钾肥施用量对水稻产量、钾素吸收利用及稻米品质的影响
作者单位：华中农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：李小坤
授予年度：2021年
主 题：水稻 钾 产量 非结构性碳水化合物 维管束 籽粒灌浆 稻米品质
摘 要：全球有近一半人口以稻米作为主食。近年来,为满足不断提高的生活质量,优质稻米的需求也进一步扩大,以优质、高产为主要目标的水稻(Oryza sativa L.)生产成为新时期水稻种植的一大特色。科学施肥是提高水稻产量和优化稻米品质的重要途径之一。钾素是水稻生长过程中需求最大的元素之一,充足的钾素供应有利于促进水稻生长,增加光合产物的积累和转运,为水稻籽粒的灌浆提供充裕的物质基础,从而大大提高产量。此外,钾素具有提高农产品品质的效果,因而也被称为“品质元素。前人已经提出来了根据最佳水稻产量或最佳经济产量、水稻钾素吸收规律、结合土壤理化性质分区域推荐施肥等方法确定水稻的适宜施钾量。然而,随着生活水平的提高,协调优质、高产相结合并综合考虑环境可持续发展的施肥技术也逐渐兴起,明确水稻优质、高产相协调的适宜钾肥施用量尤为重要。本文采用2年田间试验研究了不同钾肥施用量对水稻产量、水稻钾素吸收利用及稻米品质的影响,提出了基于稻米主要品质指标、兼顾产量的适宜钾肥用量,以期为新时期水稻生产中钾肥的合理施用提供理论依据。主要研究结果如下:(1)钾肥施用通过促进花前营养器官中非结构性碳水化合物(NSC)积累和转运提高水稻产量。与不施钾相比,各施钾处理下虾稻1号和深两优5814水稻产量分别提高30.7%-88.4%和14.0%-44.2%。水稻的四个产量构成因子均受到钾肥施用量的影响,相关分析表明,水稻产量与结实率相关系数最大(R=0.76),其次是每穗粒数和千粒重。与不施钾相比,施钾后虾稻1号和深两优5814植株营养器官(叶片和茎鞘)NSC积累量分别提高18.7%-84.9%和18.3%-38.8%,即施钾显著提高了籽粒灌浆所需的“源的供应能力;另一方面,钾肥施用促进维管束发育,增加穗颈大、小维管束个数,有利于花前储存在叶片和茎鞘的同化产物向籽粒转运,为籽粒灌浆提供充足的物质基础,从而增加粒重和结实,实现产量提升。(2)钾肥施用增加钾素吸收速率,缩短钾素快速积累持续时间。随着生育进程推进,水稻地上部钾素吸收量逐渐增加,呈现“慢-快-慢的增长趋势。分蘖盛期至抽穗开花期是水稻钾素快速积累期,该时段钾素吸收比例占最大吸钾量的56.7%-76.5%。与不施钾相比,施钾显著提高各个生育时期钾素积累量和钾素积累速率,使钾素快速积累开始时间推迟2.5-9.8 d,钾素快速积累持续时间缩短0.3-9.2 d。施钾显著提高秸秆钾含量,但不影响籽粒钾含量,因此,水稻吸收的钾主要分配在秸秆中。随着钾肥施用量增加,钾肥增产贡献率、钾素干物质生产效率和籽粒生产效率降低。综上,钾肥施用能增加水稻的钾素吸收量,但钾素利用率降低。在实际水稻生产中,应根据水稻的钾素需求规律,合理施用钾肥。(3)钾肥施用显著提高稻米加工品质、外观品质和食味品质。与不施钾相比,施钾后虾稻1号和深两优5814糙米率、精米率、整精米率分别提高1.1%-3.9%和0.4%-2.7%、0.3%-4.4%和0.8%-4.7%、3.1%-8.5%和2.0%-3.8%,且深两优5814加工品质优于虾稻1号。随着钾肥施用量增加,垩白粒率、垩白度显著降低,整精米长和宽显著增加,稻米外观品质更优。施钾显著降低虾稻1号和深两优5814精米总蛋白质含量和醇溶蛋白含量,增加直链淀粉含量,使米饭食味值分别提高7.3%-22.8%和2.7%-14.3%,施钾提升米饭食味值主要体现在米饭外观和口感。施钾也会影响淀粉的RVA特征,与不施钾相比,施钾后虾稻1号的峰值黏度、崩解值、回复值和深两优5814的回复值显著提高,淀粉糊化温度显著降低,淀粉性质更优,这与施钾提高稻米食味品质相匹配。(4)施钾显著增加颖果可溶性糖供应量,促进淀粉积累,从而降低颖果蛋白质含量。开花后7-14 d,颖果中蛋白质含量逐渐降低,此后略有降低或保持不变;而直链淀粉和总淀粉含量则是逐渐增加后保持平稳。钾肥施用显著提高了颖果中可溶性糖供应量及籽粒淀粉合成相关的三种酶的活性,进而促进淀粉合成积累。相关分析表明,籽粒灌浆过程中颖果蛋白质含量与淀粉含量呈显著负相关,其含量降低与淀粉增加相对应。基于整精米率、蛋白质含量和食味值,结合水稻产量,确定了虾稻1号和深两优5814协调优质、高产相结合的适宜钾肥用量分别为159-166 kg KO hm和179-180 kg KO hm。在该施钾量下,水稻产量分别为7.35-8.32 t/hm和7.28-8.19 t/hm,整精米率分别为60.4%-64.3%和67.1%-68.1%,蛋白质含量分别为7.0%-7.3%和6.6%-7.0%,食味值分别为70.1-71.1和74.9-76.2。
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