论文部分内容阅读
水分和磷是影响水稻生长的重要因素。前人研究表明,水分和低磷胁迫对水稻的生理功能和产量有较大的影响,但人们对不同品种水稻在水分和低磷胁迫下的响应特征以及不同灌溉模式下稻田磷素有效性、磷形态转化特征及其与水稻磷素利用效率的关系仍鲜有研究。为了明确在水分和低磷胁迫下水稻适应性生理调控特征及不同灌溉与施肥模式对稻田磷素形态转化特征与水稻对磷素吸收利用的关系。本文分别以“Nipponbare”（Nip）、“Kasalath”（Kas）、“Upland rice”（U502）以及“中浙优1号”水稻品种为试验材料,通过水培、土培与小区试验相结合,研究了不同磷水平和水分胁迫对不同品种水稻生长、磷吸收、根系氧化损伤和抗氧化酶活性的影响及其适应性调控机制,并探讨了根系NO信号分子在缓解水稻水分和低磷胁迫氧化损伤中的作用;进一步地,研究了不同灌溉模式和施磷水平对水稻磷吸收转运、稻田磷形态转化的影响及其与水稻产量形成的关系;最后,结合大田小区长期定位试验,研究了不同灌溉和施肥模式对水稻磷吸收、利用和土壤磷形态转化特征的影响及其磷有效性关键限制因子,提出了适宜于浙江省单季稻区的最优水肥管理模式。研究结果如下:1.不同品种水稻适应水分和低磷胁迫的生理调控特征与正常磷水平（磷浓度为0.32 m M）相比,低磷（磷浓度为0.016 m M）水平显著抑制了不同品种水稻（Nip、Kas和U502）生物量和磷吸收累积量。低磷水平显著增加了水稻根系和叶片的氧化损伤程度,同时,低磷水平也显著增加了Nip、Kas和U502水稻根系和叶片酸性磷酸酶活性、渗透调节物质（如脯氨酸和花青素）和抗氧化酶活性（如（Superoxide dismutase,SOD）、（Peroxidase,POD）和（Catalase,CAT））,且水分胁迫和低磷进一步加剧了Nip和Kas水稻的生长和磷吸收抑制作用;但水分胁迫对U502水稻生物量无显著影响。以上结果说明,不同品种水稻可通过增加根系吸收养分或养分吸收后的再分配策略以及渗透调节物质和抗氧化酶活性提高其对水分胁迫和低磷的适应能力,且不同水稻品种间存在显著的差异。2.水稻根系适应水分和低磷胁迫下NO的调控作用与未添加NO供体（SNP,Sodium Nitroprusside）相比,外源添加SNP显著提高了水分和低磷双重胁迫下Nip、Kas和U502根系NO含量,显著提高了水分胁迫下Nip和U502根系脯氨酸含量、Kas根系SOD和POD、Nip根系POD和CAT,以及U502根系CAT酶活性;而在低磷水平下,外源添加SNP显著提高了Kas和U502根系脯氨酸含量、Kas根系SOD、CAT和POD及Nip和U502根系POD酶活性。同时,外源添加SNP均显著降低了Nip、Kas和U502根系MDA含量。以上结果说明,水分和低磷胁迫下根系NO可作为信号因子协同调控脯氨酸含量和提高抗氧化酶活性,进而降低根系MDA含量。3.不同灌溉和施磷模式对水稻磷吸收转运及稻田磷形态转化的影响无论常规淹灌还是干湿交替灌溉,水稻产量、结实率、穗部磷素累积量、磷素转运量、磷素转运效率和磷素贡献率均随着施磷量的增加而增加。与常规淹灌相比,在AWD灌溉下P90处理下水稻产量最高,达54.3 g/盆。AWD灌溉显著增加了各施磷处理水稻磷肥偏生产力、磷肥农学利用率和磷素收获指数及水稻穗部磷素累积量,且在AWD灌溉P90处理下水稻各部位磷素累积量均显著高于其他施磷处理(P30和P60)。同时,AWD灌溉显著提高了P90处理下土壤中全磷、有效磷、无机磷、Al-P（Al-Phosphate）、Ca-P（Ca-Phosphate）、活性有机磷（Labile organic phosphorus,LOP）、和高稳性有机磷（Highly resistant organic phosphorus,HROP）含量,但显著降低了土壤中O-P和中稳性有机磷含量（Moderately resistant organic phosphorus,MLOP）。也就是说,AWD灌溉耦合P90处理能够通过活化土壤中闭蓄态磷（O-P）、增加Al-P、Ca-P、活性有机磷和高稳性有机磷提高土壤中速效磷含量,促进水稻穗部磷素累积,进而增加水稻产量。4.不同灌溉和施肥模式对稻田土壤磷形态转化和有效性的影响与常规淹灌（CF）相比,干湿交替灌溉（AWD）显著提高了各施肥处理水稻产量,且80%CRF+BC和80%SF+BC处理水稻产量显著高于其他处理,水稻产量分别为9656.2 kg·hm-2和10032.4 kg·hm-2。AWD灌溉也显著提高了80%CRF+BC与80%SF+BC处理下水稻各器官磷累积量、磷吸收效率与磷肥偏生产力,且土壤中有效磷、无机磷、有机磷含量、磷活化系数以及土壤各形态无机磷、0～15 cm土壤中活性有机磷（MLOP）、活性有机磷（LOP）含量均高于其他处理。进一步分析表明,土壤中稳态有机磷（Moderately Resistant Organic Phosphorus,MROP）、LOP、MLOP和Al-P是土壤有效磷的主要决策因子,闭蓄态磷（O-P）和Ca-P是有效磷的主要限制因子,通过适宜水肥管理提高MROP、LOP、MLOP含量可能是提高土壤有效磷的潜在有效途径。以上结果说明,AWD灌溉模式下生物炭配施稳定性复合肥/缓控释肥能通过调控土壤磷形态转化和磷素活化提高稻田磷有效性,进而提高水稻磷吸收累积和利用效率。