楊 波,徐 波,王寶祥,陳庭木,劉金波,方兆偉,盧百關(guān),劉 艷,遲 銘,徐大勇

(江蘇徐淮地區(qū)連云港農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 連云港 222001)

近年來,直播稻在黃淮稻區(qū)不推自廣。由于麥?zhǔn)諘r(shí)間和灌溉的問題,黃淮地區(qū)直播稻播期跨度大，這對水稻安全成熟和抗倒伏影響很大。直播稻具有生育期短、莖稈細(xì)、根系淺、群體過大等特點(diǎn),極易倒伏,因此倒伏成為直播稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因子之一。本試驗(yàn)選用生產(chǎn)上抗倒伏能力不同的水稻材料,采用分期直播的方式研究了根系相關(guān)性狀表現(xiàn)及其與抗倒伏的關(guān)系,旨在為直播稻抗倒伏育種和栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及供試品種

試驗(yàn)于2016～2017年在連云港市農(nóng)科院東辛試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬為空茬,土壤類型為潮鹽土,質(zhì)地較黏。0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量22.34 g/kg,全氮含量1.79 g/kg,速效磷含量12.8 mg/kg,速效鉀含量121.6 mg/kg。

供試水稻品種有：中熟中粳連粳7號,全生育期153 d;徐稻3號,全生育期149 d。早熟中粳連粳15號,全生育期145 d;連粳13ZJ61,全生育期142 d。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)本地生產(chǎn)實(shí)際設(shè)定早播(6月10日播種，處理Ⅰ)、中播(6月20日播種，處理Ⅱ)、遲播(6月30日播種，處理Ⅲ)共3個(gè)播期處理。播種方式為人工模擬機(jī)條播,行距25 cm,播種量90 kg/hm2。試驗(yàn)為裂區(qū)設(shè)計(jì),播期為主區(qū),品種為裂區(qū)，每個(gè)處理重復(fù)3次,小區(qū)面積15 m2,小區(qū)間隔40 cm。

氮肥分3次施用，其用作基肥∶糵肥∶穗肥=3∶3∶4,穗肥于倒四葉期和倒二葉期各施50%；基肥一次性施入，其還包括磷肥(P2O5)112.4 kg/hm2、鉀肥(K2O)112.4 kg/hm2。在分蘗期保持淺水層,促進(jìn)分蘗,至田間總苗數(shù)達(dá)到預(yù)期穗數(shù)的70%～80%時(shí)開始擱田,并多次輕擱;在抽穗后實(shí)行間歇灌溉、干濕交替。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 根系固持力的測定 于蠟熟期,每個(gè)品種選擇長勢一致的單株10株,在離地面20 cm處用膠帶將莖稈與彈簧秤掛鉤相連,垂直于地面向上拉到根系慢慢露出地面,彈簧秤的最大值即為根系固持力(單位為N)。

1.3.2 根系形態(tài) 在齊穗期和蠟熟期取樣，測定根條數(shù)、根粗、根干質(zhì)量。取樣時(shí)每個(gè)小區(qū)選擇長勢一致、具有代表性的50株,挖取15 cm土層內(nèi)根系,洗凈泥土,逐株計(jì)數(shù);根粗為單根直徑,測定方法為將單株根系無間隙排列在一個(gè)平面上,用游標(biāo)卡尺測定寬帶,平均根直徑為根粗。在測定總根數(shù)和根粗后用于測定干質(zhì)量。另外于齊穗期和蠟熟期,從每個(gè)小區(qū)取50株,置于40目尼龍網(wǎng)袋中用流水沖洗，獲得完整根系；剪取所有根系,測定根長、根數(shù)、根粗等形態(tài)性狀指標(biāo)；然后將所取稻株鮮根及地上部置于恒溫箱內(nèi),于105 ℃殺青30 min,再在80 ℃下烘干至恒重,稱取根質(zhì)量和地上部干質(zhì)量,計(jì)算根冠比。

于齊穗期和蠟熟期,從每個(gè)小區(qū)取根系完整、均勻分布的稻株，從上至下將圓柱形土體切割為上中下3層，分別是0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm土層,將各土層中的根系分別置于40目尼龍網(wǎng)袋中用流水沖洗干凈,于105 ℃殺青30 min,再在80 ℃下烘干至恒質(zhì)量,測定并計(jì)算各土層根質(zhì)量及其占全部根干質(zhì)量的比例。

1.3.3 產(chǎn)量及倒伏情況 在成熟期，每小區(qū)取2個(gè)觀察點(diǎn),每點(diǎn)取10個(gè)單株,共20個(gè)單株;考察每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率;用500粒實(shí)粒樣本稱重,重復(fù)3次，求千粒質(zhì)量。人工脫粒實(shí)收12 m2稻株的產(chǎn)量,測定水分,去除雜質(zhì),折算成單位面積的產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

取兩年的平均數(shù),使用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,用DPS軟件進(jìn)行其它統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)條件下直播稻的倒伏率、產(chǎn)量及其構(gòu)成

由表1可知：連粳7號、徐稻3號的抗倒能力強(qiáng),遲播連粳15號的抗倒能力一般,連粳13ZJ61的抗倒能力差。結(jié)合表2可知：連粳15號和連粳13ZJ61的熟期早,其結(jié)實(shí)率與連粳7號和徐稻3號呈極顯著差異;實(shí)產(chǎn)表現(xiàn)為連粳15號>連粳7號>徐稻3號>連粳13ZJ61；影響產(chǎn)量的主要因子是生育期,本地適宜的直播日期在6月20日前；在晚播的條件下，連粳7號的常年成熟度為70%～75%,徐稻3號的常年成熟度為80%,產(chǎn)量嚴(yán)重降低。

黃淮地區(qū)水稻品種的安全齊穗期在9月10日左右。由表2知,連粳7號、徐稻3號、連粳15號直播應(yīng)在6月20日前播種，因此，在稻麥兩熟制中，徐稻3號、連粳7號不適宜在黃淮地區(qū)直播種植。連粳15號也應(yīng)早播，才能保證安全收獲。

2.2 不同生育期直播稻的根質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和根冠比

根冠比是衡量植物地下部和地上部是否協(xié)調(diào)生長的主要指標(biāo)。由表3可以看出：連粳7號、徐稻3號在蠟熟期的根冠比在不同播期處理間呈顯著或極顯著差異；早播和晚播處理的連粳15號和連粳13ZJ61在蠟熟期的根冠比低于中播處理的。隨著播期的推遲,蠟熟期連粳15號的根冠比、根干質(zhì)量呈增長趨勢，其他品種的根冠比、根干質(zhì)量和地上部干質(zhì)量呈下降趨勢且差異顯著或極顯著;連粳7號在地上部和根干質(zhì)量增長的前提下,其蠟熟期根冠比較齊穗期極顯著下降,但其根干質(zhì)量增加了6.27%～158.2%,地上部干物質(zhì)積累增長了46.61%～66.61%;徐稻3號的根冠比和根干質(zhì)量呈下降趨勢，但無顯著差異;連粳13ZJ61的根冠比呈極顯著下降趨勢,地上部干物質(zhì)積累呈下降趨勢。值得注意的是，連粳7號和連粳15號在蠟熟期的根量較齊穗期極顯著上升,而徐稻3號和連粳13ZJ61呈衰減趨勢,表明連粳7號和連粳15號后期根不早衰。

表1 不同播期直播稻的倒伏率、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

表2 不同播期直播稻的生育期

2.3 不同生育期直播稻根系在土層中的分布

齊穗期根系分布是反映水稻生育中后期群體質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,在一定程度上影響著水稻抽穗后光合物質(zhì)的生產(chǎn)與積累、礦質(zhì)營養(yǎng)吸收與轉(zhuǎn)移、籽粒灌漿與充實(shí)、抗倒支撐能力[1]。在本試驗(yàn)的播期范圍內(nèi),連粳7號的根總干質(zhì)量為41.2～51.7 g,連粳15號為45.7～50.5 g,徐稻3號為30.7～36.4 g,連粳13ZJ61為 26.5～35.4 g。隨著播期的推遲,各品種的根干質(zhì)量均呈下降趨勢;上層根干質(zhì)量除連粳15號外均下降,占全根比例均上升;連粳7號的中層根干質(zhì)量為12.32～19.30 g，較其他3個(gè)品種同播期呈極顯著差異；中層根干質(zhì)量占全根的比例隨著播期的推遲均呈下降趨勢;下層根干質(zhì)量及其占全根的比例隨著播期的推遲均呈下降趨勢。對于中下層根干質(zhì)量的比例來說，連粳7號為36.77%～45.84%；中、晚播連粳15號為30.16%～39.80%,但其遲播時(shí)下降嚴(yán)重，只有21.19%；其他品種均低于30.00%。

相關(guān)研究表明,成熟期水稻在0～5 cm土層的根系生物量達(dá)70%以上,在0～10 cm土層的根系質(zhì)量所占比例達(dá)90%以上,即大部分的根系分布在土壤表層[2]。由表5可知：蠟熟期根干質(zhì)量表現(xiàn)為連粳15號>連粳7號>連粳13ZJ61>徐稻3號;連粳15號在蠟熟期的平均根干質(zhì)量達(dá)41.93 g，比其他品種高30%以上,且其中下層根干質(zhì)量達(dá)13 g左右,而其他品種只有8 g左右;連粳13ZJ61中下層根占全根的比例只有23.36%，極顯著低于其他品種的(30%左右)。隨著播期的推遲,各品種在蠟熟期的上層根干質(zhì)量均呈下降趨勢,占全根的比例均呈上升趨勢;中層根干質(zhì)量呈下降趨勢,占全根比例徐稻3號和連粳15號呈上升趨勢;下層根干質(zhì)量占全根比例呈下降趨勢。此外，各處理上層根干質(zhì)量最高,根干質(zhì)量隨土層深度加深而逐漸下降；連粳15號和徐稻3號的中下層根干質(zhì)量占比較高，超過30%。

表3 不同播期直播稻在齊穗期和蠟熟期的根干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和根冠比

表4 不同播期直播稻齊穗期在不同深度土壤中根系分布情況

由表6可知,隨著播期推遲,各品種的根總干質(zhì)量均大幅減少,連粳15號晚播與前兩播期呈極顯著差異; 隨著播期推遲,連粳7號和連粳15號的上層根干質(zhì)量大幅下降，而徐稻3號和連粳13ZJ61受影響較小;隨著播期推遲,連粳7號的中層根干質(zhì)量占全根比例大幅下降,徐稻3號變化不大，而連粳13ZJ61大幅增長;下層根干質(zhì)量除徐稻3號外均大幅減少;連粳7號中下層根干質(zhì)量大幅減少,上層根衰減較小,造成上層根比例增大；徐稻3號上層根衰減多而中下層根衰減少,因此下層根干質(zhì)量有大幅增長；連粳15中層根比例大幅提高。

根長、根數(shù)、根直徑是衡量根系形態(tài)性狀與根系固持力關(guān)系的幾個(gè)重要指標(biāo)[3]。由表7可見,隨著播期推遲，在齊穗期，同一品種根長變長，根數(shù)變多，根直徑變細(xì)，呈顯著差異或極顯著差異。在蠟熟期，隨著播期的推遲,除連粳15號的根長變長外,其他品種均變短；根數(shù)顯著減少;根直徑顯著變小。較齊穗期增減情況,根長除連粳15號增長外其他品種均呈下降趨勢;根數(shù)呈減少趨勢,連粳13ZJ61的下降率達(dá)18.36%～32.73%,極顯著高于其他3個(gè)品種。

隨著播期的推遲，連粳7號的單莖根系固持力下降率最高，達(dá)33.90%～44.30%；連粳15號的下降率在29.78%～44.77%；徐稻3號和連粳13ZJ61的下降率較小。試驗(yàn)結(jié)果表明：中熟中粳品種的根長、根數(shù)隨著播期的推遲呈負(fù)增長;連粳15號的最佳播期在6月20日左右,其根長增長最多,根數(shù)受播期的影響較小。

表5 不同播期直播稻蠟熟期根系在不同深度土層中的分布情況

表6 不同播期直播稻蠟熟期根系指標(biāo)較齊穗期的增減情況

由表8可知：單株根系固持力與根冠比之間的正相關(guān)性達(dá)顯著或極顯著水平,與不同時(shí)期根干質(zhì)量間的正相關(guān)性達(dá)極顯著水平,與中層根質(zhì)量間的相關(guān)性達(dá)顯著或極顯著水平,與根直徑間的正相關(guān)性達(dá)極顯著水平,與根數(shù)間的正相關(guān)性達(dá)顯著水平，與上層根質(zhì)量、較齊穗期根質(zhì)量增減、較齊穗期根數(shù)增減、較齊穗期根直徑增減呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

表7 不同播期直播稻根系形態(tài)特征和單株根系固持力的增減情況

表8 單株根系固持力與不同生育期根主要物理性狀間的相關(guān)系數(shù)

3 討論與小結(jié)

3.1 不同播期地上部和根部干物質(zhì)積累對抗倒能力的影響

不同播期使直播稻植株個(gè)體和群體的生長處于不同的氣候生態(tài)條件下,從而對養(yǎng)分和溫光等資源的利用有所不同,必然會對個(gè)體和群體的生長產(chǎn)生一定的影響。本研究結(jié)果表明,隨著播期的推遲,各類型品種直播稻的產(chǎn)量呈顯著或極顯著的下降趨勢，這與前人的研究結(jié)果一致;地上部干物質(zhì)和根干質(zhì)量均呈同步下降趨勢。至于為何有品種根冠比呈一定的上升趨勢,而此階段的干物質(zhì)積累量卻顯著下降,可能由于遲播處理分蘗期正處于溫度逐漸上升、光照日益充足的時(shí)段,能夠更好地滿足水稻分蘗對生長環(huán)境的溫光要求,此時(shí)的分蘗更為旺盛,分蘗數(shù)量較多,故其所占比例有一定的上升趨勢。遲播導(dǎo)致各生育階段的溫光資源利用減少,各時(shí)期總干物重和根總干質(zhì)量顯著減少,故出現(xiàn)比例上升而量下降的現(xiàn)象。蠟熟期光合產(chǎn)物分配于穗部的比例大,根的貯藏物質(zhì)是否有可能運(yùn)轉(zhuǎn)到穗部？根部干物質(zhì)輸出量是否隨著播期的推遲而增大？從而造成蠟熟期根冠比的下降,有待于進(jìn)一步研究。但連粳7號和連粳15號在蠟熟期的根干重不降反升，且根冠比下降小，這是其根部抗倒能力強(qiáng)的表現(xiàn)。

3.2 不同播期直播稻根系形態(tài)的差異與抗倒伏的關(guān)系

關(guān)于直播稻根系與抗倒伏關(guān)系的研究比較鮮見,其核心問題是直播稻應(yīng)具有怎樣的根系才能抗倒？目前大多數(shù)研究認(rèn)為抗倒伏能力與根粗、根長、根數(shù)、根干物重、根冠比等根系性狀相關(guān)[4]。水稻在20 cm土層內(nèi)各層根系具有較大的干質(zhì)量、體積和總長,分枝根十分發(fā)達(dá),在土壤中密集成網(wǎng),根質(zhì)量增長率較地上增長率偏低,冠根比大,維持了地上、地下部形態(tài)及機(jī)能的平衡[5]。直播稻根系固持力的大小除與表土層根系數(shù)量呈極顯著相關(guān)外,還與根系質(zhì)量有關(guān),如與根系的干質(zhì)量和纖維素含量有關(guān)[6]。李木英等認(rèn)為根系固持力與單莖根重和根數(shù)呈顯著正相關(guān)[7]。水稻根系主要分布在土壤0～20 cm耕作層內(nèi),其中60%～80%分布于土壤表層0 ～10 cm內(nèi),深層土壤分布較少[8]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),深層土壤的根干物重、根系分布是水稻抗倒伏的主要決定因子[7]。本研究結(jié)果表明，在直播栽培條件下，連粳7號的根干質(zhì)量大、根系較粗是其根部抗倒的主要特征；隨著播期的推遲，其中下層根系干質(zhì)量和根直徑均極顯著高于同播期其他品種的。徐稻3號的上層根分布少,中下層根分布多，在不同播期處理間差異小,其中下層根活力在蠟熟期持續(xù)增長不早衰是其根部抗倒的顯著特征。連粳15的根較粗且根系分布深，中下層根比例大,根干質(zhì)量大,根長和根數(shù)不隨播期的推遲而降低,但遲播不利于其根部抗倒優(yōu)勢的發(fā)揮。連粳13ZJ61的根干質(zhì)量小,中下層根比例少,抗倒能力差。相關(guān)分析結(jié)果表明,不同播期直播稻的抗倒伏能力與根冠比、根干質(zhì)量、中層根質(zhì)量、根粗、根數(shù)存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系,與上層根質(zhì)量、較齊穗期根干質(zhì)量增減、較齊穗期根數(shù)增減、較齊穗期根直徑增減存在顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.3 小結(jié)

本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著播期的推遲,各類型直播稻品種的根總干物質(zhì)明顯減少,蠟熟期根活力均呈顯著或極顯著的下降趨勢。較遲播而言,早播能使直播稻合理分配干物質(zhì),為后期的物質(zhì)生產(chǎn)能力及產(chǎn)量的提高奠定基礎(chǔ),提高根系的抗衰減能力。直播稻抗倒品種的選育應(yīng)以根干質(zhì)量大、后期不早衰、中下層根系占比高、根較粗、根數(shù)多作為根部選育目標(biāo)。