不同播期对水稻抗倒伏能力的影响

不同播期对水稻抗倒伏能力的影响

中国约2.3亿人口主要从事水稻，这对确保食品安全发挥了重要作用。近年来,农村优质劳动力减少,水稻机械化种植具有节本、省力、省工等优点,其种植面积大幅增加,已成为水稻种植的重要方式。水稻机械化种植易发生倒伏,倒伏会破坏群体冠层结构和降低光合速率及物质生产能力,显著影响水稻的产量和品质。水稻倒伏损失程度受倒伏类型(根倒伏或茎倒伏)、强度和时间影响,茎倒伏主要与茎秆强度、自然条件及风雨等外力密切相关。前人研究表明,水稻茎秆强度受基因调控,亦受栽培条件的影响,对水稻茎秆抗倒伏性相关的理化性状已有较多研究[7,9,14,15,16,17,18,19,20,21,22]。但前人主要针对某一特定种植方式,且四川稻区周年种植模式以菜-稻和油(麦)-稻居多,缺乏不同播期下机械化种植对水稻茎秆抗倒伏性影响的研究,而且现有研究仅以主茎为对象,缺乏群体抗倒伏性的研究。本研究以手插为对照,以应用广泛的籼型杂交中稻F优498为材料,测定不同种植方式水稻茎秆(包括主茎及分蘖茎)的物理性状和化学成分含量,探讨不同播期下机械化种植对群体抗倒伏性的影响,以期明确影响杂交籼稻机械化种植倒伏的主要理化性状,为不同茬口杂交籼稻机械化种植抗倒高产栽培技术提供理论和实践依据。1材料和方法1.1土层理化性质试验于2013年在成都市郫县古城镇花牌村基地进行。试验田前茬为蔬菜,土壤属灰棕冲积土母质发育而成的水稻土,质地为中壤。0~20cm土层pH为5.85,有机质含量31.09g/kg,全氮1.43g/kg,全磷1.12g/kg,全钾18.39g/kg,碱解氮101.97mg/kg,速效磷237.41mg/kg,速效钾28.25mg/kg。供试品种为F优498(籼型三系杂交水稻),全生育期155d左右,株高约110cm,主茎叶片数约17叶,主茎节间数平均为6个。1.2调查测定方法及主要肥土管理采用二因素裂区设计,种植方式为主区,设机械穴直播(以下简称机直播,MD)、机插(MT)、手插(AT)3个处理;播期为副区,分早播(ES)和迟播(LS)2个处理。移栽期取苗高与出叶情况表现平均水平的秧苗30株,计算叶龄和单株茎蘖数,试验设计与秧苗素质见表1。机直播选用穴距可调、播量可控的2BD-10精量穴直播机,3叶1心期间定苗为3苗/穴;机插采用钵形塑料软盘旱育秧,播种量为80g/盘,插秧机为洋马VP6高速插秧机,活棵后定苗为2苗/穴;手插旱育秧秧田播种量为10kg/667m2,2苗栽插。各小区用塑料薄膜包埂隔离,单独肥水管理,重复3次,小区面积36m2。施纯氮180kg/hm2,按m基蘖肥∶m穗肥=6∶4,其中基蘖肥以m基肥∶m分蘖肥=2∶1,穗肥以m促花肥∶m保花肥=5∶5施用。按mN∶mP2O5∶mK2O=2∶1∶2确定磷、钾肥施用量,磷肥作基肥一次性施用,钾肥按m基肥∶m穗肥(促花肥)=5∶5施用。其他管理措施按当地高产栽培要求实施。1.3测量设计和方法1.3.1秸秆力学特性测定栽插后5d(机直播4叶期)每小区选长势比较一致的连续20株水稻,用红绳圈定,对植株分蘖发生挂牌追踪。每个主茎和分蘖茎均挂上标签,在标签上写好分蘖的次级和叶位,每5d挂牌1次。0表示主茎,X/0分蘖指着生在主茎第X叶位上的一次分蘖。于齐穗后25d按平均数取样5株,按叶位测定各单茎的重心高度、穗长、节间基部至穗顶的长度、节间长度、茎秆外径(包括长径与短径)和茎壁厚度(测两次,取平均值),穗下第3(N3)、第4(N4)、第5(N5)节间的抗折力和叶片、叶鞘、节间的鲜质量。用YYD-1茎秆强度测定仪测定抗折力:将待测单茎置于测定支架上,待测节间中点与茎秆强度测定仪中点对齐(两支点间距5cm,若节间不足5cm,变支点距离为2cm,后换算),向节间中点缓慢施加压力至折断,折断瞬间的力为该节间的抗折力(kg)。按孙永健等的方法计算茎秆力学特性,被测节间基部至穗顶的鲜质量(g)=穗鲜质量(g)+该节间基部以上叶、鞘、节间鲜质量(g);弯曲力矩(WP,g·cm)=被测节间基部至穗顶的鲜质量(g)×该节间基部至穗顶的长度(cm);折断弯矩(W,g·cm)=F×L×1000/4[F为抗折力(kg),L为两支点间距离(cm)];倒伏指数(%)=弯曲力矩(g·cm)/折断弯矩(g·cm)×100;秆型指数(%)=茎秆外径(长短径的平均值,cm)/秆长(cm)×100;比茎质量(mg/cm)=节间干质量(g)/节间长度(cm)×1000。1.3.2有机成分和养分含量测定将各节间和叶鞘按主茎和分蘖茎分别装袋,于105℃下杀青60min,80℃烘干至恒重称干质量。将基部节间和叶鞘干样用100型高速万能粉碎机粉碎,过80目筛后用于测定有机成分和N、P、K含量。用FibertecTM2010纤维素测定仪测定干样纤维素和木质素含量;采用蒽酮法测定可溶性糖含量;凯氏定氮法测定氮含量;浸提-钼锑抗分光光度法测定磷含量;火焰光度法测定钾含量。1.3.3品种和计费成熟期根据各分蘖茎的标签将各级分蘖分开,单独收获和考种,考查每穗粒数、结实率和单穗重。各小区调查60穴计有效穗数,并实收核产。1.4统计分析软件应用MicrosoftExcel2007处理数据,SAS9.0软件进行其他统计分析。用LSD检验(leastsignificantdifferencetests)比较样本平均数的差异显著性。2结果与分析2.1机直播和手插对一次普通虾数和有效穗数的影响机直播处理的产量显著低于机插和手插(表2),而机插与手插差异不显著。3种种植方式的产量随播期延迟均显著降低,与早播处理相比,机直播、机插和手插迟播处理的产量分别减少了14.20%、12.85%和12.52%。有效穗数表现为机直播>手插>机插,重心高度则表现为机插>机直播>手插。相同种植方式下重心高度随播期延迟显著增加。手插处理的穗长显著短于机直播和机插,种植方式与播期的互作对主茎穗长有显著影响,机直播随播期延迟而延长,机插和手插表现却相反。每穗粒数和单穗重均以机插最高,手插次之,机直播最低。种植方式与播期对一次分蘖茎的每穗粒数存在显著的交互效应,机插和手插随播期延迟而降低,机直播反而增加。随播期延迟,机直播处理的结实率显著降低,机直播和手插的单穗重均明显降低。表明机直播处理的重心高度和有效穗数均较高,但每穗粒数和结实率较低,产量相对较低;机插和手插以大穗获得高产,重心高度也相对较低。2.2不同种植方式对秸秆各节段及其弯曲特性的影响机插处理穗下N3、N4、N5、N6节间长度之和显著高于机直播和手插处理(表3),但种植方式对穗下N1、N2节间长度之和影响不显著。基部4个节间长度之和随播期延迟呈增加趋势,大多达显著水平。从节间长度分布来看,N3、N4节间长度均表现为机插>机直播>手插,N5节间长度则是手插>机插>机直播,各节间长度随播期延迟明显增加。与主茎相比,一次分蘖茎的节间长度有所减小,这可能与高叶位分蘖茎营养生长时间较短有关。机直播处理主茎的N3、N4节间茎秆外径显著小于机插和手插,且随播期延迟表现为显著减小的趋势。从茎壁厚度来看,3种植方式下供试水稻各节间茎壁厚度均随播期延迟而显著减小。在相同种植方式下,各节间比茎质量随播期延迟大多呈明显下降的趋势。种植方式对秆型指数有显著影响,以手插最高,机插次之,机直播最低;3种种植方式早播处理各节间的秆型指数也显著高于迟播处理。与机直播和机插处理相比,手插基部节间短而粗,秆型指数高,茎秆充实度好;随播期延迟,基部节间变得长、细、薄,秆型指数和比茎质量显著减小,茎秆物理性状变差,更易发生倒伏。由表4可知,手插处理N3、N4、N5节间的弯曲力矩均显著小于机直播和机插处理。不同播期间各节间弯曲力矩差异不显著,其原因可能是播期对有效穗数影响不显著,单穗重略有下降,重心高度却有所增加。从折断弯矩来看,N3、N4、N5节间的折断弯矩均以手插最高,机插次之,机直播最低;相同种植方式N3、N4、N5节间的折断弯矩随播期延迟呈明显降低的趋势,一次分蘖茎的降幅更大。与主茎相比,一次分蘖茎各节间的弯曲力矩和折断力矩均明显降低。与手插处理相比,机直播和机插处理显著降低了各节间的折断弯矩,增大了弯曲力矩,更易发生倒伏;随播期延迟,折断弯矩显著降低,而弯曲力矩变化很小,增加了倒伏的风险。2.3机插和手插对茎干和茎干基本指标的影响不同种植方式茎秆的纤维素含量以手插最高,机直播次之,机插最低(表5);与早播处理相比,机插和手插迟播处理的茎秆纤维素的含量明显降低,机直播处理则显著增加。叶鞘的纤维素含量随播期推迟呈显著下降的趋势。机直播的茎秆木质素含量显著低于机插和手插,机直播处理较机插、手插分别低31.35%、30.37%;手插处理的叶鞘木质素含量显著高于机直播和机插处理;机直播处理的可溶性糖含量显著低于机插和手插处理。种植方式与播期的互作对茎秆的纤维素含量、木质素含量和可溶性糖含量有显著影响,机插和手插处理的这些指标随播期延迟而降低,机直播处理反而增加。叶鞘的N含量表现为机插显著低于机直播和手插;机直播处理叶鞘的P含量显著低于机插和手插处理;种植方式与播期的互作对茎秆和叶鞘的N、P含量均有显著影响,机直播和手插均随播期延迟而增加,机插反而降低。手插处理茎秆的K含量显著高于机直播和机插,叶鞘的K含量则是手插显著低于机直播和机插处理;相同种植方式下,茎秆的K含量随播期延迟显著降低。手插处理茎秆的纤维素、木质素、可溶性糖和K含量均较高,而N含量较低;机直播茎秆木质素、可溶性糖和K含量较低,N含量较高;播期推迟,纤维素、木质素和K含量有降低趋势。2.4机插和手插一次蝌蚪茎的采用由表6可见,手插处理N3、N4、N5节间的倒伏指数均显著低于机直播和机插,但机直播与机插之间的差异不显著;相同种植方式各节间的倒伏指数随播期的延迟显著增大。与主茎相比,机插和手插一次分蘖茎各节间的倒伏指数均有所增加,但机直播表现相反,这可能与机直播的一次分蘖成穗主要位于低叶位有关。进一步分析发现,不同种植方式一次分蘖的倒伏指数随叶位升高总体呈抛物线趋势,中高部叶位的倒伏指数最大;具体来看,机直播以第3~5叶位分蘖茎的倒伏指数较高,机插则是第4~6叶位,手插为第5~7叶位。究其原因,可能由于低叶位的大分蘖茎的茎秆粗壮,折断弯矩大;高叶位分蘖茎的稻穗小,弯曲力矩较小。2.5山灰价对水稻产量的影响从基部节间茎秆的理化性状与折断弯矩的相关性来看(表7),折断弯矩与茎秆外径、茎壁厚度、秆型指数、比茎质量、纤维素含量、木质素含量和K含量呈正相关,大多达显著或极显著相关;与重心高度、节间长度、有效穗数、N含量和P含量呈负相关。倒伏指数与重心高度、节间长度、弯曲力矩、N含量和P含量呈正相关,与茎秆外径、茎壁厚度、秆型指数、比茎质量、纤维素含量、木质素含量、可溶性糖含量和K含量呈负相关,部分达显著或极显著水平。每穗粒数和单穗重与折断弯矩均呈极显著正相关;水稻产量与折断弯矩呈正相关,与倒伏指数呈负相关,大多达显著或极显著水平。综合来看,茎粗、壁厚、节间充实度高、力学特性好、纤维素、木质素和K含量高,重心高度和N、P含量低,折断弯矩大,水稻表现为大穗和高产,倒伏指数未显著增加。3讨论3.1机插与机插处理对水稻茎壁厚度、秆型指数和比茎质量的影响倒伏是自身抗倒伏能力与外界环境因素共同作用的结果,提高自身抗倒伏能力是降低倒伏风险的重要途径。自身抗倒伏能力与遗传特性和栽培技术密切相关,遗传因素取决于选用品种,栽培技术包括水、肥、密等的调控。一般认为,重心高度和节间长度对抗倒伏性有较大的负效应,茎粗壁厚,茎秆充实度良好,可显著提高茎秆韧性和增强茎秆抗折力。本研究发现节间长度和重心高度与倒伏指数呈正相关,手插处理的重心高度显著低于机直播和机插处理,机插基部4个节间长度之和最长。因此,手插处理的节间配置更合理,其抗倒伏能力显著强于机直播与机插处理。大穗是高产栽培的重要表现,增加株高及单穗重使弯曲力矩加大,折断弯矩对倒伏指数的贡献率大于弯曲力矩,增强折断弯矩是解决高产与倒伏矛盾的有效途径。本研究中,茎秆外径、茎壁厚度、秆型指数和比茎质量对弯曲力矩的影响是正向的;手插处理的基部节间短而粗,秆型指数高,茎秆充实度好;机直播和机插的秆型指数和折断弯矩较手插小,弯曲力矩大,更易倒伏;与主茎相比,不同种植方式一次分蘖茎的茎壁厚度、秆型指数和比茎质量明显减小,其倒伏指数总体呈增加的趋势。水稻茎秆中贮藏物质的质量及其组成成分决定抗倒能力,一般认为纤维素、木质素等能增强细胞强度和茎秆的机械强度。杨世民等发现淀粉、纤维素和木质素含量与折断弯矩呈正相关,贮藏物质有利于增强抗倒性,茎秆N含量过高不利于贮藏物质的积累,K有利于细胞的木质化。纤维素含量高,支持细胞壁结构的物质含量多。本研究中,折断弯矩与纤维素、木质素和K含量呈正相关,倒伏指数与纤维素、木质素、可溶性糖和K含量呈负相关,与N、P含量呈显著或极显著正相关。手插处理的纤维素、木质素、可溶性糖和K含量均高于机直播和机插处理,而N、P含量低于机械化种植,其抗倒性也显著强于机械化种植。本研究中茎秆的折断弯矩与有效穗数呈负相关,与每穗粒数、单穗重和产量呈显著或极显著正相关。机直播群体较大,基部节间相对长、细、薄,有降