镁钾配施对水稻产量的影响

杜明 那永光 刘美秋

(黑龙江省农垦科学院，黑龙江 佳木斯 154007)

钾是植物生长发育必需营养元素之一，在植物体内以离子的形式存在，具有渗透性、流动性和再利用性的特点[1]。钾参与植物体内60多种酶的活化，并通过影响叶片气孔大小和数量来调节O2和CO2的交换量，进而影响作物的光合作用[2]。钾还影响植物体内碳水化合物的合成和运输，前人研究显示，低钾胁迫降低水稻叶片光合产物转化速率[3]。

镁是叶绿素的中心原子，位于咔啉环的中间[4]。缺镁会破坏植物叶绿素结构，减少基粒数和类囊体数，缺镁严重时，植物叶片出现失绿和坏死症，影响植物的光合作用[5]。此外，镁还通过影响植物体内糖和淀粉含量，以及茎鞘内干物质向籽粒的转运来影响作物的籽粒产量[6]。前人研究表明，施用镁肥能够提高作物产量。在缺镁红壤上，镁肥用量187.5kg·hm-2可提高水稻分蘖期、拔节期和抽穗期叶片叶绿素含量，提高有效分蘖数量，最高增产18%左右[7]。有趣的是，这2种营养元素间存在着互作效应，即一种营养元素的施用影响另一种元素的吸收和利用[8]。研究表明，施钾会降低植物对镁素的吸收，主要是限制镁素从根向地上部的运输[9]。在低钾低镁土壤上，施镁能够促进植物对钾素的吸收，但过量施镁则降低钾素吸收；当供钾充足时，施镁则促进钾的吸收，即在适量施用钾肥和镁肥条件下，二者表现出协同促进的作用，提高作物的产量[10]。本研究采取小区试验形式，研究镁钾肥配施对水稻产量和品质的影响，以期为寒地水稻高产优质栽培管理提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料和地点

试验在黑龙江省农垦科学院水稻研究所进行(N46°75′，E130°43′)。试验粳稻品种为“垦稻23”。该品种为主茎12片叶品种，株高88cm，每穗粒数88粒，千粒重27.1g。稻田土壤为白浆土，基础肥力为有机质28.3g·kg-1、pH值7.7、速效氮118.9mg·kg-1、速效磷12.6mg·kg-1、速效钾86.9mg·kg-1。

1.2 试验设计

设3水平钾肥和镁肥，共9个施肥组合，见表1。每处理3次重复，共计27个小区。小区面积16m2。钾肥为K2SO4(50%)，镁肥为MgSO4·7H2O(99%)。钾肥分2次施用，分别为基肥施50%，穗肥施50%；镁肥分2次施用，分别为基肥90%，10叶期施10%，追施的镁肥混入细土中撒匀。氮肥和磷肥按当地的施肥方式施用，即尿素(46%N)用量为200kg·hm-2，基∶蘖∶调∶穗为4∶3∶1∶2；磷酸二胺(46%P2O5；18%N)用量为120kg·hm-2。做基肥一次性施入。其他栽培管理措施与当地一致。

表1 施肥处理

1.3 取样和测量

分别于有效分蘖临界期(9叶期)、拔节期(11叶期)、抽穗期和成熟期调查水稻茎数；依据调查结果取样测定水稻干物质积累量，每处理取样3穴，茎叶分离后在烘箱内105℃杀青40min，之后80℃烘干至恒重。用比重法计算水稻叶面积；于有效分蘖临界期(9叶期)、拔节期(11叶期)、抽穗期用叶绿素测定仪测定水稻叶片SPAD值。成熟期取样考种，每处理取3穴，风干后测定产量和产量构成。

1.4 数据统计分析

数据用Excel 2010和SPSS 23.0进行统计分析，用Sigma Plot 12.5作图。

2 结果与分析

2.1 镁钾肥配施对水稻生长发育的影响

不同镁钾肥组合对水稻各生育期茎数、叶面积指数和SPAD有显著影响，见图1。水稻平方米茎数随生育时间的推移呈先增加后趋于稳定的趋势，见图1a，在拔节期达到最高，且施肥处理间存在差异。在每个生育期，无论是否施镁肥，K1和K2水平水稻茎数均高于不施钾处理。在K1和K2水平上，施镁能增加水稻茎数。在所有处理中,K1Mg1高于其他处理，K0Mg0、K0Mg1和K0Mg2均低于其他处理。这说明在低钾供应条件下，施镁对水稻茎数无显著影响。在施钾基础上，增施镁肥能进一步增加水稻各生育期茎数。

图1 不同镁钾施肥组合对水稻的影响

水稻叶面积指数随生育期的推移呈先增加后下降趋势，在抽穗期达到最高，见图1b，且施肥处理间存在差异。无论是否施镁，施钾均提高各生育期水稻叶面积指数。在K1水平上，镁肥用量为100kg·hm-2时水稻叶面积指数高于其他2个处理；在K2水平上，镁肥用量为200kg·hm-2时最高。水稻SPAD值随生育期的推移呈逐渐下降的趋势，见图1c。施钾显著提高水稻SPAD值，且在相同施钾水平上，施镁进一步提高了SPAD值。其中，K1Mg1和K2Mg2高于其他处理。

2.2 镁钾肥配施对水稻干物质积累的影响

由表2可知，不同镁钾肥配比影响水稻各生育期干物质积累和干物质比例。施钾显著提高水稻各生育期干物质积累，且在大多数情况下，同时施用镁钾水稻干物质积累均高于单独施钾肥处理。在拔节期，K1Mg1处理的干物质积累高于其他处理；在拔节期至抽穗期以及抽穗期至成熟期，K1Mg1和K2Mg2处理干物质积累高于其他处理。各生育期干物质积累占成熟期总干物质积累量的比例在处理间存在差异。在拔节期，无论是否施镁肥，不施钾3个处理的干物质比例均高于其他处理。其中，K2Mg2处理的比例最低。但在拔节期之后，同时施用镁肥和钾肥处理干物质比例高于不施钾处理。特别是在拔节期至抽穗期，K1Mg1和K2Mg2处理干物质比例高于其他处理。

表2 不同镁钾施肥组合对水稻各生育期干物质积累和比例的影响

2.3 镁钾肥配施对水稻产量和产量构成的影响

镁钾肥施用对水稻产量构成因素有显著影响，见表3。施用镁钾肥能提高水稻平方米穗数和每穗粒数，但对千粒重和结实率无显著影响。施钾提高水稻平方米穗数，但只有在镁肥和钾肥同时施用的条件下表现出显著差异(P<0.05)，其中，K1Mg1、K1Mg2和K2Mg2处理高于其他处理。与不施钾肥处理相比，无论是否施用镁肥，施钾均提高了每穗粒数，且除了K1Mg2外，其他处理均达到显著水平。其中，K1Mg1的每穗粒数最高。不施钾时，无论是否施镁肥水稻产量均无显著差异。与不施钾肥处理相比，施钾显著提高水稻产量，无论是否施镁肥。在施钾水平上，施镁肥进一步增加水稻产量。在K1水平上，随镁肥用量增加，水稻产量先增加后降低；在K2水平上，水稻产量随镁肥增加而增加，在Mg2水平上达到最高。

表3 不同镁钾施肥组合对水稻产量构成因素的影响

3 讨论

众所周知，施用镁肥和钾肥对作物产量和品质均有改善作用。由于镁素和钾素均对植物叶片叶绿素含量有影响，因此，在生产中，施用镁肥或钾肥均能通过提高叶片叶绿素含量来促进作物的光合作用，进而提高其营养生长期的干物质积累和成熟期的籽粒产量[3,5]。在本研究中，镁肥和钾肥的施用提高了水稻各生育期平方米茎数、叶面积指数、SPAD和干物质积累，同时施用2种肥料的改善作用更加显著，这说明同时施用镁、钾肥可能通过提高水稻的光合面积和叶绿素含量，潜在地提高了水稻群体的光合作用[11]，进而促进了水稻在各生育期的干物质积累。本研究发现，不同的镁钾施用比例对水稻生长发育的影响亦不同。在大部分情况下，K1Mg1和K2Mg2处理的平方米茎数高于其他处理；在所有处理中，K1Mg1和K2Mg2处理的叶面积指数、SPAD和干物质积累量最高，见图1。这意味着，适宜的镁钾比例在改善水稻生长发育过程中发挥协同促进的作用。前人研究指出，在高钾低镁条件下，水稻对镁素的吸收受到抑制，降低水稻叶绿素含量、净光合速率、硝酸还原酶和谷氨酸合成酶活性；在充足镁钾营养条件下，能够改善水稻叶片叶绿素含量和光合二氧化碳的固定效率[12]。即适宜的镁钾比可能通过提高叶片叶绿素含量和光合二氧化碳的固定效率提高了水稻的光合作用，进而增加了群体干物质的积累。本研究还发现，K1Mg1和K2Mg2处理的干物质积累量在拔节期至成熟期均高于其他处理，但比例只在拔节至抽穗期阶段最高，见表1。Wei等认为，拔节期至抽穗阶段更高的干物质积累是亚种杂交超级稻产量高于自交系超级稻的部分原因[13]。这说明，适宜的镁钾比可能通过改善水稻光合作用提高各生育期的干物质积累，并促进产量的形成。

施用镁钾肥显著提高了水稻产量，主要是由于较高的平方米穗数和每穗粒数，因为无论镁钾用量如何，水稻的千粒重和结实率均无显著差异。这说明施用镁、钾肥提高水稻产量主要是增加了群体的平方米穗数和每穗粒数。在所有处理中，尽管K1Mg1和K2Mg2处理的平方米穗数和每穗粒数均非最高，但仍处于较高的水平。因此，适宜的镁钾用量提高水稻群体平方米穗数和每穗粒数是产量增加的另一个原因。

4 结论

适宜的镁钾比例能够提高水稻产量。产量的增加是由于各生育期较高的干物质积累量以及成熟期平方米穗数和每穗粒数。增加的干物质积累量与各生育期叶面积和SPAD有密切关系。在所有处理中，K1Mg1和K2Mg2处理的产量最高，但K1Mg1处理更有利于农业生产。