻有效穗數(shù),但同時(shí)極顯著提高了穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率,且千粒質(zhì)量和產(chǎn)量均與手工移栽處理無顯著差異。

水稻; 直播; 鉀; 積累; 分配

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014年在五常市龍鳳山鄉(xiāng)輝煌村進(jìn)行。土壤為草甸型水稻土,含有機(jī)質(zhì)35.3 g/kg、全氮1.49 g/kg、全磷0.75 g/kg、速效磷41.65 mg/kg、速效鉀144.39 g/kg、緩效鉀362.59 g/kg,pH 值5.68。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大田對比方法,設(shè)置手工移栽、起壟旱直播和免耕旱直播3個(gè)處理,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)面積1 100 m2。免耕旱直播是上一年水稻田不經(jīng)翻動(dòng),直接在稻茬行間播種。起壟旱直播是水稻田經(jīng)深松、起壟、鎮(zhèn)壓后播種。起壟、免耕旱直播均施P2O562.5 kg/hm2,其中基肥42.5 kg/hm2、穗肥7.5 kg/hm2、粒肥12.5 kg/hm2;施K2O 79.5 kg/hm2,其中基肥40 kg/hm2、穗肥25.5 kg/hm2、粒肥14 kg/hm2。手工移栽施P2O550 kg/hm2,其中基肥42.5kg/hm2、穗肥7.5 kg/hm2;施K2O 65.5 kg/hm2,其中基肥40 kg/hm2、穗肥25.5 kg/hm2。氮肥施用時(shí)期及用量見表1。水稻品種為稻花香2號(hào),免耕旱直播于4月28日播種,穴行距 12.5 cm×33 cm,每穴4～5粒。起壟旱直播于4月29日播種,采用大壟雙行,壟寬80 cm,壟上行距32 cm,穴距11.5 cm,每穴4～5粒。

表1 N素施用時(shí)期及用量 kg/hm2

手工移栽于5月13日人工插秧,秧齡 3.5～4葉,穴行距15 cm×33 cm,每穴3～4株。起壟和免耕旱直播都是播種后灌水,使壟溝充分濕潤,但在出苗前不灌水,出苗后直至3.5葉再進(jìn)行灌水,分蘗后田間管理與手工移栽相同。

1.3 樣品采集及測定

于幼穗分化期、抽穗期、抽穗后15 d、抽穗后30 d、成熟期,選擇具有平均分蘗數(shù)的植株4穴,用自來水將植株洗凈,將葉片、莖鞘、穗分開(成熟期只將莖葉與穗分開),105 ℃殺青,75 ℃烘干至恒質(zhì)量,測定干物質(zhì)量,然后粉碎用于測定鉀含量,鉀含量采用H2SO4-H2O2消煮—火焰光度計(jì)測定,并計(jì)算鉀積累量、鉀階段積累量。鉀積累量=鉀含量×干物質(zhì)量,鉀階段積累量=至本生育時(shí)期的鉀積累量-至前生育時(shí)期的鉀積累量。

在成熟期,每個(gè)處理均隨機(jī)選取有代表性的水稻4 穴,全部用于室內(nèi)考種,根據(jù)產(chǎn)量構(gòu)成要素計(jì)算理論產(chǎn)量。

在過去很長一段時(shí)間中，傳統(tǒng)高校圖書館資源形式大多為紙質(zhì)書籍、報(bào)刊、文獻(xiàn)等。但在大數(shù)據(jù)時(shí)代到來以后，這種傳統(tǒng)高校圖書館資源形式被完全打破，高校圖書館的資源形式也變得越來越多。使用大數(shù)據(jù)技術(shù)后的高校圖書館，不僅具備館藏紙質(zhì)文獻(xiàn)等傳統(tǒng)資源，還在此基礎(chǔ)上增設(shè)了云上存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源等，使高校圖書館資源形式不再局限于紙質(zhì)化。與此同時(shí)，高校圖書館在使用大數(shù)據(jù)技術(shù)之后，用戶在瀏覽高校圖書館網(wǎng)站之后產(chǎn)生的信息也將成為高校圖書館大數(shù)據(jù)資源的組成部分。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010和DPS軟件進(jìn)行處理、分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 寒地直播水稻各器官中鉀含量

2.1.1 葉片 由圖1可知,各生育時(shí)期不同處理葉片鉀含量均不相同。從幼穗分化到抽穗后30 d,隨著生育期的推進(jìn),手工移栽處理水稻葉片鉀含量呈降低趨勢,并逐漸低于直播處理,且差異越來越大,尤其是免耕旱直播處理;起壟旱直播處理水稻葉片鉀含量呈先降低后升高再降低趨勢,而免耕旱直播處理水稻葉片鉀含量呈先降低后升高趨勢,但3個(gè)處理均以幼穗分化期鉀含量最高。在幼穗分化期,手工移栽和起壟旱直播處理水稻葉片鉀含量差異不顯著,但二者均極顯著高于免耕旱直播處理。抽穗期,起壟旱直播處理水稻葉片鉀含量最高,顯著高于免耕旱直播處理,但二者均與手工移栽處理差異不顯著。抽穗后15 d,手工移栽處理水稻葉片鉀含量最低,極顯著低于2個(gè)直播處理;起壟旱直播處理水稻葉片鉀含量最高,免耕旱直播處理次之,兩者分別比手工移栽處理提高22.7%和14.7%。抽穗后30 d,手工移栽處理水稻葉片鉀含量最低,極顯著低于2個(gè)直播處理;免耕旱直播處理水稻葉片鉀含量最高,起壟旱直播處理次之,兩者分別比手工移栽處理提高34.8%、5.9%。

不同小、大寫字母分別表示同一時(shí)期不同處理之間差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01),下圖同圖1 寒地直播水稻葉片中鉀含量

2.1.2 莖鞘 從圖2可以看出,從幼穗分化到抽穗后30 d,各處理莖鞘鉀含量均隨著生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢;幼穗分化期直播處理水稻莖鞘鉀含量遠(yuǎn)高于手工移栽處理,隨著生育期的推進(jìn),這種差異越來越小,并最終向相反方向發(fā)展,至抽穗后30 d,直播處理水稻莖鞘鉀含量均遠(yuǎn)低于手工移栽處理,尤其是免耕旱直播處理。在幼穗分化期,免耕旱直播處理水稻莖鞘鉀含量最高,起壟旱直播處理次之,兩者均極顯著高于手工移栽處理,分別比手工移栽處理提高27.4%和19.2%;抽穗期,3個(gè)處理之間的差異變小,已經(jīng)不顯著;到抽穗后15 d,手工移栽處理水稻莖鞘鉀含量最高,極顯著高于起壟和免耕旱直播處理,2個(gè)直播處理分別比手工移栽處理降低5.3%和20.9%;抽穗后30 d,仍然是手工移栽處理水稻莖鞘鉀含量最高,2個(gè)直播處理與手工移栽處理之間的差距進(jìn)一步加大,分別比手工移栽處理極顯著降低18.7%和26.7%。綜上,從抽穗期到抽穗后15 d，直播水稻莖鞘鉀含量比手工移栽處理迅速下降,但在此階段直播水稻葉片鉀含量迅速增加,表明直播水稻根系吸收的鉀素能夠通過莖鞘迅速運(yùn)輸?shù)饺~片,促進(jìn)葉片光合作用。

圖2 寒地直播水稻莖鞘中鉀含量

2.1.3 穗 鉀能增加葉綠素含量,極大改善葉片光合特性[17],進(jìn)而達(dá)到提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)的目的。從圖3可知,從抽穗期到成熟期,各處理水稻穗鉀含量均呈逐漸降低趨勢,直播處理水稻穗鉀含量均高于手工移栽處理,尤其是起壟旱直播處理。在抽穗期,起壟和免耕旱直播處理水稻穗鉀含量顯著高于手工移栽處理,分別提高8.0%和7.2%。抽穗后15 d,起壟和免耕旱直播處理水稻穗鉀含量仍高于手工移栽處理,但僅起壟旱直播處理與手工移栽處理差異顯著,增幅達(dá)7.9%。抽穗后30 d,起壟和免耕旱直播處理水稻穗鉀含量均極顯著高于手工移栽處理,分別提高18.2%和7.3%。說明,在始穗期直播水稻施入粒肥,可增加土壤中鉀素含量,從而增強(qiáng)直播水稻根系對鉀素的吸收,使直播水稻穗鉀含量增加。成熟期,起壟和免耕旱直播處理水稻穗鉀含量均極顯著高于手工移栽處理,均提高15.9%。

圖3 寒地直播水稻穗中鉀含量

2.2 寒地直播水稻各器官中鉀積累與分配情況

2.2.1 積累 由表2可以看出,在整個(gè)生育期, 總體上起壟和免耕旱直播處理水稻地上部分及各器官鉀積累量均較手工移栽處理低,其中免耕旱直播處理低于起壟旱直播處理。隨著生育期的推進(jìn),不同處理水稻地上部分及各器官的鉀積累量均呈先升高后降低的趨勢,地上部分、葉片及莖鞘在抽穗后15 d達(dá)到最大,穗在抽穗后30 d達(dá)到最大。抽穗后15 d到抽穗后30 d,水稻葉片和莖鞘中的鉀素向穗中運(yùn)輸,穗中鉀積累量開始迅速增加,其中起壟旱直播葉片和莖鞘的鉀積累量降幅大,穗增幅也大,而免耕旱直播葉片和莖鞘降幅小,但穗增幅大。表明從抽穗后15 d到抽穗后30 d的免耕旱直播處理,不僅水稻葉片和莖鞘中的鉀開始向穗轉(zhuǎn)運(yùn),而且水稻根系能夠吸收較多的鉀,為穗提供充足的鉀素。抽穗后30 d到成熟期,免耕旱直播和起壟旱直播處理穗鉀積累量較手工移栽處理下降幅度小,尤其是免耕旱直播處理下降最緩慢甚至穗中有所增加,說明灌漿后期手工移栽處理水稻穗中有較多的鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)到其他器官。成熟期,直播處理水稻穗鉀積累量高于手工移栽處理,尤其是起壟旱直播處理,其較手工移栽處理提高8.7%。說明施入粒肥增加了土壤中鉀的濃度,促進(jìn)直播水稻根系對鉀的吸收,從而使直播水稻穗的鉀積累量在成熟期比手工移栽水稻高。

在幼穗分化期和抽穗期,直播處理水稻葉片鉀積累量均極顯著低于手工移栽處理;在抽穗后30 d,壟作和免耕旱直播處理水稻葉片鉀積累量分別比手工移栽水稻極顯著提高12.5%和14.5%。說明通過施入粒肥,可提高直播水稻灌漿后期葉片鉀積累量,進(jìn)而提高灌漿后期葉片的光合作用,為直播水稻的安全成熟奠定基礎(chǔ)。從抽穗期到抽穗后15 d,直播處理水稻莖鞘鉀積累量均低于手工移栽處理,且起壟旱直播處理顯著高于免耕旱直播處理,至抽穗后30 d這種差異不再顯著。

表2 寒地直播水稻各器官中鉀的積累與分配

注：同列數(shù)據(jù)后不同小、大寫字母分別表示同一時(shí)期不同處理之間差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01),下同。

2.2.2 分配 由表2可知,水稻植株中的鉀主要分布在莖鞘中,其占地上部分比例達(dá)60%以上,其隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈先升高后降低的趨勢;水稻葉片中鉀分配比例隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)總體呈下降趨勢;而水稻穗中的鉀分配比例隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)一直呈上升趨勢。幼穗分化期,直播處理水稻莖鞘中鉀分配比例極顯著高于手工移栽處理,而葉片中鉀分配比例顯著低于手工移栽處理,以免耕旱直播處理差異較大。抽穗期,起壟旱直播處理水稻穗中鉀分配比例顯著高于手工移栽處理,莖鞘中鉀分配比例顯著低于手工移栽處理。抽穗后15 d,直播處理水稻葉片中鉀分配比例極顯著高于手工移栽處理,莖鞘中鉀分配比例顯著低于手工移栽處理,以免耕旱直播處理差異較大。抽穗后30 d,直播處理水稻葉片及穗中鉀分配比例均高于手工移栽處理,葉片中差異極顯著;莖鞘中鉀分配比例極顯著低于手工移栽處理。說明,此時(shí)期直播水稻的根系仍具有活力,可以從土壤中吸收更多的鉀素運(yùn)輸?shù)饺~片,葉片合成更多的光合產(chǎn)物供給穗,而直播水稻莖鞘中的鉀素更多的轉(zhuǎn)移到穗中,使直播水稻穗的鉀分配比例較高。成熟期,起壟和免耕旱直播處理水稻穗中鉀分配比例分別比手工移栽處理顯著提高12.9%和8.6%?？梢姡辈ニ局械拟浰馗嗟姆峙湓谒胫?而手工移栽水稻中的鉀素更多的分布在葉片和莖鞘中,直播水稻的鉀素收獲指數(shù)高于手工移栽水稻。

2.3 寒地直播水稻不同生育階段穗及地上部分鉀積累量

由表3可知,在不同生育階段,起壟和免耕旱直播處理水稻穗鉀積累量均差異不顯著。抽穗后15～30 d,直播處理水稻穗鉀積累量高于手工移栽處理,其中起壟旱直播處理差異顯著,增幅達(dá)9.1%。這是因?yàn)橹辈ニ臼┤肓７?使其穗在灌漿結(jié)實(shí)期有充足的鉀素供應(yīng),且直播水稻的根系發(fā)育較好,通過其旺盛的新陳代謝作用,促進(jìn)了根系對鉀的吸收,增加了穗鉀積累量。抽穗后30 d至成熟期,直播處理水稻穗的鉀積累量均顯著高于手工移栽處理,且起壟旱直播和手工移栽處理水稻穗鉀積累量均為負(fù)值,這主要是因?yàn)楣酀{后期穗中的鉀素開始向水稻其他器官轉(zhuǎn)運(yùn)。

表3 寒地直播水稻不同生育階段穗及地上部分鉀積累量 kg/hm2

由表3可以看出,幼穗分化期至抽穗期,直播處理水稻地上部分鉀積累量均極顯著低于手工移栽處理;抽穗期至抽穗后15 d,直播處理水稻地上部分鉀積累量均高于手工移栽處理,其中起壟旱直播處理差異極顯著,增幅達(dá)127.4%。抽穗后15～30 d,水稻植株體內(nèi)鉀素?cái)?shù)量較多,且水稻的吸收鉀素能力減弱,枯葉中鉀素被淋洗,鉀積累量出現(xiàn)負(fù)值。抽穗后30 d至成熟期,起壟旱直播、免耕旱直播處理地上部分鉀積累量均極顯著高于手工移栽處理,說明此階段直播水稻衰老緩慢,能實(shí)現(xiàn)活稈成熟,鉀素?fù)p失較少。

2.4 寒地直播水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量

如表4所示,起壟和免耕旱直播處理水稻有效穗數(shù)分別比手工移栽處理極顯著降低27.1%和23.9%;千粒質(zhì)量和產(chǎn)量均較手工移栽處理降低,但是差異不顯著;穗粒數(shù)分別比手工移栽處理極顯著提高32.4%和28.7%;結(jié)實(shí)率分別比手工移栽處理極顯著提高4.5%和2.5%。

表4 寒地直播水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

施鉀使水稻生長中后期葉片保持綠色,延長了葉片壽命,有利于形成更多的光合產(chǎn)物,促進(jìn)籽粒的灌漿、結(jié)實(shí)[18]。邵世平等[19]研究表明,在始穗期噴施磷酸二氫鉀對水稻有促早熟的作用,水稻在4月29日直播后,連續(xù)低溫陰雨,直到5月24日才出苗;而手工移栽水稻苗在4月23日出苗,從出苗開始直播水稻生育期比移栽水稻晚1個(gè)月。前人研究表明,手工移栽水稻和直播水稻從出苗到抽穗的時(shí)間分別為96 d、77 d,手工移栽水稻在7月27日進(jìn)入抽穗期,而直播水稻在8月8日才進(jìn)入抽穗期;直播水稻在始穗期施入粒肥,從抽穗期到成熟期只用52 d,而手工移栽水稻共用58 d[20]。可見，追施粒肥是保證寒地直播水稻安全成熟的必要手段。本研究結(jié)果表明,追施粒肥后寒地直播水稻的鉀吸收及分配規(guī)律與手工移栽大體相同,且在抽穗期以后直播處理水稻憑借著良好的根系及優(yōu)化的施肥方式,使寒地直播水稻鉀素供應(yīng)充足,最終在千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量方面與手工移栽處理無顯著差異。

徐國偉[21]認(rèn)為,直播有利于水稻生長前期對鉀的吸收,在灌漿期可以促進(jìn)鉀素從營養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。本研究結(jié)果表明,在幼穗分化期,起壟和免耕旱直播處理水稻的莖鞘鉀含量極顯著高于手工移栽處理,分別提高19.2%和27.4%;抽穗后15 d之后,起壟和免耕旱直播處理水稻的莖鞘鉀含量極顯著低于手工移栽處理,而穗中鉀含量總體顯著高于手工移栽處理,這與徐國偉[21]的研究結(jié)果一致。劉元英等[22]研究表明,在幼穗分化期以前,直播水稻生長時(shí)間較移栽水稻短,干物質(zhì)積累相對較少,所以在幼穗分化期直播水稻的地上部分鉀積累量遠(yuǎn)小于移栽水稻。本研究結(jié)果表明,從幼穗分化期到抽穗期,直播處理水稻地上部分及各器官鉀積累量總體上均遠(yuǎn)低于手工移栽處理,這與劉元英等[22]研究結(jié)果一致。直播水稻憑借著發(fā)達(dá)的根系及始穗期施用粒肥提供的養(yǎng)分,使其地上部分鉀積累量在成熟期與手工移栽處理相差不多。

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Study on K Uptake and Distribution of Direct-seeded Rice in Cold Area

WANG Lijuan,LUO Shengguo*,LIU Yuanying,ZHAO Guangxin,WANG Huan
(College of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

In order to study K uptake and distribution of direct-seeded rice in cold region under optimized fertilization,a field experiment was conducted with rice variety Daohuaxiang No.2,namely transplanted rice,ridge direct-seeded rice and no-tillage direct-seeded rice,so as to provide a theoretical basis for reasonable application of K fertilizer for rice.The results showed that K contents in leaves of direct-seeded rice were lower than that of transplanted rice,and K contents in stems of direct-seeded rice were higher than that of transplanted rice before heading stage.After heading stage,K contents in leaves and panicles of direct-seeded rice were higher than that of transplanted rice,K contents in stems were opposite,and K contents of ridge direct-seeded rice stems were higher than that of no-tillage direct-seeded rice.K accumulation in leaves,stems,panicles and total accumulation in above ground parts of direct-seeded rice were lower than that of transplanted rice,no-tillage direct-seeded rice were lower than that of ridge direct-seeded rice during whole growing season.During the whole growing season,K distribution in direct-seeded rice was the same as that in transplanted rice.K was mainly distributed in the stems,the second was in the leaves,and the least was in the panicles.After heading,K distribution ratio in leaves of direct-seeded rice were higher than that of transplanted rice,and in stems were lower than that of transplanted rice,the overall trend was opposite before heading stage.K distribution ratio in panicles of direct-seeded rice were higher than that of transplanted rice at 15 d after heading.Compared with transplanting,direct-seeding significantly reduced effective panicles,but significantly improved the grain number per panicle and seed setting rate.As a result,1 000-grain weight and yield of direct-seeded rice had no significant difference compared with transplanted rice.

rice; direct-seeding; K; accumulation; distribution

2016-02-20

科技部“十二五”科技支撐項(xiàng)目(2013BAD20B04)

王麗娟(1990-)，女，遼寧建平人，在讀碩士研究生，研究方向：植物營養(yǎng)與施肥技術(shù)。 E-mail:wanglijuaner@163.com

*通訊作者：羅盛國(1956-)，男，黑龍江明水人，教授，主要從事植物營養(yǎng)與施肥技術(shù)研究。 E-mail:Luoshengguo56@163.com

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1004-3268(2016)08-0012-06