化学调控对湘南双季稻根系与叶片生理特性及产量的影响

2022-07-10曾荣清李永松周文卿易镇邪

作物研究 2022年3期

曾荣清，李永松＃，周文卿，易镇邪

(1衡阳县农业农村局，湖南衡阳 421200；2湖南农业大学农学院，湖南长沙 410128)

化学调控是调节作物生长发育与产量形成的一项重要栽培措施，目前已经广泛应用于水稻生产上。大量研究[1－3]表明，化学调控能改善水稻生长发育，具有显著增产效果。叶面喷施的化学调控剂可直接被叶片吸收，具有效率高、费用低、见效快等优点[4－5]。衡邵丘陵盆地是湖南省重要粮食主产区，常年粮食播种面积在167万hm2左右，年产量超900万t，占全省粮食总产量的30%以上[6－7]。但该地区水稻种植存在肥料利用率不高、后期脱肥早衰等问题。研究表明，化学调控剂可以弥补水稻生育中后期养分的缺失，成为土壤施肥的有效辅助措施[8]。还有研究[9－10]表明，化学调控剂通过增强作物的抗逆性、延缓叶片衰老和促进成熟来提高作物产量。本试验以湘南双季稻为研究对象，研究和比较分蘖期喷施两种化学调控剂对水稻根系、叶片生理特性及产量的影响，旨在为湘南水稻高产栽培中化学调控剂的选用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

于2019和2020年的3月至10月在湖南省衡阳县西渡镇梅花村开展早、晚稻大田试验。试验田土壤pH及主要养分含量见表1，室内实验在湖南农业大学农学院实验室进行。早稻品种为中嘉早17，属籼型中熟常规早稻[11]；晚稻品种为盛泰优018，属籼型三系杂交中熟晚稻[12]。

表1 试验田土壤p H及主要养分含量Table 1 The p H value and main nutrients content of soil in experimental field

采用的化学调控剂为壳寡糖和胺鲜酯。壳寡糖由湖南得译生物科技有限公司提供，具有促进根系对养分的吸收、提高植物光合效率的作用。于返青后、分蘖盛期各喷施1次(60 g/hm2，兑水300 kg喷施)。胺鲜酯为东立信生物工程有限公司生产，具有提高作物光合效率、增强抗逆性的作用。于返青后、分蘖盛期各喷施1次(300 mL/hm2，兑水300 kg喷施)。

1.2 试验设计

试验采取随机区组设计，设3个处理，分别为:清水对照(于返青后和分蘖盛期各喷施300 kg/hm2清水)、壳寡糖和胺鲜酯，分别记为C1、C2和C3。化学调控剂按照产品说明书使用，选择晴朗无风天下午17:00—18:00使用背负式电动喷药桶喷施。每个处理3次重复，小区面积20 m2(长5 m，宽4 m)，其中一半为测产区、一半为取样区，每次取样避开上次取样点。各小区分别筑埂(宽40 cm，高30 cm)，用白色塑料薄膜包埂，单独排灌。早晚稻各处理施肥量和肥料运筹方式一致:600 kg/hm2复合肥(N－P2O5－K2O含量为15%－15%－15%)作基肥，于耕地前施入田间；150 kg/hm2尿素(N含量46%)为分蘖肥，于返青后施入。2019年，早稻3月25日播种，4月27日移栽，7月15日收割；晚稻6月21日播种，7月25日移栽，10月12日收割。2020年，早稻3月20日播种，4月26日移栽，7月12日收获；晚稻6月20日播种，7月23日移栽，10月18日收获。早、晚稻均为手工插植，株行距均为16.7 cm×20.0 cm，每穴2本。其他田间管理同当地大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 根系性状

插秧时每小区埋入10个100目的尼龙网袋(规格:长20 cm，宽33.4 cm)，网袋中插植2穴基本苗相同的秧苗，供各关键生育期取样。取样时，每小区取2穴，先用流水冲洗，再用农用压缩喷雾器将根冲洗干净，最后用吸水纸吸干根系表面水分。用量筒排水法测量根体积，将测量后的根系置于干燥箱105℃杀青30 min后，经80℃烘干至恒重，用天平称量根干质量和冠层干质量，计算根冠比。

1.3.2 叶片生理特性

于分蘖盛期选取倒二叶、孕穗期、齐穗期和灌浆中期随机选取生长良好的水稻剑叶测定叶片生理特性指标。超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定参照王学奎[13]的氮蓝四唑(NBT)光化学还原法；丙二醛(MDA)含量的测定参照孔祥生等[14]的硫代巴比妥酸法。

1.3.3 产量性状

成熟期每小区按5点取样法调查100穴水稻的有效穗数，计算单穴平均有效穗数；每小区按平均有效穗数取样5穴，考察每穗粒数、结实率和千粒质量，计算理论产量；各小区随机实收80穴(避免边3行)，分收分晒，按13.5%的含水率折算实际产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件对试验数据进行整理和统计，采用SPSS 23.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 化学调控对水稻根系特性的影响

2.1.1 化学调控对水稻根干质量的影响

由表2可知，2019和2020年早、晚稻根干质量均呈先增后降趋势，齐穗期最大。2020年各处理早、晚稻的根干质量均稍大于2019年各处理(晚稻齐穗期除外)。不同处理关键生育期的根干质量无显著差异，但均以C3处理(喷施胺鲜酯)最高，C2(喷施壳寡糖)与C1(喷施清水)无明显规律。从齐穗期—成熟期根干质量下降比例来看，2019和2020年早稻C3处理根干质量降幅分别为12.50%和11.69%，低于C1(13.70%和12.02%)和C2(12.76%和12.08%)处理；晚稻C3处理根干质量降幅分别为10.25%和7.61%，低于C1(10.92%和8.56%)和C2(11.28%和8.19%)处理。综合两年数据可知，与C1处理相比，C3处理可在一定程度上促进水稻根干质量增加，同时有助于生育中后期保持较高的根干质量。

表2 各处理水稻的根干质量Table 2 The dry root weight of rice under different treatments g·hill－1

2.1.2 化学调控对水稻根体积的影响

由表3可知，两年早、晚稻根体积均随生育进程的推进呈先增后减的趋势，齐穗期最大。2020年早、晚稻各处理的根体积均稍大于2019年。不同处理关键生育期根体积无显著差异，但均以C3处理最高，C2与C1无明显规律。从齐穗期—成熟期根体积下降比例来看，2019年早稻C3处理根体积降幅为34.66%，低于C1(34.97%)和C2(35.17%)处理，2020年早稻C3处理根体积降幅为33.29%，低于C1(34.58%)，略高于C2(33.20%)处理。晚稻C3处理根体积降幅分别为33.16%和30.08%，低于C1(50.05%和30.83%)和C2(33.50%和30.88%)处理。综合两年数据可知，与C1处理相比，C3处理可在一定程度上促进水稻根体积增大，同时有利于减缓生育中后期根体积的下降。

表3 各处理水稻的根体积Table 3 The root volume of rice under different treatments cm3·hill－1

2.1.3 化学调控对水稻根冠比的影响

由表4可知，两年早、晚稻根冠比均随生育进程的推进呈不断下降的趋势；两年早稻孕穗期—成熟期根冠比均表现为C1>C2>C3，其中2019年各处理无显著差异，2020年C1和C2处理显著大于C3处理(P<0.05)，C1和C2处理无显著差异。两年晚稻关键生育期根冠比规律一致，即C1和C2处理显著大于C3处理(P<0.05)，C1和C2处理无显著差异。C3处理在根干质量较大的情况下，根冠比却较小，说明其冠层干质量较大。综合两年数据可知，C3处理可有效促进水稻冠层生长，从而造成根冠比较低，但2019年早稻根冠比差异不显著，可能是因为2019年早稻生育期内雨水较多，雨水的淋洗缩短了叶片对化学调控剂的吸收时间，从而导致不同处理间差异不显著。

表4 各处理水稻的根冠比Table 4 The ratio of root and shoot of rice under different treatments

2.2 化学调控对水稻叶片生理特性的影响

2.2.1 化学调控对水稻叶片SOD活性的影响

由表5可知，两年早、晚稻叶片SOD活性均随生育进程的推进呈不断增大趋势；相同条件下，2020年叶片SOD活性高于2019年，晚稻叶片SOD活性高于早稻。2019年早稻孕穗期叶片SOD活性表现为C3>C2>C1，C3显著大于C1(P<0.05)，C2与C1、C3均无显著差异；2020年，早稻和晚稻均表现为C3和C2处理孕穗期叶片SOD活性显著大于C1处理(P<0.05)，C3和C2处理无显著差异；C3处理齐穗期和灌浆中期叶片SOD活性均显著大于C1和C2处理(P<0.05)，C1和C2处理无显著差异。综合两年数据可知，相较于C1处理，C3处理能够明显提升孕穗期—灌浆中期水稻叶片SOD活性；C2处理在孕穗期也表现出显著的促进作用，但持续时间有限，在齐穗期则无显著提升作用；2019年早稻孕穗期C2处理与C1处理无显著差异，可能与生育期内降水较多有关。因此，C2处理对水稻叶片SOD活性的促进效果不如C3处理稳定和持久。

表5 各处理水稻叶片的SOD活性Table 5 The SOD activity of rice leaves under different treatments U·g－1

2.2.2 化学调控对水稻叶片MDA含量的影响

由表6可知，两年早、晚稻叶片MDA含量均随生育进程推进呈不断增大趋势；相同条件下，2019年叶片MDA含量大于2020年，早稻叶片MDA含量大于晚稻。2019年和2020年不同生育期各处理叶片MDA含量均表现为C1和C2显著大于C3处理(P<0.05)，C1、C2无显著差异。2019和2020年早稻齐穗期—灌浆中期C3处理叶片MDA含量增幅分别为24.26%和35.42%，低于C1(28.54%和38.35%)和C2(28.02%和38.46%)处理，晚稻C3处理叶片MDA含量增幅分别为12.33%和25.27%，低于C1(13.73%和30.04%)和C2(14.61%和30.11%)处理。综合两年数据可知，相较于C1处理，C3处理能够明显降低水稻孕穗期—灌浆中期叶片MDA含量，同时能够有效降低生育中后期叶片MDA含量的增长幅度，C2处理则无明显作用。

表6 各处理水稻叶片的MDA含量Table 6 The MDA content in leaves of rice under different treatments μmol·g－1

2.3 化学调控对水稻产量及产量构成因素的影响

由表7可知，两年早、晚稻实际产量和理论产量均表现相同规律，即C3显著高于C2和C1处理(P<0.05)，C2和C1处理无显著差异。相同条件下，2020年产量高于2019年，晚稻产量高于早稻。2019和2020年早稻C3处理实际产量分别为6.50 t/hm2和6.61 t/hm2，分别比C1处理高7.62%和8.36%，比C2处理高6.21%和6.27%；2019和2020年晚稻C3处理实际产量分别为7.75 t/hm2和7.81 t/hm2，分别比C1处理高10.87%和9.69%，比C2处理高8.85%和7.43%。

表7 各处理水稻产量及其构成因素Table 7 The yield and its components of rice under different treatments

从有效穗数来看，两年早、晚稻均表现为C3>C2>C1，其中C3处理显著大于C2和C1处理(P<0.05)，C2和C1处理无显著差异；2019和2020年早稻C3处理有效穗数分别为283.77×104/hm2和298.63×104/hm2，分别比C1处理高7.59%和5.79%，比C2处理高6.40%和4.73%；2019和2020年晚稻C3处理有效穗数分别为373.02×104/hm2和368.07×104/hm2，分别比C1处理高10.39%和13.93%，比C2处理高8.01%和8.29%。从每穗粒数来看，两年早、晚稻均为C1>C2>C3；2019年早稻各处理无显著差异，2020年早稻C1和C2处理接近，显著大于C3处理(P<0.05)；2019年晚稻C1和C2处理接近，显著大于C3处理(P<0.05)，2020年晚稻C1处理显著大于C2和C3处理(P<0.05)，C2和C3处理无显著差异。从结实率来看，两年早、晚稻均为C3>C2>C1；早稻2019年各处理无显著差异，2020年C3处理显著大于C1处理，C2处理与C3和C1处理均无显著差异；晚稻2019年C3处理显著大于C1和C2处理，C1和C2处理无显著差异，2020年C3处理显著大于C1处理，C2处理与C3、C1处理均无显著差异。各处理千粒质量无明显规律，也无显著差异。

综合两年试验结果，与C1处理相比，C3处理可显著提高产量，增产的原因是有效穗数和结实率较高，C2处理增产效果不明显。

3 讨论

3.1 化学调控对水稻根系特性的影响

研究[15－17]发现，相较于空白对照，适量的化学调控剂能显著提高水稻根系形态指标(根量、根干质量、根鲜质量、根长、根直径、根冠比、根体积和根表面积等)和生理指标(根系活力、根系伤流液、根系分泌物和根系激素等)。梁喜龙等[15]研究指出，运用烯效唑与胺鲜酯复配浸种后，水稻秧苗在单根长缩短的情况下，通过增加根数来提高水稻秧苗总根长与根体积。张子龙等[16]研究指出，不同质量浓度的胺鲜酯浸种处理后，水稻幼苗根系活力呈现低质量浓度促进、高质量浓度抑制的规律性变化。本试验结果表明，与对照相比，分蘖期喷施两次胺鲜酯可在一定程度上促进水稻根干质量和根体积的增大，但未达到显著性差异水平；胺鲜酯处理水稻根冠比较小，原因是水稻冠层干质量增加的比例更大，从而在根干质量稍大的情况下根冠比较小；而壳寡糖处理与对照无显著差异。

3.2 化学调控对水稻叶片生理特性的影响

较高的保护酶活性可有效防止叶片产生的氧化物质对细胞结构的破坏，保证水稻正常灌浆结实[18]，主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等。SOD先将超氧离子转化为毒性较低的H2O2，随后由POD和CAT等将H2O2分解为无毒的H2O和O2，从而阻止植物体内有害物质积累，起到保护作用[19]。前人研究[15－16，20]表明，胺鲜酯具有增加可溶性糖含量及叶片叶绿素含量、增强SOD、POD和CAT活性、提高水稻抗逆性、延缓水稻衰老等作用。

梁颖[20]指出，1～10μg/L的二烷氨基乙醇羧酸酯(DA－6)浸种处理的水稻SOD活性、CAT活性和MDA含量分别比对照组高14.77%～37.94%、10.23%～22.75%和4.13%～6.98%。本试验结果显示，喷施胺鲜酯显著提高了孕穗期—灌浆中期水稻叶片SOD活性，降低了叶片MDA含量，同时能够有效降低生育中后期叶片MDA含量的增长幅度。这与梁颖[20]的研究结果基本一致。

前人研究[21－23]表明，壳寡糖溶液浸种处理能够显著减少低温下水稻幼苗叶绿素含量的降低幅度，使光合作用维持在较高水平，从而提高水稻幼苗的抗冷性。本试验中壳寡糖对水稻叶片保护酶活性无显著影响，可能与试验地点和参试品种等因素不同有关。

3.3 化学调控对水稻产量及其构成因素的影响

化学调控剂可提高根系对养分的吸收利用，进而增加水稻叶面积指数，提高光合速率，增强水稻保护酶活性和自身免疫力，从而促进水稻的高产稳产[16－17]。徐伟松等[24]和吴挺[25]研究发现，1.6%胺鲜酯水剂可显著改善水稻的产量构成因素，提高产量7.89%～11.43%。本试验中，喷施胺鲜酯能够提高水稻产量，两年早稻平均产量为6.56 t/hm2，比对照增产8.07%，两年晚稻平均产量为7.78 t/hm2，比对照增产10.20%，原因为提高了有效穗数和结实率。