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不同播期對水稻抗倒伏能力的影響

中國約2.3億人口主要從事水稻,這對確保食品安全發(fā)揮了重要作用。近年來,農(nóng)村優(yōu)質(zhì)勞動力減少,水稻機械化種植具有節(jié)本、省力、省工等優(yōu)點,其種植面積大幅增加,已成為水稻種植的重要方式。水稻機械化種植易發(fā)生倒伏,倒伏會破壞群體冠層結(jié)構(gòu)和降低光合速率及物質(zhì)生產(chǎn)能力,顯著影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。水稻倒伏損失程度受倒伏類型(根倒伏或莖倒伏)、強度和時間影響,莖倒伏主要與莖稈強度、自然條件及風(fēng)雨等外力密切相關(guān)。前人研究表明,水稻莖稈強度受基因調(diào)控,亦受栽培條件的影響,對水稻莖稈抗倒伏性相關(guān)的理化性狀已有較多研究[7,9,14,15,16,17,18,19,20,21,22]。但前人主要針對某一特定種植方式,且四川稻區(qū)周年種植模式以菜-稻和油(麥)-稻居多,缺乏不同播期下機械化種植對水稻莖稈抗倒伏性影響的研究,而且現(xiàn)有研究僅以主莖為對象,缺乏群體抗倒伏性的研究。本研究以手插為對照,以應(yīng)用廣泛的秈型雜交中稻F優(yōu)498為材料,測定不同種植方式水稻莖稈(包括主莖及分蘗莖)的物理性狀和化學(xué)成分含量,探討不同播期下機械化種植對群體抗倒伏性的影響,以期明確影響雜交秈稻機械化種植倒伏的主要理化性狀,為不同茬口雜交秈稻機械化種植抗倒高產(chǎn)栽培技術(shù)提供理論和實踐依據(jù)。1材料和方法1.1土層理化性質(zhì)試驗于2013年在成都市郫縣古城鎮(zhèn)花牌村基地進行。試驗田前茬為蔬菜,土壤屬灰棕沖積土母質(zhì)發(fā)育而成的水稻土,質(zhì)地為中壤。0~20cm土層pH為5.85,有機質(zhì)含量31.09g/kg,全氮1.43g/kg,全磷1.12g/kg,全鉀18.39g/kg,堿解氮101.97mg/kg,速效磷237.41mg/kg,速效鉀28.25mg/kg。供試品種為F優(yōu)498(秈型三系雜交水稻),全生育期155d左右,株高約110cm,主莖葉片數(shù)約17葉,主莖節(jié)間數(shù)平均為6個。1.2調(diào)查測定方法及主要肥土管理采用二因素裂區(qū)設(shè)計,種植方式為主區(qū),設(shè)機械穴直播(以下簡稱機直播,MD)、機插(MT)、手插(AT)3個處理;播期為副區(qū),分早播(ES)和遲播(LS)2個處理。移栽期取苗高與出葉情況表現(xiàn)平均水平的秧苗30株,計算葉齡和單株莖蘗數(shù),試驗設(shè)計與秧苗素質(zhì)見表1。機直播選用穴距可調(diào)、播量可控的2BD-10精量穴直播機,3葉1心期間定苗為3苗/穴;機插采用缽形塑料軟盤旱育秧,播種量為80g/盤,插秧機為洋馬VP6高速插秧機,活棵后定苗為2苗/穴;手插旱育秧秧田播種量為10kg/667m2,2苗栽插。各小區(qū)用塑料薄膜包埂隔離,單獨肥水管理,重復(fù)3次,小區(qū)面積36m2。施純氮180kg/hm2,按m基蘗肥∶m穗肥=6∶4,其中基蘗肥以m基肥∶m分蘗肥=2∶1,穗肥以m促花肥∶m?;ǚ?5∶5施用。按mN∶mP2O5∶mK2O=2∶1∶2確定磷、鉀肥施用量,磷肥作基肥一次性施用,鉀肥按m基肥∶m穗肥(促花肥)=5∶5施用。其他管理措施按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培要求實施。1.3測量設(shè)計和方法1.3.1秸稈力學(xué)特性測定栽插后5d(機直播4葉期)每小區(qū)選長勢比較一致的連續(xù)20株水稻,用紅繩圈定,對植株分蘗發(fā)生掛牌追蹤。每個主莖和分蘗莖均掛上標簽,在標簽上寫好分蘗的次級和葉位,每5d掛牌1次。0表示主莖,X/0分蘗指著生在主莖第X葉位上的一次分蘗。于齊穗后25d按平均數(shù)取樣5株,按葉位測定各單莖的重心高度、穗長、節(jié)間基部至穗頂?shù)拈L度、節(jié)間長度、莖稈外徑(包括長徑與短徑)和莖壁厚度(測兩次,取平均值),穗下第3(N3)、第4(N4)、第5(N5)節(jié)間的抗折力和葉片、葉鞘、節(jié)間的鮮質(zhì)量。用YYD-1莖稈強度測定儀測定抗折力:將待測單莖置于測定支架上,待測節(jié)間中點與莖稈強度測定儀中點對齊(兩支點間距5cm,若節(jié)間不足5cm,變支點距離為2cm,后換算),向節(jié)間中點緩慢施加壓力至折斷,折斷瞬間的力為該節(jié)間的抗折力(kg)。按孫永健等的方法計算莖稈力學(xué)特性,被測節(jié)間基部至穗頂?shù)孽r質(zhì)量(g)=穗鮮質(zhì)量(g)+該節(jié)間基部以上葉、鞘、節(jié)間鮮質(zhì)量(g);彎曲力矩(WP,g·cm)=被測節(jié)間基部至穗頂?shù)孽r質(zhì)量(g)×該節(jié)間基部至穗頂?shù)拈L度(cm);折斷彎矩(W,g·cm)=F×L×1000/4[F為抗折力(kg),L為兩支點間距離(cm)];倒伏指數(shù)(%)=彎曲力矩(g·cm)/折斷彎矩(g·cm)×100;稈型指數(shù)(%)=莖稈外徑(長短徑的平均值,cm)/稈長(cm)×100;比莖質(zhì)量(mg/cm)=節(jié)間干質(zhì)量(g)/節(jié)間長度(cm)×1000。1.3.2有機成分和養(yǎng)分含量測定將各節(jié)間和葉鞘按主莖和分蘗莖分別裝袋,于105℃下殺青60min,80℃烘干至恒重稱干質(zhì)量。將基部節(jié)間和葉鞘干樣用100型高速萬能粉碎機粉碎,過80目篩后用于測定有機成分和N、P、K含量。用FibertecTM2010纖維素測定儀測定干樣纖維素和木質(zhì)素含量;采用蒽酮法測定可溶性糖含量;凱氏定氮法測定氮含量;浸提-鉬銻抗分光光度法測定磷含量;火焰光度法測定鉀含量。1.3.3品種和計費成熟期根據(jù)各分蘗莖的標簽將各級分蘗分開,單獨收獲和考種,考查每穗粒數(shù)、結(jié)實率和單穗重。各小區(qū)調(diào)查60穴計有效穗數(shù),并實收核產(chǎn)。1.4統(tǒng)計分析軟件應(yīng)用MicrosoftExcel2007處理數(shù)據(jù),SAS9.0軟件進行其他統(tǒng)計分析。用LSD檢驗(leastsignificantdifferencetests)比較樣本平均數(shù)的差異顯著性。2結(jié)果與分析2.1機直播和手插對一次普通蝦數(shù)和有效穗數(shù)的影響機直播處理的產(chǎn)量顯著低于機插和手插(表2),而機插與手插差異不顯著。3種種植方式的產(chǎn)量隨播期延遲均顯著降低,與早播處理相比,機直播、機插和手插遲播處理的產(chǎn)量分別減少了14.20%、12.85%和12.52%。有效穗數(shù)表現(xiàn)為機直播>手插>機插,重心高度則表現(xiàn)為機插>機直播>手插。相同種植方式下重心高度隨播期延遲顯著增加。手插處理的穗長顯著短于機直播和機插,種植方式與播期的互作對主莖穗長有顯著影響,機直播隨播期延遲而延長,機插和手插表現(xiàn)卻相反。每穗粒數(shù)和單穗重均以機插最高,手插次之,機直播最低。種植方式與播期對一次分蘗莖的每穗粒數(shù)存在顯著的交互效應(yīng),機插和手插隨播期延遲而降低,機直播反而增加。隨播期延遲,機直播處理的結(jié)實率顯著降低,機直播和手插的單穗重均明顯降低。表明機直播處理的重心高度和有效穗數(shù)均較高,但每穗粒數(shù)和結(jié)實率較低,產(chǎn)量相對較低;機插和手插以大穗獲得高產(chǎn),重心高度也相對較低。2.2不同種植方式對秸稈各節(jié)段及其彎曲特性的影響機插處理穗下N3、N4、N5、N6節(jié)間長度之和顯著高于機直播和手插處理(表3),但種植方式對穗下N1、N2節(jié)間長度之和影響不顯著?;?個節(jié)間長度之和隨播期延遲呈增加趨勢,大多達顯著水平。從節(jié)間長度分布來看,N3、N4節(jié)間長度均表現(xiàn)為機插>機直播>手插,N5節(jié)間長度則是手插>機插>機直播,各節(jié)間長度隨播期延遲明顯增加。與主莖相比,一次分蘗莖的節(jié)間長度有所減小,這可能與高葉位分蘗莖營養(yǎng)生長時間較短有關(guān)。機直播處理主莖的N3、N4節(jié)間莖稈外徑顯著小于機插和手插,且隨播期延遲表現(xiàn)為顯著減小的趨勢。從莖壁厚度來看,3種植方式下供試水稻各節(jié)間莖壁厚度均隨播期延遲而顯著減小。在相同種植方式下,各節(jié)間比莖質(zhì)量隨播期延遲大多呈明顯下降的趨勢。種植方式對稈型指數(shù)有顯著影響,以手插最高,機插次之,機直播最低;3種種植方式早播處理各節(jié)間的稈型指數(shù)也顯著高于遲播處理。與機直播和機插處理相比,手插基部節(jié)間短而粗,稈型指數(shù)高,莖稈充實度好;隨播期延遲,基部節(jié)間變得長、細、薄,稈型指數(shù)和比莖質(zhì)量顯著減小,莖稈物理性狀變差,更易發(fā)生倒伏。由表4可知,手插處理N3、N4、N5節(jié)間的彎曲力矩均顯著小于機直播和機插處理。不同播期間各節(jié)間彎曲力矩差異不顯著,其原因可能是播期對有效穗數(shù)影響不顯著,單穗重略有下降,重心高度卻有所增加。從折斷彎矩來看,N3、N4、N5節(jié)間的折斷彎矩均以手插最高,機插次之,機直播最低;相同種植方式N3、N4、N5節(jié)間的折斷彎矩隨播期延遲呈明顯降低的趨勢,一次分蘗莖的降幅更大。與主莖相比,一次分蘗莖各節(jié)間的彎曲力矩和折斷力矩均明顯降低。與手插處理相比,機直播和機插處理顯著降低了各節(jié)間的折斷彎矩,增大了彎曲力矩,更易發(fā)生倒伏;隨播期延遲,折斷彎矩顯著降低,而彎曲力矩變化很小,增加了倒伏的風(fēng)險。2.3機插和手插對莖干和莖干基本指標的影響不同種植方式莖稈的纖維素含量以手插最高,機直播次之,機插最低(表5);與早播處理相比,機插和手插遲播處理的莖稈纖維素的含量明顯降低,機直播處理則顯著增加。葉鞘的纖維素含量隨播期推遲呈顯著下降的趨勢。機直播的莖稈木質(zhì)素含量顯著低于機插和手插,機直播處理較機插、手插分別低31.35%、30.37%;手插處理的葉鞘木質(zhì)素含量顯著高于機直播和機插處理;機直播處理的可溶性糖含量顯著低于機插和手插處理。種植方式與播期的互作對莖稈的纖維素含量、木質(zhì)素含量和可溶性糖含量有顯著影響,機插和手插處理的這些指標隨播期延遲而降低,機直播處理反而增加。葉鞘的N含量表現(xiàn)為機插顯著低于機直播和手插;機直播處理葉鞘的P含量顯著低于機插和手插處理;種植方式與播期的互作對莖稈和葉鞘的N、P含量均有顯著影響,機直播和手插均隨播期延遲而增加,機插反而降低。手插處理莖稈的K含量顯著高于機直播和機插,葉鞘的K含量則是手插顯著低于機直播和機插處理;相同種植方式下,莖稈的K含量隨播期延遲顯著降低。手插處理莖稈的纖維素、木質(zhì)素、可溶性糖和K含量均較高,而N含量較低;機直播莖稈木質(zhì)素、可溶性糖和K含量較低,N含量較高;播期推遲,纖維素、木質(zhì)素和K含量有降低趨勢。2.4機插和手插一次蝌蚪莖的采用由表6可見,手插處理N3、N4、N5節(jié)間的倒伏指數(shù)均顯著低于機直播和機插,但機直播與機插之間的差異不顯著;相同種植方式各節(jié)間的倒伏指數(shù)隨播期的延遲顯著增大。與主莖相比,機插和手插一次分蘗莖各節(jié)間的倒伏指數(shù)均有所增加,但機直播表現(xiàn)相反,這可能與機直播的一次分蘗成穗主要位于低葉位有關(guān)。進一步分析發(fā)現(xiàn),不同種植方式一次分蘗的倒伏指數(shù)隨葉位升高總體呈拋物線趨勢,中高部葉位的倒伏指數(shù)最大;具體來看,機直播以第3~5葉位分蘗莖的倒伏指數(shù)較高,機插則是第4~6葉位,手插為第5~7葉位。究其原因,可能由于低葉位的大分蘗莖的莖稈粗壯,折斷彎矩大;高葉位分蘗莖的稻穗小,彎曲力矩較小。2.5山灰價對水稻產(chǎn)量的影響從基部節(jié)間莖稈的理化性狀與折斷彎矩的相關(guān)性來看(表7),折斷彎矩與莖稈外徑、莖壁厚度、稈型指數(shù)、比莖質(zhì)量、纖維素含量、木質(zhì)素含量和K含量呈正相關(guān),大多達顯著或極顯著相關(guān);與重心高度、節(jié)間長度、有效穗數(shù)、N含量和P含量呈負相關(guān)。倒伏指數(shù)與重心高度、節(jié)間長度、彎曲力矩、N含量和P含量呈正相關(guān),與莖稈外徑、莖壁厚度、稈型指數(shù)、比莖質(zhì)量、纖維素含量、木質(zhì)素含量、可溶性糖含量和K含量呈負相關(guān),部分達顯著或極顯著水平。每穗粒數(shù)和單穗重與折斷彎矩均呈極顯著正相關(guān);水稻產(chǎn)量與折斷彎矩呈正相關(guān),與倒伏指數(shù)呈負相關(guān),大多達顯著或極顯著水平。綜合來看,莖粗、壁厚、節(jié)間充實度高、力學(xué)特性好、纖維素、木質(zhì)素和K含量高,重心高度和N、P含量低,折斷彎矩大,水稻表現(xiàn)為大穗和高產(chǎn),倒伏指數(shù)未顯著增加。3討論3.1機插與機插處理對水稻莖壁厚度、稈型指數(shù)和比莖質(zhì)量的影響倒伏是自身抗倒伏能力與外界環(huán)境因素共同作用的結(jié)果,提高自身抗倒伏能力是降低倒伏風(fēng)險的重要途徑。自身抗倒伏能力與遺傳特性和栽培技術(shù)密切相關(guān),遺傳因素取決于選用品種,栽培技術(shù)包括水、肥、密等的調(diào)控。一般認為,重心高度和節(jié)間長度對抗倒伏性有較大的負效應(yīng),莖粗壁厚,莖稈充實度良好,可顯著提高莖稈韌性和增強莖稈抗折力。本研究發(fā)現(xiàn)節(jié)間長度和重心高度與倒伏指數(shù)呈正相關(guān),手插處理的重心高度顯著低于機直播和機插處理,機插基部4個節(jié)間長度之和最長。因此,手插處理的節(jié)間配置更合理,其抗倒伏能力顯著強于機直播與機插處理。大穗是高產(chǎn)栽培的重要表現(xiàn),增加株高及單穗重使彎曲力矩加大,折斷彎矩對倒伏指數(shù)的貢獻率大于彎曲力矩,增強折斷彎矩是解決高產(chǎn)與倒伏矛盾的有效途徑。本研究中,莖稈外徑、莖壁厚度、稈型指數(shù)和比莖質(zhì)量對彎曲力矩的影響是正向的;手插處理的基部節(jié)間短而粗,稈型指數(shù)高,莖稈充實度好;機直播和機插的稈型指數(shù)和折斷彎矩較手插小,彎曲力矩大,更易倒伏;與主莖相比,不同種植方式一次分蘗莖的莖壁厚度、稈型指數(shù)和比莖質(zhì)量明顯減小,其倒伏指數(shù)總體呈增加的趨勢。水稻莖稈中貯藏物質(zhì)的質(zhì)量及其組成成分決定抗倒能力,一般認為纖維素、木質(zhì)素等能增強細胞強度和莖稈的機械強度。楊世民等發(fā)現(xiàn)淀粉、纖維素和木質(zhì)素含量與折斷彎矩呈正相關(guān),貯藏物質(zhì)有利于增強抗倒性,莖稈N含量過高不利于貯藏物質(zhì)的積累,K有利于細胞的木質(zhì)化。纖維素含量高,支持細胞壁結(jié)構(gòu)的物質(zhì)含量多。本研究中,折斷彎矩與纖維素、木質(zhì)素和K含量呈正相關(guān),倒伏指數(shù)與纖維素、木質(zhì)素、可溶性糖和K含量呈負相關(guān),與N、P含量呈顯著或極顯著正相關(guān)。手插處理的纖維素、木質(zhì)素、可溶性糖和K含量均高于機直播和機插處理,而N、P含量低于機械化種植,其抗倒性也顯著強于機械化種植。本研究中莖稈的折斷彎矩與有效穗數(shù)呈負相關(guān),與每穗粒數(shù)、單穗重和產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)。機直播群體較大,基部節(jié)間相對長、細、薄,有降

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