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钾对套作大豆的抗倒伏效应与提高产量的机理研究

向达兵  
【摘要】:间套作种植技术作为中华民族的传统瑰宝,为解决世界人口的温饱问题作出了巨大的贡献。在我国南方地区,玉米大豆套作发展迅速,种植面积不断扩大。农业部从2008年起,连续四年将该模式列为农业部的主推技术,在我国的南方大力推广。然而,在该模式中,玉米与大豆存在一定的共生期,低位作物大豆由于受到高秆玉米的遮荫,生育前期光能利用上处于劣势,加之受到玉米对其水分和养分的竞争,导致大豆植株茎秆纤细,瘦弱,抗倒能力差,易发生倒伏,从而严重影响其产量和品质。为此,本研究在2008~2010年,通过盆栽与大田试验相结合的方法,探究了玉米/大豆套作体系中钾对套作大豆的抗倒效应与提高产量的机理。旨在揭示套作大豆倒伏发生的实质,以及钾的抗倒效应和提高产量的原理,为优化套作大豆栽培技术体系,指导合理施肥提供理论依据。主要研究结果如下: 1.采用盆栽模拟试验对不同钾肥水平下净、套作大豆根系发育及其与倒伏的关系进行了研究。结果表明,钾肥的应用增加了大豆的一级侧根数、一级侧根总长度、根干重和根冠比,但对主根长和根体积没有明显的影响。净作条件下,大豆一级侧根数、一级侧根总长度、根体积和根冠比均极显著高于套作,主根根长间差异不显著。根系生理特性方面的研究表明,在净、套作条件下,大豆根系的伤流量、伤流冠比和根系活力均随着钾肥施用量的增加呈先升高后降低的变化趋势,以中钾处理最高,分别为1.84g·株-1,0.35和38.58μTPF·g-1FW·h-1;套作大豆伤流量和伤流冠比极显著高于净作,分别高出3.95和4.90倍,但根系活力表现相反。通过相关分析还发现,大豆倒伏率与根体积、一级侧根数、一级侧根总长度、根干重和根冠比呈极显著的负相关关系。大豆根体积越大,侧根数越多,根冠比越大,则越不容易发生倒伏。适宜的钾肥能够有效的促进根系生长发育,增加植株固持能力,从而减少倒伏的发生。 2.采用盆栽和大田试验对不同钾水平下净套作大豆茎秆性状和抗倒性关系的研究结果表明,适宜的钾肥供应可增加套作大豆茎秆基部节间粗度、植株直立度、机械强度、抗倒指数和基部节间干重,降低株高、基部节间长度、重心高度和倒伏率。茎秆抗倒指数与基部节间粗度和机械强度呈极显著的正相关关系,与株高、重心高度、节间长度和倒伏呈极显著的负相关关系。而大豆倒伏率与植株株高、重心高度和节间长度呈极显著的正相关关系,与茎秆节间粗度、机械强度和抗倒指数则呈极显著的负相关关系,大田与盆栽试验表现一致。适宜的钾肥能提高套作大豆茎秆的抗倒指数,降低倒伏率。 3.通过形态解剖和显微观察发现,钾肥应用对大豆基部茎秆结构的影响主要表现在显著增加了木质部的厚度和占整个横切面的比例,降低了维管束的数量,但单个维管束的面积增大。韧皮纤维厚度和韧皮部厚度随着钾肥施用量的增加呈不规则的变化。钾肥可增加髓部面积,减少髓部所占横切面的比例,使皮层增厚,但表皮厚度无明显变化。净套作模式下,皮层厚度,维管束的面积,木质部、韧皮部的厚度和所占横切面的比例,形成层厚度、髓部的面积和所占横切面比例均表现为套作显著低于净作,而表皮厚度和维管束数量差异不显著。茎秆节间粗度的差异主要体现在木质部厚度、维管束大小上 4.钾肥的应用显著增加了大豆茎秆可溶性糖含量、钾含量、C/N、苯丙氨酸裂解酶(PAL)和肉桂醇脱氢酶(CAD)活性,并随着钾肥施用量的增加呈先升高后降低的变化趋势,但各处理间氮含量差异不显著。施用钾肥显著提高了木质素和纤维素含量,比不施肥处理分别高5.3~11.2%和8.7-19.9%。净套作模式下,净作大豆茎秆可溶性糖、钾含量显著高于套作,木质素、纤维素含量、PAL和CAD活性苗期净作高于套作,盛花期差异不显著,茎秆氮含量和C/N也不存在显著差异。PAL和CAD与大豆茎秆木质素含量呈显著的正相关关系,PAL和CAD的活性越强,茎秆木质素含量越高。钾肥的应用提高了大豆苗期和花期叶片IAA、 CTK、 ABA含量和CTK/ABA,降低了苗期叶片GA3含量和GA3/CTK、 IAA/CTK比值,利于植株横向生长。花期叶片GA3随着钾肥水平的增加呈先升高后降低的变化趋势,IAA/CTK、 GA3/CTK比值增加,利于大豆植株的纵向生长。 5.施用钾肥提高了大豆生育前期的叶绿素含量和SPAD值,随施钾量的增加呈先升高后降低的变化趋势,套作遮荫条件下表现更为明显。净套作条件下,净作大豆叶片的光合速率和气孔导度极显著地高于套作遮荫大豆,分别比其高33.9%和17.7%,胞间二氧化碳浓度则表现相反。适宜的钾肥供应可显著增加净、套作大豆叶片净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs),降低叶片胞间二氧化碳浓度(Ci)。叶绿素荧光特性上,套作遮荫大豆的初始荧光(Fo)和实际光合能力(ΦPS II)显著高于净作,而最大光化学量子产量(Fv/Fm)和非光化学荧光猝灭州PQ)则表现相反,净套作大豆有效光化学量子产量(Fv'/Fm')和NPQ差异达极显著水平,Fv/Fm差异不显著。钾肥的应用增加了大豆叶片的Fo和Fv'/Fm',降低了大豆的Fv/Fm、 PS Ⅱ光化学荧光猝灭系数(qP)和非光化学荧光猝灭,但各处理间差异不显著。 6.套作大豆干物质的积累符合“S”生长曲线,可用Logstic方程Y=K/(1+ae-bx)加以拟合(R20.99”)。适宜的钾肥供应提高了套作大豆的干物质积累。随着施钾量的增加,套作大豆干物质积累量,最大增长速率呈逐渐增加的趋势,最大增长速率出现时间和干物质快速增加的时间提前。增施钾肥可调节干物质的输出量,增加营养器官对荚果的干物质贡献率,营养器官干物质积累量、输出率和贡献率均随施钾量的增加而显著增加。 7.钾肥的应用显著增加了大豆的产量和单株荚数,但对每荚粒数没有明显的影响,百粒重在盆栽大田条件下表现不尽一致。净套作条件下,净作大豆产量、单株荚数、每荚粒数和百粒重均显著高于套作遮荫处理。钾肥运筹方式上,中钾水平采用基肥、苗肥和花期追肥(1:1:1)产量最高,为2001.27kg.hm-2,每荚粒数和百粒重则无明显的变化。中钾水平采用基肥和苗肥(1:1)利于增加蛋白质含量,但钾肥不同时期施用配比对脂肪含量无明显的影响。 8.玉米大豆套作种植农田施用钾肥能明显改善套作大豆植株的根系、茎秆形态,塑造良好的株型,提高其抗倒能力,降低倒伏率,提高套作大豆的产量和品质。


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