播期对黄淮直播稻根系抗倒能力的影响

杨 波,徐 波,王宝祥,陈庭木,刘金波,方兆伟,卢百关,刘 艳,迟 铭,徐大勇

(江苏徐淮地区连云港农业科学研究所/江苏省现代作物生产协同创新中心,江苏 连云港 222001)

近年来,直播稻在黄淮稻区不推自广。由于麦收时间和灌溉的问题,黄淮地区直播稻播期跨度大，这对水稻安全成熟和抗倒伏影响很大。直播稻具有生育期短、茎秆细、根系浅、群体过大等特点,极易倒伏,因此倒伏成为直播稻高产稳产的主要限制因子之一。本试验选用生产上抗倒伏能力不同的水稻材料,采用分期直播的方式研究了根系相关性状表现及其与抗倒伏的关系,旨在为直播稻抗倒伏育种和栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点及供试品种

试验于2016～2017年在连云港市农科院东辛试验基地进行。试验地前茬为空茬,土壤类型为潮盐土,质地较黏。0～20 cm土层有机质含量22.34 g/kg,全氮含量1.79 g/kg,速效磷含量12.8 mg/kg,速效钾含量121.6 mg/kg。

供试水稻品种有：中熟中粳连粳7号,全生育期153 d;徐稻3号,全生育期149 d。早熟中粳连粳15号,全生育期145 d;连粳13ZJ61,全生育期142 d。

1.2 试验方法

根据本地生产实际设定早播(6月10日播种，处理Ⅰ)、中播(6月20日播种，处理Ⅱ)、迟播(6月30日播种，处理Ⅲ)共3个播期处理。播种方式为人工模拟机条播,行距25 cm,播种量90 kg/hm2。试验为裂区设计,播期为主区,品种为裂区，每个处理重复3次,小区面积15 m2,小区间隔40 cm。

氮肥分3次施用，其用作基肥∶糵肥∶穗肥=3∶3∶4,穗肥于倒四叶期和倒二叶期各施50%；基肥一次性施入，其还包括磷肥(P2O5)112.4 kg/hm2、钾肥(K2O)112.4 kg/hm2。在分蘖期保持浅水层,促进分蘖,至田间总苗数达到预期穗数的70%～80%时开始搁田,并多次轻搁;在抽穗后实行间歇灌溉、干湿交替。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 根系固持力的测定 于蜡熟期,每个品种选择长势一致的单株10株,在离地面20 cm处用胶带将茎秆与弹簧秤挂钩相连,垂直于地面向上拉到根系慢慢露出地面,弹簧秤的最大值即为根系固持力(单位为N)。

1.3.2 根系形态 在齐穗期和蜡熟期取样，测定根条数、根粗、根干质量。取样时每个小区选择长势一致、具有代表性的50株,挖取15 cm土层内根系,洗净泥土,逐株计数;根粗为单根直径,测定方法为将单株根系无间隙排列在一个平面上,用游标卡尺测定宽带,平均根直径为根粗。在测定总根数和根粗后用于测定干质量。另外于齐穗期和蜡熟期,从每个小区取50株,置于40目尼龙网袋中用流水冲洗，获得完整根系；剪取所有根系,测定根长、根数、根粗等形态性状指标；然后将所取稻株鲜根及地上部置于恒温箱内,于105 ℃杀青30 min,再在80 ℃下烘干至恒重,称取根质量和地上部干质量,计算根冠比。

于齐穗期和蜡熟期,从每个小区取根系完整、均匀分布的稻株，从上至下将圆柱形土体切割为上中下3层，分别是0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm土层,将各土层中的根系分别置于40目尼龙网袋中用流水冲洗干净,于105 ℃杀青30 min,再在80 ℃下烘干至恒质量,测定并计算各土层根质量及其占全部根干质量的比例。

1.3.3 产量及倒伏情况 在成熟期，每小区取2个观察点,每点取10个单株,共20个单株;考察每穗粒数、结实率;用500粒实粒样本称重,重复3次，求千粒质量。人工脱粒实收12 m2稻株的产量,测定水分,去除杂质,折算成单位面积的产量。

1.4 数据统计与分析

取两年的平均数,使用Microsoft Excel 2007进行数据处理,用DPS软件进行其它统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同生态条件下直播稻的倒伏率、产量及其构成

由表1可知：连粳7号、徐稻3号的抗倒能力强,迟播连粳15号的抗倒能力一般,连粳13ZJ61的抗倒能力差。结合表2可知：连粳15号和连粳13ZJ61的熟期早,其结实率与连粳7号和徐稻3号呈极显著差异;实产表现为连粳15号>连粳7号>徐稻3号>连粳13ZJ61；影响产量的主要因子是生育期,本地适宜的直播日期在6月20日前；在晚播的条件下，连粳7号的常年成熟度为70%～75%,徐稻3号的常年成熟度为80%,产量严重降低。

黄淮地区水稻品种的安全齐穗期在9月10日左右。由表2知,连粳7号、徐稻3号、连粳15号直播应在6月20日前播种，因此，在稻麦两熟制中，徐稻3号、连粳7号不适宜在黄淮地区直播种植。连粳15号也应早播，才能保证安全收获。

2.2 不同生育期直播稻的根质量、地上部干质量和根冠比

根冠比是衡量植物地下部和地上部是否协调生长的主要指标。由表3可以看出：连粳7号、徐稻3号在蜡熟期的根冠比在不同播期处理间呈显著或极显著差异；早播和晚播处理的连粳15号和连粳13ZJ61在蜡熟期的根冠比低于中播处理的。随着播期的推迟,蜡熟期连粳15号的根冠比、根干质量呈增长趋势，其他品种的根冠比、根干质量和地上部干质量呈下降趋势且差异显著或极显著;连粳7号在地上部和根干质量增长的前提下,其蜡熟期根冠比较齐穗期极显著下降,但其根干质量增加了6.27%～158.2%,地上部干物质积累增长了46.61%～66.61%;徐稻3号的根冠比和根干质量呈下降趋势，但无显著差异;连粳13ZJ61的根冠比呈极显著下降趋势,地上部干物质积累呈下降趋势。值得注意的是，连粳7号和连粳15号在蜡熟期的根量较齐穗期极显著上升,而徐稻3号和连粳13ZJ61呈衰减趋势,表明连粳7号和连粳15号后期根不早衰。

表1 不同播期直播稻的倒伏率、产量及其构成因素

表2 不同播期直播稻的生育期

2.3 不同生育期直播稻根系在土层中的分布

齐穗期根系分布是反映水稻生育中后期群体质量的重要指标之一,在一定程度上影响着水稻抽穗后光合物质的生产与积累、矿质营养吸收与转移、籽粒灌浆与充实、抗倒支撑能力[1]。在本试验的播期范围内,连粳7号的根总干质量为41.2～51.7 g,连粳15号为45.7～50.5 g,徐稻3号为30.7～36.4 g,连粳13ZJ61为 26.5～35.4 g。随着播期的推迟,各品种的根干质量均呈下降趋势;上层根干质量除连粳15号外均下降,占全根比例均上升;连粳7号的中层根干质量为12.32～19.30 g，较其他3个品种同播期呈极显著差异；中层根干质量占全根的比例随着播期的推迟均呈下降趋势;下层根干质量及其占全根的比例随着播期的推迟均呈下降趋势。对于中下层根干质量的比例来说，连粳7号为36.77%～45.84%；中、晚播连粳15号为30.16%～39.80%,但其迟播时下降严重，只有21.19%；其他品种均低于30.00%。

相关研究表明,成熟期水稻在0～5 cm土层的根系生物量达70%以上,在0～10 cm土层的根系质量所占比例达90%以上,即大部分的根系分布在土壤表层[2]。由表5可知：蜡熟期根干质量表现为连粳15号>连粳7号>连粳13ZJ61>徐稻3号;连粳15号在蜡熟期的平均根干质量达41.93 g，比其他品种高30%以上,且其中下层根干质量达13 g左右,而其他品种只有8 g左右;连粳13ZJ61中下层根占全根的比例只有23.36%，极显著低于其他品种的(30%左右)。随着播期的推迟,各品种在蜡熟期的上层根干质量均呈下降趋势,占全根的比例均呈上升趋势;中层根干质量呈下降趋势,占全根比例徐稻3号和连粳15号呈上升趋势;下层根干质量占全根比例呈下降趋势。此外，各处理上层根干质量最高,根干质量随土层深度加深而逐渐下降；连粳15号和徐稻3号的中下层根干质量占比较高，超过30%。

表3 不同播期直播稻在齐穗期和蜡熟期的根干质量、地上部干质量和根冠比

表4 不同播期直播稻齐穗期在不同深度土壤中根系分布情况

由表6可知,随着播期推迟,各品种的根总干质量均大幅减少,连粳15号晚播与前两播期呈极显著差异; 随着播期推迟,连粳7号和连粳15号的上层根干质量大幅下降，而徐稻3号和连粳13ZJ61受影响较小;随着播期推迟,连粳7号的中层根干质量占全根比例大幅下降,徐稻3号变化不大，而连粳13ZJ61大幅增长;下层根干质量除徐稻3号外均大幅减少;连粳7号中下层根干质量大幅减少,上层根衰减较小,造成上层根比例增大；徐稻3号上层根衰减多而中下层根衰减少,因此下层根干质量有大幅增长；连粳15中层根比例大幅提高。

根长、根数、根直径是衡量根系形态性状与根系固持力关系的几个重要指标[3]。由表7可见,随着播期推迟，在齐穗期，同一品种根长变长，根数变多，根直径变细，呈显著差异或极显著差异。在蜡熟期，随着播期的推迟,除连粳15号的根长变长外,其他品种均变短；根数显著减少;根直径显著变小。较齐穗期增减情况,根长除连粳15号增长外其他品种均呈下降趋势;根数呈减少趋势,连粳13ZJ61的下降率达18.36%～32.73%,极显著高于其他3个品种。

随着播期的推迟，连粳7号的单茎根系固持力下降率最高，达33.90%～44.30%；连粳15号的下降率在29.78%～44.77%；徐稻3号和连粳13ZJ61的下降率较小。试验结果表明：中熟中粳品种的根长、根数随着播期的推迟呈负增长;连粳15号的最佳播期在6月20日左右,其根长增长最多,根数受播期的影响较小。

表5 不同播期直播稻蜡熟期根系在不同深度土层中的分布情况

表6 不同播期直播稻蜡熟期根系指标较齐穗期的增减情况

由表8可知：单株根系固持力与根冠比之间的正相关性达显著或极显著水平,与不同时期根干质量间的正相关性达极显著水平,与中层根质量间的相关性达显著或极显著水平,与根直径间的正相关性达极显著水平,与根数间的正相关性达显著水平，与上层根质量、较齐穗期根质量增减、较齐穗期根数增减、较齐穗期根直径增减呈显著或极显著负相关。

表7 不同播期直播稻根系形态特征和单株根系固持力的增减情况

表8 单株根系固持力与不同生育期根主要物理性状间的相关系数

3 讨论与小结

3.1 不同播期地上部和根部干物质积累对抗倒能力的影响

不同播期使直播稻植株个体和群体的生长处于不同的气候生态条件下,从而对养分和温光等资源的利用有所不同,必然会对个体和群体的生长产生一定的影响。本研究结果表明,随着播期的推迟,各类型品种直播稻的产量呈显著或极显著的下降趋势，这与前人的研究结果一致;地上部干物质和根干质量均呈同步下降趋势。至于为何有品种根冠比呈一定的上升趋势,而此阶段的干物质积累量却显著下降,可能由于迟播处理分蘖期正处于温度逐渐上升、光照日益充足的时段,能够更好地满足水稻分蘖对生长环境的温光要求,此时的分蘖更为旺盛,分蘖数量较多,故其所占比例有一定的上升趋势。迟播导致各生育阶段的温光资源利用减少,各时期总干物重和根总干质量显著减少,故出现比例上升而量下降的现象。蜡熟期光合产物分配于穗部的比例大,根的贮藏物质是否有可能运转到穗部？根部干物质输出量是否随着播期的推迟而增大？从而造成蜡熟期根冠比的下降,有待于进一步研究。但连粳7号和连粳15号在蜡熟期的根干重不降反升，且根冠比下降小，这是其根部抗倒能力强的表现。

3.2 不同播期直播稻根系形态的差异与抗倒伏的关系

关于直播稻根系与抗倒伏关系的研究比较鲜见,其核心问题是直播稻应具有怎样的根系才能抗倒？目前大多数研究认为抗倒伏能力与根粗、根长、根数、根干物重、根冠比等根系性状相关[4]。水稻在20 cm土层内各层根系具有较大的干质量、体积和总长,分枝根十分发达,在土壤中密集成网,根质量增长率较地上增长率偏低,冠根比大,维持了地上、地下部形态及机能的平衡[5]。直播稻根系固持力的大小除与表土层根系数量呈极显著相关外,还与根系质量有关,如与根系的干质量和纤维素含量有关[6]。李木英等认为根系固持力与单茎根重和根数呈显著正相关[7]。水稻根系主要分布在土壤0～20 cm耕作层内,其中60%～80%分布于土壤表层0 ～10 cm内,深层土壤分布较少[8]。相关研究发现,深层土壤的根干物重、根系分布是水稻抗倒伏的主要决定因子[7]。本研究结果表明，在直播栽培条件下，连粳7号的根干质量大、根系较粗是其根部抗倒的主要特征；随着播期的推迟，其中下层根系干质量和根直径均极显著高于同播期其他品种的。徐稻3号的上层根分布少,中下层根分布多，在不同播期处理间差异小,其中下层根活力在蜡熟期持续增长不早衰是其根部抗倒的显著特征。连粳15的根较粗且根系分布深，中下层根比例大,根干质量大,根长和根数不随播期的推迟而降低,但迟播不利于其根部抗倒优势的发挥。连粳13ZJ61的根干质量小,中下层根比例少,抗倒能力差。相关分析结果表明,不同播期直播稻的抗倒伏能力与根冠比、根干质量、中层根质量、根粗、根数存在显著或极显著正相关关系,与上层根质量、较齐穗期根干质量增减、较齐穗期根数增减、较齐穗期根直径增减存在显著或极显著负相关关系。

3.3 小结

本试验结果表明，随着播期的推迟,各类型直播稻品种的根总干物质明显减少,蜡熟期根活力均呈显著或极显著的下降趋势。较迟播而言,早播能使直播稻合理分配干物质,为后期的物质生产能力及产量的提高奠定基础,提高根系的抗衰减能力。直播稻抗倒品种的选育应以根干质量大、后期不早衰、中下层根系占比高、根较粗、根数多作为根部选育目标。