施氮对不同株型水稻品种根系还原力及产量的影响

隋亚云　全革　王文东　宋晓波　吕小红

摘  要：以穗型直立的紧凑型水稻品种沈农07425和穗型弯曲的松散型水稻品种秋光为材料，在不同氮素水平下研究两种株型水稻品种的根系还原力和产量。结果表明，紧凑型沈农07425与松散型秋光的根系还原力均遵从N3>N2>N1的关系，即随着供氮水平的增加两个品种水稻根系还原力也随之增加，施用氮肥能提高根系还原力。灌浆前根系还原力受品种株型与施氮水平互作影响较大，齐穗后受品种株型影响较大。两个品种的产量均随着施氮量的增加而显著增加，且三个施氮处理的产量显著高于PK处理，极显著高于CK处理。产量受施氮水平影响达到极显著水平，受品种株型与施氮水平的交互作用影响显著。进一步相关分析表明，拔节孕穗期的根系还原力与产量极显著正相关，可以作为筛选高产水稻品种的指标。

关键词：氮;株型;根系还原力;产量

Effect of Nitrogen Application on Root Reductivity and Yield of Rice Varieties with Different Plant Types

SUI Ya-yun ， QUAN Ge ， WANG Wen-dong ， SONG Xiao-bo ， LV Xiao-hong*

（Liaoning Saline or Alkaline Land Utilization and Research Institute， Panjin Liaoning 124010， China）

Abstract： Using the compact rice variety Shennong-07425 with upright panicles and the loose rice variety Qiuguang with curved panicles as materials， the root reductivity and yield of two rice plant types were studied under different nitrogen levels. The results obtained were described as follows. The root reductivity of both varieties followed a relationship of N3>N2>N1 indicating that the root reductivity of both varieties increased with the raise of nitrogen application. Apply nitrogen fertilizer can promote the root reductivity. The root reductivity before grout was greatly affected by the interaction between the variety plant type and nitrogen application， while after full heading it was greatly affected by the variety plant type. The yield of both varieties significantly increased with the increase of nitrogen application， and the yield of the three nitrogen application treatments was significantly higher than that of the PK treatment， and extremely significantly higher than that of the CK treatment. The yield was significantly affected by the nitrogen application， and was significantly influenced by the interaction between plant type and nitrogen application. Further correlation analysis showed that the root reductivity during the jointing and booting stage was highly significantly positively correlated with yield， and can be used as an indicator for screening high-yielding rice varieties.

Key words： Nitrogen; Plant type; Root reductivity; Yield

施用氮肥是水稻生產实现高产、养分高效利用的最直接最有效的栽培措施。此前研究结果表明，在合理施氮范围内，水稻产量随施氮量的增加而增加，施氮过多会导致米质下降，甚至减产[1-2]。施氮肥不仅可调节作物产量品质，还影响氮肥利用效率[3-4]，这种影响最快速最直接表现在根系上。作物根系是吸收养分及水分的主要器官，是产量形成的重要贡献者和土壤养分的充分利用者[5-6]。氮素对植物根系形态影响的同时，也影响着根系生理生化的变化，因研究材料、试验地点的不同而存在差异[7-10]。近年来，我国北方水稻地区培育出许多穗状直立型品种，推广应用于水稻生产。本研究以穗型不同的2个水稻品种为材料，分析不同施氮条件下不同株型水稻的根系还原力特性及其与产量之间的关系，为水稻高产高效生产提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验在沈阳农业大学水稻研究所进行，以沈农07425和秋光为材料，其中沈农07425穗型直立、株型紧凑，秋光穗型弯曲、株型松散。

1.2  试验设计

采用盆栽模拟的方式进行试验，盆钵规格为直径30 cm，高26 cm，每盆装13.25 kg土壤。土壤的基本理化性质如下：全氮含量为1.1 g/kg，全磷含量为2.8 g/kg，全钾含量为34 g/kg，碱解氮含量84.5 mg/kg，有效磷含量38.3 mg/kg，有效钾含量138.7 mg/kg，有机质含量29.8 g/kg，pH 值为5.65。

按照毛达如[11]在《植物营养研究法》中方法，设定5个不同的氮肥水平：分别为低氮（N1，土壤中氮0.1 g/kg）、中氮（N2，土壤中氮0.15 g/kg）、高氮（N3，土壤中氮0.2 g/kg）、完全不施肥（CK）、不施氮肥（PK，正常使用磷钾肥）进行实验。采取完全随机的排列方法，每个水平进行3次重复。每公顷耕地施用300 kg磷酸二铵和225 kg氯化钾。氮肥的施用分为基肥、分蘖肥和穗粒肥，按5：3：2的比例施入。其中，基肥是尿素，分蘖肥和穗粒肥是硫酸铵。磷肥和钾肥作为基肥施入耕地。育苗期为4月12日，插秧期为5月20日，每盆插栽3穴，每穴种植1株水稻。当有降雨天气时使用遮雨棚避雨。其它栽培管理措施与生产田相同。

1.3  测定指标及方法

分别于分蘖期（T1）、拔节孕穗期（T2）、齐穗期（T3）、灌浆15 d（T4）、灌浆30 d（T5）、灌浆45 d（T6）取样。每个时期各处理随机选取1盆，用水小心冲洗根系后采用TTC法[12]测定根系还原力。

收获时，各处理取有代表性的植株盆栽3盆，单盆收获，自然风干后测产。

1.4  数据处理

应用Microsoft Excel和DPS数据处理系统分析。

2  结果与分析

2.1  施氮条件下不同株型水稻品种的根系还原力的比较

通过测量根系还原力，可以评估作物的生命活力。从表1可以看出，在分蘖期，两个品种的处理方法使根系还原力增加缓慢;而在拔节孕穗期，根系还原力迅速上升，并在齐穗期达到最高峰;进入灌浆期后，根系还原力开始下降，其中在灌浆中期下降较慢，而在灌浆后期下降幅度较大。水稻在生长初期，其新根和嫩根数量众多，并且具有很强的还原能力。但是从齐穗期开始，水稻的新根逐渐老化，根的还原能力也逐渐减弱。随着生育的推进，两个水稻品种的根系还原力均不断降低。

比较水稻品种之间的根系还原力发现，除了在灌浆45 d的时候，沈农07425处理中的根系还原力都大于秋光处理中的根系还原力。这表明在水稻生长的氧化还原环境下，前者的根的呼吸更为活跃，吸收养分更多，老化的黑根相对较少，从而使得根系的代谢更加旺盛。

通过比较各种处理，发现沈农07425和秋光品种的根系还原力都遵循N3>N2>N1的趋势。随着供氮水平的增加，两个品种水稻的根系还原力也增加。因此，施用氮肥可以促进和提高根系的还原力。而且，在生长季节的早期到拔节期，以及整个生长季节中，施氮处理N1、N2和N3的根系还原力与对照PK、CK处理之间存在极显著或显著的差异。这表明较高水平的氮素可以迅速促进水稻根系的还原力，在灌浆期保持根系活力旺盛、减缓根系衰老的基础上起到了重要作用。

2.2  品种株型与施氮水平对根系还原力的交互作用分析

品种株型与施氮水平对根系还原力的影响做交互作用分析（表2）表明，自齐穗期开始水稻根系还原力受品种株型因素影响显著、极显著;在拔节孕穗期、灌浆45 d 根系还原力与施氮水平显著正相关;从分蘖期至灌浆15 d期间，根系还原力与品种株型和施氮水平二者的交互作用呈现显著或极显著正相关关系。说明品种株型和施氮水平二者的交互作用对根系还原力产生一定的正交互作用，且这种交互作用在灌浆前对根系还原力影响更强，而灌浆后品种株型对根系还原力作用更大。

2.3  施氮条件下不同株型水稻品种产量的比较

氮肥对水稻产量的影响，是对各个产量构成因素共同作用的结果[13-14]。由图1可知，两个品种的产量均随着施氮量的提高而增加，且3个施氮处理的产量显著高于PK处理，极显著高于CK处理。各处理间产量比较发现，沈农07425N1、N2、N3处理间产量差异不显著，但均极显著高于CK处理，N3处理产量极显著高于PK处理。秋光N2、N3处理间产量差异不显著，但极显著高于N1、PK、CK处理，N1处理产量极显著高于CK处理。两个品种3个施氮处理的产量较PK处理平均增加11.91%、25.63%、36.48%，较CK处理平均增加69.77%、86.30%、103.73%。

两个品种间产量比较发现，秋光N3处理的产量最高，达到16.44 t/hm2，较沈农07425最高产量14.46 t/hm2（N3处理）高13.69%。

品种株型与施氮水平对产量的影响做交互作用分析（表2）表明，產量受施氮水平影响达到极显著水平，受品种株型与施氮水平的交互作用影响显著。

2.4  施氮水平与不同株型水稻品种根系还原力及产量的相关分析

由表3可知，拔节孕穗期的根系还原力（T2）与施氮水平、产量极显著正相关，灌浆15 d的根系还原力（T4）与施氮水平显著正相关，产量与施氮水平极显著正相关。可见，拔节孕穗期的根系还原力可以反映出水稻产量的高低，可以作为筛选高产水稻品种的指标。

3  结论与讨论

根系对植物至关重要，而根系活力的强弱在一定程度上代表根系的发育状况。一些研究指出，水稻生育的中后期根系生长和活力受土壤水分和施氮量的影响较大[15]。增加施氮肥料可以增加根系的干重，同时也提高根系的活力和硝酸还原酶活性[16]。此外，孙静文等研究证明，氮素处理对水稻的根系生长和活力也具有明显的影响[17]。拔节期，高氮素水平可以快速提高根系活力，促进根系迅速生长;相反，低氮素水平对根系深扎有利，但根量不足且活力不高。抽穗期是水稻根系各指标的转折点，之后根系的生长逐渐减缓，根系活力开始下降。在生育后期，较高的氮素供应有助于维持根系活力，延缓根系的衰老。然而，沈波等人[18]认为，在乳熟期后，根系活力迅速下降，而在开花至乳熟阶段会维持根系活力。这些差异可能与所用品种不同及试验地差异造成的。本研究表明，紧凑型沈农07425与松散型秋光的根系还原力符合N3>N2>N1的关系，随着供氮水平的增加两个品种水稻根系还原力增加，施用氮肥能促进提高根系还原力。交互作用分析表明，灌浆前根系还原力受品种株型与施氮水平互作影响较大，灌浆后受品种株型影响较大。

产量是水稻生产的根本目标，而增施氮肥已成为提高产量的关键因素之一。研究表明，合理的氮肥用量和施用时期对水稻分蘖数和产量有显著影响，主要是通过增加有效分蘖数来增加有效穗数和穗粒数达到产量的提高[19-20]。张秀芝等[21]研究表明，水稻产量在一定范围内随施氮水平提高而增加。本研究也取得类似的结果，两个品种的产量均随着施氮量的增加而显著增加，且三个施氮处理的产量显著高于PK处理，极显著高于CK处理。产量与施氮水平间存在极显著正相关关系，与品种株型与施氮水平二者的交互作用存在显著正相关关系。进一步分析各时期的根系还原力与产量的相关性发现，拔节孕穗期的根系还原力可以反映出水稻产量的高低，可以作为筛选高产水稻品种的指标。

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基金项目：辽宁省博士科研启动基金项目（20141169），辽宁省科技厅重大攻关项目（2008201002）。

收稿日期：2023-06-26

作者简介：隋亚云（1972-），女，副研究员，主要从事成果转化与技术推广工作。

*通讯作者：吕小红（1983-），女，研究员，主要从事水稻高产栽培研究。