机械深施肥处理对超级稻产量和根系空间分布的影响

陈雄飞 王在满 石庆华 罗锡文* 莫钊文 张明华 杨文武 章秀福

（1江西农业大学/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室，南昌330045；2华南农业大学/南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州510642；3华南农业大学农学院，广州 510642；4中国水稻研究所，杭州310006；第一作者∶121686212＠qq．com；*通讯作者∶xwluo＠scau．edu．cn）

水稻植株主要通过根系吸收土壤中的养分，根系是水稻生长发育的重要器官，影响水稻地上部物质积累及水稻产量、品质的形成[1-2]。基因和环境共同作用影响根系形态及生理特性[3-5]。因此，可以通过不同种植技术来调控水稻根系生长和空间分布，进而影响水稻地上部的生长发育，最终影响产量形成[6-9]。凌启鸿等[10]研究认为，上层根量与产量呈极显著正相关，下层根量与产量的关系随着栽培条件的不同而改变，不同土层根系在根系生长的不同时期对水分胁迫的响应各异。另有研究表明，同步深施肥水稻精量穴播技术可延缓植株衰老[11]，有利于水稻增产增效[12-15]；浅层施肥对水稻苗期根系生长及分布的影响已有报道[16]，然而，同步深施肥水稻精量穴播技术对水稻根系影响的研究鲜有报道[17]，特别是同步侧位深施肥水稻精量穴播对水稻根系空间分布动态影响的研究未有报道。

为此，本文研究了同步侧位深施肥精量穴播方式水稻根系在不同生育期（分蘖期、孕穗期、抽穗扬花期、成熟期）的空间分布动态，以期为同步侧位深施肥水稻精量穴播技术的高产形成、肥料高效利用，及配套机具的推广应用提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种为常规超级稻玉香油占和超级杂交稻天优998。供试肥料为挪威复合肥，肥料有效成分的质量分数为∶N 15%、P2O515%、K2O 15%。试验机具为华南农业大学研制的行距25 cm的同步侧位深施肥水稻精量穴播机。

1.2 试验设计

试验于2014年3月5日在华南农业大学试验农场进行。试验设置3个处理∶机械同步侧位深施、人工撒施和不施肥。机械同步侧位深施处理采用机械播种同步一次性深施肥，施肥量为70 kg/667 m2；人工撒施处理是人工习惯施肥，即在水稻播种后秧苗长到3叶期时一次性施肥，施肥量为70 kg/667 m2。玉香油占的播种量为3.0 kg/667 m2，天优998的播种量为1.5 kg/667 m2，播种规格均为25 cm×16 cm。小区面积200 m2，3 次重复。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 产量及产量构成

水稻成熟时，根据各个小区的平均有效穗数取样10丛带回室内考种，测定每穗总粒数、结实率及千粒重等性状，并计算稻谷产量。

1.3.2 根系体积和干质量

分别于水稻分蘖期、孕穗期、抽穗扬花期、成熟期取样测定水稻不同根层的根系体积和根系干质量。根系取样采用土柱法，以水稻植株为中心，先割取地上部分，然后挖取20 cm长×20 cm宽×25 cm深的土柱，沿垂直方向每5 cm切割为1个层次，重复3次，取出的土样，用水漂洗干净，将泥土和根系分离。用吸水纸吸干根系表面水分，采用排水法测定根系体积。根系干质量∶在105℃烘箱杀青30 min后，于80℃恒温下烘干至恒质量，用1/100电子天平称重。

表1 施肥处理对超级稻产量及其构成因素的影响

表2 施肥处理对超级稻分蘖期根系空间分布及总体积的影响 （cm3/丛）

1.4 数据处理

采用Statistix 8和Excel软件进行试验数据的处理和分析，处理间差异采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 产量及产量构成

从表1可见，机械深施处理参试品种的平均产量较人工撒施处理和不施肥处理分别提高7.72%和15.37%，差异显著；千粒重分别提高 2.20%和 2.78%，差异显著；机械深施处理参试品种的有效穗数与人工撒施处理相当，较不施肥处理提高14.62%，差异显著；每穗总粒数机械深施处理较人工撒施处理高，但比不施肥处理有所降低；结实率3个处理间差异不显著。

2.2 根系的空间分布和总体积

从表2可见，在分蘖期，机械深施处理较人工撒施处理提高了5～10 cm、10～15 cm和≥15 cm根层的根系体积和根系总体积，较不施肥处理提高了各根层根系体积和根系总体积，但差异不显著。

从表3可见，在孕穗期，机械深施处理除了比不施肥处理≥15 cm根层根系体积显著提高了100.78%外，较人工撒施处理和不施肥处理各根层的根系体积和根系总体积的影响均不显著。

从表4可见，在抽穗扬花期，机械深施处理较人工撒施处理和不施肥处理显著影响0～5 cm根层根系体积，分别提高了31.99%和42.43%；显著影响根系总体积，分别提高了26.60%和34.39%。机械深施处理较人工撒施处理提高了10～15 cm和≥15 cm根层根系体积，较不施肥处理提高了5～10 cm、10～15 cm和≥15 cm根层根系体积，但差异均不显著。

从表5可见，在成熟期，机械深施处理显著影响成熟期≥15 cm根层根系体积，较人工撒施处理和不施肥处理分别提高了142.62%和158.56%。除根系总体积较人工撒施处理稍有下降外，其余根层根系体积均有所提高，但差异不显著。

2.3 根系干质量的空间分布和总干质量

表6至表9表明，机械深施处理对分蘖期根系干质量空间分布和总干质量影响差异不显著，但是较人工撒施处理和不施肥处理在5～10 cm和10～15 cm根层根系干质量和根系总干质量方面具有优势。机械深施处理对孕穗期 0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 根层根系干质量空间分布和总干质量影响差异不显著，但是较人工撒施处理和不施肥处理显著提高≥15 cm根层根系干质量，分别提高了84.11%和139.19%。机械深施处理对抽穗扬花期 0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 和≥15 cm根层根系干质量空间分布和总干质量影响差异不显著，其中在0～5 cm、5～10 cm根层根系干质量和根系总干质量方面具有优势。机械深施处理对成熟期0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm根层根系干质量空间分布和总干质量影响差异不显著，但是较人工撒施处理和不施肥处理显著提高≥15 cm根层根系干质量，分别提高了 104.20%和 163.87%。

表3 施肥处理对超级稻孕穗期根系体积空间分布及总体积的影响 （cm3/丛）

表4 施肥处理对超级稻抽穗扬花期根系体积空间分布及总体积的影响 （cm3/丛）

表5 施肥处理对超级稻成熟期根系体积空间分布及总体积的影响 （cm3/丛）

表6 施肥处理对超级稻分蘖期根系干质量空间分布及总干质量的影响 （g/丛）

表7 施肥处理对超级稻孕穗期根系干质量空间分布及总干质量的影响 （g/丛）

表8 施肥处理对超级稻抽穗扬花期根系干质量空间分布及总干质量的影响 （g/丛）

表9 施肥处理对超级稻成熟期根系干质量空间分布及总干质量的影响 （g/丛）

3 小结与讨论

国内外研究者从灌溉、施肥量、施肥时期等方面研究水稻根系已经非常深入[4-5，18-19]，而对于深施肥处理下水稻根系的研究报道较少。通过前期研究水稻根系分布，可利用根量分布来确定同步侧位深施肥水稻精量穴播技术的施肥深度[17]，本研究在此基础上进一步开展同步侧位深施肥技术研究，并试图分析机械同步侧位深施肥对超级稻产量和根系的影响及其关系。

本试验结果表明，深施肥处理下超级稻品种的平均产量较人工撒施处理和不施肥处理分别提高7.72%和15.37%，差异显著，与前人的研究结果一致[12-15]。本研究结果还表明，深施肥处理下超级稻的千粒重较人工撒施处理和不施肥处理分别提高2.20%和2.78%，原因在于同步侧位深施肥水稻精量穴播技术可延缓植株衰老，甚至能提高土壤地力[11，13]。此外，更多原因在于根系对养分的吸收和根系的衰老情况。因此，需进一步探讨根系分布特点。

从根系分布特点而言，水稻根系较浅，85%以上的根系分布在0～20 cm土层[20]。不同水稻品种的根系深扎特点不同[21]。从整个根系在不同土层的分布情况来看，本试验研究结果与前人研究结果一致[16，22-23]。从不同根层根系分布而言，本研究结果表明，深施肥处理下超级稻品种孕穗期≥15 cm根层的根系体积较人工撒施处理提高41.25%，较不施肥处理提高100.78%；根系干质量较人工撒施处理和不施肥处理分别提高84.11%和139.19%。抽穗扬花期0～5 cm根层根系体积深施肥处理较人工撒施处理和不施肥处理分别提高31.99%和 42.43%，根系总体积分别提高 26.60%和34.39%；成熟期≥15 cm根层的根系体积和根系干质量分别提高 142.62%、158.56%和 104.20%、163.87%。而孙浩燕等[16]调查了苗期水稻根系特征后认为，施肥深度1 cm处理根系生物量、各形态指标参数及根系吸收面积都表现出明显优势。这种结果的差异性主要在于取样时期的不同。可见，深施肥处理调控根系空间形态分布是影响超级稻产量形成的重要原因之一。

研究结果表明，深施肥处理下超级稻品种的平均产量较人工撒施处理和不施肥处理分别提高7.72%和15.37%，主要得益于千粒重的提高。此外，深施肥处理下超级稻品种根系体积和干质量具有一定优势，其中以孕穗期≥15 cm根层的根系体积和根系干质量、抽穗扬花期0～5 cm根层根系体积和根系总体积、成熟期≥15 cm根层的根系体积和根系干质量提高较显著。因此，深施肥处理通过调控根系空间形态分布来影响超级稻产量的形成。