施钾对抽穗扬花期自然高温下水稻结实率的影响

李友发，富昊伟，马兴华，张馨月

(嘉兴市农业科学研究院 水稻育种研究所，浙江 嘉兴 314000)

水稻作为第一大粮食作物，在我国农业发展和粮食安全中具有重要的战略地位。温度是影响作物生长发育的重要因子之一，由于全球气候变暖引起高温等极端天气频发，给水稻的生产造成极大威胁。水稻抽穗扬花期被认为是水稻对高温胁迫最敏感的时期之一[1-2]。水稻开花的最适温度为25～30 ℃，超过35 ℃对水稻产量的形成产生重大影响[3]。长江流域7—8月常受到副热带高压控制，连续多天日均温≥30 ℃或者最高气温≥35 ℃的天气频繁发生[4]，是水稻花期高温危害的重灾区。前人研究表明高温不利于花粉成熟、花药开裂、花粉的萌发以及花粉管的伸长，严重制约水稻受精和结实[5]，造成水稻严重减产。因此，提高水稻结实率是水稻获得高产的关键。钾(K)是作物生长过程中必需的大量矿质营养元素，也是作物细胞中含量最丰富的阳离子。它有协调作物的代谢活动、增强作物的抗逆性等作用。目前，有关钾素缓解灌浆期高温对水稻结实率的胁迫的研究较少。本试验利用2019年7月下旬长江流域持续多天出现日最高温度≥35 ℃极端自然高温胁迫，调查分析水稻的结实率以及施钾对高温胁迫的缓解作用。本试验旨在探究钾素对水稻抽穗扬花期高温胁迫的缓解效应，以期为缓解水稻抽穗扬花期高温胁迫提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

大田试验于2019年在浙江省嘉兴市秀洲区王江泾镇双桥试验基地(120°42′42″E，30°50′20″N)进行。供试土壤为水稻青紫泥，0～20 cm耕层土壤的基本理化性状为有机质37.52 g·kg-1，全氮2.33 g·kg-1，速效磷12.48 mg·kg-1，速效钾58.96 mg·kg-1，铵态氮21.95 mg·kg-1，硝态氮7.02 mg·kg-1，pH 6.55。

1.2 处理设计

试验选用4个抽穗期在7月下旬的早熟中粳型水稻材料(编号品系A、B、C、D)，设置2个施钾处理：不施钾(K0)和施用K2O 150 kg·hm-2(K1)。钾肥为基肥和抽穗前15 d分两次施用，分施比例1∶1。试验采用随机区组设计，3次重复，各小区间筑埂(埂高30～40 cm，埂底宽30～40 cm)，并用塑料薄膜覆膜包裹防止水肥串灌。水稻材料5月20日播种，6月19日移栽，移栽行株距为30 cm×15 cm，每穴1株。田间氮肥施用量为300 kg·hm-2纯N，其中基肥∶促花肥∶保花肥的分施比例为3∶1∶1。磷肥全部做基肥，施用量为90 kg·hm-2P2O5，水稻整个生长期的水分管理和病、虫、草害防治与当地常规田间管理相同。

1.3 田间取样及测定方法

各水稻材料从抽穗扬花期起至7月30日连续挂牌标记同一天开花的稻穗，成熟期每个小区每个品种的各开花日期分别取3个开花期相同且大小一致的稻穗，考察实粒数、秕粒数和结实率。

1.4 统计与分析

试验数据用SPSS 19.0软件进行LSD多重方差分析，用Excel 2010做表，Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 水稻的抽穗开花期分布及高温期温度

由表1可知：施钾对开花期无显著影响，2019年水稻品系A、B、C、D的开花期分别是7月26日、7月24日、7月25日和7月25日。图1的数据由嘉兴市气象局农业气象站提供，2019年7月22—31日连续9 d出现日最高温≥35 ℃，连续10 d日平均温度≥30 ℃，对4个水稻材料的受精结实形成高温胁迫。8月1—10日，由于台风天气影响，温度降低，日平均温度均小于30 ℃，高温胁迫解除。

图1 2019年7月21日至8月10日温度

表1 施钾对高温下水稻花期的影响

2.2 施钾对高温下水稻结实率的影响

由表2可知，抽穗扬花期高温胁迫下，各水稻

表2 施钾对高温下水稻结实率的影响

材料的结实率受胁迫程度不同。品系A的结实率为33.3%～65.2%，品系B的结实率为30.5%～80.4%，品系C的结实率为30.8%～58.3%，品系D的结实率为14.1%～47.0%。此外，水稻结实率随高温胁迫天数的增加而降低，即开花后经历高温胁迫时间越多，结实率越低。

抽穗扬花期高温条件下，与K0相比，施钾(K1)可以显著提高水稻的总粒数、实粒数以及结实率，缓解对抽穗扬花期高温对水稻结实率的胁迫。由表2中的缓解率可知，抽穗扬花期高温胁迫时间越长，施钾对水稻结实率的缓解作用越大；反之则缓解作用越小。

3 讨论

前人研究表明：水稻抽穗扬花期对高温胁迫最为敏感，此时遭遇高温胁迫，会导致水稻开花受精受阻，降低结实率。汤日圣等[6-7]研究发现，杂交稻和常规稻开花期的温度胁迫临界值均为日平均温度30 ℃，日最高温度35 ℃。本供试材料的抽穗扬花期日平均温度≥30 ℃，日最高温度≥35 ℃，达到高温胁迫，显著降低水稻结实率，结实率因品种而异，其中品系B的结实率最高，为30.5%～80.4%，品系D的结实率最低，仅为14.1%～47.0%，可知品系B相对耐高温，而品系D对高温胁迫较为敏感。汤日圣[6]研究认为，在抽穗期经35 ℃高温胁迫1 d后水稻结实率就会降低。本研究发现，抽穗扬花期经历日最高温度≥35 ℃ 2 d会造成水稻材料结实率降低，并且水稻结实率随着胁迫时间的延长而降低，与前人研究结果一致。

钾作为农作物生长所必需的三大元素之一，参与作物体内各种重要的生理活动，能提高作物对逆境的忍耐能力[8]。何巧林[9]研究认为，钾硅配施可以显著提高水稻耐高温能力。本试验研究发现：单施钾素可以显著提高水稻抽穗扬花期的耐高温能力，缓解高温对结实率的胁迫。本试验还发现，钾素在水稻抽穗扬花期高温对结实率胁迫的缓解率因胁迫时间的延长而提高。高温胁迫时间越长，钾素缓解水稻抽穗扬花期高温胁迫的效果就越显著。

随着全球气候变暖，高温自然灾害越发频繁。为减轻高温对农作物生产的危害，农业生产上需要采取积极的防御措施。首先从育种角度，不同水稻材料对高温的敏感程度不同，进行耐高温品种选育是降低高温危害的重要途径。其次从栽培角度，除基肥施用钾肥外，在水稻抽穗前15 d补施钾肥，提高水稻植株内的钾元素，亦可有效缓解抽穗扬花期的高温胁迫。