張晨暉 章 巖 李國(guó)輝 楊子君 查瑩瑩 周馳燕 許 軻 霍中洋 戴其根 郭保衛(wèi)

側(cè)深施肥下水稻高產(chǎn)形成的根系形態(tài)及其生理變化特征

張晨暉 章 巖 李國(guó)輝 楊子君 查瑩瑩 周馳燕 許 軻*霍中洋 戴其根 郭保衛(wèi)

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心 / 江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心 / 揚(yáng)州大學(xué)水稻產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究院, 江蘇揚(yáng)州 225009

水稻側(cè)深施肥是均勻地將肥料深施在秧苗一側(cè)土壤根際的一種不對(duì)稱局部施肥技術(shù), 具有減肥增產(chǎn)、提高肥料利用率和減少勞動(dòng)力投入等優(yōu)點(diǎn), 然而側(cè)深施肥下水稻根系特征及其與產(chǎn)量形成的關(guān)系尚不清楚。本試驗(yàn)以豐粳1606和南粳9108為材料, 設(shè)置普通尿素常規(guī)施肥(conventional fertilization with common urea, CF)、緩釋肥減氮15%表施(conventional fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, CFCR)、普通尿素減氮15%側(cè)深施肥(side-deep fertilization with 15% reduction of common urea, SDCU)和緩釋肥減氮15%側(cè)深施肥(side-deep fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, SDCR) 4種氮處理, 研究不同施肥方式對(duì)水稻根系形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特征以及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明: (1) SDCR處理水稻產(chǎn)量最高, 其次分別為CF和CFCR處理, 而SDCU處理產(chǎn)量最低; (2) SDCR處理顯著提高了不同生育時(shí)期總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根表面積和根體積; (3) SDCR處理降低了不同生育時(shí)期根系的皮層橫截面積、皮層細(xì)胞層數(shù)和不定根直徑, 提高了根系中柱直徑, 但對(duì)皮層生活細(xì)胞面積和通氣組織面積影響不顯著; (4)與CF處理相比, SDCR處理顯著提高了根系活力; 根系氮代謝酶在生育期內(nèi)呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì), 抽穗期達(dá)到峰值, 其中SDCR處理下不同生育時(shí)期水稻根系谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性最高。因此, 緩釋肥側(cè)深施肥可改善根系形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理特征, 增強(qiáng)根系吸收養(yǎng)分和水分能力, 防止后期植株早衰, 從而提高水稻產(chǎn)量, 達(dá)到提高肥料利用效率, 實(shí)現(xiàn)減氮增產(chǎn)的目的。

水稻; 側(cè)深施肥; 產(chǎn)量; 根系形態(tài)結(jié)構(gòu); 生理特征

氮是植物生長(zhǎng)發(fā)育必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素之一, 氮肥對(duì)提高作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率高達(dá)50%以上[1-2]。我國(guó)長(zhǎng)期追求水稻高產(chǎn), 氮肥投入量過高, 導(dǎo)致氮利用率低、氮肥損失嚴(yán)重, 既造成經(jīng)濟(jì)損失, 又污染環(huán)境, 更為嚴(yán)重的是導(dǎo)致病蟲害發(fā)生頻繁和稻米品質(zhì)下降[3-4]。在國(guó)家化肥“零增長(zhǎng)”背景下, 如何通過配套的栽培措施提高水稻氮肥利用效率, 如何在穩(wěn)定糧食產(chǎn)量前提下實(shí)現(xiàn)氮肥減量施用是目前農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)。我國(guó)不同地區(qū)的多項(xiàng)水稻栽培研究成果以及近年來(lái)測(cè)土配方施肥等技術(shù)的大面積應(yīng)用有效推動(dòng)了水稻氮肥施用量的降低[5]。側(cè)深施肥技術(shù)是將肥料均勻地施在秧苗一側(cè)3 cm、深5 cm的土壤中, 將肥料直接輸送至根區(qū), 實(shí)現(xiàn)肥料的定量精準(zhǔn)深施, 提高了氮肥利用效率, 提高了水稻根區(qū)0～5 cm土層有效養(yǎng)分含量, 提升了生態(tài)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益[6-7]; 改善了水稻農(nóng)藝性狀, 提高了有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和每穗穎花數(shù), 形成較高的群體穎花量; 增加了葉面積指數(shù), 增強(qiáng)了劍葉光合速率, 從而提高了干物質(zhì)積累量, 進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)增收的效果[8-10]。水稻側(cè)深施肥是一種對(duì)秧苗根部的不對(duì)稱局部施肥, 影響根系生長(zhǎng)發(fā)育[11]。水稻根系是植株吸收土壤水分和養(yǎng)分的器官, 也是合成多種生長(zhǎng)激素、有機(jī)酸和氨基酸等的場(chǎng)所, 根系特征與地上部生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成有密切關(guān)系。水稻中柱直徑和根系直徑比值變大[12-13]、通氣組織降低[14]、皮層細(xì)胞層數(shù)降低[15], 有利于提高根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收能力, 為高產(chǎn)提供了保障。此外, 根系氧化量越大, 根系活力越強(qiáng), 吸收養(yǎng)分的能力越強(qiáng), 有利于氮素吸收和產(chǎn)量增加[16]。目前, 研究者多是從水稻植株地上部農(nóng)藝性狀研究側(cè)深施肥增產(chǎn)增效機(jī)理, 而對(duì)側(cè)深施肥如何影響水稻根系的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理特征, 促進(jìn)根系氮素吸收, 進(jìn)而提高產(chǎn)量方面尚缺乏系統(tǒng)研究。本研究選用豐粳1606和南粳9108為試驗(yàn)材料, 設(shè)置普通尿素常規(guī)施肥、緩釋肥減氮15%表施、普通尿素減氮15%側(cè)深施肥以及緩釋肥減氮15%側(cè)深施肥4種氮處理, 研究對(duì)比分析不同施肥方式對(duì)水稻產(chǎn)量以及根系的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理特征的影響, 闡明側(cè)深施肥水稻高產(chǎn)形成的根系特征, 為水稻高產(chǎn)高效栽培提供理論和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

于2020—2021年在揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院廣陵區(qū)沙頭試驗(yàn)基地(32°15￠N, 119°45￠E)進(jìn)行。供試品種為豐粳1606 (Fengjing 1606, FJ 1606)和南粳9108 (Nanjing 9108, NJ 9108)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與材料栽培管理

采用大田試驗(yàn), 塑盤育秧, 秧齡25 d, 移栽栽插行株距為30 cm×12 cm, 每穴4株苗。裂區(qū)設(shè)計(jì), 肥料處理為主區(qū), 品種為副區(qū)。設(shè)置4種施肥方式: 設(shè)置普通尿素常規(guī)施肥(conventional fertilization with common urea, CF)、緩釋肥減氮15%表施(conventional fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, CFCR)、普通尿素減氮15%側(cè)深施肥(side-deep fertilization with 15% reduction of common urea, SDCU)和緩釋肥減氮15%側(cè)深施肥(side-deep fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, SDCR), 其中CFCR和SDCR處理為緩釋天數(shù)100 d緩釋肥與普通尿素按6∶4比例摻混施用; CF處理氮肥按基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ时壤秊?∶2∶2∶2分次施用, 其他處理一次性基施。所有處理施用過磷酸鈣(P2O5, 12%) 1000 kg hm–2, 一次性基施; 施用氯化鉀(K2O, 60%) 200 kg hm–2, CF處理按基肥和幼穗分化期1∶1分施, 其他處理一次性基施。小區(qū)面積10 m2, 重復(fù)3次。氮肥處理、施用量及運(yùn)籌如表1所示。水稻全生育期內(nèi)按照高產(chǎn)要求進(jìn)行水分和病蟲害管理。

1.3 氣象及土壤地力數(shù)據(jù)

試驗(yàn)所在地區(qū)屬于亞熱帶溫潤(rùn)季風(fēng)氣候, 根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶仲Y料, 2020—2021年水稻生育期內(nèi)最低溫度、最高溫度、平均溫度、降水量、相對(duì)濕度、日照時(shí)間如表2所示, 水稻生育期平均溫度22.9℃左右, 日照時(shí)數(shù)975.95 h左右, 降水量968.55 mm左右, 相對(duì)濕度78.02%左右。土壤為沙壤土, 地力中等, 土壤基礎(chǔ)地力如表3所示, 含有機(jī)質(zhì)32.37 g kg–1、全氮2.84 g kg–1、速效磷14.80 mg kg–1、速效鉀122.60 mg kg–1, pH 8.1。

1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.4.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期各小區(qū)連續(xù)調(diào)查50穴, 計(jì)算每穴有效穗數(shù)和單位面積有效穗數(shù); 按平均每穴有效穗數(shù)取代表性植株2穴, 脫?？挤N, 將籽粒分為飽粒和空粒分別統(tǒng)計(jì)數(shù)量, 計(jì)算每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率(%)。成熟期每小區(qū)選取2點(diǎn), 每點(diǎn)連續(xù)收割50穴(去除邊行), 測(cè)定籽粒含水量, 計(jì)算千粒重(g)和實(shí)際產(chǎn)量(t hm–2)。

1.4.2 根系形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 分別于水稻幼穗分化期、抽穗期和成熟期, 每處理取樣2穴, 以每穴水稻根為中心挖取長(zhǎng)、寬為20 cm×10 cm深為20 cm的土塊, 洗根時(shí)用流水緩慢沖洗干凈。根系形態(tài)測(cè)定用Epson V700掃描儀成像, 用Win RHIZO2003b (Regent Instruments, 加拿大)進(jìn)行圖像分析, 測(cè)定根長(zhǎng)、根表面積、根體積和根尖數(shù)等。然后將掃描的根系和剩余的根系分開烘干至恒重并稱重, 計(jì)算總根長(zhǎng)(g plant–1)、根尖數(shù)、根表面積(cm2plant–1)、根體積(cm3plant–1)、比根長(zhǎng)(m g–1)、比根重(g m–1)、比根表面積(cm2g–1)等指標(biāo)。計(jì)算方法如下:

比根長(zhǎng)(m g–1)=單株水稻總根長(zhǎng)(cm plant–1)/根系生物量(g plant–1);

表1 氮肥處理及施用量

表2 供試地區(qū)基本氣象資料

表3 供試地區(qū)土壤基礎(chǔ)地力

比根重(g m–1)=單株水稻根系生物量(g plant–1)/總根長(zhǎng)(cm plant–1);

比根表面積(cm2g–1)=單株水稻總根表面積(cm2plant–1)/根系生物量(g plant–1);

比根體積(cm3g–1)=單株水稻總根體積(cm3plant–1)/根系生物量(g plant–1)。

1.4.3 根系解剖結(jié)構(gòu)特征測(cè)定 分別于水稻幼穗分化期、抽穗期和成熟期, 每處理取樣2穴, 各處理選相似較強(qiáng)壯的白色不定根數(shù)根, 在距根尖2.0～2.5 cm處進(jìn)行徒手切片, 使用倒置顯微鏡(Nikon Eclipse Ti)觀察并照相, ImageJ軟件分析圖像, 測(cè)定通氣組織面積(μm2)、皮層橫截面積(μm2)、不定根直徑(μm)、中柱直徑(μm)、外皮層厚壁細(xì)胞厚度(μm)、皮層細(xì)胞層數(shù)。然后計(jì)算通氣組織比例(%)、生活細(xì)胞面積比例(%)、皮層生活細(xì)胞面積(μm2)、中柱直徑與根直徑之比。計(jì)算方法如下:

通氣組織比例(%)=通氣組織面積(μm2)/皮層面積(μm2)×100;

皮層生活細(xì)胞面積(μm2)=皮層橫截面積(μm2)?通氣組織面積(μm2);

皮層生活細(xì)胞比例(%)=皮層生活細(xì)胞面積(μm2)/皮層面積(μm2)×100;

中柱直徑與根直徑之比=中柱直徑(μm)/根直徑(μm)。

1.4.4 根系活力測(cè)定 分別于水稻幼穗分化期、抽穗期和成熟期, 每處理取樣2穴, 根樣參考Ramasamy等[17]方法, 采用α-萘胺法測(cè)定。

1.4.5 根系谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶活性(GOGOT)的測(cè)定 分別于水稻幼穗分化期、抽穗期和成熟期, 每處理取樣2穴, 根樣分別參考Rhodes等[18]和Singh和Srivastava[19]的方法測(cè)定GOGAT和GS酶活性。

1.4.6 土壤銨態(tài)硝態(tài)氮測(cè)定 分別于水稻幼穗分化期、抽穗期和成熟期, 每處理用20 cm土鉆取4個(gè)土樣, 混合均勻后使用流動(dòng)分析儀(AA3流動(dòng)分析儀, SEAL, 德國(guó))測(cè)定土壤銨態(tài)硝態(tài)氮含量。

1.4.7 土壤酶活性測(cè)定 分別于水稻幼穗分化期、抽穗期和成熟期, 每處理用20 cm土鉆取4個(gè)土樣, 混合均勻后參考《土壤酶及其研究方法》[20], 測(cè)定土壤堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纖維素酶和脫氫酶活性。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Microsoft Excel 2010處理數(shù)據(jù)。方差分析在Statistix 9軟件(Analytical software, 美國(guó))中進(jìn)行, 并采用最小顯著性差異法(LSD)比較平均值的差異顯著性(0.05水平); 利用SigmaPlot 10.0軟件(SPSS Inc, 美國(guó))作圖; 相關(guān)性分析采用簡(jiǎn)單線性相關(guān)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮處理下土壤養(yǎng)分和土壤酶活性

土壤銨態(tài)硝態(tài)氮如表4所示, 銨態(tài)氮隨著生育期逐漸減少, 0～5 cm土層銨態(tài)氮高于5～10 cm土層, 硝態(tài)氮隨著生育期呈現(xiàn)下降后上升趨勢(shì), 0～5 cm土層硝態(tài)氮高于5～10 cm土層。與其他處理相比, 緩釋肥側(cè)深施處理提高了抽穗期和成熟期0～5 cm土層銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量(除NJ9108成熟期硝態(tài)氮外)。

土層0～5 cm相關(guān)土壤酶活性如表5所示, 堿性磷酸酶、蔗糖酶、纖維素酶和脫氫酶在生育期呈先上升后下降趨勢(shì), 脲酶呈逐步降低趨勢(shì)。與其他處理相比, 緩釋肥側(cè)深施處理提高了抽穗期和成熟期0～5 cm土層中土壤堿性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纖維素酶和脫氫酶活性(除NJ9108脲酶外)。

2.2 不同氮處理水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成

由表6可知, 不同氮肥處理間, SDCR處理產(chǎn)量最高, 其次是CF和CFCR處理, SDCU處理產(chǎn)量最低。就穗數(shù)而言, 不同氮肥處理間, SDCR處理最高, 其次是CF和CFCR, SDCU處理穗數(shù)最低。就每穗粒數(shù)和千粒重而言, 同一品種各處理間差異不顯著。就結(jié)實(shí)率而言, 2020年同一品種各處理間差異不顯著, 2021年豐粳1606的SDCU和SDCR處理顯著低于其他處理, 南粳9108的SDCR處理顯著高于其他3個(gè)處理。

2.3 不同時(shí)期不同氮處理對(duì)水稻根系形態(tài)指標(biāo)的影響

水稻單株總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根表面積、根體積等在生育期內(nèi)呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì), 幼穗分化期至抽穗期迅速增長(zhǎng), 抽穗期達(dá)到峰值, 成熟期下降(表7)。進(jìn)一步分析表明, 幼穗分化期不同氮肥處理的總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根表面積、根體積表現(xiàn)為SDCR> CF>SDCU>CFCR, 抽穗期和成熟期表現(xiàn)為SDCR> CF>CFCR>SDCU。其中豐粳1606幼穗分化期SDCR處理的比根長(zhǎng)和比根體積顯著高于其他處理, 但SDCR處理比根重顯著低于其他處理; 南粳9108幼穗分化期SDCR處理比根表面積顯著高于其他處理, 成熟期SDCR處理比根重和比根體積顯著高于其他處理。

表4 供試地區(qū)土壤氨態(tài)氮和硝態(tài)氮空間分布

CF、CFCR、SDCU、SRCR分別為普通尿素常規(guī)施肥、緩釋肥減氮15%表施、普通尿素減氮15%側(cè)深施肥、緩釋肥減氮15%側(cè)深施肥。PI表示幼穗分化期, HD表示抽穗期, MT表示成熟期。

CF, CFCR, SDCU, and SRCR are conventional fertilization with common urea, conventional fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, side-deep fertilization with 15% reduction of common urea, and side-deep fertilization with 15% reduction of control released fertilizer, respectively. PI: panicle initiation; HD: heading stage; MT: maturity stage. FJ1606: Fengjing 1606; NI9108: Nanjing 9108.

表5 供試地區(qū)土壤0～5 cm酶活性

縮寫同表4。Abbreviations are the same as those given in Table 4.

表6 不同氮處理對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

縮寫同表4。同一列不同字母表示同一品種各處理間差異在0.05概率水平差異顯著。

Abbreviations are the same as those given in Table 4. Different letters in the same column indicate significant differences among the same nitrogen treatments for each variety at the 0.05 probability level.

表7 不同時(shí)期不同氮處理對(duì)水稻根系形態(tài)性狀的影響

(續(xù)表7)

縮寫同表4。同一列不同字母表示同一品種各處理間差異在0.05概率水平差異顯著。

Abbreviations are the same as those given in Table 4. Different letters in the same column indicate significant differences among the same nitrogen treatments for each variety at the 0.05 probability level.

2.4 不同時(shí)期不同氮處理對(duì)水稻根系解剖結(jié)構(gòu)的影響

由表8可知, 4種氮處理下, SDCR處理降低了豐粳1606和南粳9108皮層橫截面積、皮層細(xì)胞層數(shù)和不定根直徑, 提高了中柱直徑和中柱直徑與根直徑之比, 各處理的通氣組織和皮層生活細(xì)胞差異不顯著。其中豐粳1606幼穗分化期CFCR處理的通氣組織顯著低于其他3個(gè)處理, 幼穗分化期SDCU處理的皮層生活細(xì)胞顯著低于其他處理, 抽穗期CF處理的皮層生活細(xì)胞顯著低于其他處理; 南粳9108抽穗期CFCR處理的通氣組織顯著低于其他3個(gè)處理, 成熟期通氣組織在常規(guī)施肥處理下顯著低于側(cè)深施肥, 抽穗期CF和SDCR處理的皮層生活細(xì)胞顯著低于其余兩個(gè)處理, 成熟期側(cè)深施肥處理的皮層生活細(xì)胞顯著低于常規(guī)施肥處理。

2.5 不同時(shí)期不同氮處理對(duì)水稻根系氧化活性的影響

由圖1可知, SDCR處理水稻根系氧化活性顯著高于CF處理, 豐粳1606三個(gè)時(shí)期SDCR處理分別比CF處理高14.72%、29.29%和45.17%。南粳9108三個(gè)時(shí)期SDCR處理分別比CF處理高18.29%、21.00%和43.36%。

水稻根系氧化活性隨著生育期逐漸降低。豐粳1606抽穗期CF處理和SDCR處理比幼穗分化期分別降低40.24%和27.92%, 成熟期比抽穗期分別降低48.20%和33.20%; 南粳9108抽穗期CF處理和SDCR處理比幼穗分化期分別降低41.16%和39.13%,成熟期比抽穗期分別降低41.65%和18.62%。

2.6 不同時(shí)期不同氮處理對(duì)水稻根系氮代謝酶活性的影響

由圖2可知, 水稻根系谷氨酸合成酶在幼穗分化期至抽穗期迅速增長(zhǎng), 達(dá)到峰值, 抽穗期至成熟期下降, 成熟期低于幼穗分化期。SDCR處理谷氨酸合成酶活性顯著高于其他3個(gè)處理, 其次為CF處理, CFCR和SDCU處理差異不顯著。

由圖3可知, 水稻根系谷氨酰胺合成酶在幼穗分化期至抽穗期迅速增長(zhǎng), 達(dá)到峰值, 抽穗期至成熟期下降, 成熟期高于幼穗分化期。SDCR處理谷氨酰胺合成酶活性顯著高于其他3個(gè)處理, 其次是CF處理, CFCR和SDCU處理差異不顯著。

2.7 產(chǎn)量與根系指標(biāo)的相關(guān)性分析

從表9可知, 總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根表面積和根體積與產(chǎn)量、穗數(shù)和每穗粒數(shù)呈正相關(guān), 與千粒重和結(jié)實(shí)率呈負(fù)相關(guān); 根系皮層橫截面積、皮層細(xì)胞層數(shù)、中柱直徑和不定根直徑與產(chǎn)量及其構(gòu)成呈負(fù)相關(guān); 根系氮代謝酶與產(chǎn)量、穗數(shù)和每穗粒數(shù)呈正相關(guān)。其中幼穗分化期和抽穗期總根長(zhǎng)、根尖數(shù)和根表面積和成熟期根表面積與產(chǎn)量、穗數(shù)和每穗粒數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān), 抽穗期根體積與穗數(shù)呈顯著正相關(guān), 幼穗分化期和抽穗期總根長(zhǎng)、根尖數(shù)與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān), 成熟期根尖數(shù)與結(jié)實(shí)率呈顯著正相關(guān); 抽穗期皮層細(xì)胞層數(shù)和不定根直徑、成熟期皮層橫截面積、皮層細(xì)胞層數(shù)與產(chǎn)量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān), 成熟期中柱直徑與產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān), 成熟期皮層細(xì)胞層數(shù)與穗數(shù)、每穗粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān), 成熟期中柱直徑與穗數(shù)、每穗粒數(shù)呈現(xiàn)極顯著正相關(guān), 千粒重與成熟期皮層細(xì)胞層數(shù)呈顯著正相關(guān), 與成熟期中柱直徑顯著負(fù)相關(guān); 成熟期的GOGAT酶與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。

縮寫同表4。同一列不同字母表示同一品種各處理間差異在0.05概率水平差異顯著。

Abbreviations are the same as those given in Table 4. Different letters in the same column indicate significant differences among the same nitrogen treatments for each variety at the 0.05 probability level.

圖1 不同時(shí)期不同氮處理對(duì)水稻根系氧化活性的影響

不同字母表示同一品種各處理間差異在0.05概率水平差異顯著?？s寫同表4。

Different letters indicate significant differences between CF and SDCR treatments for each variety at the 0.05 probability level. Abbreviations are the same as those given in Table 4.

圖2 不同時(shí)期不同氮處理對(duì)根系谷氨酸合成酶活性的影響

縮寫同表4。Abbreviations are the same as those given in Table 4.

圖3 不同時(shí)期不同氮處理對(duì)根系谷氨酰胺合成酶活性的影響

縮寫同表4。Abbreviations are the same as those given in Table 4.

表9 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成與水稻根系指標(biāo)的相關(guān)性(n = 24)

(續(xù)表9)

縮寫同表4。*和**分別表示在0.05和0.01概率水平差異顯著。

Abbreviations are the same as those given in Table 4.*:< 0.05;**:< 0.01.

3 討論

3.1 側(cè)深施肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

高效施肥是水稻獲得高產(chǎn)的重要措施[21], 側(cè)深施肥技術(shù)有利于提高水稻產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量, 減少肥料流失對(duì)環(huán)境造成的污染[22]。通過緩慢釋放肥料在水稻根部附近形成肥料儲(chǔ)存并逐漸釋放養(yǎng)分, 可以滿足水稻生長(zhǎng)需求, 為水稻產(chǎn)量形成奠定了基礎(chǔ)[23]。機(jī)插側(cè)深施氮下, 水稻秧苗機(jī)插后未明顯變黃, 直接扎根生長(zhǎng), 促進(jìn)了返青進(jìn)程, 成穗率顯著提高[24];懷燕等[25]試驗(yàn)表明與常規(guī)施肥相比, 早稻生產(chǎn)中復(fù)合肥減量10%側(cè)深施、緩釋肥減量20%側(cè)深施或撒施, 單季晚稻生產(chǎn)采用復(fù)合肥減量10%側(cè)深施或緩釋肥減量20%側(cè)深施的施肥方式, 都能實(shí)現(xiàn)氮肥減施穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo); 也有研究表明緩釋肥減氮10%～20%側(cè)深施時(shí), 水稻產(chǎn)量并沒有降低, 且提高了水稻穗數(shù)和穗粒數(shù)[26]。本試驗(yàn)也證明了此觀點(diǎn)(表6), 與常規(guī)施肥相比, 緩釋肥減氮15%側(cè)深施肥處理產(chǎn)量并沒有降低, 并且穗數(shù)也明顯提高。由此可知, 緩釋肥側(cè)深施技術(shù)能夠在降低氮肥施用量的同時(shí), 提高了水稻產(chǎn)量, 氮肥用量減少則有利于降低氮肥流失造成的環(huán)境污染。南粳9108的產(chǎn)量、有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)高于豐粳1606, 因此, 南粳9108更適合當(dāng)?shù)胤N植, 獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 側(cè)深施肥對(duì)水稻根系形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

根系是水稻吸收氮素的主要器官, 良好的根系形態(tài)有利于氮素的高效吸收。側(cè)深施肥有利于玉米根系增生, 促進(jìn)玉米根系形態(tài)改變, 包括根長(zhǎng)、側(cè)根密度、細(xì)根比例的增加[27]。鄭圣先等[28]研究表明, 施用控釋肥處理水稻根系發(fā)達(dá)、根細(xì)且長(zhǎng)、根系密度大, 根系分布范圍廣。陳亞宇[29]研究表明, 與常規(guī)施肥相比, 側(cè)深施肥可以促進(jìn)水稻根系伸長(zhǎng)。彭玉等[30]研究發(fā)現(xiàn), 與尿素處理相比, 樹脂包膜控釋肥和硫包膜緩釋肥處理下根系具有更大的干重、總根長(zhǎng)、表面積及體積。肖順德等[31]的水培試驗(yàn)表明適度通過增氧處理優(yōu)化細(xì)根的形態(tài)來(lái)塑造分蘗期水稻根系形態(tài), 且分蘗期良好的根型有利于整個(gè)生育期水稻的生長(zhǎng), 可以增強(qiáng)水稻生育后期的根系功能, 延緩葉片衰老, 從而促進(jìn)籽粒灌漿結(jié)實(shí), 提高水稻產(chǎn)量。本試驗(yàn)也證明了這一觀點(diǎn)(表7), 與常規(guī)施肥相比, 緩釋肥側(cè)深施用提高了水稻根系總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根表面積、根體積。相關(guān)性分析也可以看出根系形態(tài)與產(chǎn)量、每穗粒數(shù)和有效穗數(shù)呈正比(表9)。這表明緩釋肥側(cè)深施肥能夠有效改善水稻生育期根系形態(tài), 有利于植株從土壤中吸收更多的水分和養(yǎng)分, 促進(jìn)水稻抽穗后籽粒灌漿和防止早衰, 從而提高產(chǎn)量。

根系結(jié)構(gòu)是根系徑向?qū)Ф鹊闹匾獦?gòu)成部分, 對(duì)水分和養(yǎng)分離子的運(yùn)輸至關(guān)重要[32-33]。根系直徑和中柱直徑?jīng)Q定了水分和養(yǎng)分在根中的徑向運(yùn)輸距離,根直徑和中柱直徑變化會(huì)影響根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收能力。前人研究表明, 干旱脅迫導(dǎo)致根系直徑減小, 而對(duì)中柱直徑影響不大, 由于中柱直徑與根直徑比值增大, 皮層占根直徑的比值變小, 水分和養(yǎng)分在根中徑向運(yùn)輸距離減小, 吸收能力增強(qiáng)[12-13]。本試驗(yàn)可以看出(表8), 緩釋肥減氮15%側(cè)深施處理水稻根系的中柱直徑和不定根直徑比值增大, 水分和養(yǎng)分運(yùn)輸距離減少, 地上部吸收能力增強(qiáng), 為高產(chǎn)提供了穩(wěn)定基礎(chǔ)。前人研究表明, 較少的皮層細(xì)胞層數(shù)可以減少代謝和礦物質(zhì)元素含量, 促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素向地上部運(yùn)輸[15]。本試驗(yàn)看出(表8), 與常規(guī)施肥相比, 緩釋肥減氮15%側(cè)深施肥處理皮層細(xì)胞層數(shù)降低, 相關(guān)分析也可以看出皮層細(xì)胞層數(shù)與產(chǎn)量、每穗粒數(shù)和有效穗數(shù)呈反比(表9), 減少養(yǎng)分代謝損耗, 利于向地上部運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)元素, 滿足水稻生育期生長(zhǎng)需求, 有利于提高產(chǎn)量。因此, 緩釋肥側(cè)深施肥能夠改善水稻根系形態(tài)結(jié)構(gòu), 降低水分和養(yǎng)分從地下部向地上部運(yùn)輸?shù)木嚯x, 提高根系吸收效率, 為水稻提供足夠的營(yíng)養(yǎng)元素, 促進(jìn)增產(chǎn)。

3.3 側(cè)深施肥對(duì)水稻根系生理特性的影響

根系活力是判斷根系生理機(jī)能的重要指標(biāo)。根系氧化力是測(cè)定根系活力的方法指標(biāo)之一, 氧化量越大, 根系活力越強(qiáng), 吸收養(yǎng)分的能力越強(qiáng)[16]。與常規(guī)多次施肥相比, 一次性施用緩釋肥可延緩水稻生育后期根系還原力的下降, 明顯提高根系活力[28]。本試驗(yàn)(圖1)也證明了此觀點(diǎn), 與普通尿素常規(guī)施肥相比, 緩釋肥減氮15%側(cè)深施根系氧化力較高, 根系活力較強(qiáng), 根系生理機(jī)能提高, 向地上部運(yùn)輸養(yǎng)分能力加強(qiáng), 滿足水稻生育期后期所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 促進(jìn)增產(chǎn)。GS/GOGAT循環(huán)是高等植物正常條件下進(jìn)行氨同化的主要方式, 通過GS/GOGAT循環(huán)使無(wú)機(jī)態(tài)的氮可以轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)的氮[34]。盧永恩等[35]研究結(jié)果表明, GS活力會(huì)隨著生育時(shí)期的推進(jìn)逐漸增加, 在抽穗期達(dá)到最大值, 抽穗期的GS活性最高。本試驗(yàn)結(jié)果表明, GOGAT酶和GS酶活性在生育期呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì), 抽穗期達(dá)到最大值, 并且緩釋肥減氮15%側(cè)深施肥處理GOGAT酶和GS酶活性顯著高于其他處理(圖2和圖3)。相關(guān)性分析表明氮代謝酶與產(chǎn)量、每穗粒數(shù)和有效穗數(shù)成正比(表9), 表明緩釋肥側(cè)深施肥處理有利于加快GS/GOGAT循環(huán), 促使更多的無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)換為植株可以吸收利用的有機(jī)氮, 有利于植株對(duì)養(yǎng)分的吸收利用, 促進(jìn)產(chǎn)量增加。南粳9108的根系活力低于豐粳1606, 但氮代謝酶活性高于豐粳1606, 豐粳1606氮代謝酶在緩釋肥側(cè)深施肥處理下顯著高于其他氮處理, 其他各處理間差異不顯著, 相比于南粳9108, 豐粳1606氮代謝酶對(duì)側(cè)深施肥響應(yīng)更大。

4 結(jié)論

本研究表明, 緩釋肥減氮15%側(cè)深施產(chǎn)量最高, 主要是通過提高單位面積穗數(shù)來(lái)增加產(chǎn)量。緩釋肥減氮15%側(cè)深施提高了不同生育時(shí)期水稻根系根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根表面積和根體積; 降低了不同生育時(shí)期根系的皮層橫截面積、皮層細(xì)胞層數(shù)和不定根直徑, 提高了根系中柱直徑; 提高了不同生育時(shí)期根系活力和氮代謝酶活性。此外, 緩釋肥側(cè)深施處理提高了抽穗期和成熟期0～5 cm土層土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量和土壤酶活性。因此, 緩釋肥側(cè)深施肥可以改善根系形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理特征, 提高土壤養(yǎng)分和土壤酶活性, 從而促進(jìn)根系養(yǎng)分和水分吸收, 防止植株早衰, 進(jìn)而提高產(chǎn)量, 達(dá)到提高肥料利用效率, 實(shí)現(xiàn)減氮增產(chǎn)的目的。

[1] Carter C A, Zhong F, Zhu J. Advances in Chinese agriculture and its global implications., 2012, 34(1): 1–36.

[2] 麻坤, 刁鋼. 化肥對(duì)中國(guó)糧食產(chǎn)量變化貢獻(xiàn)率的研究. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2018, 24: 1113–1120.

Ma K, Diao G. Research on the contribution rate of fertilizer to grain yield in China., 2018, 24: 1113–1120 (in Chinese with English abstract).

[3] Peng S, Buresh R J, Huang J, Yang J, Zou Y, Zhong X, Wang G, Zhang F. Strategies for overcoming low agronomic nitrogen use efficiency in irrigated rice systems in China.2006,96: 37–47.

[4] Cui Z L, Zhang H Y, Chen X P, Zhang C C, Ma W Q, Huang C D, Zhang W F, Mi G H, Miao Y X, Li X L, Gao Q, Yang J C, Wang Z H, Ye Y L, Guo S W, Lu J W, Huang J L, Lv S H, Sun Y X, Liu Y Y, Peng X L, Ren J, Li S Q, Deng X P, Shi X J, Zhang Q, Yang Z P, Tang L, Wei C Z, Jia L L, Zhang J, He M G, Tong Y N, Tang Q Y, Zhong X H, Liu Z H, Cao N, Kou C L, Ying H, Yin Y L, Jiao X Q, Zhang Q S, Fan M S, Jiang R F, Dou Z X. Pursuing sustainable productivity with millions of smallholder farmers., 2018, 555: 363–366.

[5] 趙立軍, 顏珊珊, 王宇杰, 張志鵬, 張玉鑫, 陳昌峰, 許春林. 側(cè)深施肥插秧機(jī)施肥量對(duì)水稻栽培的影響. 農(nóng)機(jī)化研究, 2019, 41(10): 192–197.

Zhao L J, Yan S S, Wang Y J, Zhang Z P, Zhang Y X, Chen C F, Xu C L. The influence of fertilization rate on the rice cultivation by side deep fertilizer transplanter., 2019, 41(10): 192–197 (in Chinese with English abstract).

[6] 張洪程, 胡雅杰, 楊建昌, 戴其根, 霍中洋, 許軻, 魏海燕, 高輝, 郭保衛(wèi), 邢志鵬, 胡群. 中國(guó)特色水稻栽培學(xué)發(fā)展與展望.

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2021, 54: 1301–1321.

Zhang H C, Hu Y J, Yang J C, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Wei H Y, Gao H, Guo B W, Xing Z P, Hu Q. Development and prospect of rice cultivation in china.,2021, 54: 1301–1321 (in Chinese with English abstract).

[7] 陳雄飛, 羅錫文, 王在滿, 張明華, 胡煉, 曾山, 莫釗文. 水稻穴播同步側(cè)位深施肥技術(shù)試驗(yàn)研究. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014, 30(16) : 1–7.

Chen X F, Luo X W, Wang Z M, Zhang M H, Hu L, Zeng S, Mo Z W. Experiment of synchronous side deep fertilizing technique with rice hill-drop drilling.,2014, 30(16): 1–7 (in Chinese with English abstract).

[8] Ke J, He R C, Hou P F, Ding C, Ding Y F, Wang S H, Liu Z H, Tang S, Ding C Q, Chen L, Li G H. Combined controlled- released nitrogen fertilizers and deep placement effects of N leaching, rice yield and N recovery in machine-transplanted rice.2018, 265: 402–412.

[9] Zhu C H, Xiang J, Zhang Y, Zhang Y K, Zhu D F, Chen H Z. Mechanized transplanting with side deep fertilization increases yield and nitrogen use efficiency of rice in eastern China., 2019, 9: 5653

[10] 黃恒, 姜恒鑫, 劉光明, 袁嘉琦, 汪源, 趙燦, 王維領(lǐng), 霍中洋,許軻, 戴其根, 張洪程, 李德劍, 劉國(guó)林. 側(cè)深施氮對(duì)水稻產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響. 作物學(xué)報(bào), 2021, 47: 2232–2249.

Huang H, Jiang H X, Liu G M, Yuan J Q, Wang Y, Zhao C, Wang W L, Huo Z Y, Xu K, Dai Q G, Zhang H C, Li J D, Liu G L. Effects of side deep placement of nitrogen on rice yield and nitrogen use efficiency.2021, 47: 2232–2249 (in Chinese with English abstract).

[11] 王曉丹, 向鏡, 張玉屏, 張義凱, 王亞梁, 陳惠哲. 水稻機(jī)插同步側(cè)深施肥技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用. 中國(guó)稻米, 2020, 26(5): 53–57.

Wang X D, Xiang J, Zhang Y P, Zhang K Y, Wang Y L, Chen H Z. Research advances and application of rice mechanized transplanting with side deep fertilization technology.2020, 26(5): 53–57 (in Chinese with English abstract).

[12] Henry A, Cal A J, Batoto C, Torres R O, Serraj R. Root attributes affecting water uptake of rice () under drought., 2012, 63: 4751–4763.

[13] Kadam N N, Yin X, Bindraban P S, Struik P C, Jagadish K S V. Does morphological and anatomical plasticity during the vegetative stage make wheat more tolerant of water deficit stress than rice?, 2015, 167: 1389–1401.

[14] Hu B, Henry A, Brown K M, Lynch J P. Root cortical aerenchyma inhibits radial nutrient transport in maize ()., 2014, 113: 181–189.

[15] Chimungu J G, Brown K M, Lynch J P. Reduced root cortical cell file number improves drought tolerance in maize., 2014, 166: 1943–1955.

[16] 唐文幫, 鄧化冰, 肖應(yīng)輝, 張桂蓮, 范科, 莫慧, 陳立云. 兩系雜交水稻C兩優(yōu)系列組合的高產(chǎn)根系特征. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43: 2859–2868.

Tang W B, Deng H B, Xiao Y H, Zhang G L, Fang K, Mo H, Chen L Y. Root characteristics of high-yield C Liangyou rice combinations of two-line hybrid rice.2010, 43: 2859–2868 (in Chinese with English abstract).

[17] Ramasamy S, Berge H, Purushothaman S. Yield formation in rice in response to drainage and nitrogen application., 1997, 51: 65–82.

[18] Rhodes D, Rendon G A, Stewart G R. The control of glutamine synthetase level inL., 1975, 125: 201–211.

[19] Singh R P, Srivastava H S. Increase in glutamate synthetase activity (NADH-dependent) in excised root and leaf of maize seedlings in response to acidic amino acids and amides., 1987, 182: 497–500.

[20] 尹娟, 費(fèi)良軍, 勉韶平. 寧夏銀南灌區(qū)稻田控制排水條件下氮素淋失的研究. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2006, (1): 108–112.

Yin J, Fei L J, Mian S P. Experiment on the nitrogen leaching in the drainage condition of rice field in Ningxia Yinnan irrigation region.(Nat Sci Edn), 2006, (1): 108–112 (in Chinese with English abstract).

[21] 關(guān)宋萌. 土壤酶及其研究法. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1986. pp 274–323.

Guan S M. Soil Enzymes and Their Research Methods. Beijing: Agriculture Press, 1986. pp 274–323 (in Chinese).

[22] 莫釗文, 潘圣剛, 王在滿, 羅錫文, 田華, 段美洋, 唐湘如. 機(jī)械同步深施肥對(duì)水稻品質(zhì)和養(yǎng)分吸收利用的影響. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 32(5): 34–39.

Mo Z W, Pan S G, Wang Z M, Luo W X, Tian H, Duan M Y, Tang X R. Effects of deeply mechanized fertilizer application on rice quality and nutrient absorption and utilization of direct seeding rice., 2013, 32(5): 34–39 (in Chinese with English abstract).

[23] Pan S G, Wen X C, Wang Z M, Umair A, Tian H, Duan M Y, Mo Z W, Fan P S, Tang X R. Benefits of mechanized deep placement of nitrogen fertilizer in direct-seeded rice in South China., 2017, 203: 139–149.

[24] 趙紅玉, 徐壽軍, 楊成林, 王麗妍. 側(cè)深施肥技術(shù)對(duì)寒地水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成的影響. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2017, 32: 347–352.

Zhao Y H, Xu S J, Yang C L, Wang L Y. Effects of side deep fertilizing on growth and yield of rice in cold regions(Nat Sci Edn), 2017, 32: 347–352 (in Chinese with English abstract).

[25] 懷燕, 陳照明, 張耿苗, 姜銘北, 許劍鋒, 王強(qiáng). 水稻側(cè)深施肥技術(shù)的氮肥減施效應(yīng). 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版), 2020, 46(2): 217–224.

Huai Y, Chen Z M, Zhang G M, Jiang M B, Xu J F, Wang Q. Nitrogen reduction effect of side-deep placement of fertilizer on the rice production.(Agric Life Sci Edn), 2020, 46(2): 217–224 (in Chinese with English abstract).

[26] 劉汝亮, 王芳, 王開軍, 張愛平, 李友宏, 洪瑜, 楊正禮. 控釋氮肥側(cè)條施用對(duì)東北地區(qū)水稻產(chǎn)量和氮肥損失的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2018, 32: 252–256.

Liu R L, Wang F, Wang K J, Zhang A P, Li Y H, Hong Y, Yang Z L. Effects of side strip application of controlled release nitrogen fertilizer on rice yield and nitrogen loss in Northeast China., 2018, 32: 252–256 (in Chinese with English abstract).

[27] 王昕, 唐宏亮, 申建波. 玉米根系對(duì)土壤氮、磷空間異質(zhì)性分布的響應(yīng). 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19: 1058–1064.

Wang X, Tang H L, Shen J B. Root responses of maize to spatial heterogenous nitrogen and phosphorus., 2013, 19: 1058–1064 (in Chinese with English abstract).

[28] 鄭圣先, 聶軍, 戴平安, 鄭穎俊. 控釋氮肥對(duì)雜交水稻生育后期根系形態(tài)生理特征和衰老的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2006, 12: 2188–2194.

Zhen S X, Nie J, Dai P A, Zheng Y J. Effect of controlled release nitrogen fertilizer on the morphological and physiological characteristics and senescence of root system during late growth stages of hybrid rice., 2006, 12: 2188–2194 (in Chinese with English abstract).

[29] 陳亞宇. 不同施肥深度對(duì)水稻氮磷鉀動(dòng)態(tài)變化及生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 湖南長(zhǎng)沙, 2015.

Chen Y Y. NPK Dynamic Changes of Rice Cultivation System and Influence of Growth and Yield with Different Fertilization Depth. MS Thesis of Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan, China, 2015 (in Chinese with English abstract).

[30] 彭玉, 馬均, 蔣明金, 嚴(yán)奉君, 孫永健, 楊志遠(yuǎn). 緩/控釋肥對(duì)雜交水稻根系形態(tài)、生理特性和產(chǎn)量的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19: 1048–1057.

Peng Y, Ma J, Jiang M J, Yan F J, Sun Y J, Yang Z Y. Effect of slow/controlled release fertilizer on root morphological and physiological characteristics of rice.,2013, 19: 1048–1057 (in Chinese with English abstract).

[31] 肖德順, 徐春梅, 王丹英, 章秀福, 陳松, 褚光, 劉元輝. 根際氧環(huán)境對(duì)水稻幼苗根系微形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響及其生理機(jī)制. 中國(guó)水稻科學(xué), 2022, 36: 399–409.

Xiao S D, Xu C M, Wang D Y, Zhang X F, Chu G, Liu Y H. The effect of rhizosphere oxygen environment on the root micromorphological structure and its physiological mechanism of rice seedlings., 2022, 36: 399–409.

[32] Fan M, Zhu J, Richards C, Brown K M, Lynch J P. Physiological roles for aerenchyma in phosphorus-stressed roots.,2003, 30: 493–506.

[33] Yang X, Li Y, Ren B, Ding L, Gao C, Shen Q, Guo S. Drought-induced root aerenchyma formation restricts water uptake in rice seedlings supplied with nitrate., 2012, 53: 495–504.

[34] 李科, 盧向陽(yáng), 彭麗莎. 飼料稻氮代謝特性研究. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2001, (5): 331–334.

Li K, Lu X Y, Peng L S. Characteristics of nitrogen metabolism in forage rice.(Nat Sci Edn), 2001, (5): 331–334 (in Chinese with English abstract).

[35] 盧永恩, 羅風(fēng), 楊猛, 李香花, 練興明. 抑制表達(dá)谷氨酸合酶基因?qū)λ咎嫉x的影響. 中國(guó)科學(xué): 生命科學(xué), 2011, 41: 481–493.

Lu Y N, Luo F, Yang M, Li X H, Lian X M. Suppression of glutamate synthase genes significantly affects carbon and nitrogen metabolism in rice (L.)., 2011, 41: 481–493 (in Chinese with English abstract).

Root morphology and physiological characteristics for high yield formation under side-deep fertilization in rice

ZHANG Chen-Hui, ZHANG Yan, LI Guo-Hui, YANG Zi-Jun, ZHA Ying-Ying, ZHOU Chi-Yan, XU Ke*, HUO Zhong-Yang, DAI Qi-Gen, and GUO Bao-Wei

Innovation Center of Rice Cultivation Technology in Yangtze River Valley of Ministry of Agriculture / Jiangsu Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology / Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops / Research Institute of Rice Industrial Engineering Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China

The side-deep fertilization of rice is an asymmetric local fertilization for rhizosphere of seedlings that fertilizers are applied deep in paddy soil. It has the advantages of reducing fertilizer application and labor cost, increasing fertilizer use efficiency and grain yield. However, the effects of side-deep fertilization on root characteristics and its relationship with grain yield are unclear. This field experiment was conducted using rice verities of Fengjing 1606 and Nanjing 9108. Four nitrogen treatments, conventional fertilization with common urea (CF), conventional fertilization with 15% reduction of control released fertilizer (CFCR), side-deep fertilization with 15% reduction of common urea (SDCU), and side-deep fertilization with 15% reduction of control released fertilizer (SDCR), were tested to explore the effects of different nitrogen treatments on root morphological traits, anatomical structure, physiological characteristics, and grain yield. The results showed as follows: (1) The grain yield of SDCR treatment was the highest, followed by CF and CFCR treatments, the yields of SDCU treatment was the lowest. (2) SDCR treatment significantly increased the total root length, the root tips, root surface area, and root volume at different growth stage. (3) SDCR treatment reduced the cortical cross-sectional area of rice roots, the cortical cell layers, and the root diameter, and increases the stele diameter at different growth stages, however, there was no significant effect on the aerenchyma area and cortical cell area. (4) Compared with CF treatment, SDCR treatment significantly improved rice root activity, root nitrogen metabolism enzyme activity increased and reached the peak at heading stage, and then decreased, SDCR treatment had the highest GOGAT and GS activities at different growth stages. Therefore, to improve rice yield, improve the fertilizer utilization efficiency, and achieve the purpose of nitrogen reduction and production increase, the side-deep fertilization with 15% reduction of control released fertilizer could improve root morphological traits, anatomical structure, and physiological characteristics, enhance the root ability to absorb nutrients and water, prevent premature senescence of plant.

rice; side-deep fertilization; yield; root morphology structure; physiological characteristics

10.3724/SP.J.1006.2023.22023

本研究由江蘇省農(nóng)業(yè)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(BE2021361/BE2019343)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32272200)資助。

This study is supported by the Jiangsu Province Agricultural Key Research and Development Plan Project (BE2021361/BE2019343) and the National Natural Science Foundation of China (32272200).

許軻, E-mail: xuke@yzu.edu.cn

E-mail: 1409488070@qq.com

2022-04-21;

2022-09-05;

2022-09-15.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220914.1731.005.html

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