供氮水平对水稻抽穗期植株根系形态及养分吸收的影响

戴含，王小卉，邓莹萍，李绪孟

(湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128)

Huang Huazhan;Jingliangyou1468

氮的丰缺程度直接影响水稻根系生长发育和最终产量形成[1].供氮不足或过高均会抑制水稻根系生长，导致水稻养分吸收能力下降[2].程建峰等[3]研究发现施肥180 kg/hm2能显著提高水稻根系干物质形成和养分转运；胡香玉等[4]研究表明水培条件下氮肥优化管理相比农民习惯施肥有利于促进水稻根系生物量、长度、总表面积和体积的生长；董桂春等[5]研究认为水培条件14 mg/kg施氮处理有利于显著提高水稻总根长、总根表面积和总根体积；嵇庆才等[6]研究发现水培条件下40 mg/L施氮处理时水稻根干物质量达到最大.以上研究结论初步证实供氮水平显著影响水稻根系生长，进而影响水稻生物量和养分含量累积.

但以上研究工作多侧重于氮肥用量对水稻生长的影响，有关供氮水平对水稻养分吸收的影响研究较少，且不同水稻品种对氮素的吸收及利用也存在差异.

为了有效剔除复杂非可控因素的影响，文中在精量可控的水培条件下开展氮浓度对水稻根系形态及养分含量影响研究，探讨水稻根系形态特征和养分含量对供氮水平变化的响应规律，以期为水稻种植过程中氮肥的科学施用提供一定的理论依据和技术支持.

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019年5—10月在湖南农业大学资源环境学院教学基地进行.选择黄华占和晶两优1468两个水稻品种为供试材料，为了方便作图，分别记为HHZ和JLY1468.采用大田育秧，播种后30 d(6月15日)水稻分蘖期长到三叶一心时，选择长势一致的水稻移栽到温室大棚进行水培.水稻经历分蘖期、抽穗期和成熟期.试验周期120 d.水培营养液采用木村b营养液.试验设置5个不同氮质量浓度(0，25，50，75和100 mg/L)，依次记为CK，N1，N2，N3和N4.根据董桂春等[5]的计算方法，其对应大田施氮浓度质量比依次为0，0.025，0.050，0.075和0.100 g/kg.水溶液pH值控制在5.50±0.50，每隔3 d补充营养液[7]，每隔6 d更换1次水，每天补充蒸发的水量.水稻用定制棉和定植篮固定，漂浮板放在高30 cm、宽25 cm的容器中，漂浮板有4穴，每穴1株水稻.每个处理3个重复.

1.2 测定项目与方法

待水稻进入抽穗期15 d后取样，采用根系扫描仪LA2400测定水稻根系指标.根、茎、叶分别105 ℃杀青后80 ℃烘干，测定各器官氮、磷、钾含量.氮、磷、钾含量分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度计法测定.

1.3 数据处理与分析

利用Excel软件绘制图表.采用SPSS 22.0统计软件运用LSD法对不同处理间的差异显著性进行分析，显著性检验设定为P<0.05.

2 结果与分析

2.1 供氮水平对抽穗期水稻根系形态特征的影响

表1为供氮水平对水稻根系形态特征的影响，表中物理量为总根长Lt、总根表面积At、总根体积Vt.由表可知：相比CK，各处理下HHZ的总根长和总根体积分别增加3.56%～54.62%和75.80%～189.58%；而HHZ的总根表面积，在处理N1和N2下分别增加2.79%和36.63%，在处理N3和N4下则分别减少0.11%和14.39%.经方差分析表明，相比CK，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)，其他处理差异均不具有统计学意义.JLY1468根系形态特征变化趋势与HHZ类似，相比CK，各处理下总根体积分别增长14.66%～54.17%；处理N1和N2下，总根长和总根表面积均分别增加11.98%～13.84%和35.50%～55.76%；处理N3总根长减少5.28%，总根表面积则增加38.12%；处理N4则分别减少26.91%和3.45%.经方差分析表明，相比CK，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)；其他处理差异均不具有统计学意义.这表明适宜的氮浓度范围内，供氮水平提高可促进水稻根系生长，但供氮过高可能导致水稻根系生长受到抑制.这是由于高氮浓度对水稻根系具有一定的毒害作用，从而抑制水稻根系生长[8-10].供氮质量浓度为50 mg/L时，黄华占和晶两优1468根系生长状况最优，但其内在机制需进一步深入研究.

表1 供氮水平对水稻根系形态特征的影响

根据水稻植株根系形态特征与供氮水平的变化趋势，将HHZ和JLY1468两个水稻品种根系形态特征与施氮水平进行拟合，结果见表2.由表2可以看出，除HHZ总根长与供氮水平拟合方程效果较差外(决定系数R2仅为0.59)，其他拟合方程决定系数均在0.62以上.

表2 供氮水平与根系形态参数的拟合方程

2.2 供氮水平对抽穗期水稻根茎叶干质量的影响

图1为供氮水平对不同水稻品种根茎叶干质量m的影响.由图可知：HHZ根、茎、叶干质量均随供氮质量浓度增加呈先上升后下降的趋势.相比CK，各处理根、茎、叶干质量分别增长12.76%～71.51%，9.09%～39.94%和25.62%～104.04%.经方差分析表明，相比CK，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)，其他处理差异均不具有统计学意义.经回归分析表明：HHZ根茎叶干质量随供氮质量浓度变化趋势可分别用二次函数描述，即

图1 供氮水平对不同水稻品种根茎叶干质量的影响

(1)

式中：y代表干质量，g；x代表供氮质量浓度，mg/L.

JLY1468根茎叶干质量随供氮质量浓度变化趋势与HHZ类似.相比CK，根茎叶干质量分别增长4.12%～90.38%,19.87%～46.53%和2.12%～67.07%.经方差分析表明，相比CK，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)，其他处理差异均不具有统计学意义.经回归分析表明：JLY1468根、茎、叶干质量随氮质量浓度变化趋势可分别用二次函数表示，即

(2)

式中：y代表干质量，g；x代表供氮质量浓度，mg/L.

2.3 供氮水平对抽穗期植株氮磷钾质量比的影响

2.3.1 供氮水平对水稻植株氮质量比的影响

供氮水平对水稻植株氮质量比的影响如图2所示，图中σN为供氮质量比.相比CK，处理N1，N2和N3的HHZ根茎中氮质量比分别增长9.91%～56.31和3.96%～41.58%；处理N4下则分别降低0.45%和14.85%.叶中氮质量比分别增长13.11%～63.93%.经方差分析表明，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)，其他处理差异均不具有统计学意义.经回归分析表明：HHZ根、茎、叶氮质量比随供氮质量浓度变化趋势可分别用二次函数描述，即

图2 供氮水平对不同水稻品种植株氮质量比的影响

(3)

式中：y代表氮质量比，mg/kg；x代表氮质量浓度，mg/L.

JLY1468根、茎、叶中氮质量比变化趋势与HHZ类似，相比CK，处理N1，N2和N3的JLY1468根、茎、叶中氮质量比分别增长7.46%～52.61%，3.13%～31.25%和7.64%～48.61%；处理N4下则分别降低8.21%，13.28%和9.72%.经方差分析表明，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)，其他处理差异均不具有统计学意义.经回归分析表明：JLY1468根、茎、叶中氮质量比随氮质量浓度变化趋势可分别用二次函数描述，即

(4)

式中：y代表氮质量比，mg/kg；x代表氮质量浓度，mg/L.

2.3.2 供氮水平对水稻植株磷质量比的影响

供氮水平对水稻植株磷质量比的影响如图3所示，图中σP为磷质量比.相比CK，各处理下HHZ根、茎和叶中磷质量比分别增加13.33%～85.00%，34.78%～113.04%和8.11%～82.43%.经方差分析表明，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)，其他处理差异均不具有统计学意义.经回归分析表明：HHZ根、茎、叶磷质量比随供氮浓度变化趋势可分别用二次函数描述，即

图3 供氮水平对不同水稻品种植株磷质量比的影响

(5)

式中：y代表磷质量比，mg/kg；x代表氮质量浓度，mg/L.

JLY1468根茎叶中磷质量比变化趋势与HHZ类似，相比CK，各处理下JLY1468根、茎和叶中磷质量比分别增加13.79%～82.76%，17.11%～82.89%和21.88%～89.58%.经方差分析表明，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)，其他处理差异均不具有统计学意义.经回归分析表明：JLY1468根、茎、叶中磷质量比随氮浓度变化趋势可分别用二次函数描述，即

(6)

式中：y代表磷质量比，mg/kg；x代表氮质量浓度，mg/L.

2.3.3 供氮水平对水稻植株钾质量比的影响

供氮水平对水稻植株钾质量比的影响如图4所示，图中σK为钾质量比.相比CK，HHZ各处理下根、茎和叶中钾质量比分别增加15.38%～128.85%，5.13%～156.41%和10.81%～82.43%.经方差分析表明，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)，其他处理差异均不具有统计学意义.经回归分析表明：HHZ根、茎、叶钾质量比随供氮质量浓度变化趋势可分别用二次函数描述，即

图4 供氮水平对不同水稻品种植株钾质量比的影响

(7)

式中：y代表钾质量比，mg/kg；x代表氮质量浓度，mg/L.

对于JLY1468，相比CK，各处理下根、茎、叶中钾质量比分别增加8.06%～130.65%，23.53%～154.90%和10.42%～87.50%.经方差分析表明，除处理N2差异具有统计学意义外(P<0.05)，其他处理差异均不具有统计学意义.经回归分析表明：JLY1468根、茎、叶中磷质量比随氮质量浓度变化趋势可分别用二次函数描述，即

(8)

式中：y代表钾质量比，mg/kg；x代表氮质量浓度，mg/L.

供氮均不同程度促进了抽穗期水稻根茎叶中N，P和K质量比增加.这主要是由于增施氮肥促进了水稻根系和地上部生长，使得水稻生物量增加[11-12]，水稻根系对营养物质的吸收与摄取能力增强.处理N1和N2下，HHZ和JLY1468两个水稻品种植株中N，P和K质量比均与施氮量呈正相关关系，且处理N2下(50 mg/L)达到最优.这表明在适宜范围内提高水稻供氮水平有利于水稻器官中营养物质累积.这是因为供氮水平提高有利于水稻根系生长，促进根系对营养物质的吸收与摄取，使得水稻各器官中氮磷钾质量比明显增加.而随着供氮水平进一步提高，造成水稻植株氮素奢侈吸收，导致水稻植株根系对营养物质的吸收受到抑制[13]，造成水稻植株中激素失衡，进而降低了水稻植株对培养液中养分的吸收.这可能是造成处理N3和N4下水稻植株中N，P和K质量比相比处理N2减少的主要原因.

3 结 论

供氮可促进水稻总根长、总根表面积和总根体积增长.处理N2下黄华占和晶两优1468总根长分别增加54.62%和13.84%，总根表面积分别增加36.63%和55.76%，总根体积分别增加189.58%和54.17%.供氮均促进了黄华占和晶两优1468两个水稻品种根茎叶干质量及其N，P，K质量比累积，其随氮质量浓度增加均呈先上升后下降的趋势，其变化规律符合二次函数关系，且均在处理N2下达到最大.因此，供氮水平为50 mg/L时最适宜黄华占和晶两优1468两种水稻生长.