茍振宇，郭麗琢，2，高玉紅，2，夏張祥，王月萍，劉亞輝

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅 蘭州 730070)

倒伏是限制作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的主要因素之一[1]。構建高效防控倒伏的理論及技術體系已成為充分發(fā)揮作物生產(chǎn)潛力的關鍵。倒伏通常劃分為根倒伏和莖倒伏[2]，倒伏的發(fā)生與植株地上部和地下部性狀密切相關，二者協(xié)調(diào)生長是降低倒伏發(fā)生的關鍵。由于莖倒發(fā)生較為普遍，且莖稈取樣較根系便捷，莖倒伏的研究較為深入，以莖稈形態(tài)及其解剖結構、機械強度、生化成分等為指標的研究報道較多[3-8]。根系不僅能吸收并為地上部生長輸送所需的營養(yǎng)物質(zhì)，還對植物具有固持作用[9]，強大的根系能有效防止倒伏[10]。而根系的生長與土壤肥力及肥料運籌密切相關，缺鉀抑制根系的伸長生長和側根的發(fā)生[11]，適量增施鉀肥可顯著提高總根長、根表面積和根體積[12]。施用硅肥能顯著提高水稻根系的干物質(zhì)量，并抑制根系的過度呼吸消耗[13]，提高植株對生物脅迫和非生物脅迫的耐受能力[14-16]；硅亦能顯著增強高粱和大豆的耐缺鉀能力[17-18]，但鉀硅互作的根系生長調(diào)控及其抗倒效果鮮有報道。探索鉀硅肥施用對根系生長的影響及其抗倒調(diào)控效果，可充實抗倒伏的養(yǎng)分管理理論及技術。

胡麻(LinumusitatissimumL.)是密植作物，莖稈細弱，冠層較大，極易發(fā)生倒伏。胡麻對鉀素的需求量顯著高于禾本科作物[7]，適宜施鉀的增產(chǎn)[19]、抗倒[7]效果顯著，但抗倒評價中欠缺根系性狀的影響。我國胡麻主產(chǎn)于黃土高原，由于受黃土母質(zhì)富鉀觀念的影響，且鉀肥價格較高，生產(chǎn)中常年不施或少施鉀肥。鑒于硅素具有提高作物耐缺鉀的能力[17-18]，以及硅肥生產(chǎn)良好的社會和經(jīng)濟效益[20]，系統(tǒng)探討胡麻鉀肥施用的抗倒增產(chǎn)效果，以及鉀硅元素的耦合效應，可為制定均衡利用肥料資源的節(jié)肥、增產(chǎn)、增效的養(yǎng)分管理措施提供依據(jù)。

本研究通過田間試驗，擬探討鉀硅肥單施施用和配施施用下胡麻根系的生長狀況及植株的抗倒特性，以期為旱區(qū)胡麻生產(chǎn)中的肥料合理運籌提供依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2020年4～9月在定西市旱作農(nóng)業(yè)科研推廣中心西寨油料試驗站進行，該站位于N 35°48′、E 104°49′，海拔2 050 m，年降水量390 mm，年平均氣溫6.3 ℃，日照時數(shù)2 453 h，無霜期約213 d。試點屬于典型的黃土高原丘陵溝壑區(qū)。供試土壤為黃綿土，其耕層容重1.21 g/cm3，有機質(zhì)9.44 g/kg，全氮0.83 g/kg，全磷0.82 g/kg，速效磷25.34 mg/kg，速效鉀83.25mg/kg，有效硅121.64 mg/kg，pH 8.11。

1.1 試驗材料

供試胡麻品種為隴亞11號和定亞23號。

1.2 試驗設計

試驗采用3因素裂區(qū)設計，以品種、鉀肥用量和硅肥用量為試驗因素。品種為主處理，包括V1(隴亞11號)、V2(定亞23號)2個水平；鉀肥用量作為副處理，設K0(不施鉀)、K1(52.5 kg/hm2)、K2(105 kg/hm2)3個水平；硅肥用量作為副副處理，設Si0(不施硅)、Si1(90 kg/hm2)2個水平。試驗重復3次。鉀肥和硅肥分別采用硫酸鉀(K2O 51%)和硅酸鈉(SiO218.4%)。

各處理均施氮112.5 kg/hm2和磷75 kg/hm2，氮、磷肥分別采用尿素(N:46%)和過磷酸鈣(P2O516%)。磷、硅肥均作為基肥施用；氮肥和鉀肥的2/3作為基肥，1/3作為追肥于現(xiàn)蕾初期追施。

計劃播種密度300萬株/hm2，條播，播深3 cm，行距20 cm。副副區(qū)長6.5 m、寬4 m，面積26 m2；副副區(qū)間隔30 cm，副區(qū)間隔40 cm，主區(qū)間隔50 cm，區(qū)組間隔50 cm；試驗地四周設置1 m保護行。生長期內(nèi)無灌溉，其余田間管理同當?shù)卮筇镌耘喙芾怼?/p>

1.3 根系樣品采集及處理

分莖期和青果期，用挖掘法采集植物根系，裝于塑料自封袋中帶回實驗室，放入細孔篩浸泡在水中使土壤分離，并用流動水沖洗干凈。將干凈的根系擺放于盛水2～3 mm的透明托盤中，用根系掃描儀掃描根系，最后，將干凈的根系裝入牛皮紙袋，置于溫度為80 ℃的烘箱中，烘干至恒質(zhì)量，稱量根干質(zhì)量。

1.4 測定指標及方法

重心高度(cm)：用直尺測量莖稈基部齊泥處至該莖平衡支點的距離。莖稈抗折力(N)：采用植物倒伏儀YYD-1A/B系列數(shù)顯植物莖稈強度檢測儀測定。抗倒伏指數(shù)=(重心高度×莖稈鮮質(zhì)量)/莖稈抗折力。根系形態(tài)指標：用根系掃描儀(EPSON J331B)和根系分析軟件(WinRHIZO)，測定和分析總根長(cm)、根表面積(cm2)和根體積(cm3)。

1.5 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進行處理，利用SPSS 20.0軟件，采用Duncan方法進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 鉀硅肥配施對胡麻根系形態(tài)的影響

2.1.1 鉀硅肥配施對總根長的影響 由表1可知，品種對總根長的主效應在青果期顯著，鉀肥的主效應在分莖期顯著，硅肥在分莖期和青果期均有顯著的主效應。青果期，3個試驗因素的一級交互作用均達到極顯著水平；而3個試驗因素的二級交互僅分莖期達到顯著水平。

表1 鉀硅肥配施對胡麻總根長的影響

品種間的總根長呈現(xiàn)V1>V2的趨勢，其差異幅度隨生育進程的推進而增加，青果期V1較V2顯著提高了52.12%。施用鉀肥顯著提高了分莖期的總根長，施鉀較不施鉀提高了11.91%，鉀肥對根系伸長生長的促進作用顯著。分莖期，K1、K2分別較K0增加了19.44%和4.38%，鉀素營養(yǎng)狀況的改善促進了營養(yǎng)生長時期根系的伸長生長，為植株更好地吸收養(yǎng)分奠定了堅實的基礎，但鉀肥的促生作用呈現(xiàn)報酬遞減。硅肥的施用顯著提高了青果期的總根長，Si1較Si0顯著提高了7.84%；但卻顯著降低了分莖期根系的總長度，Si1較Si0顯著降低了11.54%，表明根系伸長生長對硅肥的響應具有顯著的生育時期差異。

品種、鉀肥和硅肥3個試驗因素，對胡麻的根長在青果期具有極顯著的一級交互作用。K0條件下配施硅肥根長降低了10.97%，K1、K2條件下施硅后的根長呈增加趨勢，分別較不施硅肥增加了23.00%和14.63%，且施用硅肥帶來的根長增加呈現(xiàn)K1>K2的趨勢；表明高供鉀條件下施用硅肥對根長的增加作用有限，低供鉀條件下配施硅肥對根系伸長生長的促進效果顯著。

2.1.2 鉀硅肥配施對根系表面積影響 由表2可知，品種和鉀肥對根系表面積的主效應在青果期達到顯著和極顯著水平，而硅肥的主效應則在分莖期達到差異極顯著水平；3個試驗因素間具有一定的交互作用。

表2 鉀硅肥配施對胡麻根系表面積影響的方差分析

品種間根系表面積的差異趨勢與根長相同(圖1)，即V1>V2，分莖期差異不顯著，青果期V1較V2提高了8.59%。分莖期和青果期，施鉀較不施鉀的根系表面積分別平均提高了7.33%、21.26%；K1、K2分別較K0提高了7.44%、4.39%和10.29%和25.18%；K2較K1分別提高了2.64%、19.91%；這表明施用鉀肥顯著提高了根系表面積，而且鉀肥用量的增加加速了根系吸收面積的擴展。硅肥對分莖期根系表面積的主效應顯著，施硅肥后分莖期的根系表面積降低了16.56%，青果期施用硅肥與否間的差異不顯著，表明單獨施用硅肥不利于營養(yǎng)生長時期根系吸收面積的增加，后期僅產(chǎn)生了等量補償效果。

分莖期和青果期的根系表面積，K1Si1、K2Si1較K0Si1提高了5.92%～34.85%，分莖期K2較K1降低了4.71%，青果期K2較K1增加了23.80%，表明在與硅肥配施時，低供鉀條件利于營養(yǎng)生長期根系表面積的增加，而生殖生長時期的根系表面積隨供鉀水平的增加而增加。

2.1.3 鉀硅肥配施對根體積的影響 由表3可知，品種和硅肥對根體積的主效應均在分莖期差異顯著，鉀肥的主效應則在青果期達到了差異顯著水平。品種和鉀肥的互作以及三因素的二級效應，僅分莖期達到差異顯著和極顯著水平。

圖上同一簇內(nèi)系列間的不同小寫字母(或字母組合)，表示處理間在0.05水平上差異顯著。Different letters among series in the same period indicate significance among treatments at 5% level.圖1 鉀硅肥配施下的胡麻根系表面積Figure 1 Effect of combined application of potassium and silicon fertilizers on root surface area of oil flax

由圖2可知，2品種的根體積呈現(xiàn)V1>V2的趨勢，品種間根體積的大小趨勢與根長和根表面積相同，但根體積的差異顯著程度隨生育進程的變化趨勢與總根長和根系表面積相反，分莖期的根體積V1較V2提高了13.18%，而青果期V1和V2的差異縮小，前者僅比后者提高了7.52%。

鉀肥對根體積的主效應大小與生育進程密切相關。分莖期，K2較K0提高了5.21%，K2較K1提高了4.21%；青果期，K1、K2分別較K0提高了10.63%和24.51%，K2較K1提高了12.55%。這表明施用鉀肥顯著增大了根體積，且在試驗的用量范圍內(nèi)，鉀肥用量的增加沒有產(chǎn)生報酬遞減；施用鉀肥擴大根體積的效應隨生育進程的推進而顯著增加。硅肥對根體積的主效應與對根表面積的影響趨勢相同，施硅肥后分莖期的根體積降低了7.57%，青果期的差異不顯著，單獨施用硅肥對前期根體積擴大的有抑制效應，后期完全消失。

表3 鉀硅肥配施對胡麻根體積影響的方差分析

鉀、硅肥對根體積的增減效果，與肥料的單施和配施密切相關。分莖期根體積K1Si1較K1Si0降低了12.34%，而青果期增加了15.15%；K2Si1較K2Si0，青果期增加了4.59%；而K2Si1較K0Si1分莖期提高了13.95%，青果期分別提高了22.71%和和31.92%；K2Si1較K1Si1，分莖期和青果期分別提高了12.82%和7.51%。表明硅肥施用與否影響鉀肥對根體積的提升效果，在同等配施硅肥條件下，根體積隨施鉀量的增加而增加。

圖上同一簇內(nèi)系列間的不同小寫字母(或字母組合)，表示處理間在0.05水平上差異顯著。Different letters among series in the same period indicate significance among treatments at 5% level.圖2 鉀硅肥配施下的胡麻根體積Figure 2 Effect of combined application of potassium and silicon fertilizer on root volume of oil flax

2.2 鉀硅肥配施對胡麻抗倒伏指數(shù)的影響

由表4可知，三個試驗因素對抗倒伏指數(shù)的主效應，分莖期均達到差異顯著或極顯著水平，而青果期僅品種的主效應顯著。品種、鉀肥和硅肥，具有試驗因素間顯著的一級交互作用，但二級效應不顯著。

由圖3可知，V1的抗倒伏指數(shù)顯著高于V2，分莖期和青果期分別提高了71.86%和7.86%，表明胡麻的抗倒伏能力具有種質(zhì)遺傳特性上的顯著差異。鉀肥對抗倒伏指數(shù)的主效應因生育進程而異，分莖期，K1、K2分別較K0提高和降低了5.65%和3.31%；青果期，三個水平之間無顯著差異；表明適量施用鉀肥能顯著增加抗倒伏指數(shù)，但鉀肥用量較高時，抗倒伏指數(shù)反而降低。施硅后抗倒伏指數(shù)極顯著提高，分莖期和青果期分別提高了11.91%和4.93%，即單獨施用硅肥有利于提高營養(yǎng)生長和生殖生長階段的抗倒伏能力提升。

表4 鉀硅肥配施對胡麻抗倒伏指數(shù)影響的方差分析

圖3 鉀硅肥配施下不同胡麻品種的抗倒伏指數(shù)Figure 3 Effect of combined application of potassium and silicon fertilizer on lodging resistance index of oil flax

鉀硅肥適宜配施的抗倒提升效果顯著。K1Si1較K1Si0，分莖期和青果期的抗倒伏指數(shù)分別增加了17.50%和29.72%；K2Si1較K2Si0，分莖期降低了8.13%而青果期提高了4.04%；K2Si1較K0Si1分莖期降低了17.76%，青果期分別提高了17.10%和11.12%；K1Si1較K2Si1，分莖期和青果期分別提高了23.28%和5.38%.以上表明，鉀肥對抗倒伏能力的調(diào)控因硅肥的施用與否而異，低供鉀條件配施硅肥利于獲得較高的抗倒伏能力。

2.3 鉀硅肥配施下胡麻根系形態(tài)與抗倒伏指數(shù)的相關性分析

由表5可以看出，分莖期，根表面積與總根長、根表面積與根體積，彼此之間存在極顯著的正相關關系，而總根長與根體積正相關但未達到差異顯著水平；抗倒伏指數(shù)與根系形態(tài)的各指標間均為正相關，但同樣未達到差異顯著水平。青果期，不僅根系形態(tài)各指標之間的正相關均達到了差異極顯著水平，而且根系形態(tài)指標與抗倒伏指數(shù)之間均為極顯著的正相關。分莖期，根系尚處于快速生長階段，且地上部分的負重較小，倒伏風險相對較低；而生殖生長階段的青果期，根系生長放緩，構型基本趨于穩(wěn)定，植株地上部分負重遠大于營養(yǎng)生長時期，此期，發(fā)達、健壯的根系，固結和支撐作用自然更加牢固，抗倒伏能力顯著提升。

3 討論

發(fā)達的根系源于適宜的土壤營養(yǎng)環(huán)境，肥料對根系的調(diào)控尤為重要。鉀素缺乏使棉花根系的總根長、根表面積和根體積降低[21]；增施鉀肥顯著擴展了油茶根系的分布空間，增加了根系的吸收面積和根長，本研究結果也表明，適量增施鉀肥可顯著提高胡麻的總根長、根表面積和根體積，且根表面積和根體積隨鉀肥用量的增加而提升，與王在滿等[10]研究結果一致。

表5 胡麻根系指標與抗倒伏指數(shù)的相關性分析

施硅顯著增加了馬鈴薯的根條數(shù)和根長[22]。隨硅肥用量的增加，糯玉米的根系總長度、根數(shù)呈先增加后下降的變化趨勢[23]。而硅肥對根系的調(diào)控與品種的硅吸收效率有關，隨硅素水平的增加，水稻根系的側根數(shù)和根總長可能減少[24]。本研究結果也表明，單施硅肥后胡麻的總根長、根系表面積和根體積并未顯著增加，但抗倒伏指數(shù)顯著提升。施硅后胡麻抗倒伏能力的提升，與硅肥對胡麻莖稈抗倒伏性狀的改善密切相關[7]。

地下部根系越發(fā)達，地上部莖稈則相對粗壯，植株的抗倒能力就越強。鉀作為植物生長的必需營養(yǎng)元素，不僅能提高作物的抗旱性，還能增強植株的抗倒伏能力[25]，本研究結果表明，適量施鉀能增加胡麻抗倒伏指數(shù)。水稻上的諸多研究表明，施用硅肥能夠使植株莖稈增粗，充實度增加，機械組織增強，從而提高抗倒伏能力[26]。本研究結果也表明了硅肥對抗倒伏指數(shù)的提升作用，這說明不僅需硅的禾本科作物適宜施硅后抗倒伏性能改善，其它含硅量相對較少的作物，適宜施硅亦能提高抗倒伏能力。適宜用量的硅鉀肥配施能有效增強水稻的抗倒伏性[27]，本研究結果中，在同等配施硅肥條件下，低供鉀條件對獲得較高的抗倒伏指數(shù)優(yōu)于高供鉀條件，與范永義[27]在水稻上的研究結果基本一致。

4 結論

適量施用鉀肥顯著提高了胡麻根系的總長度、表面積、根體積，硅肥無主效應，但二者均提高了胡麻抗倒伏指數(shù)；倒伏風險較高的青果期，抗倒伏指數(shù)與根系總長度、表面積和根體積呈極顯著正相關。試區(qū)同等土壤肥力條件下，52.5 kg/hm2的鉀肥配施90 kg/hm2的硅肥，增加了胡麻的根量和吸收面積，使其獲得了較高的抗倒伏能力。