土壤水分与氮素对水稻产量和品质的影响及其生理机制

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土壤水分和养分是影响水稻生产的重要因子。阐明土壤水分和氮素营养对水稻产量影响及其互作效应,对指导水稻高产、优质、高效栽培有重要意义。本研究以江苏省主栽的水稻粳、籼品种为材料,采用水培、盆钵土培和大田等试验,并在不同生育时期(苗期、全生育期、抽穗前中期和结实期)进行不同土壤水势(ψsoil)和不同氮肥水平的处理,分析了土壤水分与氮肥对产量和品质的影响及其生理机制。主要结果如下: 1.土壤水分和氮素营养对水稻产量的影响存在着明显的互作或耦合效应,其效应的大小因土壤水分胁迫的程度、施氮量、水稻生育时期不同而有较大差异。在全生育期(移栽后返青至成熟)、生育前中期(移栽至抽穗)和结实期(抽穗至成熟)进行土壤水分处理,施氮量(X1)和ψsoil(X2)与产量(Y)的关系可建立如下模型: Y=41.04+10.67X1+0.0034X2-0.99X21-0.005X22-0.018 X1X2 (全生育期) Y=46.13+8.98X1+0.0223X2-0.819 X21-0.004X22-0.0124 X1X2 (生育前中期) Y=88.36+15.42 X1+0.504X2-2.89 X21-0.014X22-0.0241 X1X2 (结实期) 依据上述模型,可以算出在不同土壤水分状况下的最适施氮量或在一定施氮量状况下的适宜土壤水势。模型还表明,最适施氮量并不需要随着土壤水分胁迫的加重而增加,相反,施氮量应随着土壤水分胁迫的加重而减少。 2.全生育期和抽穗前进行轻度土壤水分胁迫(ψsoil=-20kPa)和中度土壤水分胁迫(ψsoil=-40kPa)处理对加工品质无显著的影响;结实期轻度水分胁迫(ψsoil≥-25kPa)有利于改善加工品质。土壤水分胁迫与氮素的互作对武育粳3号整精米率表现为正效应,对汕优63表现为负效应。 全生育期和抽穗前进行土壤水分和氮肥水平的处理,在相同的土壤水分条件下,垩白米率的高低为LN(低量施氮)<ON(不施氮)<MN(中等施氮量)<HN(高施氮量),垩白度的大小为LN<MN<HN<0N;随着粒肥施用量的增加,武育粳3号垩白米率和垩白度增加,而汕优63的垩白米率和垩白度有所降低。在相同氮肥水平下,不论在何时进行水分胁迫处理,均表现为严重土壤水分胁迫(ψsoil=-50kPa~-60kPa)使垩白米率和垩白度增加,轻度土壤水分胁迫(ψsoil=-20kPa~-25kPa)对垩白米率和垩白度无显著影响。 增加施氮量或轻度的土壤水分胁迫可以增加稻米中蛋白质含量,严重土壤水分胁迫下蛋白质含量降低。籽粒中直链淀粉含量的变化与蛋白质含量变化相反。结实期在一定扬州人学博士学位论文氮肥水平(MN)下,进行轻度的土壤水分胁迫(甲s。:l二一25kPa)处理,武育粳3号稻米的崩解值增大,冷胶粘度降低:汕优63稻米的崩解值随氮肥水平的提高和土壤水分胁迫的加剧而下降,冷胶粘度无明显变化。在适量的施氮水平下,轻度的土壤水分胁迫可以提高稻米的食味品质。 3.氮素干物质生产效率、氮素产谷效益、氮素收获指数和营养器官氮的转运率随施氮量的增加而降低,在MN和HN水平下,轻度土壤水分胁迫(叭011〕一25kPa),可提高氮素干物质生产效率、氮素产谷效率和氮素收获指数。氮肥促进了稻株对P、K的吸收,土壤水分胁迫的影响则相反,但提高了营养器官P对穗部的贡献率。 4.水稻秧苗期氮素营养对地上部分的影响大于地下部分,水分胁迫的影响结果则相反。在中等(常规)施氮量状况下,短期轻度的水分胁迫可提高秧苗根系活力和叶片硝酸还原酶活性,增大根冠比。 5.在水稻灌浆中后期(开花后gd开始)进行轻度的土壤水分胁迫,使植株的水分状况在夜间得以恢复,光合作用不会受到严重抑制。这种措施可以促进茎、鞘中花前碳储存物向籽粒的再调运并加速籽粒灌浆,在正常供氮水平下不会造成明显减产,在供氮过多等贪青状况下,同化物再调运增加和灌浆速率加快之得会超过光合作用减少和灌浆期缩短之失,从而增加产量。 6.结实期进行轻度的土壤水分胁迫增加了籽粒中蔗糖合成酶(Susase)、淀粉合成酶(stsase)和淀粉分枝酶(Q一酶)活性,高的氮肥水平下则使上述酶的活性降低,土壤水分和氮素营养对腺营二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)和酸性转化酶活性影响较小。在轻度土壤水分胁迫下籽粒灌浆速率的增加与籽粒中Susase、Stsase和Q一酶活性的提高有密切关系。 7.结实期进行轻度的土壤水分胁迫,对灌浆前中期茎中伤流液和籽粒中的细胞分裂素含量(玉米素十玉米素核营)没有明显影响,但明显降低了叶片中的细胞分裂素含量。在土壤水分胁迫下,茎中伤流液、叶片和籽粒中的脱落酸(ABA)含量明显增加。氮素营养对上述两类激素的效应与土壤水分胁迫的效应相反。籽粒灌浆速率的变化与籽粒ABA含量的变化在时间上趋于一致,两者呈极显著的正相关。在灌浆前期喷施低浓度ABA,显著地提高了籽粒中Susase、AGpase、stsase和Q一酶活性,增加了粒重。喷施ABA合成抑制剂氟草酮则使上述酶的活性降低,粒重减轻。表明结实期轻度土壤水分胁迫促进籽粒灌浆,ABA在籽粒充实过程中起重要的调控作用。
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