引用本文
韦还和, 孟天瑶, 李超, 张洪程, 戴其根, 马荣荣, 王晓燕, 杨筠文. 超级稻甬优12不同产量水平群体的钾素营养特性. 作物学报, 2016, 42(7): 1047-1057
WEI Huan-He, MENG Tian-Yao, LI Chao, ZHANG Hong-Cheng, DAI Qi-Gen, MA Rong-Rong, WANG Xiao-Yan, YANG Jun-Wen. Potassium Nutrition Characteristics in Different Yield Populations of Super Rice Yongyou 12. ACTA AGRONOMICA SINICA, 2016, 42(7): 1047-1057  
Permissions
Copyright©2016, 作物学报编辑部
作物学报编辑部 所有
超级稻甬优12不同产量水平群体的钾素营养特性
韦还和1, 孟天瑶1, 李超1, 张洪程1,*, 戴其根1,*, 马荣荣2, 王晓燕3, 杨筠文4
1扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心 / 江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州 225009
2浙江省宁波市农业科学院作物研究所, 浙江宁波 315101
3浙江省宁波市种子公司, 浙江宁波315101
4浙江省宁波市鄞州区农业技术服务站, 浙江宁波 315100
* 通讯作者(Corresponding authors): 张洪程, E-mail: hczhang@yzu.edu.cn; 戴其根, E-mail: qgdai@yzu.edu.cn

第一作者联系方式: E-mail: 920964110@qq.com

收稿日期:2015-11-13 接受日期:2016-03-14 网络出版日期:2016-04-13
基金:本研究由国家公益性行业(农业)科研专项(201303102), 农业部超级稻专项(02318802013231), 宁波市重大科技项目(2013C11001), 江苏省重点研发项目(BE2015340), 扬州大学研究生创新培养计划项目(KYLX15_1371), 扬州大学科技创新培育基金(2015CXJ042)和基于模型与GIS的高邮市小麦精确管理和诊断调控技术的开发与示范推广(SXGC[2013]248)资助
摘要

2013—2014年, 以超级稻甬优12不同产量群体为研究对象, 系统比较研究甬优12高产(10.5~12.0 t hm-2)、更高产(12.0~13.5 t hm-2)、超高产(>13.5 t hm-2) 3个产量群体的钾素吸收与积累特征差异。结果表明: (1)甬优12超高产、更高产和高产群体的两年平均产量分别为13.9、12.6和10.8 t hm-2。(2)拔节期植株含钾量呈高产群体>更高产群体>超高产群体; 抽穗期和成熟期植株含钾量呈超高产群体>更高产群体>高产群体; 拔节期3个产量群体间钾素吸收量差异不显著, 超高产群体抽穗期和成熟期钾素吸收量分别为364.1 kg hm-2和374.6 kg hm-2, 显著高于更高产(326.7 kg hm-2、331.1 kg hm-2)和高产群体(282.8 kg hm-2、284.1 kg hm-2)。(3)随产量上升, 植株钾素积累量播种至拔节期随之下降, 而拔节至抽穗期随之增加。播种至拔节期钾素积累量与产量呈极显著线性负相关, 拔节至抽穗期钾素积累量与产量呈极显著线性正相关。(4)与对照相比, 甬优12超高产群体抽穗期和成熟期茎鞘、叶片和穗部钾素吸收量较高且与产量呈显著或极显著线性正相关。(5)与对照相比, 尽管甬优12超高产群体钾素吸收总量较高, 但其籽粒生产率和钾素偏生产力较低, 表明甬优12超高产群体钾素利用率较低, 在今后甬优12超高产栽培管理中应重视钾肥的高效利用。最后就提高甬优12超高产群体钾素吸收利用的措施进行了探讨。

关键词: 超级稻; 甬优12; 不同产量群体; 钾素吸收和积累
Potassium Nutrition Characteristics in Different Yield Populations of Super Rice Yongyou 12
WEI Huan-He1, MENG Tian-Yao1, LI Chao1, ZHANG Hong-Cheng1,*, DAI Qi-Gen1,*, MA Rong-Rong2, WANG Xiao-Yan3, YANG Jun-Wen4
1 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
2 Crop Research Institute, Ningbo Academy of Agricultural Sciences of Zhejiang Province, Ningbo 315101, China
3Ningbo Seed Company of Zhejiang Province, Ningbo 315101, China
4Agricultural Technology Extension and Service, Yinzhou District, Ningbo 315101, China
Fund:This study was supported by China Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201303102), the Special Program of Super Rice of the Ministry of Agriculture (02318802013231), the Great Technology Project of Ningbo City (2013C11001), the Key Projects of Jiangsu Province (BE2015340), Innovative Training Program of Yangzhou University (KYLX15_1371), Science and Technology Innovation Fund of Yangzhou University (2015CXJ042), and Precise Diagnosis and Management of Control Technology Based On Modelling and GIS of Gaoyou City (SXGC[2013]248)
Abstract

A field experiment was conducted using super rice Yongyou 12 to compare the differences in absorption and accumulation characteristics of potassium among high yield population (HY, 10.5-12.0 t ha-1), higher yield population (HRY, 12.0-13.5 t ha-1), and super high yield population (SHY, ≥13.5 t ha-1) in 2013 and 2014. Results followed that, on an average across two years, grain yield of SHY was 13.9 t ha-1, significantly higher than that of HRY (12.5 t ha-1) and HY (10.9 t ha-1). HY showed higher K content in plants, followed by HRY and SHY, with no significant difference among them. K content at heading and maturity stages, showed a trend of SHY > HRY > HY, while K uptake amount at jointing stage showed HY>HRY>SHY. K uptake amount at heading stage of SHY was 364.1 kg ha-1, significantly higher than that of HRY (326.7 kg ha-1) and HY (282.8 kg ha-1), respectively. K uptake amount at maturity stage of SHY was 374.6 kg ha-1, significantly higher than that of HRY (331.1 kg ha-1) and HY (284.1 kg ha-1), respectively. With increasing grain yield, K accumulation amount decreased from sowing to jointing stage, while increased from jointing to heading. Very significantly negative linear relationship was observed between K accumulation amount from sowing to jointing and grain yield. Very significantly positive linear relationship was observed between K accumulation amount from jointing to heading and grain yield. Compared with HY and HRY, SHY showed higher K uptake amount in the stem and sheath, leaf, and panicle at heading and maturity stages, which was significantly or very significantly and positively correlated with grain yield. SHY showed higher K uptake amount but lower internal nutrient efficiency and K partial productivity, indicating its relatively lower K use efficiency, when compared with HY and HRY. Great attention should be paid for increasing K use efficiency in production of rice. Methods to improve K use efficiency in SHY of Yongyou 12 were discussed.

Keyword: Super rice; Yongyou 12; Different yield populations; Accumulation and absorption characteristics of potassium

近几年, 随着高产水稻品种的不断推广, 生产上重视氮磷肥施用而忽视钾肥施用等现象导致作物带走钾素增多, 土壤钾素逐渐缺乏[1, 2]。钾素是水稻生长必需的三大养分之一, 可促进水稻光合作用、增强对逆境的抗性以及改善稻米品质[3, 4]。土壤缺钾已成为限制水稻产量进一步提高的重要限制因子, 钾肥施用在生产上的增产效应日益显著[5], 对于水稻高产、超高产栽培, 钾肥施用也越来越受到重视。我国钾素资源缺乏, 从维持水稻可持续生产的角度出发, 需要进一步明确超高产水稻钾素的需求特点。

水稻超高产研究一直是农业领域的热点, 此前对水稻超高产研究多集中于栽培技术[5, 6]、产量构成因素[7, 8]、干物质生产[9, 10]等方面。近些年, 随着人们对于氮、磷、钾养分高效利用问题的关注, 有关超高产水稻养分吸收利用的研究报道也越来越多[11, 12, 13, 14]。潘圣刚等[12]研究表明, 与高产(≥ 9.0 t hm-2)水稻相比, 超高产(≥ 12.0 t hm-2)水稻分蘖盛期对氮、磷、钾养分吸收利用优势不明显, 而幼穗分化期、齐穗期和成熟期对氮、磷、钾养分吸收利用高且积累速度快。于林惠等[13]研究机插粳稻超高产群体不同产量群体养分吸收利用特征表明, 随产量提高, 抽穗至成熟期氮积累量和积累比例均上升, 磷钾的吸收量上升, 吸收比例却呈下降趋势; 高产(10.5~12.0 t hm-2)机插粳稻百千克籽粒需氮量为2.0~2.1 kg, 氮磷钾吸收比例为2.0∶ 0.9∶ 1.4。杜永等[14]报道了超高产栽培下迟熟中粳养分吸收特点, 与一般高产(≥ 7.5 t hm-2)栽培相比, 超高产(≥ 11.0 t hm-2)栽培下稻株对氮、磷、钾养分吸收具有生育前期较低、中后期较高的特点, 并具有较高的籽粒生产率。目前对超高产水稻钾素吸收利用特点的研究多以7.5~12.0 t hm-2左右的群体为对象, 产量在13.5 t hm-2以上超高产水稻对钾素吸收利用特征方面的报道并不多见, 并缺乏系统的比较研究。本研究连续多年在甬优12单产超13.5 t hm-2的丰产方上进行大田追踪测定[15], 以更高产(12.0~13.5 t hm-2)群体和高产(10.5~12.0 t hm-2)群体为对照, 探究其超高产群体钾素吸收、积累与分配特征及其与稻谷产量的关系, 以期为水稻超高产和钾素高效利用栽培管理提供理论与实践依据。

1 材料与方法
1.1 试验材料与栽培管理

2013— 2014年, 在浙江省宁波市鄞州区洞桥镇百梁桥村种粮大户许跃进田中进行甬优12 (主茎总叶片数17叶、伸长节间数7个)超高产攻关试验, 连片丰产方面积为6.67 hm2。土壤类型为黄化青紫泥, pH 5.51, 含有机质38.37 g kg-1、全氮0.16%、碱解氮82.45 mg kg-1、速效磷20.14 mg kg-1、速效钾78.45 mg kg-1。每年在10块大田(采用五点取样法)测定土壤理化性质参数, 取2012年和2013年测定数据的平均值。两年中水稻主要生育阶段的平均温度、日照时数、降雨量见表1。

1.1.1 超高产( > 13.5 t hm-2)群体的栽培管理 2年中播种期均在5月中上旬, 塑料软盘育秧, 秧龄20 d左右, 移栽叶龄4.1叶左右, 平均带蘖数0.51~0.62个, 栽插株行距为30.0 cm × 26.7 cm, 每穴2~3个种子苗。按基蘖肥∶ 穗粒肥 = 6∶ 4施用纯氮330 kg hm-2; 按基蘖肥∶ 穗粒肥 = 5∶ 5施用磷酸钙(含12% P2O5) 1250 kg hm-2; 按基蘖肥∶ 穗粒肥 = 4∶ 6施用钾肥(含60% K2O) 750 kg hm-2。同时基肥中加施450 kg hm-2硅肥(含70% SiO2)。移栽后采用湿润灌溉为主, 建立浅水层; 群体达到目标穗数的80%时搁田, 控制无效分蘖发生; 保持抽穗扬花期田间3 cm水层, 灌浆结实期间歇灌溉, 干湿交替, 收割前7 d断水搁田。按超高产栽培要求防治病虫害。

表1 水稻主要生育阶段的平均温度、日照时数和降雨量 Table 1 Mean temperature, sunshine hours, and precipitation during rice main growing periods

1.1.2 更高产(12.0~13.5 t hm-2)群体的栽培管理

塑料软盘育秧, 秧龄20 d左右, 移栽叶龄4.1叶左右, 栽插株行距为30.0 cm × 26.7 cm, 每穴2~3个种子苗。按基蘖肥∶ 穗粒肥 = 6∶ 4施用纯氮300 kg hm-2; 过按基蘖肥∶ 穗粒肥 = 5∶ 5施用磷酸钙(含12% P2O5) 1050 kg hm-2; 按基蘖肥∶ 穗粒肥 = 4∶ 6施用钾肥(含60% K2O) 675 kg hm-2。同时基肥中加施300 kg hm-2硅肥(含70% SiO2)。茎蘖数达到预期穗数的90%左右时, 开始排水搁田; 保持抽穗扬花期田间3 cm水层, 至成熟期实行湿润灌溉, 干湿交替, 收割前7 d断水搁田。按超高产栽培要求防治病虫害。

在连片超高产攻关田外选取部分甬优12田块作为对照(CK), 对照田块(10.5~12.0 t hm-2)仍以塑料软盘育秧, 秧龄20 d左右, 移栽叶龄4.1叶左右, 栽插株行距为30.0 cm × 26.7 cm, 每穴2~3个种子苗。按基蘖肥∶ 穗粒肥 = 7∶ 3施用纯氮270 kg hm-2; 基施过磷酸钙(含12% P2O5) 900 kg hm-2; 基蘖肥∶ 穗粒肥 = 5∶ 5施用钾肥(含60% K2O) 600 kg hm-2。当茎蘖数达到预期穗数时排水搁田, 拔节至成熟期实行湿润灌溉, 干湿交替, 按常规高产栽培要求防治病虫害。

1.2 测定项目与方法

于主要生育期(拔节、抽穗和成熟期), 从不同产量水平群体田块取6穴植株为1个样本(2013年超高产、更高产、高产田块取样数分别是7、8和5块; 2014年分别是4、10和6块), 将各样本按器官分成茎鞘、叶和穗(抽穗期和成熟期), 105℃杀青30 min, 75℃烘干至恒重, 测定干物质量。采用火焰分光光度法测定植株中的钾素含量。

于成熟期调查不同产量水平群体田块有效穗数, 并按穗数的平均值分别取各田块10穴植株调查每穗粒数和结实率; 在各代表性田块中采用五点法, 每方20 m2, 收割稻种晾晒, 并抓取5组1000粒干种子求千粒重。由专家组验收实产。

1.3 计算方法与数据处理

某生育时期的干物重与该时期植株钾素含量乘积为该时期钾素吸收量。某时期的钾素吸收量减去前一个生育期的钾素吸收量为这2个生育期之间的钾素积累量; 籽粒生产率(kg grain kg-1) = 籽粒产量/成熟期植株钾素吸收量; 每吨籽粒钾素吸收量(kg t-1 grain) = 成熟期植株钾素吸收量/籽粒产量; 钾素偏生产力(kg kg-1) = 籽粒产量/钾肥施用量; 钾素收获指数 = 成熟期籽粒钾素吸收量/成熟期植株钾素吸收量。

运用Microsoft Excel软件录入数据, SigmaPlot软件制图, SPSS软件统计分析。

2 结果与分析
2.1 产量及其构成因素

两年中, 甬优12超高产群体平均产量为13.9 t hm-2, 显著高于更高产(12.6 t hm-2)和高产群体(10.9 t hm-2)。分析产量构成因素, 两年中超高产群体的平均穗数(× 104 hm-2)、平均每穗粒数分别为226.8和328.4, 显著高于更高产(211.8和304.3)和高产群体(196.3和277.7); 此外, 2014年甬优12每穗粒数较2013年有较明显的降幅, 穗数则较2013年有较明显的增幅。结实率和千粒重以高产群体最高、超高产群体最低, 但差异不显著(表2)。

2.2 不同产量群体主要生育期含钾率及钾素吸收量

两年中, 拔节期植株含钾率均以高产群体最高, 超高产群体最低, 差异不显著; 抽穗期植株含钾率以超高产群体显著高于高产群体; 成熟期植株含钾率呈超高产群体> 更高产群体> 高产群体, 差异不显著(图1)。两年中, 拔节期植株钾素吸收量呈高产群体> 更高产群体> 超高产群体; 甬优12超高产群体抽穗期植株钾素吸收量为364.1 kg hm-2, 显著高于更高产(326.7 kg hm-2)群体和高产(282.8 kg hm-2)群体; 超高产成熟期植株钾素吸收量为374.6 kg hm-2, 显著高于更高产(331.1 kg hm-2)群体和高产(284.1 kg hm-2)群体。综合两年结果, 甬优12超高产群体拔节期钾素吸收量130.1~155.1 kg hm-2, 抽穗期311.6~391.1 kg hm-2, 成熟期360.5~399.5 kg hm-2(图2)。

表2 两年中甬优12不同产量群体实产及其构成因素 Table 2 Grain yield and yield components of different yield populations of Yongyou 12 in 2013 and 2014

图1 甬优12不同产量群体主要生育期含钾量Fig. 1 K content at main growth stages of Yongyou 12 in 2013 and 2014
At the same stage bars superscripted by different letters are significantly different at the 5% probability level. SHY: super high yield; HRY: higher yield; HY: high yield.

图2 甬优12不同产量群体主要生育期钾素吸收量Fig. 2 K uptake at main growth stages of Yongyou 12 in 2013 and 2014
Bars superscripted by different letters are significantly different at the 5% (small) probability level at the same stage.SHY: super high yield; HRY: higher yield; HY: high yield.

2.3 不同产量群体关键生育阶段钾素积累量及其与产量的关系

两年中, 甬优12超高产群体钾素吸收总量为374.6 kg hm-2(两年平均值), 显著高于更高产群体(333.1 kg hm-2)和高产群体(284.1 kg hm-2)。甬优12各产量群体钾素积累的主要生育阶段为播种至拔节期和拔节至抽穗期(这两个阶段钾素积累占吸收总量的96%~99%); 播种至拔节期的钾素积累量及其占吸收总量的积累率均以高产群体最高, 超高产群体最低; 甬优12超高产群体拔节至抽穗期植株钾素积累量为226.0 kg hm-2(两年平均值), 显著高于更高产群体(176.6 kg hm-2)和高产群体(126.5 kg hm-2); 拔节至抽穗期的钾素积累量占吸收总量的积累率亦以超高产群体最高, 高产群体最低(表3)。

鉴于播种至拔节期、拔节至抽穗期为钾素积累的主要阶段, 我们对这两阶段钾素积累量与产量关系进行线性方程拟合, 分别见图3-A和B。播种至拔节期钾素积累量与产量呈极显著线性负相关(y = -0.0307x+17.031, R2= 0.1828* * ); 拔节至抽穗期钾素积累量与产量呈极显著线性正相关, 线性方程为y = 0.0196x+9.0088, R2= 0.6192* * 。

表3 甬优12不同产量群体关键生育阶段钾素积累量及积累率 Table 3 K accumulation and K accumulation rate during main growth periods in different yield populations of Yongyou 12

图3 甬优12播种至拔节期(A)、拔节至抽穗期(B)钾素积累量与产量关系Fig. 3 Relationships between K uptake from sowing to jointing (A), and from jointing to heading (B) and grain yield of Yongyou 12 in 2013 and 2014

2.4 不同产量群体各器官钾素吸收、分配差异及其与产量的关系

2.4.1 抽穗期各器官钾素吸收与产量的关系 两年中, 甬优12超高产群体抽穗期茎鞘、叶片和穗部钾素吸收量的均值分别为248.5、96.1和19.4 kg hm-2, 高于更高产群体(228.2、82.9和15.6 kg hm-2)和高产群体(193.4、76.2和13.1 kg hm-2)。图4-A和B表明, 抽穗期植株茎鞘和穗部钾素吸收量与产量呈极显著线性正相关, 叶片钾素吸收量与产量呈显著线性正相关, 线性方程见图4。

图4 抽穗期茎鞘(A)、叶片(B)和穗部(C)钾素吸收量与产量关系Fig. 4 Relationships between K uptake in the stem and sheath (A), leaf (B), and panicle (C) at heading and grain yield of Yongyou 12 in 2013 and 2014

2.4.2 成熟期各器官钾素吸收与产量的关系

两年中, 甬优12超高产群体成熟期茎鞘、叶片和穗部钾素吸收量的均值分别为186.6、90.8和97.1 kg hm-2, 高于更高产群体(172.5、67.7和90.9 kg hm-2)和高产群体(152.7、65.0和66.4 kg hm-2)。图5-A和C表明, 成熟期植株茎鞘和穗部钾素吸收量与产量呈极显著线性正相关, 线性方程分别为y = 0.0448x+4.7966, R2= 0.5335* * , y = 0.0364x+9.3218, R2= 0.3494* * 。

图5 成熟期茎鞘(A)、叶片(B)和穗部(C)钾素吸收量与产量关系Fig. 5 Relationships between K uptake in the stem and sheath (A), in the leaf (B), and in the panicle (C) at maturity and grain yield of Yongyou 12 in 2013 and 2014

2.5 不同产量群体钾素利用效率

2013年, 甬优12不同产量群体籽粒生产率以更高产群体最高、超高产群体最低, 2014年则以高产群体最高、超高产群体最低。两年中, 甬优12超高产群体每吨籽粒钾素吸收量为27.5 kg t-1 grain, 显著高于更高产(26.4 kg t-1 grain)和高产群体(26.2 kg t-1 grain)。2013年, 不同产量群体钾素偏生产力以超高产群体较高, 2014年则以更高产群体较高。两年中, 不同产量群体钾收获指数均以更高产群体较高(表4)。综合两年结果, 甬优12超高产群体籽粒生产率(kg grain kg-1) 34.6~40.6, 每吨籽粒钾素吸收量(kg t-1 grain) 24.6~28.8, 钾肥偏生产力(kg kg-1) 18.0~19.8, 钾收获指数0.229~0.294。

表4 甬优12不同产量群体钾素利用效率 Table 4 K use efficiency in different yield populations of Yongyou 12
3 讨论
3.1 超级稻甬优12超高产群体的产量构成因素

近些年, 超级稻甬优12在浙江地区高产攻关产量屡屡突破13.5 t hm-2[15, 16, 17]。王晓燕等[15]量化了甬优12超高产群体(≥ 13.5 t hm-2)的产量构成因素, 即穗数210.0× 104~217.5× 104 hm-2、每穗粒数350~360、结实率近85.0%、千粒重23.0~23.5 g。本试验条件下, 两年中甬优12超高产群体产量均超13.5 t hm-2, 2013年甬优12超高产群体的产量构成因素为穗数217.8× 104 hm-2、每穗粒数352.1、结实率84.4%、千粒重22.8 g; 2014年则为穗数235.8× 104 hm-2、每穗粒数304.7、结实率86.8%、千粒重23.3 g。与王晓燕等[15]报道相比, 2013年甬优12超高产群体的产量构成因素与之较为接近, 而2014年超高产群体穗数偏多、每穗粒数偏低。

本文发现, 2014年产量在13.5 t hm-2以上的田块数和田块产量均低于2013年。比较两年超高产群体产量构成因素可发现, 2014年穗数较2013年高出7.6%, 每穗粒数则较2013年下降13.5%。其中2014年每穗粒数较2013年明显降低可能与2014年拔节至抽穗期期间较长时期的低温、寡照气候有关(表1), 而此阶段也正是穗分化的关键阶段, 此前的研究已表明, 穗分化阶段的低温、寡照气候会明显降低每穗粒数[18, 19]。该结果也从大田试验角度验证了甬优12超高产群体应采取适宜穗数(210.0× 104~217.5× 104 hm-2)基础上攻取大穗的技术路线; 尽管2014年穗数较2013年有所增加, 但每穗粒数、超高产田块数量以及产量水平均较2013年有较大降幅, 影响了甬优12超高产群体的丰产性和稳产性, 这可给生态条件与本试验类似地区的甬优12超高产攻关提供借鉴和参考。

3.2 甬优12超高产群体钾素的吸收与积累特征

水稻产量的形成需要在各生育阶段吸收、积累与产量相适应的营养物质, 并合理分配于各营养器官中, 以满足植株的生理代谢活动。李鸿伟等[20]研究表明, 与高产栽培(对照)相比, 超高产栽培下水稻植株拔节期钾素吸收量较低, 抽穗期和成熟期钾素吸收量显著高于对照, 且超高产(12.0~13.5 t hm-2)栽培下植株抽穗期、成熟期钾素吸收量大致为309.38~317.82 kg hm-2、315.0~329.0 kg hm-2。潘圣刚等[12]研究杂交中籼稻的钾素吸收特性发现, 与高产栽培(对照)相比, 超高产栽培下水稻植株分蘖盛期对钾素吸收优势不明显, 而幼穗分化期、齐穗期和成熟期对钾素吸收利用高且积累速度快, 超高产栽培下杂交籼稻抽穗期、成熟期钾素吸收量分别为127.83~156.42 kg hm-2、90.01~130.83 kg hm-2。纪洪亭等[21]拟合了超级杂交稻准两优527和Q优6号与对照II优838全生育期钾素积累特征, 3个品种的钾素积累均呈“ 慢— 快— 慢” 的变化, 但II优838在生育期最后阶段钾素积累呈下降趋势, 而准两优527和Q优6号则积累增长趋势平稳; 超级杂交稻准两优527和Q优6号成熟期钾素吸收量分别为192.63 kg hm-2和175.50 kg hm-2, 高于对照II优838 (159.44 kg hm-2)。杜永等[14]研究表明, 在有效分蘖临界叶龄期以前, 超高产栽培下水稻植株钾素吸收量与高产栽培差异很小, 自拔节起, 前者明显高于后者。本试验条件下, 拔节期植株钾素吸收量以高产群体> 更高产群体> 超高产群体, 而抽穗期和成熟期植株钾素吸收量则以超高产群体显著高于对照。且两年中甬优12超高产群体拔节期钾素吸收量为130.1~155.1 kg hm-2, 抽穗期为311.6~391.1 kg hm-2, 成熟期为360.5~399.5 kg hm-2; 抽穗期和成熟期钾素吸收量明显高于潘圣刚等[12]和纪洪亭等[21]报道的水稻植株成熟期钾素吸收量, 这可能与参试品种的差异有关。

纪洪亭等[21]采用Gompertz模型拟合超级杂交稻养分的积累动态表明, 钾素积累的快速增长期出现在拔节前12~16 d至孕穗期前1~5 d, 此期的钾素积累量占积累总量的60.1%~61.7%。李鸿伟等[20]研究表明, 超高产栽培和高产栽培水稻植株钾素积累量以播种至拔节期和拔节至抽穗期为主(这两个阶段钾素积累量占总积累量的96%~98%), 超高产栽培下拔节前钾素积累量低于高产栽培处理, 拔节至抽穗期则显著高于高产栽培处理, 且拔节至抽穗期钾素积累量占积累总量的60%左右。本试验条件下, 甬优各产量水平群体钾素积累亦以播种至拔节期、拔节至抽穗期两个阶段为主(这两个阶段钾素积累量占吸收总量的96%~99%); 随产量水平增加, 播种至拔节期钾素积累量以及积累比例随之下降, 拔节至抽穗期钾素积累量以及积累比例随之上升。我们对两年中各产量水平群体钾素积累量与实产关系线性拟合表明, 播种至拔节期钾素积累量与产量呈极显著线性负相关, 拔节至抽穗期钾素积累量与产量呈极显著线性正相关, 说明促进生育中期(拔节至抽穗期)养分积累量, 而非生育前期(播种至拔节期)养分积累量, 有利于提高甬优12产量。因此, 在甬优12攻关田块栽培管理上, 应适当控制群体在生育前期的过旺生长, 在生育中期通过合理的水分管理和肥料施用促进稻株对钾素等养分的吸收, 从而利于水稻产量的提高。

3.3 甬优12超高产群体钾素利用效率及提高措施

当前, 就高产、超高产水稻钾素利用效率的研究已有较多报道。于林惠等[13]研究表明, 机插粳稻不同产量群体的钾收获指数随产量增加而下降。陈进红等[22]研究表明, 超高产杂交粳稻每生产100 kg籽粒吸收的钾素低于高产处理, 而钾素收获指数和钾素利用效率则高于高产处理。李鸿伟等[20]研究表明, 采用实地氮肥管理模式和轻干湿交替灌溉技术可协同提高作物产量和钾素利用效率; 其改进栽培管理下水稻籽粒生产率37~39 kg grain kg-1、钾素偏生产力134~139 kg kg-1、钾收获指数0.180~ 0.190。凌启鸿等[23]研究表明, 7.5 t hm-2和12.0 t hm-2群体每生产100 kg籽粒吸收的钾素分别为2.73 kg和3.13 kg。本试验条件下, 两年中, 甬优12超高产(≥ 13.5 t hm-2)群体每生产100 kg籽粒吸收的钾素平均为2.75 kg, 高于更高产(2.64 kg)和高产群体(2.62 kg)。两年中, 甬优12超高产钾肥偏生产力均显著高于高产群体; 钾收获指数以更高产群体最高、高产群体最低。

此外, 甬优12超高产群体成熟期植株钾素吸收量显著高于对照, 而甬优12超高产群体钾素籽粒生产率(kg grain kg-1)为36.6, 低于更高产(38.2)群体和高产(38.3)群体, 表明超高产群体钾素吸收量增多, 但钾素籽粒生产率反而降低。这种现象可用边际效应解释[24], 即随着钾肥用量的增加, 至一定程度后, 同样吸收1 kg钾, 生产出的稻谷反而减少, 这也表明甬优12超高产群体钾肥利用率较低, 应重视钾肥的高效利用。

就甬优12超高产群体钾肥高效施用技术, 我们提出如下两点: (1)肥料应以氯化钾(KCl)作为本地区钾肥施用的首选。尽管有文献报道以硫酸钾(K2SO4)作为钾肥, 可获得比氯化钾(KCl)更高的籽粒产量、分蘖数、籽粒和茎叶钾含量、以及回收利用率和农学效率[25, 26], 但本试验地区土壤不缺乏硫元素, 因此若施用硫酸钾在淹水还原条件下会还原成H2S, 从而对植株产生毒害(杨筠文, 个人通讯)。(2)本研究结果以及前人的研究结果[12, 14, 21]均表明, 拔节至抽穗期是水稻钾素吸收最多的时期, 因此应重视此阶段植株的根系活力。常规栽培管理中, 在此阶段会搁田, 因此在搁田管理中, 可多次轻搁、切勿重搁损伤根系, 这样可促进植株对钾素的吸收。

4 结论

与一般高产群体相比, 甬优12超高产群体钾素积累量拔节前较低, 拔节至抽穗期和抽穗至成熟期较高, 其中拔节至抽穗期钾素积累量占总积累量的60%左右。播种至拔节期钾素积累量与产量呈极显著线性负相关; 拔节至抽穗期钾素积累量与产量呈极显著线性正相关。甬优12超高产群体每吨籽粒钾素吸收量较高(kg t-1 grain), 为24.6~28.8, 但其籽粒生产率(34.6~40.6)、钾肥偏生产力(18.0~19.8)较低, 今后在甬优12超高产栽培管理中应重视钾肥利用率的提高。建议以氯化钾(KCl)作为本地区甬优12钾肥施用的首选并维持拔节至抽穗期较高的根系活力以提高甬优12超高产群体钾素利用效率。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 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). Field Crops Res, 2015, 173: 49-56 [本文引用:1]
[2] 刘国栋, 刘更另. 论缓解我国钾源短缺问题的新对策. 中国农业科学, 1995, 28: 25-32
Liu G D, Liu G L. A new strategy alleviating shortage of potassium resource in China. Sci Agric Sin, 1995, 28: 25-32 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[3] 刘秋霞, 戴志刚, 鲁剑巍, 任涛, 周先竹, 王忠良, 李小坤, 丛日环. 湖北省不同稻作区区域秸秆还田替代钾肥效果. 中国农业科学, 2015, 48: 1548-1557
Liu Q X, Dai Z G, Lu J W, Ren T, Zhou X Z, Wang Z L, Li X K, Cong R H. Effect of the substitution of straw incorporation for K fertilization in different rice producing regions of Hubei Province. Sci Agric Sin, 2015, 48: 1548-1557 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[4] Jiang Y, Meng J J, Zhang L L, Cai M L, Li C F, Zhang M, Wang J P, Wang B F, Mohamed I, Cao C G. Non-target effects of Bt transgenes on grain yield and related traits of an elite restorer rice line in response to nitrogen and potassium applications. Field Crops Res, 2014, 169: 39-48 [本文引用:1]
[5] 唐旭, 计小江, 李超英, 吴春艳, 杨生茂, 刘玉学, 吕豪豪, 陈义. 水稻-大麦长期轮作体系对钾肥效率及土壤钾素平衡. 中国农业科学, 2014, 47: 90-99
Tang X, Ji X J, Li C Y, Wu C Y, Yang S M, Liu Y X, Lü H H, Chen Y. Study on potassium use efficiency and apparent soil potassium balance under long-term rice-barley rotation. Sci Agric Sin, 2014, 47: 90-99 (in Chinese with English abstract) [本文引用:2]
[6] 张洪程, 吴桂成, 吴文革, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 高辉, 魏海燕, 黄幸福, 龚金龙. 水稻“精苗稳前、控蘖优中、大穗强后”超高产定量化栽培模式. 中国农业科学, 2010, 43: 2645-2660
Zhang H C, Wu G C, Wu W G, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Gao H, Wei H Y, Huang X F, Gong J L. The SOI model of quantitative cultivation of super-high yielding rice. Sci Agric Sin, 2010, 43: 2645-2660 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[7] 张洪程, 朱聪聪, 霍中洋, 许轲, 蒋晓鸿, 陈厚存, 高尚勤, 李德剑, 赵成美, 戴其根, 魏海燕, 郭保卫. 钵苗机插水稻产量形成优势及主要生理生态特点. 农业工程学报, 2013, 29(21): 50-59
Zhang H C, Zhu C C, Huo Z Y, Xu K, Jiang X H, Chen H C, Gao S Q, Li D J, Zhao C M, Dai Q G, Wei H Y, Guo B W. Advantages of yield formation and main characteristics of physiological and ecological in rice with nutrition bowl mechanical transplanting. Trans CSAE, 2013, 29(21): 50-59 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[8] 吴桂成, 张洪程, 钱银飞, 李德剑, 周有炎, 徐军, 吴文革, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 高辉, 徐宗进, 钱宗华, 孙菊英, 赵品恒. 粳型超级稻产量构成因素协同规律及超高产特征的研究. 中国农业科学, 2010, 43: 266-276
Wu G C, Zhang H C, Qian Y F, Li D J, Zhou Y Y, Xu J, Wu W G, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Gao H, Xu Z J, Qian Z H, Sun J Y, Zhao P H. Rule of grain yield components from high yield to super high yield and the characters of super-high yielding japonica super rice. Sci Agric Sin, 2010, 43: 266-276 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[9] 姜元华, 张洪程, 赵可, 许俊伟, 韦还和, 龙厚元, 王文婷, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 魏海燕, 郭保卫. 长江下游地区不同类型水稻品种产量及其构成因素特征的研究. 中国水稻科学, 2014, 28: 621-631
Jiang Y H, Zhang H C, Zhao K, Xu J W, Wei H H, Long H Y, Wang W T, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Wei H Y, Guo B W. Difference in yield and its components characteristics of different type rice cultivars in the lower reaches of the Yangtze River. Chin J Rice Sci, 2014, 28: 621-631 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[10] 吴桂成, 张洪程, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 高辉, 魏海燕, 沙安勤, 徐宗进, 钱宗华, 孙菊英. 南方粳型超级稻物质生产积累及超高产特征的研究. 作物学报, 2010, 36: 1921-1930
Wu G C, Zhang H C, Dai Q G, Huo Z Y, Xu k, Gao H, Wei H Y, Sha A Q, Xu Z J, Qian Z H, Sun J Y. Characteristics of dry matter production and accumulation and super-high yield of japonica super rice in South China. Acta Agron Sin, 2010, 36: 1921-1930 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[11] 纪洪亭, 冯跃华, 何腾兵, 李云, 武彪, 王小艳. 两个超级杂交水稻品种物质生产的特性. 作物学报, 2013, 39: 2238-2246
Ji H T, Feng Y H, He T B, Li Y, Wu B, Wang X Y. Dynamic characteristics of matter population in two super hybrid rice cultivars. Acta Agron Sin, 2013, 39: 2238-2246 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[12] 潘圣刚, 黄胜奇, 张帆, 汪金平, 蔡明历, 曹凑贵, 唐湘如, 黎国喜. 超高产栽培杂交中籼稻的生长发育特性. 作物学报, 2011, 37: 537-544
Pan S G, Huang S Q, Zhang F, Wang J P, Cai M L, Cao C G, Tang X R, Li G X. Growth and development characteristics of super-high-yielding mid-season indica hybrid rice. Acta Agron Sin, 2011, 37: 537-544 (in Chinese with English abstract) [本文引用:5]
[13] 于林惠, 李刚华, 徐晶晶, 杨娟娟, 王绍华, 刘正辉, 王强盛, 凌启鸿, 丁艳锋. 机插粳稻氮磷钾吸收分配特征. 作物学报, 2012, 38: 707-716
Yu L H, Li G H, Xu J J, Yang J J, Wang S H, Liu Z H, Wang Q S, Ling Q H, Ding Y F. Characteristics of uptake of nitrogen, phosphorus and potassium and partitioning in mechanical transplanting japonica rice. Acta Agron Sin, 2012, 38: 707-716 (in Chinese with English abstract) [本文引用:3]
[14] 杜永, 刘辉, 杨成, 王志琴, 杨建昌. 超高产栽培迟熟中粳稻养分吸收特点的研究. 作物学报, 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- maturity japonica rice. Acta Agron Sin, 2007, 33: 208-215 (in Chinese with English abstract) [本文引用:4]
[15] 王晓燕, 韦还和, 张洪程, 孙健, 张建民, 李超, 陆惠斌, 杨筠文, 马荣荣, 许久夫, 王珏, 许跃进, 孙玉海. 水稻甬优12产量13. 5 t hm-2以上超高产群体的生育特征. 作物学报, 2014, 40: 2149-2159
Wang X Y, Wei H H, Zhang H C, Sun J, Zhang J M, Li C, Lu H B, Yang J W, Ma R R, Xu J F, Wang J, Xu Y J, Sun Y H. Population characteristics for super-high yielding hybrid rice Yongyou 12 ( >13. 5 t ha-1). Acta Agron Sin, 2014, 40: 2149-2159 (in Chinese with English abstract) [本文引用:4]
[16] 孙永飞, 梁尹明, 陈银根, 冯忠民, 陈金焕, 陈锋. 超级稻甬优12产量1000 kg/667 m2手插栽培技术初步集成. 中国稻米, 2014, 20: 63-67
Sun Y F, Liang Y M, Chen Y G, Feng Z M, Chen J H, Chen F. Preliminary integration of hand -transplanted cultivation techniques for1000 kg/667 m2 of super rice Yongyou 12. China Rice, 2014, 20: 63-67 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[17] 陈叶平, 毛国娟, 王岳钧. 超级稻甬优12单产13. 5 t/hm2以上超高产栽培技术. 中国稻米, 2014, 20(3): 58-59
Chen Y P, Mao G J, Wang Y J. Super high-yielding cultivation techniques of super hybrid rice Yongyou 12. China Rice, 2014, 20(3): 58-59 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[18] 蔡昆争, 骆世明. 不同生育期遮光对水稻生长发育和产量形成的影响. 应用生态学报, 1999, 10: 193-196
Cai K Z, Luo S M. Effects of shading on growth, development and yield formation of rice. Chin J Appl Ecol, 1999, 10: 193-196 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[19] 王亚江, 葛梦婕, 颜希亭, 魏海燕, 张洪程, 戴其根, 霍中洋, 许轲. 光、氮及其互作对超级粳稻产量和物质生产特征的影响. 作物学报, 2014, 40: 154-165
Wang Y J, Ge M J, Yan X T, Wei H Y, Zhang H C, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K. Effects of light, nitrogen and their interaction on grain yield and matter production characteristics of japonica super rice. Acta Agron Sin, 2014, 40: 154-165 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[20] 李鸿伟, 杨凯鹏, 曹转勤, 王志琴, 杨建昌. 稻麦连作中超高产栽培小麦和水稻的养分吸收与积累特征. 作物学报, 2013, 39: 464-477
Li H W, Yang K P, Cao Z Q, Wang Z Q, Yang J C. Characteristics of nutrient uptake and accumulation in wheat and rice with continuous cropping under super-high-yielding cultivation. Acta Agron Sin, 2013, 39: 464-477 (in Chinese with English abstract) [本文引用:3]
[21] 纪洪亭, 冯跃华, 何腾兵, 潘剑, 范乐乐, 李云, 武彪, 肖铭, 梁显林. 超级杂交稻群体干物质和养分积累动态模型与特征分析. 中国农业科学, 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. Sci Agric Sin, 2012, 45: 3709-3720 (in Chinese with English abstract) [本文引用:4]
[22] 陈进红, 郭恒德, 毛国娟, 陶稚彪, 张国平, 赵伟明. 杂交粳稻超高产群体干物质生产及养分吸收利用特点. 中国水稻科学, 2001, 15: 271-275
Chen J H, Guo H D, Mao G J, Tao Z B, Zhang G P, Zhao W M. Characteristics of dry matter production and nutrient uptake and utilization of super high yielding japonica hybrid rice. Chin J Rice Sci, 2001, 15: 271-275 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[23] 凌启鸿. 作物群体质量. 上海: 上海科学技术出版社, 2000. pp 154-197
Ling Q H. Quality of Crop Population. Shanghai: Shanghai Scientific and Technical Publishers, 2000. pp 154-197(in Chinese) [本文引用:1]
[24] 张亚洁, 华晶晶, 李亚超, 陈莹莹, 杨建昌. 种植方式和磷素水平互作对陆稻和水稻产量及磷素利用的影响. 作物学报, 2011, 37: 1423-1431
Zhang Y J, Hua J J, Li Y C, Chen Y Y, Yang J C. Effects of interaction between phosphorus nutrition and cultivation methods on grain yield and phosphorus utilization of upland rice and paddy rice. Acta Agron Sin, 2011, 37: 1423-1431 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[25] Ali A, Salim M, Zia M S, Mahmood I A, Shahzad A. Performance of rice as affected by foliar application of different K fertilizer sources. Pakistan J Agric Sci, 2005, 42: 38-41 [本文引用:1]
[26] Lester G E, Jifon J L, Makus D J. Supplemental foliar potassium applications with or without a surfactant can enhance netted muskmelon quality. HortScience, 2006, 41: 741-744 [本文引用:1]