旱涝交替对水稻生理生长及水分利用效率的影响

张春晓+俞双恩+王嫔

摘要：为了解水稻对旱涝交替的响应机制，采用测坑试验设计研究旱涝交替胁迫条件下稻田水位对水稻生理生长与水分利用规律及水稻群体质量的影响，并对水稻株高动态变化、需水量动态规律、水分利用效率进行了数值计算和理论分析。结果表明：水稻分蘖期、拔节孕穗期及抽穗开花期受涝可促进株高增长，受旱则抑制株高增长；旱涝交替胁迫过程均不同程度地降低水稻需水量，在分蘖期尤为显著；先旱后涝处理的水分利用效率整体低于先涝后旱处理，拔节孕穗期先旱后涝处理的水分利用效率最低。研究结论可为合理制定灌溉方案和提高水稻产量提供有效、有力的科学依据。

关键词：水稻；旱涝交替；需水量；水分利用效率；株高

中图分类号：S511.01

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）04-0121-04

目前关于水稻的节水灌溉方式研究主要集中于单一干旱胁迫和单一受涝胁迫，而在实际生产中，农田经常处于干湿交替的环境中。研究结果表明，水稻对轻度干旱胁迫和受涝胁迫具有较强的适应性[1-2]，旱涝交替胁迫条件下水稻生理生长指标的变化规律以及水稻水分利用效率具有重要意义和价值[3-5]，可以为合理制定灌溉方案和提高水稻产量提供有效的科学依据。本研究采用测坑试验设计，探讨农田水位调控对水稻株高动态变化、需水量规律及水分利用效率的影响，并进行统计分析对比。

1 材料与方法

试验于2012年、2013年的5—10月在河海大学江宁校区南方地区高效灌排与农业水土环境教育部的试验区进行。该地区属于亚热带季风气候，多年平均气温为15.7 ℃，多年平均无霜期为224 d，多年平均降水量为1 072.9 mm，年平均日照总时间为2 017.2 h。土壤类型为黏壤土，土壤密度、总孔隙度、pH值、全氮含量、速效氮含量、全磷含量、速效磷含量分别为1.46 g/cm3、44.97%、6.97、0.90 g/kg、27.65 mg/kg、0.32 g/kg、12.50 mg/kg。土壤田间持水率为25.28%，土壤有机质质量分数为2.40%。

供试水稻品种：武运粳23号，早熟晚粳稻，全生育期158 d 左右。试验区共有32个固定式蒸渗测坑（28个有底，4个无底），测坑分为2组，每组16个，东西向布置，测坑的规格为长×宽×深=2.5 m×2.0 m×2.0 m。试验区地上设有电动调节雨棚，地下设有廊道和设备间。地下设备间的水柱与测坑连通，每个水柱对应1个测坑，通过调节水柱水位实现测坑水位自动控制。2012、2013年水稻试验各生育阶段划分见表1。

2012年分别在水稻的分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期，采用先涝后旱处理方式，对照按节水灌溉（控制灌溉技术）要求进行水位管理。分蘖期分别取稻田水位120（5 d）、120 mm（8 d）作为受涝控制指标值，取-500 mm作为受旱控制指标值，-300～20 mm作为非控水期水位指标值；拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期分别取稻田水位200（5 d）、200 mm（8 d）作为受涝控制指标值，取-500 mm作为受旱控制指标值，-300～30 mm作为非控水期水位指标值。每个处理设2个重复，对照设4个重复。2013年参照2012年的试验方案，采用先涝后旱、先旱后涝2种处理方式，分蘖期先涝后旱处理取稻田水位120（7 d）、-500 mm作为受涝、受旱控制指标值，先旱后涝处理取稻田水位-500 mm作为受旱控制指标值，取120（5 d）、120 mm（7 d）作为受涝控制指标值；拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期先涝后旱处理均取稻田水位200（7 d）、-700 mm作为受涝、受旱控制指标值，先旱后涝处理取稻田水位-700 mm作为受旱控制指标值，取200（5 d）、200 mm（7 d）作为受涝控制指标值，具体设计见表2、表3。

2 结果与分析

2.1 旱涝交替胁迫下水稻株高的动态分析

以2013年旱涝交替胁迫条件下分蘖期、拔节孕穗期2个生育期为例，对水稻株高、日增长量变化动态进行分析，结果见图1、图2。

（1）分蘖期株高动态及日增长量变化分析。由图1可知，分蘖初期各处理株高及日增长量基本相同。控水后，处理1受涝期间的株高日增长量明显高于对照；受旱阶段后，株高日增量大幅度减小，低于对照。处理2、处理3受旱期间，株高日增长量明显低于对照；复水后，株高增长速度显著增加，且高于对照；处理3的受涝时间长于处理2，处理2控水结束后，株高日增长量有所下降，接近对照，而处理3则继续快速增长。控水结束后，株高由大到小依次为处理1>处理3>处理2>CK。由此可知，分蘖期旱涝交替过程中，受涝能促进水稻株高生长，且受涝时间越长，促进效果越显著，受旱则抑制株高增长。因此可知，先涝后旱处理比先旱后涝处理更有利于水稻株高的增长。

（2）拔节孕穗期株高动态及日增长量变化分析。由图2可知，拔节孕穗期控水处理未开始之前，各处理株高基本相同。控水开始后，处理4受涝期间的株高日增长量高于对照；进入受旱阶段后，株高日增量大幅减小，低于对照。处理5、处理6受旱期间，株高日增长量明显低于对照；复水后，株高增长速度显著增加，高于对照；处理6的受涝时间长于处理5，处理5控水结束后，株高日增长量有所下降，接近对照，而处理6则继续快速增长。控水结束后，株高由大到小依次为处理6>处理5>处理4>CK。由此可知，拔节孕穗期旱涝交替过程中受涝有利于株高的增长，且受涝时间越长，株高越高，受旱则不利于株高的增长；拔节孕穗期旱涝交替胁迫能促进水稻株高生长，在该生育阶段进行适当的水位调控可以达到控制植株旺长的目的。

2.2 旱涝交替胁迫下水稻全生育期的需水规律

由表5、图3可知：单生育期先涝后旱处理水稻全生育期总需水量的大小为：乳熟期（处理10）>拔节孕穗期（处理4）>分蘖期（处理1）>抽穗开花期（处理7）；受涝5 d的先旱后涝处理的大小为：抽穗开花期（处理8）>拔节孕穗期（处理5）>乳熟期（处理11）>分蘖期（处理2）；受涝时间为7 d的先旱后涝处理的大小为：拔节孕穗期（处理6）>抽穗开花期（处理9）>乳熟期（处理12）>分蘖期（处理3）。

处理1的总需水量与对照的差异达显著水平，为对照的98.92%；处理2、处理3的总需水量与对照的差异达极显著水平，为所有处理中的最小值，分别为对照的97.32%、98.30%。其他各处理的总需水量与对照的差异均未达显著水平。处理4、处理5的总需水量低于对照，分别为对照的99.92%、99.62%；处理6的总需水量略高于对照，为对照的100.33%。处理7、处理8、处理9的总需水量低于对照，分别为对照的98.68%、99.87%、99.10%。处理10的总需水量为所有处理中的最大值，略高于对照，为对照的100.36%；处理11、处理12的总需水量低于对照，分别为对照的99.53%、99.07%。

由此可知：先涝后旱处理对水稻全生育期的需水量影响不显著，分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期先涝后旱处理会降低总需水量，乳熟期先涝后旱处理则会导致总需水量略有增加。水稻全生育期的总需水量对分蘖期旱涝交替胁迫最为敏

感，分蘖期先旱后涝处理会显著降低总需水量；拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期先旱后涝处理对总需水量的影响不显著；分蘖期、拔节孕穗期先旱后涝处理的受涝时间越长，总需水量越大；抽穗开花期、乳熟期先旱后涝处理的受涝时间越长，总需水量越小。

2.3 旱涝交替胁迫下水稻水分利用效率（WUE）

水分利用效率能够表示作物利用水分的经济程度，水分利用效率越高，植株的节水能力越强。水分利用效率大，表明作物消耗单位数量的水分所能固定的二氧化碳的数量多，有利于作物在水分逆境下保持一定的产量。

由表6可知，各处理的理论产量、水分利用效率均低于对照。各生育期先涝后旱处理的水分利用效率由大到小依次为分蘖期（处理1）>拔节孕穗期（处理4）>乳熟期（处理10）>抽穗开花期（处理7）；受涝5 d的先旱后涝处理的水分利用效率由大到小依次为分蘖期（处理2）>乳熟期（处理11）>抽穗开花期（处理8）>拔节孕穗期（处理5）；受涝时间为 7 d 的先旱后涝处理的水分利用效率由大到小依次为抽穗开花期（处理9）>分蘖期（处理3）>乳熟期（处理12）>拔节孕穗期（处理6）。

由此可知，分蘖期先旱后涝处理会降低水分利用效率，且受涝时间越长，对产量的影响越大，水分利用效率越低。拔节孕穗期旱涝交替胁迫会造成严重的减产，导致水分利用效率大幅降低；先旱后涝处理造成的减产最为严重，受涝时间对产量的影响不大。抽穗开花期先旱后涝处理会显著降低水分利用效率，但是随着受涝时间的延长，水分利用效率有所升高。乳熟期先涝后旱处理的水分利用效率高于先旱后涝处理，并且水分利用效率因受涝时间的延长而降低。

3 结论

分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期旱涝交替胁迫条件下的水稻最终株高有所增加，2年平均最终株高增加2.61%，且受涝时间越长，株高越高。拔节孕穗期进行适当的水位调控可以控制植株旺长，达到优化株型的目的。

旱涝交替胁迫过程均不同程度地降低水稻需水量，分蘖期旱涝交替会显著降低全生育期的需水量，且先旱后涝处理影响大于先涝后旱处理，受涝时间越短，需水量越小；拔节孕穗期、抽穗开花期及乳熟期受涝均有利于日需水量的增加，受旱则会降低（乳熟期无显著影响）。各生育期日需水量与对照的差异随着水分胁迫时间的延长而增加。

水稻4个主要生育期旱涝交替胁迫会降低水分利用效率，先旱后涝处理的水分利用效率整体低于先涝后旱处理。拔节孕穗期先旱后涝处理的水分利用效率最低，拔节孕穗期、乳熟期先涝后旱处理的水分利用效率高于先旱后涝处理。

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