鉀肥對(duì)糜子莖稈形態(tài)、力學(xué)、生理特性及抗倒伏能力的影響

梁海燕 李 海 丁 超 楊 芳 宋曉強(qiáng) 鄧亞蕊劉貴山 林鳳仙 張翔宇 蘇占明 姜 超

（1山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所，037008，山西大同；2忻州市五寨縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，036200，山西忻州）

糜子生育期短、耐旱、耐瘠薄，是晉北地區(qū)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)糧食作物，尤其在播種期干旱少雨、土壤墑情差的情況下，糜子更是晉北地區(qū)首選的備荒作物。同時(shí)，糜子營(yíng)養(yǎng)豐富，在平衡膳食和促進(jìn)人體健康方面具有獨(dú)特的作用。鉀是作物三大營(yíng)養(yǎng)元素之一，被稱為“品質(zhì)元素”，大量研究[1-3]表明，鉀元素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。它以多種方式參與植物體內(nèi)的各種代謝過程，可增強(qiáng)作物抗逆能力[4]，促進(jìn)作物增產(chǎn)[5]。在提高作物抗倒伏方面，鉀有著不可替代的作用[6]。楊波[7]研究表明，適量鉀肥對(duì)免耕拋秧水稻抗根倒伏能力的調(diào)控表現(xiàn)為提高單莖根量和根體積，促進(jìn)根系在半徑為一橫向土層內(nèi)的分布，提高稻株固持力，降低單莖穗重和葉重，減輕致倒伏的內(nèi)力和植株加在基部節(jié)間的彎曲力矩，促進(jìn)莖稈橫向生長(zhǎng)，增加莖稈充實(shí)度，增強(qiáng)莖稈抗折斷能力，改善免耕拋秧莖稈質(zhì)量，進(jìn)而增強(qiáng)植株抗根倒伏能力。范永義[8]研究顯示，合理的硅、鉀肥配比能顯著增加易倒伏水稻品種B優(yōu)827的莖稈壁厚和直徑，縮短基部節(jié)間長(zhǎng)度，增加節(jié)間化學(xué)組成，提高抗折力，改善基部節(jié)間維管束特性，最終增強(qiáng)植株抗倒伏能力，提高水稻產(chǎn)量。吳海兵等[9]研究表明，鉀可以促進(jìn)水稻株高、鮮重、節(jié)間粗、莖壁厚、單位節(jié)間干重和節(jié)間抗折力的提高，從而提高抗倒伏性能。糜子植株易倒伏，尤其是在生長(zhǎng)發(fā)育中后期如遇大風(fēng)暴雨，會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)量與品質(zhì)，因此，本試驗(yàn)研究了不同鉀肥量追施處理對(duì)糜子植株莖稈形態(tài)、力學(xué)、生理特性及抗倒伏能力的影響，為糜子優(yōu)質(zhì)、抗倒和高產(chǎn)栽培提供一定依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所試驗(yàn)基地（39°53′44.71″ N，113°10′33.99″ E）進(jìn)行，基地位于朔州市懷仁縣毛家皂鎮(zhèn)，海拔1018m，年均日照2450.1h，1-10月平均氣溫9.57℃，年均降水量321.5mm，春季干旱，降水偏少，雨量主要集中在7-9月。土壤為沙壤土。有機(jī)質(zhì)10.7g/kg，水解性氮 37.7mg/kg，有機(jī)磷 8.79mg/kg，速效鉀76mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)于 2017-2018年進(jìn)行，以國(guó)審糜子品種（糯性）晉黍9號(hào)為材料，在拔節(jié)期追施K肥。2017年設(shè)置6個(gè)施K（K2O）水平，分別為0（CK）、30、60、90、120和150kg/hm2；2018年設(shè)置4個(gè)K水平，分別為0（CK）、45、90和135kg/hm2，3次重復(fù)，小區(qū)面積為10m2。

在糜子成熟前10d，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取樣5穴，每穴取代表性單莖4條，共20條單莖，測(cè)量其主莖的株高、重心高、穗頸長(zhǎng)、基部1～4節(jié)節(jié)間長(zhǎng)和節(jié)間鮮重、各節(jié)間外徑、節(jié)間抗折力以及根重。并計(jì)算莖稈的機(jī)械強(qiáng)度、倒伏指數(shù)和倒伏系數(shù)。小區(qū)收獲后測(cè)產(chǎn)。2018年在20條單莖中取10條單莖測(cè)性狀指標(biāo)，另外10條用來測(cè)莖稈木質(zhì)素和纖維素等化學(xué)成分含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

株高=植株莖基部到穗頂端的距離；重心高=將莖稈（減去根部）放在一支點(diǎn)上，左右移動(dòng)，使莖稈保持水平，支點(diǎn)到莖稈節(jié)間末端的長(zhǎng)度；基莖粗=用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量莖基部 1～5節(jié)的節(jié)間直徑；分別測(cè)量植株基部 1～5節(jié)節(jié)間長(zhǎng)及鮮重（帶鞘），并計(jì)算節(jié)間充實(shí)度（節(jié)間鮮重/節(jié)間長(zhǎng)）。用YYD-1莖稈強(qiáng)度測(cè)量?jī)x（浙江托普儀器有限公司生產(chǎn)）測(cè)定節(jié)間抗折力。固定基部節(jié)使2個(gè)支點(diǎn)間距離為5cm，將節(jié)間水平放置在2個(gè)支點(diǎn)上，在節(jié)間中點(diǎn)施力節(jié)間折斷時(shí)力的大小即為該節(jié)間的折斷力。若節(jié)間長(zhǎng)小于5cm則不測(cè)。測(cè)量植株單莖的鮮重、根重、穗長(zhǎng)和穗重。

機(jī)械強(qiáng)度=節(jié)間抗折力×節(jié)間長(zhǎng)/2；倒伏指數(shù)=重心高×地上部鮮重/機(jī)械強(qiáng)度；倒伏系數(shù)=株高×地上部鮮重/機(jī)械強(qiáng)度/根重。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施 K量處理對(duì)糜子植株莖稈形態(tài)特征的影響

由表1可得，隨著追施K量的增加，糜子株高呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，重心高隨之上移。在合適的K肥處理下，穗重和地上部鮮重等都有不同程度的增加，根重也有所增加，施K肥90kg/hm2時(shí)，穗重、地上部鮮重、基莖粗及根重較大，說明施用適量K肥可促進(jìn)糜子植株地上部及根的生長(zhǎng)，增加植株的生物量。

表1 不同K肥用量對(duì)糜子植株莖稈形態(tài)特征的影響Table 1 Effects of different K fertilizer application rates on straw morphological characteristics of broom corn millet plants

2.2 不同施K量處理對(duì)糜子植株莖稈節(jié)間特性的影響

由表 2可看出，2017和 2018年結(jié)果基本一致，隨著施K量的增多，植株基部1～4節(jié)節(jié)間充實(shí)度整體呈先增加后降低的趨勢(shì)?；?～4節(jié)平均節(jié)間充實(shí)度在施 K肥 90kg/hm2時(shí)最大，2017年較CK高0.11g/cm，2018年較CK高0.04g/cm，之后增施K肥節(jié)間充實(shí)度不再增加。

表2 不同K肥用量對(duì)糜子莖稈節(jié)間特性的影響Table 2 Effects of different K fertilizer application rates on intersection characteristics of broom corn millet plants

2.3 不同施K量處理對(duì)糜子植株莖稈力學(xué)特性的影響

由表3可知，隨著施K量的增加，基部1～4節(jié)節(jié)間的抗折力有所增加，在K肥為90kg/hm2時(shí)抗折力最大，基部1～4節(jié)節(jié)間的平均抗折力2017年較CK增加8.5N，2018年較CK增加8.1N，之后增加施K量，抗折力不再增加。隨著施K量的增加，基部1～4節(jié)節(jié)間的機(jī)械強(qiáng)度有所增加，但沒有明顯的飽和效應(yīng)。倒伏指數(shù)和倒伏系數(shù)是評(píng)價(jià)糜子植株抗倒性的2個(gè)指標(biāo)，其中倒伏系數(shù)考慮了根對(duì)倒伏的作用。隨著施K量的增多，基部節(jié)間的倒伏指數(shù)和倒伏系數(shù)均減小。圖1顯示，基部2～4節(jié)平均倒伏系數(shù)2017和2018年有相同的變化規(guī)律，都是隨著追施 K量的增加，倒伏系數(shù)減小，K肥為90kg/hm2時(shí)倒伏系數(shù)最小，分別為8.93和9.63，分別比CK小6.90和0.94，之后再增施K肥倒伏系數(shù)不再減小。以上結(jié)果說明，施用K肥可通過加強(qiáng)糜子植株基部節(jié)間的機(jī)械強(qiáng)度、抗折力以及根部的生長(zhǎng)從而增強(qiáng)植株的抗倒能力。

表3 不同K肥處理對(duì)糜子植株莖稈力學(xué)特性的影響Table 3 Effects of different K fertilizer on mechanical characteristics of broom corn millet plants

圖1 2017-2018年不同施K量下植株莖基2～4節(jié)平均倒伏系數(shù)Fig.1 Average lodging coefficients of plant stalk base in section 2-4 under different K dosage in 2017-2018

2.4 不同施 K量處理對(duì)糜子植株莖稈生理特性的影響

圖2可知，施用不同量的K肥后，植株基2節(jié)的木質(zhì)素含量在施 K肥處理間差異不顯著，但均顯著高于 CK，木質(zhì)素含量較不施 K肥分別提高4.17%、3.91%和4.26%，說明施用K肥可增加糜子植株基2節(jié)的木質(zhì)素含量，從而增強(qiáng)植株的抗倒性。

圖2 不同K肥處理植株基2節(jié)的木質(zhì)素含量Fig.2 Lignin contents of different K fertilizer treatments in section 2

由圖3可得，隨著K肥施用量的增加，糜子植株莖稈基2節(jié)的纖維素含量增多，之后又有所降低。追施K肥90kg/hm2時(shí)，植株莖基2節(jié)的纖維素含量最高，為39.01%。

圖3 不同K肥處理植株基2節(jié)的纖維素含量Fig.3 Cellulose contents in section 2 under different K fertilizer treatments

2.5 不同施K量處理對(duì)糜子植株產(chǎn)量的影響

從圖4中可看出，施用K肥后，2018年糜子植株產(chǎn)量極顯著高于對(duì)照，2017年產(chǎn)量與對(duì)照差異不顯著。其中追施 K肥 90kg/hm2處理的植株產(chǎn)量最高，2017和2018年產(chǎn)量分別為2517.9kg/hm2和 3251.6kg/hm2，分別比當(dāng)年對(duì)照增產(chǎn) 16.2%和35.1%。

圖4 不同K肥處理對(duì)糜子產(chǎn)量的影響（2017-2018年）Fig.4 Effects of different K fertilizer treatments on broom corn millet plants yield (2017-2018)

3 討論

本試驗(yàn)在項(xiàng)目組前期研究[10]基礎(chǔ)上，以倒伏系數(shù)作為植株倒伏評(píng)價(jià)指標(biāo)，也得出了類似的研究結(jié)果，即合理追施鉀肥可增加糜子植株的生物量，增加植株的莖粗和根重，同時(shí)增加植株基部節(jié)間的充實(shí)度、抗折力和機(jī)械強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)，降低倒伏指數(shù)與倒伏系數(shù)，提高植株的抗倒伏能力，增加糜子植株產(chǎn)量。

陳際型[11]研究表明，富鉀可促進(jìn)作物根系的生長(zhǎng)。王炎等[12]研究表明，隨著施鉀量的增加，‘西蕎1號(hào)’根系長(zhǎng)度、根系體積、根系表面積和根系平均直徑呈先增加后降低的趨勢(shì)，低濃度的鉀肥處理促進(jìn)苦蕎根系的生長(zhǎng)，較高濃度的鉀肥處理則抑制苦蕎根系的生長(zhǎng)。本試驗(yàn)2年數(shù)據(jù)都表明，隨著施K量的增加，植株的根重呈先增加后減少的趨勢(shì)，追施K肥90kg/hm2時(shí)，根重最大，倒伏系數(shù)最小，抗倒能力最強(qiáng)，這與前人研究[11-12]結(jié)果一致，即適量的鉀肥通過促進(jìn)根系的生長(zhǎng)與發(fā)育而增強(qiáng)植株的抗根倒伏能力。

木質(zhì)素分布于植物木質(zhì)化的機(jī)械組織和輸導(dǎo)組織的細(xì)胞壁中，具有增加細(xì)胞壁強(qiáng)度、提高細(xì)胞壁不透水性和莖機(jī)械強(qiáng)度的作用，范永義[8]研究認(rèn)為，禾谷類作物莖稈中木質(zhì)素含量較低是其倒伏的主要原因。因此，提高單位體積內(nèi)木質(zhì)素含量可增強(qiáng)莖稈的強(qiáng)度，有利于提高莖稈的抗倒伏能力。本試驗(yàn)研究結(jié)果得出，追施鉀 45、90和 135kg/hm2時(shí)，莖稈木質(zhì)素含量差異不顯著，但都顯著高于CK，較CK分別提高4.17%、3.91%和4.26%。

纖維素是細(xì)胞壁骨架的主要物質(zhì)，其基本單元是微纖絲，水稻中非木質(zhì)化細(xì)胞壁的機(jī)械支撐力量主要來自微纖絲；微纖絲既能保持細(xì)胞的形狀，同時(shí)還可增進(jìn)植株的機(jī)械強(qiáng)度[8]，因此，單位體積纖維素含量的高低直接關(guān)系到機(jī)械組織是否發(fā)達(dá)。本試驗(yàn)追施K肥90kg/hm2時(shí)，植株莖基2節(jié)的纖維素含量最高，為39.01%。

4 結(jié)論

合理追施K肥，不僅可以增加植株的生物量，改善植株莖稈形態(tài)，增加植株的莖粗和根重，還可以增加植株基部節(jié)間的充實(shí)度、抗折力和機(jī)械強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)，降低倒伏指數(shù)與倒伏系數(shù)，同時(shí)可改變糜子植株莖稈的生理特性，增加基2節(jié)的木質(zhì)素和纖維素含量，改善其基部節(jié)間維管束特性，增強(qiáng)植株抗倒伏能力，提高糜子產(chǎn)量。綜合考慮糜子植株的抗倒伏能力和經(jīng)濟(jì)效益，追施K肥 90kg/hm2效果較好。