中微量元素肥料不同用量對超級稻品種倒伏及產量的影響

李惠芬　張彬　黃慶　劉懷珍　陸秀明　鄒積祥　陳永　黃慶（廣東省農業(yè)科學院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術重點實驗室，廣州50640；廣東省農業(yè)科學院農業(yè)資源與環(huán)境研究所/農業(yè)部南方植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，廣州50640；通訊作者：3600466683@39.com）

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中微量元素肥料不同用量對超級稻品種倒伏及產量的影響

李惠芬1張彬1黃慶1*劉懷珍1陸秀明1鄒積祥1陳永2黃慶2
（1廣東省農業(yè)科學院水稻研究所/廣東省水稻育種新技術重點實驗室，廣州510640；2廣東省農業(yè)科學院農業(yè)資源與環(huán)境研究所/農業(yè)部南方植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，廣州510640；*通訊作者：13600466683@139.com）

摘要：為了明確中微量元素肥料（主要成份CaO、MgO、SiO2和ZnO含量分別為20%、12%、10%和3%）不同用量對超級稻抗倒伏能力和產量形成的影響，于2014年早、晚季以超級稻品種天優(yōu)3618為材料，設置4個用量水平（F0，對照，全生育期不施用，F(xiàn)1、F2和F3用量分別為25 kg/667 m2、50 kg/667 m2和75 kg/667 m2）進行大田試驗，研究中微量元素肥料施用對水稻的莖稈抗折力、形態(tài)結構和產量形成的影響。結果表明，中微量元素肥料的施用顯著降低了早晚稻的倒伏指數(shù)和重心高度，與對照相比，F(xiàn)1和F2處理分別使水稻的倒伏指數(shù)和重心高度下降10.50%、8.37%和2.56%、2.22%；顯著提高了水稻的單株和單莖抗折力、節(jié)間抗折力、節(jié)間的鮮質量百分比和莖壁厚度，分別較對照平均提高10.78%、13.49%、12.33%、11.93%和4.81%；同時基部不同節(jié)間對中微量元素肥料的響應存在差異，其中第2節(jié)間倒伏指數(shù)的下降幅度較第3節(jié)間多5.51個百分點，而第2節(jié)間的鮮質量百分比、鮮質量/干質量、莖壁厚度和粗度則分別多增加3.55個、2.41個、0.98個和0.19個百分點；中微量元素肥料的施用也有利于水稻產量的形成，但除成穗率和抽穗期綠葉面積外，其他指標各處理與對照的差異并未達顯著水平。上述結果表明，中微量元素肥料能提高水稻的抗倒伏能力，有利于水稻產量的形成，其適宜用量為25～50 kg/667 m2。

關鍵詞：超級稻；中微量元素；倒伏；莖稈形態(tài)結構；產量形成

倒伏是水稻生產普遍存在的問題，它主要改變水稻的群體結構，導致養(yǎng)分的合成、儲存和運輸受阻，嚴重影響產量和品質，同時也增加水稻收割的難度［1-2］。倒伏發(fā)生后常常會使水稻產量下降10%～30%，甚至絕收，是限制水稻高產、穩(wěn)產和優(yōu)質的重要因素，特別是臺風發(fā)生頻繁的東南沿海稻區(qū)［3-10］。因此，提高水稻抗倒伏能力對水稻高產穩(wěn)產具有重要意義［1，3-4，10-15］。品種選育是提高水稻抗倒伏能力的重要途徑［16-18］，但養(yǎng)分施用及田間管理技術優(yōu)化仍是提高水稻抗倒伏能力的關鍵措施［10-15］。目前，學者們在氮、磷、鉀三大元素對水稻抗倒伏的影響方面做了大量研究［5-12，19］。相關研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)營養(yǎng)元素的施用改變了水稻莖鞘中硅、鈣、鎂、鐵、鋅等礦質元素的含量，從而影響莖稈倒伏指數(shù)和抗倒能力［4，10，15］。也有學者研究發(fā)現(xiàn)，微量元素如鈣、鎂、硅元素對提高水稻抗倒伏能力具有重要作用［20-24］。但目前相關的研究主要是針對常規(guī)元素（如氮磷鉀）或微量元素（鋅鎂銅）［2，12，19-21］，對中量元素和微量元素組合及其用量的研究還很少涉及。因此，本研究于2014年早、晚季以超級稻品種天優(yōu)3618為材料，設置4種中微量元素肥料用量水平，研究水稻的抗倒伏能力、莖稈形態(tài)結構和產量形成對中微量元素肥料不同用量的響應特征，明確其適宜用量，為水稻高產穩(wěn)產優(yōu)質高效栽培及合理施用中微量元素肥料提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗概況

試驗于2014年早、晚季在廣東省農業(yè)科學院大豐試驗基地（北緯23°09'、東經113°22'，年平均氣溫21.8℃，無霜期345 d，年降雨量1 694 mm）進行。試驗田土壤為壤土，其0～20 cm耕層養(yǎng)分狀況：有機質27.8%，全氮1.4 g/kg，有效磷58.3 mg/kg，速效鉀129 mg/kg，交換性鈣132 mmol/kg，交換性鎂5.6 mmol/kg，有效鋅7.51 mg/kg，有效硅178.4 mg/kg，pH值7.14。種植品種為天優(yōu)3618，插植方式手插，每叢2苗，株行距16.5 cm×20.1 cm。早稻3月12日播種、4月6日插秧，晚稻7月23日播種、8月9日插秧，井水灌溉，干濕交替管理。關鍵生育時期各處理氮肥、鉀肥和磷肥運籌相同。其中，氮肥（尿素）總量12.0 kg/667 m2，分基肥、返青肥、始蘗肥和穗肥進行施用，比例3∶2∶3∶2；鉀肥（氯化鉀）總量20.9 kg/667 m2，分基肥、蘗肥和穗肥進行施用，比例3∶3∶4；磷肥（過磷酸鈣）總量26.8 kg/667 m2，作基肥一次性施用。

1.2試驗設計

試驗用中微量元素肥料（主要成分CaO、MgO、SiO2和ZnO含量分別為20%、12%、10%和3%）作基肥一次施用，設置F0（對照，全生育期不施用）、F1（總量25 kg/ 667 m2）、F2（總量50 kg/667 m2）和F3（總量75 kg/667 m2）4個施用水平，3次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積4 m×5 m。其他田間管理與當?shù)亓晳T栽培相同。

1.3研究內容及方法

1.3.1單株抗折力

水稻齊穗后25 d在各小區(qū)隨機選取連續(xù)20株，采用日本DIK公司生產的DIK-7401（儀器配備有9.8 N/40mm的白色彈簧、19.6N/40mm的黃色彈簧和39.2 N/40mm的紅色彈簧，本試驗根據(jù)水稻生長特征選用彈力系數(shù)19.6N/40mm的黃色彈簧）植物倒伏測試儀進行測量［20］。測定時借助水平儀和自制輔助架，在稻株距地面20 cm高處，垂直于稻株莖稈向前推，將稻莖推彎至45°時，植物倒伏測試儀記錄的壓力值即為該株水稻的抗折力，所測20株的平均值作為該小區(qū)水稻單株的抗折力。同時，考察每株有效穗數(shù)，用單株抗折力除以有效穗數(shù)即為單莖抗折力。

1.3.2單莖抗倒特征

齊穗后25 d，按每小區(qū)平均莖數(shù)隨機取樣5叢，每叢取代表性單莖3條，共15條單莖合并為1個樣本，測定以下項目。

重心高度和單莖鮮質量：將莖稈剪去地下部分后放在一支點上，左右移動莖稈使莖稈保持水平，測量支點到莖稈基部節(jié)間末端長度，稱量單莖鮮質量。

節(jié)間長度和節(jié)間鮮質量：從莖稈節(jié)點處剪斷，將莖稈分成若干節(jié)間?；康?伸長節(jié)間稱為第1節(jié)間，用I1表示；依次向上，分別為第2節(jié)間（I2）和第3節(jié)間（I3）。分別測定莖稈各節(jié)間的長度及鮮質量。

節(jié)間抗折力：用YYD-1莖稈強度測量儀（浙江托普儀器有限公司生產）測定。將基部≥5.5 cm節(jié)間水平放置在兩支點上（間距5 cm），在節(jié)間中點施力使其折斷，力的大小即為該節(jié)間抗折力（N），若節(jié)間長度＜5.5 cm則不測。

節(jié)間粗度和莖壁厚度：將節(jié)間從中部截斷，用數(shù)顯游標卡尺分別測量其長軸外徑和短軸外徑，取平均值為節(jié)間粗度，測量長軸和短軸與莖壁4個交點處的厚度，取平均值為莖壁厚度，各節(jié)間相關指標測定后，烘干至恒質量，稱量干質量。

同時，計算基部節(jié)間的鮮質量百分比（各節(jié)間鮮質量占單莖鮮質量的百分比）、彎曲力矩和倒伏指數(shù)［14-15］。彎曲力矩=節(jié)間基部至穗頂?shù)拈L度（cm）×該節(jié)間基部至穗頂?shù)孽r質量（g）×0.001×9.8；倒伏指數(shù)（cm·g/N）=彎曲力矩/抗折力×100，倒伏指數(shù)越大，則莖稈越易倒伏，以倒伏指數(shù)200為抗倒伏臨界值［25］。

1.3.3產量及產量構成

成熟時每小區(qū)隨機取10株考察每穗粒數(shù)、結實率和千粒重，同時每小區(qū)隨機選取5個點，每個點2 m2，收割脫粒測定水稻產量。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007處理數(shù)據(jù)，SPSS 17.0軟件統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，SigmaPlot 12.0繪圖。

2　結果與分析

2.1單株和節(jié)間抗折力

從表1可見，中微量元素肥料顯著增加了水稻單株和單莖的抗折力，且不同用量對單株和單莖的影響存在差異。與對照相比，中微量元素肥料使早晚稻單株和單莖抗折力平均分別提高10.78%和13.49%，且差異都達顯著水平。同時分析也發(fā)現(xiàn)，隨中微量元素肥料用量增加，水稻單株和單莖的抗折力并未增加，F(xiàn)1、F2、F3處理之間差異未達顯著水平。

與單株抗折力規(guī)律相同，中微量元素肥料的施用顯著提高了早晚季水稻節(jié)間抗折力，使早晚稻基部節(jié)間的抗折力平均提高12.33%，且對I2的影響大于I3（平均分別提高11.63%和8.74%）（表1）。另外表1也顯示，隨中微量元素肥料用量的增加，水稻基部節(jié)間抗折力的增幅卻逐漸減小，F(xiàn)1、F2和F3處理比對照分別平均提高12.61%、9.99%和7.96%，3個處理間差異也未達顯著水平。

2.2節(jié)間倒伏指數(shù)

從圖1可以看出，中微量元素肥料的施用降低了水稻基部節(jié)間的倒伏指數(shù)，從而增加了水稻的抗倒伏能力。F1和F2處理與對照相比，早晚稻平均分別降低10.50%和8.37%，差異顯著；F3處理也降低了水稻的抗倒伏指數(shù)，但僅降低3.28%，與對照差異不顯著。數(shù)據(jù)分析還發(fā)現(xiàn)，中微量元素肥料對節(jié)間倒伏指數(shù)的影響表現(xiàn)為I2＞I3。其中，F(xiàn)1、F2和F3處理使早晚稻I2和I3的倒伏指數(shù)平均分別降低15.04%、12.27%、3.10%和5.96%、4.46%、3.46%，即第2節(jié)間較第3節(jié)間平均多降低5.51個百分點。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，除早稻I2外，各處理間差異也未達顯著水平。

表1　中微量元素肥料不同施用量處理對水稻單株和節(jié)間抗折力的影響

表2　中微量元素肥料不同施用量處理水稻莖高、莖鮮質量、節(jié)間鮮質量百分比和重心高度

圖1　中微量元素肥料不同施用量處理水稻基部節(jié)間倒伏指數(shù)

2.3莖稈形態(tài)特征

表2數(shù)據(jù)表明，中微量元素肥料的施用沒有影響水稻的莖高和單莖鮮質量，但不同程度的增加了I1、I2 和I3的鮮質量百分比。相對于對照，各節(jié)間鮮質量百分比增加幅度表現(xiàn)為I1＞I2＞I3，平均分別增加14.80%、12.27%和8.72%。而中微量元素肥料不同施用量對各節(jié)間鮮質量百分比的增加幅度表現(xiàn)為F1＜F2＜F3，平均分別增加6.71%、10.73%和15.18%，且各處理對I2和I3的影響達顯著水平。重心高度表現(xiàn)出相反的規(guī)律，F(xiàn)1、F2和F3處理使晚稻植株的重心高度平均分別降低了2.56%、2.22%和1.62%，F(xiàn)1和F2處理與對照的差異達顯著水平。

從表3可見，中微量元素肥料的施用顯著增加了水稻基部節(jié)間的鮮質量/干質量比、莖壁厚度和粗度，相對于對照，早晚稻平均分別提高5.51%、6.02%和6.64%。節(jié)間體積表現(xiàn)為F3處理略有增加（平均提高了2.17%），F(xiàn)1和F2處理略有下降（平均分別下降1.20% 和0.89%），各處理與對照的差異未達顯著水平。通過比較還發(fā)現(xiàn)，中微量元素肥料不同施用量對水稻莖稈形態(tài)結構的影響存在差異，其中鮮質量/干質量比表現(xiàn)為F2＞F3＞F1，F(xiàn)2處理對基部節(jié)間的影響較F3和F1處理平均分別高0.40個和0.17個百分點；節(jié)間的莖壁厚度和粗度表現(xiàn)為F1、F2＞F3，相對于對照，F(xiàn)1和F2分別較F3早晚季平均分別多提高2.06個、2.13個和0.47個、0.17個百分點。另外，表3還顯示（相對于對照），中微量元素肥料對早晚季水稻基部節(jié)間的長度、鮮質量/干質量、莖壁厚度和粗度的影響表現(xiàn)為I1＞I2＞I3。其中，鮮質量/干質量和莖壁厚度平均分別提高4.09%、6.55%、4.14%和5.16%、5.13%、4.15%，影響達顯著水平；節(jié)間粗度分別提高0.87%、0.95%和0.76%，但差異未達顯著水平。

表3　中微量元素肥料不同施用量處理水稻基部節(jié)間的鮮質量/干質量比、長度、莖壁厚度、粗度及體積

表4　中微量元素肥料不同施用量處理水稻物質生產特征

2.4物質生產特征及產量構成

從表4可見，中微量元素肥料有利于水稻產量的形成，各處理早晚稻產量由小到大的順序分別表現(xiàn)為F0＜F1＜F2＜F3和F0＜F1＜F3＜F2，但處理間差異不顯著。從表4還可以看出，中微量元素肥料的施用增加了水稻的有效穗數(shù)、成穗率、抽穗期的綠葉面積和生物量，但除成穗率和抽穗期綠葉面積外，各處理間的差異不顯著。

從表5可見，中微量元素肥料的施用對水稻產量構成無顯著影響。其中，每穗粒數(shù)和結實率F1和F2處理分別下降2.88%、1.86%和0.33%、0.87%，F(xiàn)3處理則分別增加1.44%和1.03%；千粒重F1和F2處理分別增加0.54%和0.99%，F(xiàn)3處理有增有減。

3　討論與結論

3.1中微量元素肥料不同施用量對水稻抗倒伏能力的影響

合理施用氮磷鉀及鈣、鎂、硅等常量和微量元素會使植物莖稈粗壯，強度增大，機械性能改善，從而提高水稻的抗倒伏能力［27-29］。本研究結果表明，中微量元素肥料的施用提高了水稻單株和單莖節(jié)間的抗折力、降低了各節(jié)間的倒伏指數(shù)，從而提高了水稻的抗倒伏能力，但不同用量對水稻的抗倒伏特征存在差異，單株表現(xiàn)為用量25 kg/667 m2的處理提高最顯著，且對晚稻的影響大于早稻。李國輝等［11，20］的研究也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律。同時數(shù)據(jù)也表明，中微量元素肥料對第3節(jié)間倒伏指數(shù)的降低效應顯著低于第2節(jié)間，這表明第2和第3節(jié)間是中微量元素肥料提高水稻抗倒伏能力的關鍵［30-33］。

表5　中微量元素肥料不同施用量水稻產量構成

3.2中微量元素肥料不同施用量對水稻莖稈形態(tài)結構特征的影響

大多研究表明，水稻的抗倒伏能力與基部節(jié)間的粗度、厚度和物質積累呈極顯著正相關，而與重心高度、株高、節(jié)間長度和體積呈顯著或極顯著負相關［2，4，11，33-34］。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，中微量元素肥料的施用對植株的高度、鮮質量、節(jié)間的長度和體積沒有顯著影響，但降低了植株的重心高度，顯著提高了第1、2和3節(jié)間鮮質量百分比、鮮質量/干質量比、莖壁厚度和粗度，也發(fā)現(xiàn)各處理對各節(jié)間形態(tài)結構的影響存在差異。雖然25 kg/667 m2中微量元素肥料處理對水稻重心高度的降低幅度最大，但與50 kg/667 m2和75 kg/667 m2處理的差異并不顯著，而基部節(jié)間的厚度和粗度則表現(xiàn)出顯著差異，這表明基部節(jié)間的物質積累比重、節(jié)間莖壁的厚度和粗度是中微量元素提高水稻抗倒伏能力的主要原因。同時，試驗結果顯示，75 kg/667 m2中微量元素肥料處理對節(jié)間的體積和長度有增加的趨勢，雖然差異不顯著，但這不利于水稻抗倒伏能力的提高，這可能是導致其對水稻抗倒伏能力提高在3個處理中最小的主要原因。

3.3中微量元素肥料不同施用量對水稻產量形成的影響

相關研究發(fā)現(xiàn)，鈣、鎂、硅肥有利于水稻產量的形成和提高［20-23，26］。本試驗結果表明，中微量元素肥料不同施用量水稻產量差異未達顯著水平，雖然水稻產量形成指標如有效穗數(shù)、生物量積累、每穗粒數(shù)、結實率、成穗率和抽穗期綠葉面積等大多表現(xiàn)為增加，但僅成穗率和抽穗期綠葉面積顯著提高。由于本試驗是一定氮磷鉀肥運籌下中微量元素肥料不同用量作基肥一次性施用的研究，沒有進行關鍵生育期及與氮磷鉀肥運籌的研究。因此，既能顯著提高水稻抗倒伏能力，又能顯著增產的中微量元素肥料施用時間和方法還有待下一步深入的研究。

本試驗研究表明，中微量元素肥料能提高水稻的抗倒伏能力，主要得益于水稻單株的抗折力，基部節(jié)間的抗折力、莖壁的厚度和粗度的增加，水稻莖的重心高度和基部節(jié)間的倒伏指數(shù)的下降，對水稻莖稈高、鮮質量、基部節(jié)間長度和體積以及水稻產量的形成沒有顯著影響。在中微量元素肥料不同用量中，25～50 kg/667 m2的用量對水稻抗倒伏能力的提高最大，且有利于水稻產量的提高。

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Effects of Secondary Element and Microelement Fertilizer Application on Lodging Resistance and Yield of Super Rice

LI Huifeng1，ZHANG Bin1，HUANG Qing1*，LIU Huaizhen1，LU Xiuming1，ZOU Jixiang1，CHEN Yong2，HUANG Qing2
（1Rice Research Institute，Guangdong Academy of Agriculture Sciences / Guangdong Provincial Key Laboratory of New Technology in Rice Breeding，Guangzhou 510640，China；2Institute of Agricultural Resource and Environment，Guangdong Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Plant and Fertilizer in South Region，Ministry of Agriculture，Guangzhou，510640，China；*Corresponding author：13600466683@139.com）

Abstract：A field experiment was carried out to investigate the effects of secondary element and microelement fertilizer（main component contains CaO，MgO，ZnO and SiO2，with content of 20%，12%，10%and 3%，respectively）on the lodging resistance and yield of Tianyou 3618，at Guangzhou with four levels of fertilizer application（F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2 and F3 referred to 0，25，50 and 75 kg/667 m2in whole growth period，respectively）in 2014. The results showed that secondary element and microelement fertilizer decreased the lodging index and the height of gravity center. The lodging index of F1 and F2 treatments were significantly decreased by 10.50%and 8.37%respectively，and the gravity center height were decreased by 2.56%and 2.22%respectively. The breaking resistance of the plant，stem，and basal internodes were significant increased by 10.78%，13.49%and 12.33%，and the fresh weight percentage and culm wall thickness of the internode were significant increased by 11.93%and 4.81%，respectively.The secondary and microelement fertilizer had significant effects on the lodging index of basal internodes. Compared with the third internodes，the lodging index of second internode decreased by 5.51 percentage points，and the internode fresh weight percentage，fresh weight/dry weight，internode culm wall thickness and internode diameter increased by 3.55，2.41，0.98 and 0.19 percentage points. The secondary and microelement fertilizer significant increased the spike rate and green leaves area of the heading period. These results showed that the secondary and microelement fertilizer was beneficial to the formation of rice yield，improved rice lodging resistance. The suitable amount of the secondary and microelement fertilizer application was 25～50 kg/667 m2.

Key words：super rice；secondary and microelement fertilizer；lodging；morphological traits of stem；yield formation

中圖分類號：S511.062

文獻標識碼：A

文章編號：1006-8082（2016）02-0021-06

收稿日期：2015－09－25

基金項目：農業(yè)部公益性行業(yè)專項“超級稻新品種選育與示范推廣”（農財發(fā)［2008］52號，［2009］47號，［2010］31號）；廣東省產業(yè)體系建設：水稻產業(yè)創(chuàng)新團隊-耕作栽培與土肥崗位專家（2009-2013）；廣東省農業(yè)科學院院長基金（201302）；廣州市科技攻關項目（穗科信字［2013］161號）；廣東省科技廳農業(yè)攻關項目（2012B0203010 11）；廣東省科技廳星火計劃項目（2012B020301012）