中微量元素肥料不同用量对超级稻品种倒伏及产量的影响

李惠芬　张彬　黄庆　刘怀珍　陆秀明　邹积祥　陈永　黄庆（广东省农业科学院水稻研究所/广东省水稻育种新技术重点实验室，广州50640；广东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部南方植物营养与肥料重点实验室，广州50640；通讯作者：3600466683@39.com）



中微量元素肥料不同用量对超级稻品种倒伏及产量的影响

李惠芬1张彬1黄庆1*刘怀珍1陆秀明1邹积祥1陈永2黄庆2
（1广东省农业科学院水稻研究所/广东省水稻育种新技术重点实验室，广州510640；2广东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部南方植物营养与肥料重点实验室，广州510640；*通讯作者：13600466683@139.com）

摘要：为了明确中微量元素肥料（主要成份CaO、MgO、SiO2和ZnO含量分别为20%、12%、10%和3%）不同用量对超级稻抗倒伏能力和产量形成的影响，于2014年早、晚季以超级稻品种天优3618为材料，设置4个用量水平（F0，对照，全生育期不施用，F1、F2和F3用量分别为25 kg/667 m2、50 kg/667 m2和75 kg/667 m2）进行大田试验，研究中微量元素肥料施用对水稻的茎秆抗折力、形态结构和产量形成的影响。结果表明，中微量元素肥料的施用显著降低了早晚稻的倒伏指数和重心高度，与对照相比，F1和F2处理分别使水稻的倒伏指数和重心高度下降10.50%、8.37%和2.56%、2.22%；显著提高了水稻的单株和单茎抗折力、节间抗折力、节间的鲜质量百分比和茎壁厚度，分别较对照平均提高10.78%、13.49%、12.33%、11.93%和4.81%；同时基部不同节间对中微量元素肥料的响应存在差异，其中第2节间倒伏指数的下降幅度较第3节间多5.51个百分点，而第2节间的鲜质量百分比、鲜质量/干质量、茎壁厚度和粗度则分别多增加3.55个、2.41个、0.98个和0.19个百分点；中微量元素肥料的施用也有利于水稻产量的形成，但除成穗率和抽穗期绿叶面积外，其他指标各处理与对照的差异并未达显著水平。上述结果表明，中微量元素肥料能提高水稻的抗倒伏能力，有利于水稻产量的形成，其适宜用量为25～50 kg/667 m2。

关键词：超级稻；中微量元素；倒伏；茎秆形态结构；产量形成

倒伏是水稻生产普遍存在的问题，它主要改变水稻的群体结构，导致养分的合成、储存和运输受阻，严重影响产量和品质，同时也增加水稻收割的难度［1-2］。倒伏发生后常常会使水稻产量下降10%～30%，甚至绝收，是限制水稻高产、稳产和优质的重要因素，特别是台风发生频繁的东南沿海稻区［3-10］。因此，提高水稻抗倒伏能力对水稻高产稳产具有重要意义［1，3-4，10-15］。品种选育是提高水稻抗倒伏能力的重要途径［16-18］，但养分施用及田间管理技术优化仍是提高水稻抗倒伏能力的关键措施［10-15］。目前，学者们在氮、磷、钾三大元素对水稻抗倒伏的影响方面做了大量研究［5-12，19］。相关研究发现，常规营养元素的施用改变了水稻茎鞘中硅、钙、镁、铁、锌等矿质元素的含量，从而影响茎秆倒伏指数和抗倒能力［4，10，15］。也有学者研究发现，微量元素如钙、镁、硅元素对提高水稻抗倒伏能力具有重要作用［20-24］。但目前相关的研究主要是针对常规元素（如氮磷钾）或微量元素（锌镁铜）［2，12，19-21］，对中量元素和微量元素组合及其用量的研究还很少涉及。因此，本研究于2014年早、晚季以超级稻品种天优3618为材料，设置4种中微量元素肥料用量水平，研究水稻的抗倒伏能力、茎秆形态结构和产量形成对中微量元素肥料不同用量的响应特征，明确其适宜用量，为水稻高产稳产优质高效栽培及合理施用中微量元素肥料提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验概况

试验于2014年早、晚季在广东省农业科学院大丰试验基地（北纬23°09'、东经113°22'，年平均气温21.8℃，无霜期345 d，年降雨量1 694 mm）进行。试验田土壤为壤土，其0～20 cm耕层养分状况：有机质27.8%，全氮1.4 g/kg，有效磷58.3 mg/kg，速效钾129 mg/kg，交换性钙132 mmol/kg，交换性镁5.6 mmol/kg，有效锌7.51 mg/kg，有效硅178.4 mg/kg，pH值7.14。种植品种为天优3618，插植方式手插，每丛2苗，株行距16.5 cm×20.1 cm。早稻3月12日播种、4月6日插秧，晚稻7月23日播种、8月9日插秧，井水灌溉，干湿交替管理。关键生育时期各处理氮肥、钾肥和磷肥运筹相同。其中，氮肥（尿素）总量12.0 kg/667 m2，分基肥、返青肥、始蘖肥和穗肥进行施用，比例3∶2∶3∶2；钾肥（氯化钾）总量20.9 kg/667 m2，分基肥、蘖肥和穗肥进行施用，比例3∶3∶4；磷肥（过磷酸钙）总量26.8 kg/667 m2，作基肥一次性施用。

1.2试验设计

试验用中微量元素肥料（主要成分CaO、MgO、SiO2和ZnO含量分别为20%、12%、10%和3%）作基肥一次施用，设置F0（对照，全生育期不施用）、F1（总量25 kg/ 667 m2）、F2（总量50 kg/667 m2）和F3（总量75 kg/667 m2）4个施用水平，3次重复，随机区组排列，小区面积4 m×5 m。其他田间管理与当地习惯栽培相同。

1.3研究内容及方法

1.3.1单株抗折力

水稻齐穗后25 d在各小区随机选取连续20株，采用日本DIK公司生产的DIK-7401（仪器配备有9.8 N/40mm的白色弹簧、19.6N/40mm的黄色弹簧和39.2 N/40mm的红色弹簧，本试验根据水稻生长特征选用弹力系数19.6N/40mm的黄色弹簧）植物倒伏测试仪进行测量［20］。测定时借助水平仪和自制辅助架，在稻株距地面20 cm高处，垂直于稻株茎秆向前推，将稻茎推弯至45°时，植物倒伏测试仪记录的压力值即为该株水稻的抗折力，所测20株的平均值作为该小区水稻单株的抗折力。同时，考察每株有效穗数，用单株抗折力除以有效穗数即为单茎抗折力。

1.3.2单茎抗倒特征

齐穗后25 d，按每小区平均茎数随机取样5丛，每丛取代表性单茎3条，共15条单茎合并为1个样本，测定以下项目。

重心高度和单茎鲜质量：将茎秆剪去地下部分后放在一支点上，左右移动茎秆使茎秆保持水平，测量支点到茎秆基部节间末端长度，称量单茎鲜质量。

节间长度和节间鲜质量：从茎秆节点处剪断，将茎秆分成若干节间。基部第1伸长节间称为第1节间，用I1表示；依次向上，分别为第2节间（I2）和第3节间（I3）。分别测定茎秆各节间的长度及鲜质量。

节间抗折力：用YYD-1茎秆强度测量仪（浙江托普仪器有限公司生产）测定。将基部≥5.5 cm节间水平放置在两支点上（间距5 cm），在节间中点施力使其折断，力的大小即为该节间抗折力（N），若节间长度＜5.5 cm则不测。

节间粗度和茎壁厚度：将节间从中部截断，用数显游标卡尺分别测量其长轴外径和短轴外径，取平均值为节间粗度，测量长轴和短轴与茎壁4个交点处的厚度，取平均值为茎壁厚度，各节间相关指标测定后，烘干至恒质量，称量干质量。

同时，计算基部节间的鲜质量百分比（各节间鲜质量占单茎鲜质量的百分比）、弯曲力矩和倒伏指数［14-15］。弯曲力矩=节间基部至穗顶的长度（cm）×该节间基部至穗顶的鲜质量（g）×0.001×9.8；倒伏指数（cm·g/N）=弯曲力矩/抗折力×100，倒伏指数越大，则茎秆越易倒伏，以倒伏指数200为抗倒伏临界值［25］。

1.3.3产量及产量构成

成熟时每小区随机取10株考察每穗粒数、结实率和千粒重，同时每小区随机选取5个点，每个点2 m2，收割脱粒测定水稻产量。

1.4数据处理

采用Microsoft Excel 2007处理数据，SPSS 17.0软件统计分析数据，SigmaPlot 12.0绘图。

2　结果与分析

2.1单株和节间抗折力

从表1可见，中微量元素肥料显著增加了水稻单株和单茎的抗折力，且不同用量对单株和单茎的影响存在差异。与对照相比，中微量元素肥料使早晚稻单株和单茎抗折力平均分别提高10.78%和13.49%，且差异都达显著水平。同时分析也发现，随中微量元素肥料用量增加，水稻单株和单茎的抗折力并未增加，F1、F2、F3处理之间差异未达显著水平。

与单株抗折力规律相同，中微量元素肥料的施用显著提高了早晚季水稻节间抗折力，使早晚稻基部节间的抗折力平均提高12.33%，且对I2的影响大于I3（平均分别提高11.63%和8.74%）（表1）。另外表1也显示，随中微量元素肥料用量的增加，水稻基部节间抗折力的增幅却逐渐减小，F1、F2和F3处理比对照分别平均提高12.61%、9.99%和7.96%，3个处理间差异也未达显著水平。

2.2节间倒伏指数

从图1可以看出，中微量元素肥料的施用降低了水稻基部节间的倒伏指数，从而增加了水稻的抗倒伏能力。F1和F2处理与对照相比，早晚稻平均分别降低10.50%和8.37%，差异显著；F3处理也降低了水稻的抗倒伏指数，但仅降低3.28%，与对照差异不显著。数据分析还发现，中微量元素肥料对节间倒伏指数的影响表现为I2＞I3。其中，F1、F2和F3处理使早晚稻I2和I3的倒伏指数平均分别降低15.04%、12.27%、3.10%和5.96%、4.46%、3.46%，即第2节间较第3节间平均多降低5.51个百分点。统计分析发现，除早稻I2外，各处理间差异也未达显著水平。

表1　中微量元素肥料不同施用量处理对水稻单株和节间抗折力的影响

表2　中微量元素肥料不同施用量处理水稻茎高、茎鲜质量、节间鲜质量百分比和重心高度

图1　中微量元素肥料不同施用量处理水稻基部节间倒伏指数

2.3茎秆形态特征

表2数据表明，中微量元素肥料的施用没有影响水稻的茎高和单茎鲜质量，但不同程度的增加了I1、I2 和I3的鲜质量百分比。相对于对照，各节间鲜质量百分比增加幅度表现为I1＞I2＞I3，平均分别增加14.80%、12.27%和8.72%。而中微量元素肥料不同施用量对各节间鲜质量百分比的增加幅度表现为F1＜F2＜F3，平均分别增加6.71%、10.73%和15.18%，且各处理对I2和I3的影响达显著水平。重心高度表现出相反的规律，F1、F2和F3处理使晚稻植株的重心高度平均分别降低了2.56%、2.22%和1.62%，F1和F2处理与对照的差异达显著水平。

从表3可见，中微量元素肥料的施用显著增加了水稻基部节间的鲜质量/干质量比、茎壁厚度和粗度，相对于对照，早晚稻平均分别提高5.51%、6.02%和6.64%。节间体积表现为F3处理略有增加（平均提高了2.17%），F1和F2处理略有下降（平均分别下降1.20% 和0.89%），各处理与对照的差异未达显著水平。通过比较还发现，中微量元素肥料不同施用量对水稻茎秆形态结构的影响存在差异，其中鲜质量/干质量比表现为F2＞F3＞F1，F2处理对基部节间的影响较F3和F1处理平均分别高0.40个和0.17个百分点；节间的茎壁厚度和粗度表现为F1、F2＞F3，相对于对照，F1和F2分别较F3早晚季平均分别多提高2.06个、2.13个和0.47个、0.17个百分点。另外，表3还显示（相对于对照），中微量元素肥料对早晚季水稻基部节间的长度、鲜质量/干质量、茎壁厚度和粗度的影响表现为I1＞I2＞I3。其中，鲜质量/干质量和茎壁厚度平均分别提高4.09%、6.55%、4.14%和5.16%、5.13%、4.15%，影响达显著水平；节间粗度分别提高0.87%、0.95%和0.76%，但差异未达显著水平。

表3　中微量元素肥料不同施用量处理水稻基部节间的鲜质量/干质量比、长度、茎壁厚度、粗度及体积

表4　中微量元素肥料不同施用量处理水稻物质生产特征

2.4物质生产特征及产量构成

从表4可见，中微量元素肥料有利于水稻产量的形成，各处理早晚稻产量由小到大的顺序分别表现为F0＜F1＜F2＜F3和F0＜F1＜F3＜F2，但处理间差异不显著。从表4还可以看出，中微量元素肥料的施用增加了水稻的有效穗数、成穗率、抽穗期的绿叶面积和生物量，但除成穗率和抽穗期绿叶面积外，各处理间的差异不显著。

从表5可见，中微量元素肥料的施用对水稻产量构成无显著影响。其中，每穗粒数和结实率F1和F2处理分别下降2.88%、1.86%和0.33%、0.87%，F3处理则分别增加1.44%和1.03%；千粒重F1和F2处理分别增加0.54%和0.99%，F3处理有增有减。

3　讨论与结论

3.1中微量元素肥料不同施用量对水稻抗倒伏能力的影响

合理施用氮磷钾及钙、镁、硅等常量和微量元素会使植物茎秆粗壮，强度增大，机械性能改善，从而提高水稻的抗倒伏能力［27-29］。本研究结果表明，中微量元素肥料的施用提高了水稻单株和单茎节间的抗折力、降低了各节间的倒伏指数，从而提高了水稻的抗倒伏能力，但不同用量对水稻的抗倒伏特征存在差异，单株表现为用量25 kg/667 m2的处理提高最显著，且对晚稻的影响大于早稻。李国辉等［11，20］的研究也发现类似规律。同时数据也表明，中微量元素肥料对第3节间倒伏指数的降低效应显著低于第2节间，这表明第2和第3节间是中微量元素肥料提高水稻抗倒伏能力的关键［30-33］。

表5　中微量元素肥料不同施用量水稻产量构成

3.2中微量元素肥料不同施用量对水稻茎秆形态结构特征的影响

大多研究表明，水稻的抗倒伏能力与基部节间的粗度、厚度和物质积累呈极显著正相关，而与重心高度、株高、节间长度和体积呈显著或极显著负相关［2，4，11，33-34］。本试验研究发现，中微量元素肥料的施用对植株的高度、鲜质量、节间的长度和体积没有显著影响，但降低了植株的重心高度，显著提高了第1、2和3节间鲜质量百分比、鲜质量/干质量比、茎壁厚度和粗度，也发现各处理对各节间形态结构的影响存在差异。虽然25 kg/667 m2中微量元素肥料处理对水稻重心高度的降低幅度最大，但与50 kg/667 m2和75 kg/667 m2处理的差异并不显著，而基部节间的厚度和粗度则表现出显著差异，这表明基部节间的物质积累比重、节间茎壁的厚度和粗度是中微量元素提高水稻抗倒伏能力的主要原因。同时，试验结果显示，75 kg/667 m2中微量元素肥料处理对节间的体积和长度有增加的趋势，虽然差异不显著，但这不利于水稻抗倒伏能力的提高，这可能是导致其对水稻抗倒伏能力提高在3个处理中最小的主要原因。

3.3中微量元素肥料不同施用量对水稻产量形成的影响

相关研究发现，钙、镁、硅肥有利于水稻产量的形成和提高［20-23，26］。本试验结果表明，中微量元素肥料不同施用量水稻产量差异未达显著水平，虽然水稻产量形成指标如有效穗数、生物量积累、每穗粒数、结实率、成穗率和抽穗期绿叶面积等大多表现为增加，但仅成穗率和抽穗期绿叶面积显著提高。由于本试验是一定氮磷钾肥运筹下中微量元素肥料不同用量作基肥一次性施用的研究，没有进行关键生育期及与氮磷钾肥运筹的研究。因此，既能显著提高水稻抗倒伏能力，又能显著增产的中微量元素肥料施用时间和方法还有待下一步深入的研究。

本试验研究表明，中微量元素肥料能提高水稻的抗倒伏能力，主要得益于水稻单株的抗折力，基部节间的抗折力、茎壁的厚度和粗度的增加，水稻茎的重心高度和基部节间的倒伏指数的下降，对水稻茎秆高、鲜质量、基部节间长度和体积以及水稻产量的形成没有显著影响。在中微量元素肥料不同用量中，25～50 kg/667 m2的用量对水稻抗倒伏能力的提高最大，且有利于水稻产量的提高。

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Effects of Secondary Element and Microelement Fertilizer Application on Lodging Resistance and Yield of Super Rice

LI Huifeng1，ZHANG Bin1，HUANG Qing1*，LIU Huaizhen1，LU Xiuming1，ZOU Jixiang1，CHEN Yong2，HUANG Qing2
（1Rice Research Institute，Guangdong Academy of Agriculture Sciences / Guangdong Provincial Key Laboratory of New Technology in Rice Breeding，Guangzhou 510640，China；2Institute of Agricultural Resource and Environment，Guangdong Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Plant and Fertilizer in South Region，Ministry of Agriculture，Guangzhou，510640，China；*Corresponding author：13600466683@139.com）

Abstract：A field experiment was carried out to investigate the effects of secondary element and microelement fertilizer（main component contains CaO，MgO，ZnO and SiO2，with content of 20%，12%，10%and 3%，respectively）on the lodging resistance and yield of Tianyou 3618，at Guangzhou with four levels of fertilizer application（F0，F1，F2 and F3 referred to 0，25，50 and 75 kg/667 m2in whole growth period，respectively）in 2014. The results showed that secondary element and microelement fertilizer decreased the lodging index and the height of gravity center. The lodging index of F1 and F2 treatments were significantly decreased by 10.50%and 8.37%respectively，and the gravity center height were decreased by 2.56%and 2.22%respectively. The breaking resistance of the plant，stem，and basal internodes were significant increased by 10.78%，13.49%and 12.33%，and the fresh weight percentage and culm wall thickness of the internode were significant increased by 11.93%and 4.81%，respectively.The secondary and microelement fertilizer had significant effects on the lodging index of basal internodes. Compared with the third internodes，the lodging index of second internode decreased by 5.51 percentage points，and the internode fresh weight percentage，fresh weight/dry weight，internode culm wall thickness and internode diameter increased by 3.55，2.41，0.98 and 0.19 percentage points. The secondary and microelement fertilizer significant increased the spike rate and green leaves area of the heading period. These results showed that the secondary and microelement fertilizer was beneficial to the formation of rice yield，improved rice lodging resistance. The suitable amount of the secondary and microelement fertilizer application was 25～50 kg/667 m2.

Key words：super rice；secondary and microelement fertilizer；lodging；morphological traits of stem；yield formation

中图分类号：S511.062

文献标识码：A

文章编号：1006-8082（2016）02-0021-06

收稿日期：2015－09－25

基金项目：农业部公益性行业专项“超级稻新品种选育与示范推广”（农财发［2008］52号，［2009］47号，［2010］31号）；广东省产业体系建设：水稻产业创新团队-耕作栽培与土肥岗位专家（2009-2013）；广东省农业科学院院长基金（201302）；广州市科技攻关项目（穗科信字［2013］161号）；广东省科技厅农业攻关项目（2012B0203010 11）；广东省科技厅星火计划项目（2012B020301012）