张雪松，张 鹏，汪秀志，陈荣发，王文玉，万思宇，宋维民，张巩亮，李 逸，钱永德

(1.黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江省现代农业栽培技术与作物种质改良重点试验室，黑龙江 大庆 163319)

水稻是我国主要的粮食作物，其生产对我国粮食安全具有重要意义。在水稻生产中，倒伏是影响水稻高产、优质的重要因素[1-3]。研究表明，氮肥在水稻抗倒伏能力及产量中起着重要的作用[4]。适宜的施氮水平和施氮方式可以优化水稻群体结构，降低倒伏风险[5]；而施氮水平过高不利于茎秆基部碳水化合物的积累,导致茎秆基部节间细长,增加倒伏风险[6-7]。钾素作为水稻生长发育必需的营养元素,对水稻抗倒伏能力有明显的调节作用[8-9]，充足的钾营养会使植物茎秆粗壮，强度增大，机械性能改善，提高抗倒伏能力[10]。秸秆还田可以提高作物的抗倒伏性，例如秸秆还田可使小麦株高降低、节间变短、茎秆壁变厚，有利于小麦抗倒伏[11]；还可增加玉米穗位高、重心高度和茎秆抗折力,提高玉米抗倒伏能力[12]。目前，关于栽培管理措施对水稻植株抗倒伏性能的影响研究主要集中在灌溉[13]、种植密度[14-15]、肥料的种类和用量[16-20]、激素[21]、水分管理[17-18,22]等方面，有关秸秆还田条件下氮钾肥配施对植株抗倒伏能力的影响研究还鲜有报道。为此，在秸秆还田的基础上，以寒地超级稻品种垦粳8号为试验材料，研究氮钾肥配施对水稻茎秆抗倒伏性的影响，旨在为寒地水稻超高产抗倒栽培技术的建立提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况和试验材料

试验于2019年5—10月在黑龙江八一农垦大学(125°16′E、46°58′N)进行。该地区海拔146 m，为中温带大陆性季风气候，年平均温度为 4.2 ℃，降水量约411 mm。试验地土壤为中肥力土壤，土壤类型为白浆土，土壤含有机质35.54 g/kg、碱解氮184.11 mg/kg、速效钾165.5 mg/kg、有效磷112.5 mg/kg，pH值8.1。

供试水稻品种为垦粳8号(13叶)。供试肥料为尿素(含N 45%)、重过磷酸钙(含P2O543%)、硫酸钾(含K2O 50%)。

1.2 试验设计

采用桶栽(桶高 30.5 cm，上直径 31 cm，下直径 26 cm)试验，每桶装粉碎、过筛细土 12.5 kg，加入5～10 cm长的秸秆小段48.58 g(秸秆常规还田量)，翻埋3～5 cm。以移栽后的施氮(N)量和施钾(K)量为处理因素，各因素分别设3个水平，分别为62.592、125.184、187.776 kg/hm2和45、90、135 kg/hm2(表1)，共9个处理，每处理3次重复。4 月 17日播种，5 月 23 日移栽，每桶4穴，每穴4株，穴距12 cm，其他肥水管理同常规。

1.3 测定项目与方法

于齐穗后20 d，测量水稻株高、重心高、穗长及茎基部各节间 [第二节间(A2)、第三节间(A3)、第四节间(A4)]长、粗、茎壁厚度、弯曲力矩、折断弯矩、抗折力、倒伏指数。其中，株高与基部各节间长用直尺测量；节间粗和茎壁厚度用电子游标卡尺测量；重心高：将植株水平放置于刀口上，重心高为该植株保持平衡时与刀口接触点到茎秆基部的距离。

茎基部各节间的弯曲力矩、折断弯矩、抗折力和倒伏指数的计算参照濑古秀生[23]、辛柳等[24]的方法。抗折力用自行设计的简单仪器测定，将待测定的节间 (不失水、保留叶鞘)置于自制的简单支架上，该节间中点与支架中点对应(支点间距为5 cm)，在节间中点挂一适当的塑胶容器，逐渐加入砝码至茎秆快要折断时，再逐渐向盘中加入砂子直至茎秆折断，此时砝码、砂子及塑胶容器的质量之和即为该节间的抗折力。弯曲力矩=节间基部至穗顶长度×该节间基部至穗顶鲜质量。倒伏指数=弯曲力矩/抗折力×100。

表1 不同处理的施肥量Tab.1 Fertilizer rate of different treatments kg/hm2

1.4 数据处理

采用Excel 2010进行数据整理，用DPS 9.05进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田下氮钾肥配施对水稻各节间长、株高、重心高和穗长的影响

由表2可以看出，在不同施氮水平下，节间长、株高、重心高随着施钾量的增加变化趋势不同，在N1、N2水平下表现为K1>K2>K3，N3水平下则表现为K3>K1>K2。钾肥对重心高的影响达到了极显著水平，对第三、四节间长的影响达到了显著水平，均表现为K1>K2>K3。对于氮肥，穗长表现为N3>N2>N1，第二、三节间长和株高表现为N1

表2 秸秆还田下氮钾肥配施对水稻各节间长、株高、重心高和穗长的影响Tab.2 The effects of combined application of nitrogen and potassium fertilizers on internode length,plant height,barycenter height and panicle length of rice under straw returned to field cm

氮钾互作对基部第四节间长和重心高的影响达到了极显著水平，对基部第二节间长的影响达到了显著水平，以N2K1处理的节间长最长，株高最高，重心高较高；N2K3处理节间长较短，株高和重心高较低。

2.2 秸秆还田下氮钾肥配施对水稻节间粗、茎壁厚度的影响

由表3可知，氮肥对水稻各节间茎壁厚度及第三节间粗的影响均达到极显著水平，对水稻茎秆第四节间粗具有显著影响，第二节间茎壁厚度表现为N2>N3>N1，第二、三、四节间粗及第三、四节间茎壁厚度均表现为N2>N1>N3；钾肥对第二节间茎壁厚度及第三节间粗的影响均达到了极显著水平，对第三、四节间茎壁厚度的影响显著，均表现为K3>K2>K1。在N1、N2水平下，随着钾肥施用量的提高，节间粗和茎壁厚度均逐渐增加；在N3水平下，第二、四节间粗和茎壁厚度均先升高后降低，第三节间粗和茎壁厚度均逐渐降低。

氮钾互作对茎秆第三节间粗的影响达到了显著水平，对第四节间茎壁厚度的影响达到了极显著水平。其中，N2K3处理的各节间粗和茎壁厚度均最大。

表3 秸秆还田下氮钾肥配施对水稻各节间粗、茎壁厚度的影响Tab.3 The effects of combined application of nitrogen and potassium fertilizers on internode diameter and stem wall thickness of rice under straw returned to field mm

2.3 秸秆还田下氮钾肥配施对水稻各节间抗折力、弯曲力矩、倒伏指数的影响

由表4可知，水稻植株抗折力受氮肥极显著影响,受钾肥显著影响,随着施氮水平的提高，各节间抗折力均呈先增加后下降的变化趋势，且均在N2水平时达到最高值；随着施钾水平的提高，总体上茎秆第二、三节间抗折力呈递增趋势，第四节间呈先增加后降低的趋势；氮钾互作对茎秆第二、三节间抗折力的影响达显著水平，对第四节间抗折力的影响不显著，其中各节间抗折力均以N2K3最大，分别为1 034.90 g、604.80 g和340.10 g。

氮肥对茎秆弯曲力矩的影响不显著，第二、三节间弯曲力矩均表现为N2>N3>N1，第四节间弯曲力矩表现为N3>N2>N1；钾肥对茎秆第二、三节间弯曲力矩的影响显著，随着钾肥施用量的增加，总体上茎秆第二节间弯曲力矩表现为K3>K2>K1，第三节间表现为K2、K3>K1，第四节间表现为K2>K3、K1；氮钾互作对水稻茎秆第四节间弯曲力矩的影响极显著，总体以N2K3处理弯曲力矩最大。

在倒伏指数方面，水稻植株倒伏指数受氮肥显著(第三节间)、极显著(第二、四节间)影响，倒伏指数表现为N3>N1>N2；钾肥对水稻植株倒伏指数的影响不显著，水稻茎秆第二节间倒伏指数随施钾量的增加呈降低趋势，而第三、四节间的倒伏指数则随施钾量的增加呈先降低后升高的趋势。氮钾互作对各节间倒伏指数的影响不显著，以N2K3处理各节间的倒伏指数最小。

表4 秸秆还田下氮钾肥配施对水稻各节间抗折力、弯曲力矩、倒伏指数的影响Tab.4 The effects of combined application of nitrogen and potassium fertilizers on bending force,bending moment and lodging index of internode in rice under straw returned to field

2.4 秸秆还田下氮钾肥配施对水稻节间折断弯矩的影响

由表5可知，氮肥对水稻各节间折断弯矩的影响均达到极显著水平，表现为N2>N1>N3。钾肥对各节间折断弯矩的影响均达到显著水平，第二节间表现为K3>K2>K1，第三、四节间均表现为K2>K3>K1。氮钾互作对各节间折断弯矩的影响均达到了显著水平，在N1、N2水平下，随着钾肥施用量的提高，各节间折断弯矩逐渐增加，N3水平下表现为先增加后降低的趋势，以N2K3处理各节间的折断弯矩最大。

表5 秸秆还田下氮钾肥配施对水稻各节间折断弯矩的影响Tab.5 The effects of combined application of nitrogen and potassium fertilizers on the anti-breaking moment of internode of rice under straw returned to field g·cm

2.5 抗折力和倒伏指数与茎秆主要物理性状的相关性

由表6可知，株高、节间长与水稻茎秆抗折力均呈负相关，与倒伏指数均呈正相关，其中节间长对茎秆第四节间抗折力的影响达到显著水平；重心高与各节间抗折力呈极显著负相关，与倒伏指数呈极显著正相关，其中重心高与第四节间抗折力及倒伏指数的相关性最大；节间粗、茎壁厚度与抗折力分别呈极显著、显著或极显著正相关，与倒伏指数分别呈极显著、显著或极显著负相关，节间粗、茎壁厚度与第二节间抗折力及倒伏指数相关性最大，说明茎秆不同物理性状对不同节间抗折力及倒伏指数的影响不同。因此，适当降低株高、节间长、重心高，增加节间粗、茎壁厚度有利于提高茎秆各节间综合抗倒伏能力。

表6 抗折力和倒伏指数与茎秆主要物理性状的相关系数 Tab.6 Correlation coefficients between breaking resistance,lodging index and main physical characteristics of culm

3 结论与讨论

水稻植株抗倒伏能力与株高、重心高、节间长、节间粗、茎壁厚度等植株性状的关系十分密切[19]，但其中主要决定倒伏能力的是植株上、下半部分茎秆之间的平衡性[25-27]。研究表明，适量增施钾肥可以使水稻基部节间伸长并使株高显著增加，而过量的钾肥则会使其显著降低[28]；株高与倒伏指数呈正相关，而重心高也随着株高的增加而增加，但与茎秆抗倒伏能力呈负相关[29]。本研究结果表明，在相同施氮水平下，随着钾肥施用量的增加，株高和重心高均逐渐降低，倒伏指数下降，说明重心高越低抗倒伏性越强，增施钾肥有利于植株抗倒伏，这与前人[28-29]研究结果相似。从氮钾互作方面可以看出，当施钾量从N2K2水平上升至N2K3水平时，重心高、倒伏指数均达到了各处理水平最小值，说明适量施氮的情况下增施钾肥有助于增加茎秆抗倒伏能力。

本研究结果表明，在秸秆还田条件下，随着施氮水平的增加水稻节间粗，各节间茎壁厚度，第二、三节间长均呈先增高后降低的趋势；随着施钾水平的增加，各节间粗及茎壁厚度总体呈逐渐升高的趋势; 氮钾肥互作对水稻节间长、节间粗、茎壁厚度均有不同程度的影响，在低、中氮条件下，增施钾肥有利于提高节间粗、茎壁厚度；高氮情况下，过量施用钾肥反而会使节间粗和茎壁厚度降低，从而导致植株抗倒伏能力下降。这与前人研究结果类似[30-31]。

研究发现，施氮量的增加可以提高水稻的抗折力、弯曲力矩、折断弯矩[32]。孙永健等[33]则认为,施氮量的增加会使水稻折断弯矩出现不同程度的降低。本研究结果显示，随施氮水平的增加，抗折力、弯曲力矩、折断弯矩呈先升高后降低的趋势，倒伏指数呈先降低后升高的趋势。吴海兵等[34]研究发现，增施钾肥可以缩短第一、二、三节间长度，增加节间粗、茎壁厚度，从而使抗折力增加、倒伏指数降低。本研究结果表明，随着施钾水平的增加，第二、三节间的抗折力逐渐增加，第四节间的抗折力先增加后下降，倒伏指数则是第二节间逐渐下降，第三、四节间先下降后升高，说明钾肥对各节间倒伏指数的影响不同，与吴海兵等[34]研究结果不太一致；氮钾肥互作对水稻抗折力、弯曲力矩的影响随着氮钾施用量的增加呈现不同趋势，部分节间影响达到显著水平。总体来看，适宜的氮钾配比(N2K3)可通过与秸秆还田结合优化水稻植株茎秆质地，改善株型结构，最终提高植株抗倒伏能力。关于水稻抗倒伏能力与植株茎秆相关性的关系，国内外已有不少研究，有关节间粗和茎壁厚度对植株抗倒伏能力的影响研究表明，节间越粗、茎壁越厚，水稻抗倒伏能力越强[35]。本研究结果表明，节间粗、茎壁厚度与倒伏指数分别呈极显著、显著或极显著负相关，与申广勒等[35]研究结果一致。

秸秆还田条件下，合理的氮钾肥配施可以通过缩短基部节间长，降低重心高，增加节间粗、茎壁厚度，提高节间茎秆抗折力及改善弯曲力矩、折断弯矩，从而增强水稻植株茎秆机械强度，降低水稻倒伏指数，有效降低田间群体倒伏风险。综合来看，秸秆还田条件下，寒地水稻垦粳8号茎秆抗倒伏的氮钾最优配施方案(N2K3)为施 N 125.184 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2，氮钾配比为0.927∶1。