寒地直播水稻钾素吸收与分配规律研究

王丽娟,罗盛国,刘元英,赵广欣,王 欢(东北农业大学 资源与环境学院,黑龙江 哈尔滨150030)

寒地直播水稻钾素吸收与分配规律研究

王丽娟,罗盛国*,刘元英,赵广欣,王 欢
(东北农业大学 资源与环境学院,黑龙江 哈尔滨150030)

以稻花香2号为试验材料,采用大田试验,设置手工移栽、起垄旱直播和免耕旱直播3种处理,研究优化施肥条件下直播水稻钾素吸收、分配规律,以期为寒地直播水稻合理施用钾肥提供理论依据。结果表明,抽穗期之前,直播处理水稻叶片钾含量低于手工移栽处理,茎鞘钾含量高于手工移栽处理;抽穗期以后,直播处理水稻叶片和穗的钾含量均高于手工移栽处理,而茎鞘钾含量低于手工移栽处理,起垄旱直播处理水稻茎鞘的钾含量高于免耕旱直播处理。在整个生育期,直播处理水稻叶片、茎鞘、穗及地上部分钾积累量总体上均低于手工移栽处理,且免耕旱直播处理低于起垄旱直播处理。在整个生育期,直播处理水稻各器官中钾的分配规律与手工移栽处理相同,钾素均主要分布在茎鞘中,叶片次之,穗中最少。抽穗期之后,直播处理水稻叶片中钾分配比例高于手工移栽处理,茎鞘中钾分配比例低于手工移栽处理,抽穗期之前趋势总体相反;抽穗后15 d之后,直播处理水稻穗中钾素分配比例高于手工移栽处理。虽然起垄和免耕旱直播处理较手工移栽处理极显著降低了水稻有效穗数,但同时极显著提高了穗粒数和结实率,且千粒质量和产量均与手工移栽处理无显著差异。

水稻; 直播; 钾; 积累; 分配

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2014年在五常市龙凤山乡辉煌村进行。土壤为草甸型水稻土,含有机质35.3 g/kg、全氮1.49 g/kg、全磷0.75 g/kg、速效磷41.65 mg/kg、速效钾144.39 g/kg、缓效钾362.59 g/kg,pH 值5.68。

1.2 试验设计

试验采用大田对比方法,设置手工移栽、起垄旱直播和免耕旱直播3个处理,每个处理3个重复,每个重复面积1 100 m2。免耕旱直播是上一年水稻田不经翻动,直接在稻茬行间播种。起垄旱直播是水稻田经深松、起垄、镇压后播种。起垄、免耕旱直播均施P2O562.5 kg/hm2,其中基肥42.5 kg/hm2、穗肥7.5 kg/hm2、粒肥12.5 kg/hm2;施K2O 79.5 kg/hm2,其中基肥40 kg/hm2、穗肥25.5 kg/hm2、粒肥14 kg/hm2。手工移栽施P2O550 kg/hm2,其中基肥42.5kg/hm2、穗肥7.5 kg/hm2;施K2O 65.5 kg/hm2,其中基肥40 kg/hm2、穗肥25.5 kg/hm2。氮肥施用时期及用量见表1。水稻品种为稻花香2号,免耕旱直播于4月28日播种,穴行距 12.5 cm×33 cm,每穴4～5粒。起垄旱直播于4月29日播种,采用大垄双行,垄宽80 cm,垄上行距32 cm,穴距11.5 cm,每穴4～5粒。

表1 N素施用时期及用量 kg/hm2

手工移栽于5月13日人工插秧,秧龄 3.5～4叶,穴行距15 cm×33 cm,每穴3～4株。起垄和免耕旱直播都是播种后灌水,使垄沟充分湿润,但在出苗前不灌水,出苗后直至3.5叶再进行灌水,分蘖后田间管理与手工移栽相同。

1.3 样品采集及测定

于幼穗分化期、抽穗期、抽穗后15 d、抽穗后30 d、成熟期,选择具有平均分蘖数的植株4穴,用自来水将植株洗净,将叶片、茎鞘、穗分开(成熟期只将茎叶与穗分开),105 ℃杀青,75 ℃烘干至恒质量,测定干物质量,然后粉碎用于测定钾含量,钾含量采用H2SO4-H2O2消煮—火焰光度计测定,并计算钾积累量、钾阶段积累量。钾积累量=钾含量×干物质量,钾阶段积累量=至本生育时期的钾积累量-至前生育时期的钾积累量。

在成熟期,每个处理均随机选取有代表性的水稻4 穴,全部用于室内考种,根据产量构成要素计算理论产量。

在过去很长一段时间中，传统高校图书馆资源形式大多为纸质书籍、报刊、文献等。但在大数据时代到来以后，这种传统高校图书馆资源形式被完全打破，高校图书馆的资源形式也变得越来越多。使用大数据技术后的高校图书馆，不仅具备馆藏纸质文献等传统资源，还在此基础上增设了云上存储资源、网络资源等，使高校图书馆资源形式不再局限于纸质化。与此同时，高校图书馆在使用大数据技术之后，用户在浏览高校图书馆网站之后产生的信息也将成为高校图书馆大数据资源的组成部分。

1.4 数据统计及分析

试验数据采用Excel 2010和DPS软件进行处理、分析。

2 结果与分析

2.1 寒地直播水稻各器官中钾含量

2.1.1 叶片 由图1可知,各生育时期不同处理叶片钾含量均不相同。从幼穗分化到抽穗后30 d,随着生育期的推进,手工移栽处理水稻叶片钾含量呈降低趋势,并逐渐低于直播处理,且差异越来越大,尤其是免耕旱直播处理;起垄旱直播处理水稻叶片钾含量呈先降低后升高再降低趋势,而免耕旱直播处理水稻叶片钾含量呈先降低后升高趋势,但3个处理均以幼穗分化期钾含量最高。在幼穗分化期,手工移栽和起垄旱直播处理水稻叶片钾含量差异不显著,但二者均极显著高于免耕旱直播处理。抽穗期,起垄旱直播处理水稻叶片钾含量最高,显著高于免耕旱直播处理,但二者均与手工移栽处理差异不显著。抽穗后15 d,手工移栽处理水稻叶片钾含量最低,极显著低于2个直播处理;起垄旱直播处理水稻叶片钾含量最高,免耕旱直播处理次之,两者分别比手工移栽处理提高22.7%和14.7%。抽穗后30 d,手工移栽处理水稻叶片钾含量最低,极显著低于2个直播处理;免耕旱直播处理水稻叶片钾含量最高,起垄旱直播处理次之,两者分别比手工移栽处理提高34.8%、5.9%。

不同小、大写字母分别表示同一时期不同处理之间差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01),下图同图1 寒地直播水稻叶片中钾含量

2.1.2 茎鞘 从图2可以看出,从幼穗分化到抽穗后30 d,各处理茎鞘钾含量均随着生育期的推进呈现先降低后升高的趋势;幼穗分化期直播处理水稻茎鞘钾含量远高于手工移栽处理,随着生育期的推进,这种差异越来越小,并最终向相反方向发展,至抽穗后30 d,直播处理水稻茎鞘钾含量均远低于手工移栽处理,尤其是免耕旱直播处理。在幼穗分化期,免耕旱直播处理水稻茎鞘钾含量最高,起垄旱直播处理次之,两者均极显著高于手工移栽处理,分别比手工移栽处理提高27.4%和19.2%;抽穗期,3个处理之间的差异变小,已经不显著;到抽穗后15 d,手工移栽处理水稻茎鞘钾含量最高,极显著高于起垄和免耕旱直播处理,2个直播处理分别比手工移栽处理降低5.3%和20.9%;抽穗后30 d,仍然是手工移栽处理水稻茎鞘钾含量最高,2个直播处理与手工移栽处理之间的差距进一步加大,分别比手工移栽处理极显著降低18.7%和26.7%。综上,从抽穗期到抽穗后15 d，直播水稻茎鞘钾含量比手工移栽处理迅速下降,但在此阶段直播水稻叶片钾含量迅速增加,表明直播水稻根系吸收的钾素能够通过茎鞘迅速运输到叶片,促进叶片光合作用。

图2 寒地直播水稻茎鞘中钾含量

2.1.3 穗 钾能增加叶绿素含量,极大改善叶片光合特性[17],进而达到提高产量和改善品质的目的。从图3可知,从抽穗期到成熟期,各处理水稻穗钾含量均呈逐渐降低趋势,直播处理水稻穗钾含量均高于手工移栽处理,尤其是起垄旱直播处理。在抽穗期,起垄和免耕旱直播处理水稻穗钾含量显著高于手工移栽处理,分别提高8.0%和7.2%。抽穗后15 d,起垄和免耕旱直播处理水稻穗钾含量仍高于手工移栽处理,但仅起垄旱直播处理与手工移栽处理差异显著,增幅达7.9%。抽穗后30 d,起垄和免耕旱直播处理水稻穗钾含量均极显著高于手工移栽处理,分别提高18.2%和7.3%。说明,在始穗期直播水稻施入粒肥,可增加土壤中钾素含量,从而增强直播水稻根系对钾素的吸收,使直播水稻穗钾含量增加。成熟期,起垄和免耕旱直播处理水稻穗钾含量均极显著高于手工移栽处理,均提高15.9%。

图3 寒地直播水稻穗中钾含量

2.2 寒地直播水稻各器官中钾积累与分配情况

2.2.1 积累 由表2可以看出,在整个生育期, 总体上起垄和免耕旱直播处理水稻地上部分及各器官钾积累量均较手工移栽处理低,其中免耕旱直播处理低于起垄旱直播处理。随着生育期的推进,不同处理水稻地上部分及各器官的钾积累量均呈先升高后降低的趋势,地上部分、叶片及茎鞘在抽穗后15 d达到最大,穗在抽穗后30 d达到最大。抽穗后15 d到抽穗后30 d,水稻叶片和茎鞘中的钾素向穗中运输,穗中钾积累量开始迅速增加,其中起垄旱直播叶片和茎鞘的钾积累量降幅大,穗增幅也大,而免耕旱直播叶片和茎鞘降幅小,但穗增幅大。表明从抽穗后15 d到抽穗后30 d的免耕旱直播处理,不仅水稻叶片和茎鞘中的钾开始向穗转运,而且水稻根系能够吸收较多的钾,为穗提供充足的钾素。抽穗后30 d到成熟期,免耕旱直播和起垄旱直播处理穗钾积累量较手工移栽处理下降幅度小,尤其是免耕旱直播处理下降最缓慢甚至穗中有所增加,说明灌浆后期手工移栽处理水稻穗中有较多的钾素转运到其他器官。成熟期,直播处理水稻穗钾积累量高于手工移栽处理,尤其是起垄旱直播处理,其较手工移栽处理提高8.7%。说明施入粒肥增加了土壤中钾的浓度,促进直播水稻根系对钾的吸收,从而使直播水稻穗的钾积累量在成熟期比手工移栽水稻高。

在幼穗分化期和抽穗期,直播处理水稻叶片钾积累量均极显著低于手工移栽处理;在抽穗后30 d,垄作和免耕旱直播处理水稻叶片钾积累量分别比手工移栽水稻极显著提高12.5%和14.5%。说明通过施入粒肥,可提高直播水稻灌浆后期叶片钾积累量,进而提高灌浆后期叶片的光合作用,为直播水稻的安全成熟奠定基础。从抽穗期到抽穗后15 d,直播处理水稻茎鞘钾积累量均低于手工移栽处理,且起垄旱直播处理显著高于免耕旱直播处理,至抽穗后30 d这种差异不再显著。

表2 寒地直播水稻各器官中钾的积累与分配

注：同列数据后不同小、大写字母分别表示同一时期不同处理之间差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01),下同。

2.2.2 分配 由表2可知,水稻植株中的钾主要分布在茎鞘中,其占地上部分比例达60%以上,其随生育进程的推进呈先升高后降低的趋势;水稻叶片中钾分配比例随着生育进程的推进总体呈下降趋势;而水稻穗中的钾分配比例随着生育进程的推进一直呈上升趋势。幼穗分化期,直播处理水稻茎鞘中钾分配比例极显著高于手工移栽处理,而叶片中钾分配比例显著低于手工移栽处理,以免耕旱直播处理差异较大。抽穗期,起垄旱直播处理水稻穗中钾分配比例显著高于手工移栽处理,茎鞘中钾分配比例显著低于手工移栽处理。抽穗后15 d,直播处理水稻叶片中钾分配比例极显著高于手工移栽处理,茎鞘中钾分配比例显著低于手工移栽处理,以免耕旱直播处理差异较大。抽穗后30 d,直播处理水稻叶片及穗中钾分配比例均高于手工移栽处理,叶片中差异极显著;茎鞘中钾分配比例极显著低于手工移栽处理。说明,此时期直播水稻的根系仍具有活力,可以从土壤中吸收更多的钾素运输到叶片,叶片合成更多的光合产物供给穗,而直播水稻茎鞘中的钾素更多的转移到穗中,使直播水稻穗的钾分配比例较高。成熟期,起垄和免耕旱直播处理水稻穗中钾分配比例分别比手工移栽处理显著提高12.9%和8.6%。可见，直播水稻中的钾素更多的分配在穗中,而手工移栽水稻中的钾素更多的分布在叶片和茎鞘中,直播水稻的钾素收获指数高于手工移栽水稻。

2.3 寒地直播水稻不同生育阶段穗及地上部分钾积累量

由表3可知,在不同生育阶段,起垄和免耕旱直播处理水稻穗钾积累量均差异不显著。抽穗后15～30 d,直播处理水稻穗钾积累量高于手工移栽处理,其中起垄旱直播处理差异显著,增幅达9.1%。这是因为直播水稻施入粒肥,使其穗在灌浆结实期有充足的钾素供应,且直播水稻的根系发育较好,通过其旺盛的新陈代谢作用,促进了根系对钾的吸收,增加了穗钾积累量。抽穗后30 d至成熟期,直播处理水稻穗的钾积累量均显著高于手工移栽处理,且起垄旱直播和手工移栽处理水稻穗钾积累量均为负值,这主要是因为灌浆后期穗中的钾素开始向水稻其他器官转运。

表3 寒地直播水稻不同生育阶段穗及地上部分钾积累量 kg/hm2

由表3可以看出,幼穗分化期至抽穗期,直播处理水稻地上部分钾积累量均极显著低于手工移栽处理;抽穗期至抽穗后15 d,直播处理水稻地上部分钾积累量均高于手工移栽处理,其中起垄旱直播处理差异极显著,增幅达127.4%。抽穗后15～30 d,水稻植株体内钾素数量较多,且水稻的吸收钾素能力减弱,枯叶中钾素被淋洗,钾积累量出现负值。抽穗后30 d至成熟期,起垄旱直播、免耕旱直播处理地上部分钾积累量均极显著高于手工移栽处理,说明此阶段直播水稻衰老缓慢,能实现活秆成熟,钾素损失较少。

2.4 寒地直播水稻产量构成因素及产量

如表4所示,起垄和免耕旱直播处理水稻有效穗数分别比手工移栽处理极显著降低27.1%和23.9%;千粒质量和产量均较手工移栽处理降低,但是差异不显著;穗粒数分别比手工移栽处理极显著提高32.4%和28.7%;结实率分别比手工移栽处理极显著提高4.5%和2.5%。

表4 寒地直播水稻产量构成因素及产量

3 结论与讨论

施钾使水稻生长中后期叶片保持绿色,延长了叶片寿命,有利于形成更多的光合产物,促进籽粒的灌浆、结实[18]。邵世平等[19]研究表明,在始穗期喷施磷酸二氢钾对水稻有促早熟的作用,水稻在4月29日直播后,连续低温阴雨,直到5月24日才出苗;而手工移栽水稻苗在4月23日出苗,从出苗开始直播水稻生育期比移栽水稻晚1个月。前人研究表明,手工移栽水稻和直播水稻从出苗到抽穗的时间分别为96 d、77 d,手工移栽水稻在7月27日进入抽穗期,而直播水稻在8月8日才进入抽穗期;直播水稻在始穗期施入粒肥,从抽穗期到成熟期只用52 d,而手工移栽水稻共用58 d[20]。可见，追施粒肥是保证寒地直播水稻安全成熟的必要手段。本研究结果表明,追施粒肥后寒地直播水稻的钾吸收及分配规律与手工移栽大体相同,且在抽穗期以后直播处理水稻凭借着良好的根系及优化的施肥方式,使寒地直播水稻钾素供应充足,最终在千粒质量、结实率和产量方面与手工移栽处理无显著差异。

徐国伟[21]认为,直播有利于水稻生长前期对钾的吸收,在灌浆期可以促进钾素从营养器官向籽粒的转运。本研究结果表明,在幼穗分化期,起垄和免耕旱直播处理水稻的茎鞘钾含量极显著高于手工移栽处理,分别提高19.2%和27.4%;抽穗后15 d之后,起垄和免耕旱直播处理水稻的茎鞘钾含量极显著低于手工移栽处理,而穗中钾含量总体显著高于手工移栽处理,这与徐国伟[21]的研究结果一致。刘元英等[22]研究表明,在幼穗分化期以前,直播水稻生长时间较移栽水稻短,干物质积累相对较少,所以在幼穗分化期直播水稻的地上部分钾积累量远小于移栽水稻。本研究结果表明,从幼穗分化期到抽穗期,直播处理水稻地上部分及各器官钾积累量总体上均远低于手工移栽处理,这与刘元英等[22]研究结果一致。直播水稻凭借着发达的根系及始穗期施用粒肥提供的养分,使其地上部分钾积累量在成熟期与手工移栽处理相差不多。

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Study on K Uptake and Distribution of Direct-seeded Rice in Cold Area

WANG Lijuan,LUO Shengguo*,LIU Yuanying,ZHAO Guangxin,WANG Huan
(College of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

In order to study K uptake and distribution of direct-seeded rice in cold region under optimized fertilization,a field experiment was conducted with rice variety Daohuaxiang No.2,namely transplanted rice,ridge direct-seeded rice and no-tillage direct-seeded rice,so as to provide a theoretical basis for reasonable application of K fertilizer for rice.The results showed that K contents in leaves of direct-seeded rice were lower than that of transplanted rice,and K contents in stems of direct-seeded rice were higher than that of transplanted rice before heading stage.After heading stage,K contents in leaves and panicles of direct-seeded rice were higher than that of transplanted rice,K contents in stems were opposite,and K contents of ridge direct-seeded rice stems were higher than that of no-tillage direct-seeded rice.K accumulation in leaves,stems,panicles and total accumulation in above ground parts of direct-seeded rice were lower than that of transplanted rice,no-tillage direct-seeded rice were lower than that of ridge direct-seeded rice during whole growing season.During the whole growing season,K distribution in direct-seeded rice was the same as that in transplanted rice.K was mainly distributed in the stems,the second was in the leaves,and the least was in the panicles.After heading,K distribution ratio in leaves of direct-seeded rice were higher than that of transplanted rice,and in stems were lower than that of transplanted rice,the overall trend was opposite before heading stage.K distribution ratio in panicles of direct-seeded rice were higher than that of transplanted rice at 15 d after heading.Compared with transplanting,direct-seeding significantly reduced effective panicles,but significantly improved the grain number per panicle and seed setting rate.As a result,1 000-grain weight and yield of direct-seeded rice had no significant difference compared with transplanted rice.

rice; direct-seeding; K; accumulation; distribution

2016-02-20

科技部“十二五”科技支撑项目(2013BAD20B04)

王丽娟(1990-)，女，辽宁建平人，在读硕士研究生，研究方向：植物营养与施肥技术。 E-mail:wanglijuaner@163.com

*通讯作者：罗盛国(1956-)，男，黑龙江明水人，教授，主要从事植物营养与施肥技术研究。 E-mail:Luoshengguo56@163.com

S511

A

1004-3268(2016)08-0012-06