干湿交替灌溉与氮肥形态耦合下水稻籽粒灌浆、土壤特性与稻米品质的差异

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氮素和水分是水稻生长发育的两大重要因素,合理的灌溉方式及氮肥管理有利于水稻高产高效,较多的研究集中于土壤水分胁迫或氮肥形态对水稻光合作用、水分利用、氮代谢、产量及品质调控的影响,关于两者耦合对水稻土壤特性、籽粒灌浆过程及其与品质形成的关系研究较少。本研究以徐稻3号为材料进行土培试验,设置浅水层灌溉(保持2~3 cm浅水层)、轻度干湿交替灌溉(-20 k Pa)和重度干湿交替灌溉(-40 k Pa)3种灌溉方式与铵态氮、铵硝混合1:1、硝态氮3种氮肥形态处理,研究干湿交替灌溉方式与氮肥形态耦合对产量及籽粒品质、水稻籽粒灌浆特性、叶片衰老特性、土壤酶与土壤养分的影响。主要研究结果如下:(1)产量和品质不同灌溉方式与氮肥形态耦合对水稻产量、外观品质、蒸煮与营养品质具有明显互作,对籽粒碾磨加工品质无显著影响。保持浅水层灌溉下,铵态氮与铵硝混合处理的产量、垩白粒率、垩白大小、垩白度、碱硝值、胶稠度、直链淀粉含量和蛋白质含量无显著差异,其中产量和胶稠度显著高于硝态氮处理,垩白粒率、垩白大小、垩白度、碱硝值、直链淀粉含量、蛋白质含量显著低于硝态氮处理。干湿交替灌溉下,与铵态氮处理相比较,铵硝混合处理显著提高籽粒产量,显著改善了水稻外观品质、蒸煮与营养品质,产量和胶稠度分别增加6.6%~7.5%、3.5%~5.4%,垩白粒率、垩白大小、垩白度、碱硝值、直链淀粉含量和蛋白质含量分别降低5.6%~12.9%、6.6%~21.9%、11.1%~31.5%、2.1%~4.2%、1.8%~2.0%和4.8%~5.8%;硝态氮处理产量明显降低,水稻外观品质、蒸煮与营养品质也降低。同一氮肥形态下,相较于保持浅水层灌溉,轻干湿交替灌溉下籽粒产量和胶稠度分别提高了4.7%~14.7%和4.0%~7.9%,垩白粒率、垩白大小、垩白度、碱硝值、直链淀粉含量和蛋白质含量分别降低了5.9%~19.8%、6.5%~27.0%、12.9%~42.2%、1.7%~6.0%、1.7%~3.7%和4.7%~9.3%;重干湿交替灌溉显著降低了籽粒产量、外观品质和蒸煮与营养品质。(2)籽粒灌浆特性保持浅水层灌溉下,铵态氮处理下籽粒灌浆速率、最终生长量、起始生长势、弱势粒Q酶、ATP酶、蔗糖合酶、叶片抗氧化酶活性与铵硝混合处理差异不显著,但均高于硝态氮处理。在干湿交替灌溉下,与铵态氮相比较,铵硝混合处理显著提高了水稻灌浆速率,增加最终生长量和起始生长势,促进弱势粒灌浆,提高了弱势粒灌浆关键酶和叶片抗氧化酶活性,降低MDA含量;硝态氮处理则降低籽粒灌浆参数、降低灌浆关键酶和叶片抗氧化酶活性,增加MDA含量。同一氮肥形态下,与保持浅水层灌溉相比,轻干湿交替灌溉提高籽粒灌浆参数,促进弱势粒灌浆,提高了弱势粒关键酶活性、叶片抗氧化酶活性,降低MDA含量,弱势粒Q酶、弱势粒ATP酶、蔗糖合酶活性分别增强5.4%~29.1%、7.9%~38.5%、5.9%~14.8%,SOD、CAT、POD活性增强11.0%~31.8%、7.4%~19.1%、5.7%~60.5%,MDA含量降低12.5%~39.0%,重干湿交替灌溉则降低籽粒灌浆关键酶、叶片抗氧化酶活性,不利于籽粒灌浆。(3)土壤酶与土壤养分在相同干湿交替灌溉下,铵硝混合1:1处理提高了土壤脲酶、蔗糖酶及碱性磷酸酶活性,增加了土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量。在同一氮肥形态下,与浅水对照相比较,轻度干湿交替灌溉下水稻土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性分别增加8.4%~64.6%、4.1%~100%、4.6%~42.1%;碱解氮、有效磷、速效钾含量分别提高2.9%~51.5%、8.0%~82.0%、2.5%~29.7%。重度干湿交替灌溉则抑制土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性,降低土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量。(4)相关性分析弱势粒Q酶、ATP酶、蔗糖合酶、SOD、CAT、POD、土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、碱解氮、有效磷、速效钾含量与产量、胶稠度呈显著或极显著正相关关系,与垩白大小、垩白粒率、垩白度、碱硝值、直链淀粉含量、蛋白质含量呈显著或极显著负相关关系。MDA含量与产量、胶稠度呈极显著负相关关系,与垩白大小、垩白粒率、垩白度、碱硝值、直链淀粉含量、蛋白质含量呈极显著正相关关系。土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、碱解氮、有效磷、速效钾与最大灌浆速率、平均灌浆速率、生长终值量、起始生长势呈显著或极显著的正相关关系。
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