干湿交替灌溉耦合施氮量对水稻籽粒灌浆生理和根系生理的影响
付景, 王亚, 杨文博, 王越涛, 李本银, 王付华, 王生轩, 白涛, 尹海庆
作物学报
2023, 49 ( 3):
808-820.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22032
干湿交替灌溉耦合施氮量对水稻根系生长和产量形成有重要影响, 但其对籽粒灌浆生理的影响, 以及与根系生理的关系尚不明确。为探讨干湿交替灌溉和施氮量对水稻籽粒灌浆、籽粒淀粉合成相关酶活性和激素含量变化及其根系生理的影响, 以超级稻品种南粳9108为材料, 大田种植, 设置常规灌溉(conventional irrigation, CI)和干湿交替灌溉(alternate wetting and drying, AWD) 2种灌溉方式及5个施氮水平, 全生育期不施氮肥(0N)、全生育期施氮肥90 kg hm-2 (90N)、全生育期施氮肥180 kg hm-2 (180N)、全生育期施氮肥270 kg hm-2 (270N)和全生育期施氮肥360 kg hm-2 (360N)。结果表明: 灌溉方式与施氮量存在显著的互作效应, 干湿交替灌溉增加了南粳9108籽粒最大灌浆速率和平均灌浆速率, 提高了籽粒中蔗糖合成酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶、淀粉分枝酶的活性和玉米素+玉米素核苷、3-吲哚乙酸、脱落酸的含量, 增加了花后根系氧化力和根系中玉米素+玉米素核苷含量, 促进水稻生育前期茎鞘中储存的NSC向籽粒的运转, 且与270N耦合后产量最高, 为本试验最佳水氮耦合模式。表明通过适宜的水肥调控发挥水氮耦合效应, 可以提高水稻根系生理性能和籽粒灌浆生理活性, 实现水稻高产。
处理
Treatment | 最大灌浆速率
Gmax
(mg grain-1 d-1) | 到达最大灌浆速率的时间
Tmax
(d) | 平均灌浆速率
Gmean
(mg grain-1 d-1) | 活跃灌浆期
D
(d) | 糙米重
BRW
(mg grain-1) | | CI+0N | 2.51 b | 10.80 f | 42.80 b | 14.71 e | 24.45 b | | CI+90N | 2.43 c | 10.99 e | 41.35 c | 15.01 d | 24.17 bc | | CI+180N | 2.09 e | 11.78 c | 38.17 e | 17.36 b | 23.80 d | | CI+270N | 2.07 e | 11.92 c | 36.50 f | 17.29 b | 23.67 d | | CI+360N | 1.73 f | 12.48 a | 29.48 h | 19.37 a | 22.08 f | | AWD+0N | 2.62 a | 10.71 f | 46.27 a | 14.40 e | 24.72 a | | AWD+90N | 2.51 b | 10.89 ef | 42.83 b | 14.77 e | 24.28 b | | AWD+180N | 2.41 c | 10.99 e | 41.38 c | 15.12 d | 24.08 c | | AWD+270N | 2.25 d | 11.42 d | 39.90 d | 16.07 c | 23.91 cd | | AWD+360N | 1.79 f | 12.30 b | 29.85 g | 19.20 a | 22.43 e |
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表4
水分和氮肥耦合下水稻籽粒灌浆特征参数
正文中引用本图/表的段落
采用灌溉方式×氮肥水平二因素随机试验。设置2种灌溉处理方式: 1) 常规灌溉(conventional irrigation, CI), 即保持浅水层, 分蘖末期进行轻度搁田与收获前一周断水; 2) 干湿交替灌溉(alternate wetting and drying, AWD), 除移栽至返青田间保持浅水层外, 其余时期采用干湿交替灌溉技术, 即自浅水层自然落干到土壤水势达-15 kPa时, 灌水1~2 cm, 再自然落干至-15 kPa, 再上浅水层, 如此循环。在AWD处理小区安装真空表式土壤负压计(中国科学院南京土壤研究所生产), 每小区安装4个土壤负压计监测15~20 cm深土壤水势。每天12:00记录土壤水势, 当读数达到阈值时, 灌1~2 cm水层。在进水管安装水表(LXSG-50流量计, 上海水分仪表制造厂)用以监测用水量。氮肥设5个水平, 即全生育期不施氮肥(0N, 以N计, 下同)、全生育期施氮90 kg hm-2 (90N)、180 kg hm-2 (180N)、270 kg hm-2 (270N)和360 kg hm-2 (360N)。氮肥运筹按照基肥(移栽前1 d)∶分蘖肥(移栽后7 d)∶促花肥(叶龄余数3.5)∶保花肥(叶龄余数1.5)=4∶2∶2∶2施用。基施过磷酸钙(含P2O5 13.5%) 300 kg hm-2。移栽前1 d和穗分化始期分别施用氯化钾(含K2O 52%) 135 kg hm-2和90 kg hm-2。每个处理均重复3次, 完全随机区组排列, 小区面积为5.4 m×4.5 m。全生育期严格防治病虫草害。
不同水分和氮肥耦合条件下南粳9108的籽粒增重动态以及由Richards生长方程拟合的籽粒灌浆速率曲线见图1。由图1可知, 南粳9108的籽粒重量和灌浆速率在不同的水分和氮肥耦合下存在差异。在同一灌溉方式下, 在0~360 kg hm-2施氮量范围内, 随施氮量的增加, 南粳9108的最大灌浆速率、平均灌浆速率和糙米重减小或者显著减小, 到达最大灌浆速率的时间推迟或显著推迟, 活跃灌浆期延长或显著延长(表4)。其中施氮量在270~360 kg hm-2范围内时变化幅度较大(图1和表4)。在同一氮肥水平下, 与常规灌溉相比, 干湿交替灌溉提高或显著提高了南粳9108的最大灌浆速率、平均灌浆速率和糙米重, 延迟或显著延迟了到达最大灌浆速率的时间, 缩短或显著缩短了活跃灌浆期(表4)。
本文的其它图/表
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