淮北地區(qū)氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻鉀素吸收利用特征

梁 健 任紅茹 夏 敏 李曉峰 陳夢云 李 軍 張洪程 霍中洋

?

淮北地區(qū)氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻鉀素吸收利用特征

梁 健 任紅茹 夏 敏 李曉峰 陳夢云 李 軍 張洪程 霍中洋*

揚州大學(xué)農(nóng)業(yè)部長江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心 / 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室, 江蘇揚州 225009

以淮北地區(qū)有代表性的34個中熟中粳品種為試材, 設(shè)置7個氮肥水平(0、150.0、187.5、225.0、262.5、300.0、337.5 kg hm–2), 得出各品種的最高產(chǎn)量, 將該最高產(chǎn)量定義為氮肥群體最高生產(chǎn)力。在此基礎(chǔ)上, 明確處于頂層水平(≥10.50 t hm–2)、高層水平(9.75~10.50 t hm–2)、中層水平(9.00~9.75 t hm–2)和底層水平(≤9.00 t hm–2)水稻品種的鉀素積累、分配及轉(zhuǎn)運特征。結(jié)果表明, 4個生產(chǎn)力等級水稻品種地上部植株、莖鞘和葉片的含鉀率在拔節(jié)期最高; 抽穗期頂層水平品種的這3個參數(shù)高于其他3個等級的品種; 穗部含鉀率差異不顯著。隨著氮肥群體生產(chǎn)力等級的提高, 鉀素總積累量增多; 拔節(jié)前底層水平鉀素積累量最多, 兩年平均為120.56 kg hm–2, 比例占50.56%, 頂層水平為最少, 兩年平均為108.02 kg hm–2, 比例占35.99%; 拔節(jié)至抽穗期和抽穗至成熟期頂層水平鉀素階段積累量及比例顯著高于其他3個等級。移栽至拔節(jié)期, 鉀素積累速率為中層>底層>高層>頂層水平, 拔節(jié)后則為頂層>高層>中層>底層水平。葉片的鉀素轉(zhuǎn)運量及轉(zhuǎn)運率明顯高于莖鞘; 頂層水平葉片的鉀素轉(zhuǎn)運量高于其他3個等級, 高層水平葉片的轉(zhuǎn)運率最高; 穗部增加量隨生產(chǎn)力等級的遞增而變大; 抽穗到成熟期, 莖鞘、葉片對穗的鉀素轉(zhuǎn)運貢獻率表現(xiàn)為底層最高, 中層次之, 頂層最低。4個等級水稻品種籽粒生產(chǎn)率和百千克籽粒吸鉀量差異不顯著; 鉀素偏生產(chǎn)力和鉀收獲指數(shù)均表現(xiàn)為頂層>高層>中層>底層水平?？傊? 氮肥群體最高生產(chǎn)力越高, 水稻中后期植株鉀素積累量及器官對鉀素的吸收利用效率越顯著。抽穗后保持較高的鉀素吸收利用及轉(zhuǎn)運效率是高產(chǎn)水稻品種的重要特征。

中熟中粳; 生產(chǎn)力; 鉀素積累; 鉀素轉(zhuǎn)運

鉀素是植物必須的營養(yǎng)元素之一[1-2], 植物對鉀的需求量很高, 正常情況下植物吸鉀量一般超過吸磷量, 與吸氮量相近[3-4]。鉀素對水稻生長的作用很顯著, 不僅能促進水稻光合作用和碳同化, 還可促進對氮素和磷素的吸收, 提高碳、氮在水稻各器官的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率, 提高產(chǎn)量, 改善米質(zhì)[5-6]?；幢钡貐^(qū)屬于華北單季稻稻作區(qū), 是我國重要的稻區(qū), 也是我國重要商品糧生產(chǎn)基地之一。相較于其他稻區(qū), 土壤養(yǎng)分含量處于較低水平, 鉀素含量處于中等水平[7-8]。然而近年來, 隨著水稻單產(chǎn)的提高, 土壤鉀消耗迅速, 缺鉀已經(jīng)成為阻礙水稻高產(chǎn)的一個重要因素[9]。盡管很多地區(qū)已經(jīng)開始重視鉀肥的作用, 但是大多數(shù)農(nóng)戶僅僅在基施鉀肥(復(fù)合肥), 導(dǎo)致農(nóng)田鉀素投入與支出不平衡, 改變了土壤的理化性質(zhì)。王強盛[10]研究水稻鉀素在器官中的吸收及分配后發(fā)現(xiàn), 水稻是需鉀量較高的作物, 隨著所施養(yǎng)分元素的不同鉀素在植株體內(nèi)變化很大, 水稻苗期及孕穗期至齊穗期是需鉀大量期, 必須保證土壤鉀素的充足供應(yīng)。相關(guān)研究指出, 水稻若在苗期缺鉀, 以后即使補鉀, 也很難恢復(fù)正常[11]。因此, 在大面積水稻栽培中, 一般采用基肥加拔節(jié)前各一半的施用方法, 可兼顧壯苗促分蘗和壯稈促大穗的作用[12]。研究水稻關(guān)鍵生育期和生育階段植株及營養(yǎng)器官鉀素的吸收和分配規(guī)律, 對調(diào)控水稻生長和增加產(chǎn)量具有重要意義。

劉國棟等[13]對86種基因型秈稻進行吸鉀素率和鉀素利用效率的研究, 認為產(chǎn)量高的優(yōu)良基因型在吸鉀速率或鉀素利用效率上有十分明顯的優(yōu)勢。楊雄[14]以長江中下游地區(qū)有代表性的50個早熟晚粳品種(系)為供試材料, 提出了高產(chǎn)品種在鉀素積累分配與轉(zhuǎn)運方面的優(yōu)勢。楊波等[15]研究了雜交稻鉀素吸收利用及其對產(chǎn)量的影響。但前人對鉀素養(yǎng)分吸收利用規(guī)律的研究多集中在雜交稻及長江中下游地區(qū)的遲熟中粳和早熟晚粳稻, 關(guān)于淮北地區(qū)不同產(chǎn)量類型中熟中粳稻鉀素積累分配與轉(zhuǎn)運的研究則未見報道。為此本研究以該地區(qū)中熟中粳稻為試材, 比較研究氮肥群體最高生產(chǎn)力不同等級品種間鉀素的吸收利用特征, 明確不同產(chǎn)量等級水稻品種對鉀素的利用及變化規(guī)律, 以期為該地區(qū)品種改良和因種合理施肥提出理論與實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試品種

選用淮北地區(qū)普遍種植、生育期基本一致的34個中熟中粳水稻品種, 即中稻1號、新稻18、連粳11、泗稻12、連粳9號、淮稻14、徐稻3號、蘇秀10號、蘇秀326、鹽稻11、華粳6號、連粳4號、鎮(zhèn)稻99、鎮(zhèn)稻88、鄭稻19、鹽稻12、武運粳27、寧粳4號、連粳7號、淮稻11、華粳2號、W026、泗1108、泗稻11、徐稻8號、津稻263、泗稻785、武運粳21、徐稻5號、鄭稻18、華粳1號、徐稻2號、豫粳6號和蘇秀867。千粒重在24~28 g之間。全生育期151~156 d。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2014年和2015年在揚州大學(xué)江蘇省連云港市東?？h平明試驗基地進行。試驗土質(zhì)為沙壤土, 地力平衡、中等, 前茬為小麥。土壤含氮1.53 g kg–1、堿解氮90.3 mg kg–1、速效磷34.4 mg kg–1、速效鉀88.6 mg kg–1。采用裂區(qū)設(shè)計, 以施氮量(純氮)水平為主區(qū), 設(shè)置7個施氮水平, 即0、150.0、187.5、225.0、262.5、300.0、337.5 kg hm–2。品種為裂區(qū), 裂區(qū)面積為10 m2, 品種隨機排列, 重復(fù)3次, 共714個小區(qū)。各小區(qū)均分布于同一田塊, 面積為9000 m2。主區(qū)間做埂隔離, 并用塑料薄膜覆蓋埂體, 保證各主區(qū)單獨排灌。兩年均采用機插軟盤育秧, 5月30日播種, 6月20日移栽。栽插密度為每公頃28.5萬穴(11.7 cm × 30.0 cm), 每穴4苗。氮肥按照基肥∶蘗肥∶穗肥= 3∶3∶4施用, 其中穗肥分別于倒四葉和倒二葉葉齡期等量施入。K2O分別于耕翻前、拔節(jié)期各施67.5 kg hm–2。此外, 于前作小麥收獲后每小區(qū)基施P2O5135.0 kg hm–2, 其他管理措施按照常規(guī)栽培要求實施。

1.3 測定內(nèi)容與方法

分別于拔節(jié)期、抽穗期和成熟期, 按每個小區(qū)莖蘗平均數(shù)取代表性的植株5穴, 將各樣本分成莖鞘、葉片和穗(抽穗期和成熟期), 105℃殺青30 min, 80℃烘72 h至恒重, 測定干物重。

將樣本粉碎, 采用H2SO4-H2O2消化, 以火焰光度計法測定鉀素含量。

成熟期從每小區(qū)選擇生長整齊的中部6行, 每行10穴, 共收割60穴, 脫粒、曬干, 測定實際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

鉀素積累量(kg hm–2)=某生育期單位面積植株(器官)的鉀素積累量

鉀素積累速率(kg hm–2d–1)=某生育階段單位面積單位時間植株的鉀積累量

鉀素轉(zhuǎn)運量(kg hm–2)=抽穗期某器官的鉀素積累量-成熟期該器官的鉀素積累量

鉀素轉(zhuǎn)運率(%)=植株某器官的鉀素轉(zhuǎn)運量/抽穗期某器官的鉀素積累量×100

鉀素轉(zhuǎn)運貢獻率(%)=莖鞘和葉片的鉀素轉(zhuǎn)運量之和/抽穗至成熟期穗部鉀素積累總量×100

籽粒生產(chǎn)率(kg grain kg–1)=籽粒產(chǎn)量/成熟期植株鉀素積累量

百千克籽粒吸鉀量(kg)=成熟期植株鉀素積累量/籽粒產(chǎn)量×100%

鉀素偏生產(chǎn)力(kg kg–1)=籽粒產(chǎn)量/鉀肥施用量

鉀素收獲指數(shù)=成熟期籽粒鉀素積累量/成熟期植株鉀素積累量

使用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù), DPS軟件統(tǒng)計分析, SigmaPlot作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生產(chǎn)力等級水稻品種及產(chǎn)量

根據(jù)前人對水稻品種氮肥群體最高生產(chǎn)力(當(dāng)水稻品種在某一施氮水平下最大限度地發(fā)揮其增長潛力而達到最高產(chǎn))的研究[16-17], 可將34個品種按產(chǎn)量劃分為4個生產(chǎn)力等級(表1), 頂層水平(≥10.50 t hm–2)、高層水平(9.75~10.50 t hm–2)、中層水平(9.00~9.75 t hm–2)和底層水平(≤9.00 t hm–2)。本文主要研究不同生產(chǎn)力等級水稻品種間鉀素的積累、分配與轉(zhuǎn)運特征。

2.2 不同生產(chǎn)力等級水稻品種主要生育期含鉀率及鉀素積累量

2.2.1 含鉀率 由表2可知, 4個生產(chǎn)力等級水稻品種的地上植株含鉀率均表現(xiàn)為拔節(jié)期>抽穗期>成熟期, 拔節(jié)期地上部植株平均含鉀率較抽穗期和成熟期分別高36.40%和123.29% (兩年平均值)。不同生產(chǎn)力等級水平間, 拔節(jié)期和抽穗期以底層水平地上部植株的含鉀率最低, 頂層水平抽穗期和成熟期的含鉀率則高于其他3個等級。中層、高層水平莖鞘和葉片的含鉀率在拔節(jié)期最高, 但與頂層水平差異不顯著。抽穗后則以頂層水平最高并顯著高于中層、底層水平。成熟期莖鞘含鉀率以頂層最高, 葉片間差異則不顯著。4個等級的穗部含鉀率在抽穗期和成熟期差異也不顯著, 兩年規(guī)律一致。以2015年為例, 4個等級間穗部含鉀率變異系數(shù)僅為1.06%和0.66%。

2.2.2 鉀素積累量 地上部植株鉀素積累量在拔節(jié)期表現(xiàn)為中層、底層水平顯著高于頂層、高層水平(圖1)。抽穗期植株鉀素迅速積累, 并隨著生產(chǎn)力等級的提高鉀素積累量呈遞增趨勢。以2015年為例, 頂層水平較高層水平, 高層水平較中層水平, 中層水平較底層水平地上部植株平均鉀素積累量分別高7.45% (7.28%~7.59%)、5.08% (4.98%~5.16%)和9.94% (9.84%~10.07%), 且差異顯著。成熟期與抽穗期規(guī)律相似, 即頂層水平鉀素積累量最高, 底層水平最低。

進一步分析不同器官鉀素積累量可知, 隨著生育進程, 莖鞘和葉片的鉀素積累量均先增加后降低, 在抽穗期達到峰值, 莖鞘積累量較拔節(jié)期和成熟期高140.16%和15.52% (兩年平均值), 葉片積累量較拔節(jié)期和成熟期高69.93%和87.68% (兩年平均值)。拔節(jié)前, 頂層、高層水平莖鞘和葉片鉀素積累量顯著低于中層、底層水平; 抽穗期, 隨著生產(chǎn)力等級的提高, 莖鞘和葉片的鉀素積累量表現(xiàn)出增加的趨勢; 成熟期仍以頂層水平最高, 但高層、中層和底層水平葉片的鉀素積累量差異不顯著。

穗部鉀素積累量在抽穗期差異不顯著, 兩年變異系數(shù)僅為4.60%和2.38%; 成熟期則以頂層、高層水平的籽粒吸鉀能力最強, 以2015年為例, 頂層水平成熟期穗的鉀素積累量分別較高層、中層和底層水平高9.16% (8.94%~9.26%)、17.29% (17.08%~ 17.43%)和37.20% (37.06%~37.31%)。

A: 2014年各生育期鉀素積累量; B: 2015年各生育期鉀素積累量。JO: 拔節(jié); HE: 抽穗; MA: 成熟。

A: K accumulation at each growth stage in 2014; B: K accumulation at each growth stage in 2015. JO: jointing; HE: heading; MA: maturity.

2.3 不同生產(chǎn)力等級水稻品種關(guān)鍵生育階段鉀素積累量及積累速率

2.3.1 關(guān)鍵生育階段的鉀素積累量 由表3可知, 各生產(chǎn)力等級水稻品種鉀素積累主要集中在移栽至拔節(jié)期和拔節(jié)至抽穗期, 占總吸收量的96.57%~ 98.81%。其中, 移栽至拔節(jié)期, 中層、底層水平鉀素積累量顯著高于頂層、高層水平, 頂層水平兩年平均鉀素積累量為108.02 kg hm–2, 較底層水平低10.41%; 拔節(jié)至抽穗期和抽穗至成熟期鉀素積累量均隨著生產(chǎn)力等級提高而顯著增加。從各生育階段鉀素積累量比例看, 生產(chǎn)力等級越高, 其拔節(jié)至抽穗期所占比例越大。以2015年為例, 移栽至拔節(jié)期頂層水平與底層水平鉀素積累比例分別占35.74% (34.68%~36.48%)和51.34% (50.84%~51.93%),拔節(jié)至抽穗期頂層水平與底層水平鉀素積累比例分別占61.01% (60.77%~61.85%)和47.47% (46.33%~ 49.62%), 兩年趨勢一致。

表3 不同氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻品種階段鉀素積累量及比例

TL: 頂層水平; HL: 高層水平; ML: 中層水平; LL: 底層水平。同欄同年內(nèi)比較, 標以不同小寫字母的數(shù)值在0.05水平差異顯著。

TL: top level; HL: high level; ML: middle level; LL: low level. Values within the same column and year followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

2.3.2 生育階段鉀素積累速率 移栽至拔節(jié)期, 中層水平和底層水平鉀素積累速率差異很小, 但顯著高于頂層水平(圖2); 拔節(jié)至抽穗期, 4個生產(chǎn)力等級積累速率差異較大, 其中頂層水平積累速率最快, 顯著高于其他3個等級, 兩年變異系數(shù)達16.44%和18.42%; 抽穗至成熟期水稻品種的鉀素積累速率最低, 其中頂層水平、高層水平、中層水平和底層水平兩年平均速率為0.201、0.117、0.089和0.074 kg hm–2d–1。

2.4 不同生產(chǎn)力等級水稻品種抽穗至成熟期的鉀素轉(zhuǎn)運

由表4可知, 葉片的鉀素轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率均明顯高于莖鞘。隨著生產(chǎn)力等級的提高, 葉片的鉀素轉(zhuǎn)運量呈遞增趨勢, 而莖鞘的鉀素轉(zhuǎn)運量兩年均以底層水平最低。鉀素轉(zhuǎn)運率表現(xiàn)為高層水平>頂層水平>中層水平>底層水平, 高層、頂層水平差異不顯著。穗部鉀增加量也表現(xiàn)為隨生產(chǎn)力等級的提高而顯著增加, 其中頂層水平植株穗部鉀增加量兩年平均為73.04 kg hm–2, 底層水平為49.22 kg hm–2; 抽穗到成熟期莖鞘、葉片對穗的鉀素轉(zhuǎn)運貢獻率為底層最高, 中層次之, 頂層最低。以2015年為例, 底層水平較頂層水平鉀素轉(zhuǎn)運貢獻率高8.67% (8.36%~ 8.84%), 兩年趨勢一致。

A: 2014年各生育階段鉀素積累速率; B: 2015年各生育階段鉀素積累速率。TR–JO: 移栽至拔節(jié); JO–HE: 拔節(jié)至抽穗; HE–MA: 抽穗至成熟。

A: K uptake rate at each growth stage in 2014; B: K uptake rate at each growth stage in 2015. TR–JO: Transplanting–Jointing; JO–HE: Jointing–Heading; HE–MA: Heading–Maturity.

2.5 不同生產(chǎn)力等級水稻品種鉀素利用效率

研究表明(表5), 鉀素籽粒生產(chǎn)率與百千克籽粒吸鉀量在不同生產(chǎn)力等級間差異不明顯。鉀素偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為頂層水平>高層水平>中層水平>底層水平, 且差異顯著。以2015年為例, 頂層水平鉀素偏生產(chǎn)力較底層水平高23.72% (22.29%~24.67%), 不同等級間變異系數(shù)9.08%。頂層水平鉀收獲指數(shù)最大, 兩年平均為0.291, 且頂層水平、高層水平和中層水平差異不顯著, 但顯著高于底層水平。

2.6 鉀素積累轉(zhuǎn)運特征與產(chǎn)量的相關(guān)分析

相關(guān)分析表明(表6), 水稻產(chǎn)量與植株及其莖鞘、葉片等器官鉀積累量有著密切的關(guān)系。其中, 水稻產(chǎn)量與抽穗期地上植株、莖鞘、葉片的鉀素積累量, 與成熟期地上植株、莖鞘、穗的鉀素積累量, 與拔節(jié)至抽穗期和抽穗至成熟期地上植株的鉀素階段積累量及鉀素積累速率, 與抽穗至成熟期葉片的鉀素轉(zhuǎn)運量呈極顯著正相關(guān); 水稻產(chǎn)量與成熟期葉片的鉀素積累量呈正相關(guān); 水稻產(chǎn)量與拔節(jié)期地上植株、莖鞘、葉片的鉀素積累量, 與移栽至拔節(jié)期地上植株的鉀素階段積累量及鉀素積累速率呈極顯著負相關(guān); 水稻產(chǎn)量與抽穗期穗的鉀素積累量, 與抽穗至成熟期莖鞘的鉀素轉(zhuǎn)運量無相關(guān)性。

3 討論

3.1 水稻品種產(chǎn)量與鉀素吸收利用特征的關(guān)系

近年來, 隨著作物產(chǎn)量的不斷提高和有機肥施用量的下降, 淮北地區(qū)缺鉀和肥力不均等問題日趨突出[18-19]。鉀對水稻的正常生長和產(chǎn)量有重要影響[20-21], 水稻高產(chǎn)需要在各生育期及生育階段吸收利用與產(chǎn)量相適應(yīng)的鉀素。楊雄[14]對長江中下游50個早熟晚粳品種的研究發(fā)現(xiàn), 水稻地上部分植株的鉀素積累量在拔節(jié)期隨著生產(chǎn)力等級的提高逐漸下降, 抽穗至拔節(jié)期隨著生產(chǎn)力等級的提高呈增加趨勢。杜永等[22]研究表明, 在有效分蘗臨界葉齡期之前, 不同產(chǎn)量水平水稻品種植株吸鉀量差異不明顯, 拔節(jié)后, 鉀素吸收量越多其產(chǎn)量也越高。本試驗研究條件下, 拔節(jié)期頂層水平吸鉀量低于中層、底層水平, 抽穗期鉀素積累量則表現(xiàn)為頂層水平>高層水平>中層水平>底層水平。兩年中, 頂層水平抽穗期鉀素積累量為291.13 kg hm–2(286.48~296.37 kg hm–2)和289.14 kg hm–2(283.05~298.64 kg hm–2), 高層水平為274.60 kg hm–2(267.81~281.61 kg hm–2)和269.10 kg hm–2(264.62~273.05 kg hm–2), 中層水平為260.66 kg hm–2(254.68~367.30 kg hm–2)和256.10 kg hm–2(251.83~258.09 kg hm–2), 底層水平為236.80 kg hm–2(230.72~ 243.92 kg hm–2)和232.93 kg hm–2(225.38~334.87 kg hm–2), 與前人研究結(jié)果基本一致。

凌啟鴻等[11]對秈優(yōu)3號不同產(chǎn)量群體關(guān)鍵生育階段的吸鉀量研究表明, 拔節(jié)至抽穗階段的吸鉀量與產(chǎn)量呈正相關(guān), 提高此階段群體的吸鉀量是高產(chǎn)水稻栽培的重點。紀洪亭等[23]對2個雜交稻品種進行擬合分析得出, 鉀素積累均呈現(xiàn)“慢—快—慢”的變化。韋還和等[24]對超級稻甬優(yōu)12移栽至拔節(jié)階段和拔節(jié)至抽穗階段的鉀素積累量與產(chǎn)量關(guān)系進行擬合方程分析得出, 播種至拔節(jié)階段甬優(yōu)12鉀素積累量與產(chǎn)量呈極顯著線性負相關(guān), 拔節(jié)至抽穗階段呈極顯著正相關(guān)。本試驗研究表明, 4個生產(chǎn)力等級水稻品種移栽至拔節(jié)階段鉀素積累量與產(chǎn)量極顯著負相關(guān), 相關(guān)系數(shù)=-0.897, 拔節(jié)至抽穗階段呈極顯著正相關(guān),= 0.982。此外, 拔節(jié)至抽穗階段鉀素積累速率顯著高于移栽至拔節(jié)階段和抽穗至成熟階段,這與紀洪亭等分析認為的鉀素快速增長期出現(xiàn)在拔節(jié)前12~16 d至孕穗前1~5 d基本吻合[23]。說明水稻大面積栽培中, 重點提高拔節(jié)后植株的鉀素積累, 適當(dāng)減少拔節(jié)前鉀素積累, 有利于提高產(chǎn)量。

表4 不同氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻品種抽穗至成熟期鉀素轉(zhuǎn)運

TL: 頂層水平; HL: 高層水平; ML: 中層水平; LL: 底層水平。同欄同年內(nèi)比較, 標以不同小寫字母的數(shù)值在0.05水平差異顯著。

TL: top level; HL: high level; ML: middle level; LL: low level. Values within the same column and year followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

表5 不同氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻品種鉀素利用效率

TL: 頂層水平; HL: 高層水平; ML: 中層水平; LL: 底層水平。同欄同年內(nèi)比較, 標以不同小寫字母的數(shù)值在0.05水平差異顯著。

TL: top level; HL: high level; ML: middle level; LL: low level. Values within the same column and year followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

表6 鉀素積累轉(zhuǎn)運與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)

*,**分別表示達到0.05和0.01顯著水平。

*,**denote significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

3.2 不同產(chǎn)量水平水稻品種鉀素分配及轉(zhuǎn)運特征

陳智慧等[25]研究表明, 水稻地上部植株鉀素含鉀量隨生育期的推進逐漸降低, 且在相應(yīng)生育階段分配相對應(yīng)的鉀素于各營養(yǎng)器官以滿足其代謝活動。葛夢婕[26]的研究顯示, 地上部植株含鉀率越高水稻品種產(chǎn)量越高。本試驗中, 頂層水平抽穗期和成熟期的地上部植株含鉀率高于高層、中層和底層3個水平平均值5.89%和4.17%。前期頂層水平莖鞘和葉片的含鉀率并沒有中層、底層水平高, 說明前期頂層水平對土壤鉀素的吸收不及其他3個等級; 但在拔節(jié)后含鉀率增大, 顯著高于其他3個等級, 說明頂層水平水稻品種器官對鉀素的吸收作用在中后期優(yōu)勢明顯。

楊雄[14]研究發(fā)現(xiàn), 水稻莖鞘抽穗期的鉀素積累量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān), 葉片拔節(jié)至抽穗階段的鉀素積累量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。本研究表明, 頂層水平水稻品種莖鞘抽穗期的鉀素積累量顯著高于其他3個等級, 頂層水平葉片在拔節(jié)至抽穗階段的鉀素積累量達38.41 kg hm–2(兩年平均值), 高層水平為32.18 kg hm–2, 中層水平為24.24 kg hm–2, 底層水平為18.18 kg hm–2。水稻品種前期吸收的鉀素主要分配到莖鞘、葉片等器官。抽穗后, 水稻莖鞘和葉片的鉀素向籽粒轉(zhuǎn)運[27]。鉀素在植物體內(nèi)非常活躍, 在水稻中積累中心為莖鞘, 各生產(chǎn)力等級品種在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期莖鞘鉀素積累量占整個植株的比例分別為64.70%~65.32%、66.65%~ 70.03%和56.90%~59.21%。葉片通過根系吸收來自土壤中的鉀素, 一部分隨外部環(huán)境淋失, 其在葉片中的積累動態(tài)呈單峰曲線, 在齊穗期達高峰。前人研究發(fā)現(xiàn), 抽穗后鉀素轉(zhuǎn)運到莖鞘和穗部[28]。我們用鉀素的轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率來表示莖鞘和葉片向籽粒的運輸轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)運量大說明各器官能更多地向穗部轉(zhuǎn)運鉀素, 而轉(zhuǎn)運率大說明各器官更有效率地向穗部轉(zhuǎn)運鉀素。本研究表明, 兩年中莖鞘鉀素轉(zhuǎn)運量底層水平顯著低于中層、高層、頂層水平, 但中層、高層、頂層水平規(guī)律不明顯; 葉片鉀素轉(zhuǎn)運量則隨著生產(chǎn)力等級的提高而增大。這說明葉片對籽粒鉀素的轉(zhuǎn)移與產(chǎn)量呈正相關(guān)(= 0.877), 而莖鞘對籽粒鉀素的轉(zhuǎn)移與產(chǎn)量無相關(guān)性(= 0.587)。但轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率大并不代表最終的鉀素貢獻率就大[29]。盡管頂層水平和高層水平葉片和莖鞘轉(zhuǎn)運量更大, 但是由于外部環(huán)境的影響, 一部分鉀素在下雨等外部條件下淋失, 最終頂層水平和高層水平的鉀素轉(zhuǎn)運貢獻率沒有中層水平和底層水平高。因此在栽培管理中, 要力爭在增加轉(zhuǎn)運量的基礎(chǔ)上提高轉(zhuǎn)運貢獻率, 從而更有效地增加鉀素向籽粒的轉(zhuǎn)移。

4 結(jié)論

氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻品種鉀素積累主要集中在移栽至拔節(jié)和拔節(jié)至抽穗(占總吸收量的96.57%~98.81%), 鉀素階段積累速率以拔節(jié)至抽穗階段較高; 隨著生產(chǎn)力等級的提高, 抽穗后地上部植株及莖鞘和葉片的含鉀率、鉀素積累量、鉀素階段積累量、鉀素積累速率呈遞增趨勢, 鉀素轉(zhuǎn)運貢獻率呈遞減趨勢, 但籽粒生產(chǎn)率及百千克籽粒吸鉀量規(guī)律不明顯。處于生產(chǎn)力頂層水平的水稻品種生育前期吸鉀率與鉀素積累量較低, 生育中后期鉀素積累量與積累速率高, 鉀素積累總量多, 葉片鉀素轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率、穗部鉀增加量、鉀收獲指數(shù)及鉀素偏生產(chǎn)力均高。

[1] 金繼運. 土壤鉀素研究進展. 土壤學(xué)報, 1993, 30: 94–101 Jin J Y. Advances in soil potassium research., 1993, 30: 94–101 (in Chinese)

[2] 陳化榜, 李振聲, 李繼云. 植物礦質(zhì)營養(yǎng)育種的研究進展. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 1995, 24: 1–6 Chen H B, Li Z S, Li J Y. Progress and perspectives of plant breeding for efficient utilization of mineral nutrition soil., 1995, 24: 1–6 (in Chinese with English abstract)

[3] Witt C, Dobermann A, Abdulrachman S, Gines H C, Wang G, Nagarajan R, Satawatananont S, Son T T, Tan P S, Tiem L V, Simbahan G C, Olk D C. Internal nutrient efficiencies of irrigated lowland rice in tropical and subtropical Asia., 1999, 63: 113–138

[4] Liu M, Yu Z, Liu Y, Konijn N T. Fertilizer requirements for wheat and maize in China: the QUEFTS approach., 2006, 74: 245–258

[5] 胡泓, 王光火. 鉀肥對雜交水稻養(yǎng)分積累以及生理效率的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2003, 9: 184–189 Hu H, Wang G H. Influence of potassium fertilizer on nutrient accumulation and physiological efficiency of hybrid rice., 2003, 9: 184–189 (in Chinese with English abstract)

[6] He P, Yang L P, Xu X P, Zhao S C, Chen F, Li S T, Tu S H, Jin J Y, Johnston A M. Temporal and spatial variation of soil available potassium in China (1990-2012)., 2015, 173: 49–56

[7] 任意, 張淑香, 穆蘭, 田有國, 盧昌艾. 我國不同地區(qū)土壤養(yǎng)分的差異及變化趨勢. 中國土壤與肥料, 2009, (6): 13–17 Ren Y, Zhang S X, Mu L, Tian Y G, Lu C A. Change and difference of soil nutrients for various regions in China., 2009, (6): 13–17 (in Chinese with English abstract)

[8] 趙明松, 李德成, 張文凱, 胡春華, 邵云鵬. 淮北平原農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間變異特征——以安徽省蒙城縣為例. 土壤通報, 2016, 47: 611–617 Zhao M S, Li D C, Zhang W K, Hu C H, Shao Y P. Spatial variability characteristics of soil nutrient in North Plain of Anhui province: a case study of Mengcheng county, Anhui province., 2016, 47: 611–617 (in Chinese with English abstract)

[9] 褚國良, 詹國勤, 丁劍英, 吳行國, 戴增捷. 丘陵地區(qū)水稻氮磷鉀經(jīng)濟用量與配比研究. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 1996, (3): 5–7 Chu G L, Zhan G Q, Ding J Y, Wu X G, Dai Z J. The research of economic dosage and the ratio of NPK on rice in Hilly region., 1996, (3): 5–7 (in Chinese)

[10] 王強盛. 水稻鉀素營養(yǎng)的積累特征及生理效應(yīng). 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 江蘇南京, 2009 Wang Q S. Accumulation Characteristics and Physiological Effect of Rice Potassium Nutrition. PhD Dissertation of Nanjing Agricultural University, Nanjing, China, 2009 (in Chinese with English abstract)

[11] 凌啟鴻. 作物群體質(zhì)量. 上海: 上?？萍汲霭嫔? 2000. pp 1–210 Ling Q H. The Quality of Crop Population. Shanghai: Shanghai Scientific and Technical Publishers, 2000. pp 1–210 (in Chinese)

[12] 張洋洋, 魯劍巍, 王友珠, 王振, 李小坤, 任濤, 叢日環(huán). 鉀肥施用方式對直播和移栽水稻產(chǎn)量和鉀肥利用效率的影響. 作物雜志, 2016, (1): 110–114 Zhang Y Y, Lu J W, Wang Y Z, Wang Z, Li X K, Ren T, Cong R H. Effects of potassium fertilizer application method on yield and potassium apparent efficiency of direct-sowing rice and transplanting rice., 2016, (1): 110–114 (in Chinese with English abstract)

[13] 劉國棟, 劉更另. 秈稻耐低鉀基因型的篩選. 作物學(xué)報, 2002, 28: 161–166 Liu G D, Liu G L. Screeningrice for K-efficient genotypes., 2002, 28: 161–166 (in Chinese with English abstract)

[14] 楊雄. 不同氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻品種氮磷鉀的積累、分配與轉(zhuǎn)運的差異性分析. 揚州大學(xué)碩士學(xué)位論文, 江蘇揚州, 2012 Yang X. The Accumulation, Distribution and Translocation of NPK of Rice Varieties with Different Productivity Levels. MS Thesis of Yangzhou University, Yangzhou, China, 2012 (in Chinese with English abstract)

[15] 楊波, 任萬軍, 楊文鈺, 盧庭啟, 肖啟銀. 不同種植方式下鉀肥用量對水稻鉀素吸收利用及產(chǎn)量的影響. 雜交水稻, 2008, 23(5): 60–64 Yang B, Ren W J, Yang W Y, Lu T Q, Xiao Q Y. Effects of applying amounts of potassium fertilizer on potassium uptake and utilization and grain yield in rice under different planting modes., 2008, 23(5): 60–64 (in Chinese with English abstract)

[16] 張洪程, 馬群, 楊雄, 李敏, 葛夢婕, 李國業(yè), 戴其根, 霍中洋, 許軻, 魏海燕, 高輝, 劉艷陽. 水稻品種氮肥群體最高生產(chǎn)力及其增長規(guī)律. 作物學(xué)報, 2012, 38: 86–98 Zhang H C, Ma Q, Yang X, Li M, Ge M J, Li G Y, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Wei H Y, Gao H, Liu Y Y. The highest population productivity of nitrogen fertilization and its variation rules in rice cultivars., 2012, 38: 86–98 (in Chinese with English abstract)

[17] 霍中洋, 顧海永, 馬群, 楊雄, 李敏, 李國業(yè), 戴其根, 許軻, 魏海燕, 高輝, 蘆燕, 張洪程. 不同氮肥群體最高生產(chǎn)力水稻品種的氮素吸收利用差異. 作物學(xué)報, 2012, 38: 2061–2068 Huo Z Y, Gu H Y, Ma Q, Yang X, Li M, Li G Y, Dai Q G, Xu K, Wei H Y, Gao H, Lu Y, Zhang H C. Differences of nitrogen absorption and utilization in rice varieties with different productivity levels., 2012, 38: 2061–2068 (in Chinese with English abstract)

[18] 陳川, 丁國霞, 鐘平, 邵文奇, 安凱先, 石彥兵. 淮北稻田套播麥的主要生育特點與施肥技術(shù). 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, (1): 26–28 Chen C, Ding G X, Zhong P, Shao W Q, An K X, Shi Y B. Main reproductive characteristics and application techniques at interplanting wheat in paddy in Huaibei area., 2008, (1): 26–28 (in Chinese)

[19] 劉楓, 王允清, 劉英, 錢國平. 安徽省土壤鉀素供應(yīng)狀況與鉀肥效應(yīng)分析. 土壤通報, 2016, 34: 205–208 Liu F, Wang Y Q, Liu Y, Qian G P. Analysis of soil potassium status and potash fertilizer effect in Anhui province., 2016, 34: 205–208 (in Chinese with English abstract)

[20] Fageria N K, Baligar V C, Wright R J. Lowland rice response to potassium fertilization and its effect on N and P uptake., 1990, 21: 157–162

[21] 王強盛, 甄若宏, 丁艷鋒, 吉志軍, 曹衛(wèi)星, 黃丕生. 鉀肥用量對優(yōu)質(zhì)粳稻鉀素積累利用及稻米品質(zhì)的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37: 1444–1450 Wang Q S, Zhen R H, Ding Y F, Ji Z J, Cao W X, Huang P S. Effects of potassium fertilizer application rates on plant potassium accumulation and grain quality ofrice., 2004, 37: 1444–1450 (in Chinese with English abstract)

[22] 杜永, 劉輝, 楊成, 王志琴, 楊建昌. 超高產(chǎn)栽培遲熟中粳稻養(yǎng)分吸收特點的研究. 作物學(xué)報, 2007, 33: 208–215 Du Y, Liu H, Yang C, Wang Z Q, Yang J C. Characteristics of nutrient absorption in super-high-yielding mid-season and late- maturityrice., 2007, 33: 208–215 (in Chinese with English abstract)

[23] 紀洪亭, 馮躍華, 何騰兵, 潘劍, 范樂樂, 李云, 武彪, 肖銘, 梁顯林. 超級雜交稻群體干物質(zhì)和養(yǎng)分積累動態(tài)模型與特征分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45: 3709–3720 Ji H T, Feng Y H, He T B, Pan J, Fan L L, Li Y, Wu B, Xiao M, Liang X L. A dynamic model of dry matter and nutrient accumulation in super hybrid rice and analysis of its characteristics., 2012, 45: 3709–3720 (in Chinese with English abstract)

[24] 韋還和, 孟天瑤, 李超, 張洪程, 戴其根, 馬榮榮, 王曉燕, 楊筠文. 超級稻甬優(yōu)12不同產(chǎn)量水平群體的鉀素營養(yǎng)特性. 作物學(xué)報, 2016, 42: 1047–1057 Wei H H, Meng T Y, Li C, Zhang H C, Dai Q G, Ma R R, Wang X Y, Yang J W. Potassium nutrition characteristics in different yield populations of super rice Yongyou 12., 2016, 42: 1047–1057 (in Chinese with English abstract)

[25] 陳智慧, 王火焰, 周健民, 安林林, 陳小琴, 杜昌文. 不同鉀素水平對水稻不同部位含鉀量的影響. 土壤, 2013, 45: 489–494 Chen Z H, Wang H Y, Zhou J M, An L L, Chen X Q, Du C W. Dynamic changes of rice K content influenced by different soil K levels., 2013, 45: 489–494 (in Chinese with English abstract)

[26] 葛夢婕. 長江中下游地區(qū)常規(guī)超級粳稻產(chǎn)量形成及養(yǎng)分吸收利用特性. 揚州大學(xué)碩士學(xué)位論文, 江蘇揚州, 2014 Ge M J. Yield Formation, Absorption and Utilization of NPK of ConventionalSuper in Yangtze River Area. MS Thesis of Yangzhou University, Yangzhou, China, 2014 (in Chinese with English abstract)

[27] 楊柳青. 不同氮水平下鉀對水稻生長的影響. 西南大學(xué)博士學(xué)位論文, 重慶, 2012 Yang L Q. Effects of Potassium on the Growth of Rice under Different Nitrogen Levels. PhD Dissertation of Southwest University, Chongqing, China, 2012 (in Chinese with English abstract)

[28] 姜照偉, 李小萍, 趙雅靜, 李義珍. 雜交水稻氮鉀素吸收積累特性及氮素營養(yǎng)診斷. 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2011, 26: 852–857 Jiang Z W, LI X P, Zhao Y J, Li Y Z. N/P absorption and accumulation and N nutrition of hybrid rice., 2011, 26: 852–859 (in Chinese with English abstract)

[29] 孫永健, 孫園園, 李旭毅, 張榮萍, 郭翔, 馬均. 水氮互作對水稻氮磷鉀吸收、轉(zhuǎn)運及分配的影響. 作物學(xué)報, 2010, 36: 655–664Sun Y J, Sun Y Y, Li X Y, Zhang R P, Guo X, Ma J. Effects of water-nitrogen interaction on absorption, translocation and distribution of nitrogen, phosphorus, and potassium in rice., 2010, 36: 655–664 (in Chinese with English abstract)

Potassium Absorption and Utilization Characteristics of Rice Varieties with the Highest Population Productivity under Corresponding Nitrogen Fertilization in Huaibei Area

LIANG Jian, REN Hong-Ru, XIA Min, LI Xiao-Feng, CHEN Meng-Yun, LI Jun, ZHANG Hong-Cheng, and HUO Zhong-Yang*

Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze River Valley, Ministry of Agriculture / Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China

A field experiment was carried out using 34 medium-maturing mediumrice varieties grown in Huaibei area with seven nitrogen application levels (0, 150.0, 187.5, 225.0, 262.5, 300.0, and 337.5 kg ha–1) to investigate the relationship between potassium and yield. According to the highest population productivity under corresponding N fertilization, rice varieties were classified into four types including top type (TT), high type (HT), middle type (MT), and low type (LT). Yield components, and K absorption and translocation of the four types of rice variety were compared. K concentration of aboveground parts of plant steam-sheath and leaf in different types was the highest at heading stage and that was higher in TT than the other three types. K concentration of panicle was no significant difference among tested varieties. With increasing productivity level, total K accumulation increased. From transplanting to jointing stage, the K accumulation in LT was 120.56 kg ha–1, accounting for 50.56%. The K accumulation of TT was 108.02 kg ha–1, accounting for 35.99%. After jointing, the K accumulation and ratio at each growth stage of TT were higher than those of other three types. The K uptake rate showed a trend of MT > LT > HT > TT from transplanting to jointing stage, and TT > HT > MT > LT from jointing to heading stage and from heading to maturity stage. K translocation and K translocation efficiency of leaf were obviously higher than those of stem-sheath. K translocation of TT and HT’s K translocation efficiency were both the highest. The increasing in K of panicle increased with increasing productivity level. From heading to maturity stage, K translocation conversion rate of vegetative organ was the highest in LT, medium in MT, and the lowest in TT. Internal nutrient efficiency and K requirement for 100 kg grain among four types were no obvious difference and K partial factor productivity and harvest index of K showed a trend of TT > HT > MT > LT. In conclusion, the higher the production level, the higher the potassium use efficiency of plants and organs at the middle and later periods of development. Maintaining high K uptake and translocation efficiency after heading is an important characteristic of high-yield rice varieties.

Medium-maturing medium; Productivity; K accumulation; K translocation

10.3724/SP.J.1006.2017.00558

本研究由國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B09, 2016YFD0200805), 江蘇省科技計劃項目(BE2015340, BE2016351)和江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程項目(SXGC[2016]321)資助。

This study was supported by the National Key Technology Support Program (2013BAD07B09, 2016YFD0200805), the Science and Technology Plan of Jiangsu Province (BE2015340, BE2016351), and Three New Agricultural Engineering Fund of Jiangsu Province (SXGC [2016]321).

霍中洋, E-mail: huozy69@163.com, Tel: 0514-87979220

E-mail: 365460342@qq.com, Tel: 18052595664

2016-08-05;

Accepted(接受日期): 2017-01-21;

Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期):2017-02-17.

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170217.1020.034.html