不同水分、養(yǎng)分利用效率水稻品種的根系特征及其調(diào)控技術(shù).pdf

1、水稻是我國(guó)最大的糧食作物。隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要不斷增加糧食產(chǎn)量。但另一方面，隨著產(chǎn)量的增加，需要加大水肥資源的投入，在生產(chǎn)上往往出現(xiàn)高產(chǎn)、水肥利用效率低的情況。如何實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)與水肥利用效率的協(xié)同提高，這是生產(chǎn)上亟待解決的問題，也是國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)。植物根系既是水分和養(yǎng)分吸收的主要器官，又是多種激素、有機(jī)酸和氨基酸合成的重要場(chǎng)所，其形態(tài)和生理對(duì)地上部的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成、水分和養(yǎng)分吸收利用均有重要作用。與地上部相比，人們對(duì)水

2、稻根系形態(tài)生理性狀及其與水分養(yǎng)分利用的關(guān)系了解較少。本研究分析了不同水稻品種根系形態(tài)生理的差異及其與水分養(yǎng)分吸收利用的關(guān)系，探討了通過(guò)調(diào)控水稻根系形態(tài)生理、提高水分養(yǎng)分吸收利用效率的栽培技術(shù)。主要結(jié)果如下:
　　1.不同水分利用效率水稻品種的根系特征及其與水分利用效率的關(guān)系
　　節(jié)水抗旱稻品種旱優(yōu)8號(hào)（雜交粳稻）和非節(jié)水抗旱稻品種陵香優(yōu)18(雜交粳稻)種植于大田，自移栽后10d至成熟設(shè)置常規(guī)灌溉(CI，保持水層)和重干濕交替

3、灌溉(AWSD)2種灌溉模式。結(jié)果表明，在CI下，2個(gè)供試品種的產(chǎn)量、水分利用效率、根系形態(tài)生理（根系生物量與根系氧化力）均無(wú)顯著性差異。而在AWSD下，旱優(yōu)8號(hào)的根系分布深，根干重、根長(zhǎng)密度、根系氧化力、根系吸收表面積與根系活躍吸收表面積、根系與葉片中Z+ZR含量、灌漿期籽粒中蔗糖合酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶和淀粉合酶的活性均要顯著高于陵香優(yōu)18。與CI相比，AWSD降低了陵香優(yōu)18的產(chǎn)量，但對(duì)旱優(yōu)8號(hào)產(chǎn)量則無(wú)顯著影響。在AWSD

4、下，旱優(yōu)8號(hào)產(chǎn)量與水分利用效率分別較陵香優(yōu)18提高9.2-13.4％與9.0-13.7％。相關(guān)分析表明，根干重與地上部干物重呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，根系氧化力、根系中Z+ZR含量與劍葉凈光合速率、葉片中Z+ZR含量、灌漿期籽粒中蔗糖合酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶和淀粉合酶的活性也呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明較好的根系性能是節(jié)水抗旱稻在AWSD下獲得高產(chǎn)與水分高效利用的重要生理基礎(chǔ)。
　　2.不同氮肥利用效率水稻品種的根系特征及其與氮素吸

5、收利用的關(guān)系
　　以粳稻品種云氮3號(hào)、連粳7號(hào)、武運(yùn)粳24與甬優(yōu)2640(雜交粳稻)為材料，觀察同一施氮水平(200 kg hm-2)下不同水稻品種的氮素吸收利用的差異及其與根系形態(tài)生理的關(guān)系。結(jié)果表明，在4個(gè)品種中，大穗型雜交粳稻品種甬優(yōu)2640獲得最高的產(chǎn)量與氮肥利用效率，云氮3號(hào)產(chǎn)量與氮肥利用效率最低。整個(gè)生育期較大的10-20cm根層根系生物量、較大的根系吸收表面積與根系活躍吸收表面、較高的葉面積指數(shù)、較高的葉片中氮代謝酶

6、活性、抽穗期根尖細(xì)胞中較多的線粒體、高爾基體等細(xì)胞器以及灌漿期較高的根系氧化力、根系與葉片中Z+ZR的含量以及劍葉凈光合速率等是甬優(yōu)2640獲得高產(chǎn)與氮肥高效利用的重要生理原因。
　　3.輕干濕交替灌溉對(duì)水稻根系與地上部生長(zhǎng)發(fā)育的影響
　　以3個(gè)水稻品種武運(yùn)粳24號(hào)（粳稻），揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào)（兩系雜交秈稻）與甬優(yōu)2640(雜交粳稻)為材料，種植于大田。自移栽后7d至成熟期設(shè)置2種灌溉模式:常規(guī)灌溉(CI，保持水層)和輕干濕交替灌溉

7、(AWMD)，觀察這2種灌溉模式對(duì)水稻根系與地上部生長(zhǎng)發(fā)育的影響。結(jié)果表明:與CI相比，AWMD顯著提高了水稻產(chǎn)量與水分利用效率，3個(gè)供試品種產(chǎn)量分別提高了5.34％、5.85％和6.62％，水分利用效率（產(chǎn)量/灌溉水量）分別提高了28.9％、25.3％和27.6％。產(chǎn)量與水分利用效率的提高主要得益于灌漿期較高的根系氧化力、根系傷流液強(qiáng)度、根系與葉片中Z+ZR的含量、劍葉凈光合速率、籽粒中較高的蔗糖合酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶和淀粉

8、合酶活性、較大的深層(10-20 cm)根系生物量、較高的分蘗成穗率與葉面積指數(shù)。表明全生育期輕干濕交替灌溉可以改善水稻根系和地上部植株的生理功能，進(jìn)而提高產(chǎn)量與水分利用效率。
　　4.施氮量與灌溉模式的交互作用對(duì)水稻產(chǎn)量與根系形態(tài)生理的影響
　　以雜交粳稻甬優(yōu)2640為材料，種植于大田。設(shè)置常規(guī)灌溉(CI)和輕干濕交替灌溉(AWMD)2種灌溉模式以及低氮(LN，120 kg hm-2)、中氮(MN，240 kg hm-2)

9、以及高氮(HN，360kg hm-2)3種施氮水平，觀察其對(duì)根系形態(tài)生理及水分和氮肥利用效率的影響。結(jié)果表明，灌溉方式與施氮量存在明顯的互作效應(yīng)。AWMD+MN組合的產(chǎn)量、水分和氮肥利用效率最高。AWMD+MN組合顯著提高了整個(gè)生育期水稻根系生物量，特別是10-20cm根層根系生物量，并提高了灌漿期根系氧化力、根系總吸收表面積與根系活躍吸收表面積、根系與葉片中Z+ZR含量、劍葉凈光合速率以及籽粒中蔗糖合酶與腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性

10、。說(shuō)明AWMD與MN的協(xié)同作用改善了根系與地上部生長(zhǎng)，進(jìn)而提高產(chǎn)量、水分和氮肥利用效率。
　　5.改良技術(shù)栽培對(duì)水稻根系形態(tài)生理性狀和水分養(yǎng)分利用效率的影響
　　雜交粳稻常優(yōu)5號(hào)種植于大田，設(shè)置3種栽培模式:不施用氮肥(0N)、當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培（對(duì)照）與改良技術(shù)栽培。改良技術(shù)栽培改良了3種栽培技術(shù):1.增加栽插密度;2.優(yōu)化氮肥管理;3.輕干濕交替灌溉。結(jié)果表明，與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培相比，改良技術(shù)栽培產(chǎn)量增加17.6-18.5％，氮肥

11、農(nóng)學(xué)利用率提高67.0-69.6％，水分利用效率提高26.7-28.3％。改良技術(shù)栽培獲取高產(chǎn)與水分養(yǎng)分高效利用的原因主要在于較大的產(chǎn)量庫(kù)容和根系生物量、較高的分蘗成穗率、較長(zhǎng)的綠葉面積持續(xù)期，抽穗期根尖細(xì)胞中較多的線粒體、高爾基體、淀粉體等細(xì)胞器、灌漿期較高的根系氧化力、根系吸收表面積與根系活躍吸收表面積、根系傷流液強(qiáng)度、根系與葉片中較高的細(xì)胞分裂素含量以及籽粒中蔗糖合酶以及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性。
　　6.納米碳對(duì)水稻

12、根系性狀與氮素吸收利用的影響
　　雜交粳稻甬優(yōu)2640種植于大田。設(shè)置4個(gè)納米碳施用量處理:C0，不施納米碳;C1，施用納米碳684 L hm-2; C2，施用納米碳1026 Lhm-2; C3，施用納米碳1710 L hm-2，觀察了不同納米碳施用量對(duì)水稻根系形態(tài)生理與氮肥吸收利用的影響。結(jié)果表明:施用納米碳可以顯著提高水稻產(chǎn)量，以C2處理產(chǎn)量最高，但C2處理與C3處理的產(chǎn)量無(wú)顯著差異。施用納米碳可以有效提高整個(gè)生育期地上部干物

13、重與根干重，提高灌漿期水稻根系氧化力、根系吸收表面積與根系活躍吸收表面積、根系與葉片中Z+ZR含量、劍葉凈光合速率以及籽粒中蔗糖合酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性。表明納米碳可以促進(jìn)根系和地上部生長(zhǎng)，每公頃施用納米碳1026 L可以獲得高產(chǎn)與氮肥高效利用。
　　綜上，根系形態(tài)生理與水稻產(chǎn)量及水分養(yǎng)分吸收利用有密切的關(guān)系;較深的根系分布、較大的根長(zhǎng)密度、較高的根系細(xì)胞分裂素(Z+ZR)含量和較強(qiáng)的根系氧化力是水稻高產(chǎn)與水分或養(yǎng)分高