鎂鉀配施對水稻產(chǎn)量的影響

杜明 那永光 劉美秋

(黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

鉀是植物生長發(fā)育必需營養(yǎng)元素之一，在植物體內(nèi)以離子的形式存在，具有滲透性、流動性和再利用性的特點(diǎn)[1]。鉀參與植物體內(nèi)60多種酶的活化，并通過影響葉片氣孔大小和數(shù)量來調(diào)節(jié)O2和CO2的交換量，進(jìn)而影響作物的光合作用[2]。鉀還影響植物體內(nèi)碳水化合物的合成和運(yùn)輸，前人研究顯示，低鉀脅迫降低水稻葉片光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化速率[3]。

鎂是葉綠素的中心原子，位于咔啉環(huán)的中間[4]。缺鎂會破壞植物葉綠素結(jié)構(gòu)，減少基粒數(shù)和類囊體數(shù)，缺鎂嚴(yán)重時(shí)，植物葉片出現(xiàn)失綠和壞死癥，影響植物的光合作用[5]。此外，鎂還通過影響植物體內(nèi)糖和淀粉含量，以及莖鞘內(nèi)干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)來影響作物的籽粒產(chǎn)量[6]。前人研究表明，施用鎂肥能夠提高作物產(chǎn)量。在缺鎂紅壤上，鎂肥用量187.5kg·hm-2可提高水稻分蘗期、拔節(jié)期和抽穗期葉片葉綠素含量，提高有效分蘗數(shù)量，最高增產(chǎn)18%左右[7]。有趣的是，這2種營養(yǎng)元素間存在著互作效應(yīng)，即一種營養(yǎng)元素的施用影響另一種元素的吸收和利用[8]。研究表明，施鉀會降低植物對鎂素的吸收，主要是限制鎂素從根向地上部的運(yùn)輸[9]。在低鉀低鎂土壤上，施鎂能夠促進(jìn)植物對鉀素的吸收，但過量施鎂則降低鉀素吸收；當(dāng)供鉀充足時(shí)，施鎂則促進(jìn)鉀的吸收，即在適量施用鉀肥和鎂肥條件下，二者表現(xiàn)出協(xié)同促進(jìn)的作用，提高作物的產(chǎn)量[10]。本研究采取小區(qū)試驗(yàn)形式，研究鎂鉀肥配施對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為寒地水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培管理提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和地點(diǎn)

試驗(yàn)在黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院水稻研究所進(jìn)行(N46°75′，E130°43′)。試驗(yàn)粳稻品種為“墾稻23”。該品種為主莖12片葉品種，株高88cm，每穗粒數(shù)88粒，千粒重27.1g。稻田土壤為白漿土，基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)28.3g·kg-1、pH值7.7、速效氮118.9mg·kg-1、速效磷12.6mg·kg-1、速效鉀86.9mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)3水平鉀肥和鎂肥，共9個(gè)施肥組合，見表1。每處理3次重復(fù)，共計(jì)27個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積16m2。鉀肥為K2SO4(50%)，鎂肥為MgSO4·7H2O(99%)。鉀肥分2次施用，分別為基肥施50%，穗肥施50%；鎂肥分2次施用，分別為基肥90%，10葉期施10%，追施的鎂肥混入細(xì)土中撒勻。氮肥和磷肥按當(dāng)?shù)氐氖┓史绞绞┯茫茨蛩?46%N)用量為200kg·hm-2，基∶蘗∶調(diào)∶穗為4∶3∶1∶2；磷酸二胺(46%P2O5；18%N)用量為120kg·hm-2。做基肥一次性施入。其他栽培管理措施與當(dāng)?shù)匾恢隆?/p>

表1 施肥處理

1.3 取樣和測量

分別于有效分蘗臨界期(9葉期)、拔節(jié)期(11葉期)、抽穗期和成熟期調(diào)查水稻莖數(shù)；依據(jù)調(diào)查結(jié)果取樣測定水稻干物質(zhì)積累量，每處理取樣3穴，莖葉分離后在烘箱內(nèi)105℃殺青40min，之后80℃烘干至恒重。用比重法計(jì)算水稻葉面積；于有效分蘗臨界期(9葉期)、拔節(jié)期(11葉期)、抽穗期用葉綠素測定儀測定水稻葉片SPAD值。成熟期取樣考種，每處理取3穴，風(fēng)干后測定產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)用Excel 2010和SPSS 23.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Sigma Plot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎂鉀肥配施對水稻生長發(fā)育的影響

不同鎂鉀肥組合對水稻各生育期莖數(shù)、葉面積指數(shù)和SPAD有顯著影響，見圖1。水稻平方米莖數(shù)隨生育時(shí)間的推移呈先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢，見圖1a，在拔節(jié)期達(dá)到最高，且施肥處理間存在差異。在每個(gè)生育期，無論是否施鎂肥，K1和K2水平水稻莖數(shù)均高于不施鉀處理。在K1和K2水平上，施鎂能增加水稻莖數(shù)。在所有處理中,K1Mg1高于其他處理，K0Mg0、K0Mg1和K0Mg2均低于其他處理。這說明在低鉀供應(yīng)條件下，施鎂對水稻莖數(shù)無顯著影響。在施鉀基礎(chǔ)上，增施鎂肥能進(jìn)一步增加水稻各生育期莖數(shù)。

圖1 不同鎂鉀施肥組合對水稻的影響

水稻葉面積指數(shù)隨生育期的推移呈先增加后下降趨勢，在抽穗期達(dá)到最高，見圖1b，且施肥處理間存在差異。無論是否施鎂，施鉀均提高各生育期水稻葉面積指數(shù)。在K1水平上，鎂肥用量為100kg·hm-2時(shí)水稻葉面積指數(shù)高于其他2個(gè)處理；在K2水平上，鎂肥用量為200kg·hm-2時(shí)最高。水稻SPAD值隨生育期的推移呈逐漸下降的趨勢，見圖1c。施鉀顯著提高水稻SPAD值，且在相同施鉀水平上，施鎂進(jìn)一步提高了SPAD值。其中，K1Mg1和K2Mg2高于其他處理。

2.2 鎂鉀肥配施對水稻干物質(zhì)積累的影響

由表2可知，不同鎂鉀肥配比影響水稻各生育期干物質(zhì)積累和干物質(zhì)比例。施鉀顯著提高水稻各生育期干物質(zhì)積累，且在大多數(shù)情況下，同時(shí)施用鎂鉀水稻干物質(zhì)積累均高于單獨(dú)施鉀肥處理。在拔節(jié)期，K1Mg1處理的干物質(zhì)積累高于其他處理；在拔節(jié)期至抽穗期以及抽穗期至成熟期，K1Mg1和K2Mg2處理干物質(zhì)積累高于其他處理。各生育期干物質(zhì)積累占成熟期總干物質(zhì)積累量的比例在處理間存在差異。在拔節(jié)期，無論是否施鎂肥，不施鉀3個(gè)處理的干物質(zhì)比例均高于其他處理。其中，K2Mg2處理的比例最低。但在拔節(jié)期之后，同時(shí)施用鎂肥和鉀肥處理干物質(zhì)比例高于不施鉀處理。特別是在拔節(jié)期至抽穗期，K1Mg1和K2Mg2處理干物質(zhì)比例高于其他處理。

表2 不同鎂鉀施肥組合對水稻各生育期干物質(zhì)積累和比例的影響

2.3 鎂鉀肥配施對水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響

鎂鉀肥施用對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素有顯著影響，見表3。施用鎂鉀肥能提高水稻平方米穗數(shù)和每穗粒數(shù)，但對千粒重和結(jié)實(shí)率無顯著影響。施鉀提高水稻平方米穗數(shù)，但只有在鎂肥和鉀肥同時(shí)施用的條件下表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)，其中，K1Mg1、K1Mg2和K2Mg2處理高于其他處理。與不施鉀肥處理相比，無論是否施用鎂肥，施鉀均提高了每穗粒數(shù)，且除了K1Mg2外，其他處理均達(dá)到顯著水平。其中，K1Mg1的每穗粒數(shù)最高。不施鉀時(shí)，無論是否施鎂肥水稻產(chǎn)量均無顯著差異。與不施鉀肥處理相比，施鉀顯著提高水稻產(chǎn)量，無論是否施鎂肥。在施鉀水平上，施鎂肥進(jìn)一步增加水稻產(chǎn)量。在K1水平上，隨鎂肥用量增加，水稻產(chǎn)量先增加后降低；在K2水平上，水稻產(chǎn)量隨鎂肥增加而增加，在Mg2水平上達(dá)到最高。

表3 不同鎂鉀施肥組合對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3 討論

眾所周知，施用鎂肥和鉀肥對作物產(chǎn)量和品質(zhì)均有改善作用。由于鎂素和鉀素均對植物葉片葉綠素含量有影響，因此，在生產(chǎn)中，施用鎂肥或鉀肥均能通過提高葉片葉綠素含量來促進(jìn)作物的光合作用，進(jìn)而提高其營養(yǎng)生長期的干物質(zhì)積累和成熟期的籽粒產(chǎn)量[3,5]。在本研究中，鎂肥和鉀肥的施用提高了水稻各生育期平方米莖數(shù)、葉面積指數(shù)、SPAD和干物質(zhì)積累，同時(shí)施用2種肥料的改善作用更加顯著，這說明同時(shí)施用鎂、鉀肥可能通過提高水稻的光合面積和葉綠素含量，潛在地提高了水稻群體的光合作用[11]，進(jìn)而促進(jìn)了水稻在各生育期的干物質(zhì)積累。本研究發(fā)現(xiàn)，不同的鎂鉀施用比例對水稻生長發(fā)育的影響亦不同。在大部分情況下，K1Mg1和K2Mg2處理的平方米莖數(shù)高于其他處理；在所有處理中，K1Mg1和K2Mg2處理的葉面積指數(shù)、SPAD和干物質(zhì)積累量最高，見圖1。這意味著，適宜的鎂鉀比例在改善水稻生長發(fā)育過程中發(fā)揮協(xié)同促進(jìn)的作用。前人研究指出，在高鉀低鎂條件下，水稻對鎂素的吸收受到抑制，降低水稻葉綠素含量、凈光合速率、硝酸還原酶和谷氨酸合成酶活性；在充足鎂鉀營養(yǎng)條件下，能夠改善水稻葉片葉綠素含量和光合二氧化碳的固定效率[12]。即適宜的鎂鉀比可能通過提高葉片葉綠素含量和光合二氧化碳的固定效率提高了水稻的光合作用，進(jìn)而增加了群體干物質(zhì)的積累。本研究還發(fā)現(xiàn)，K1Mg1和K2Mg2處理的干物質(zhì)積累量在拔節(jié)期至成熟期均高于其他處理，但比例只在拔節(jié)至抽穗期階段最高，見表1。Wei等認(rèn)為，拔節(jié)期至抽穗階段更高的干物質(zhì)積累是亞種雜交超級稻產(chǎn)量高于自交系超級稻的部分原因[13]。這說明，適宜的鎂鉀比可能通過改善水稻光合作用提高各生育期的干物質(zhì)積累，并促進(jìn)產(chǎn)量的形成。

施用鎂鉀肥顯著提高了水稻產(chǎn)量，主要是由于較高的平方米穗數(shù)和每穗粒數(shù)，因?yàn)闊o論鎂鉀用量如何，水稻的千粒重和結(jié)實(shí)率均無顯著差異。這說明施用鎂、鉀肥提高水稻產(chǎn)量主要是增加了群體的平方米穗數(shù)和每穗粒數(shù)。在所有處理中，盡管K1Mg1和K2Mg2處理的平方米穗數(shù)和每穗粒數(shù)均非最高，但仍處于較高的水平。因此，適宜的鎂鉀用量提高水稻群體平方米穗數(shù)和每穗粒數(shù)是產(chǎn)量增加的另一個(gè)原因。

4 結(jié)論

適宜的鎂鉀比例能夠提高水稻產(chǎn)量。產(chǎn)量的增加是由于各生育期較高的干物質(zhì)積累量以及成熟期平方米穗數(shù)和每穗粒數(shù)。增加的干物質(zhì)積累量與各生育期葉面積和SPAD有密切關(guān)系。在所有處理中，K1Mg1和K2Mg2處理的產(chǎn)量最高，但K1Mg1處理更有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。