秸秆覆盖与灌水深度对湘南晚稻产量、米质与水分利用的影响

易镇邪，朱伟文，唐国文，陈平平，王晓玉，周文新，屠乃美

（1湖南农业大学农学院／南方粮油作物协同创新中心，长沙 410128；2永州市零陵区石岩头镇农技站，湖南 永州 425131）

水资源短缺已经成为农业生产的重要限制因素。我国的水资源总量丰富，但人均占有量仅为世界的1／4，是世界13个主要贫水国之一［1］。我国在农业方面的用水量占到全国总用水量的2／3，而作为水稻生产大省，湖南省农业用水量占总用水量的70%［2］。湖南省水资源总量相当丰富，但从6月份开始，受西太平洋副热带高压影响，全省各地雨季陆续结束，天气晴热温度高且雨量少，风速较大，蒸发增强，因此常出现季节性、区域性干旱。2013年，湖南省遭受了新中国成立以来最严重的全省性旱灾。作为我省主要粮食及农产品产区的衡邵丘陵地区，是全省水资源最少的地区之一［2］。

发展水稻节水生产势在必行。近年来，我国的节水抗旱技术得到了较快的发展，但是主要体现在北方干旱半干旱地区，南方地区的节水技术研究相对滞后。关于水稻节水栽培，郭荣发等［3］研究表明，与常规淹灌栽培相比，渗灌栽培可使直播早、晚稻节水达40%～50%，增产8%～12%；肖新［4］研究表明，在南方丘陵地区推广示范的节水灌溉双季稻模式、水旱轮作双季稻模式、稻油轮作模式的综合效益都优于常规稻作模式；王怡红［5］认为，垄作栽培法在南方水稻栽培上也有明显的节水增产效应。总的来看，有关南方水稻节水栽培的研究还较少，尚未形成相关技术体系。本试验以湘南丘岗区晚稻为研究对象，初步研究秸秆覆盖和灌水深度对水稻产量、稻米品质和水分利用的影响，以期为湘南水稻节水丰产技术体系的构建提供理论与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与地点

选取衡阳县当地种植面积较大的品种‘丰源优299’为试验材料。大田试验于2014年在湖南省衡阳市衡阳县西渡镇梅花村富乐农场（112°39′E，26°99′N）进行。试验田前茬为水稻，其耕作层土壤类型为壤土，pH 5.66，0～30 cm土层含有机质37.93 g／kg、全氮 1.45 g／kg、全磷 594 mg／kg、全钾 20.45 g／kg、碱解氮 138.46 mg／kg、有效磷 7.96 mg／kg、速效钾40.94 mg／kg。室内实验在湖南农业大学作物生理与分子生物学教育部重点实验室、农业部多熟制作物栽培与耕作重点开放实验室进行。

1.2 试验设计

采用两因素裂区试验设计。试验主处理为灌水深度：5 cm（A1）和10 cm（A2）；副处理为秸秆覆盖：覆盖秸秆与不覆盖秸秆，共4个处理，3次重复，小区面积20 m2。秸秆覆盖处理稻草覆盖量为4500 kg／hm2；水稻插植规格为16.7 cm×20 cm。施肥方式按照当地施肥习惯进行，基肥施尿素（含N46.4%）75 kg／hm2、复合肥（N∶P∶K＝26∶10∶16）300 kg／hm2。除施用基肥外，不再追施肥料。两个小区中间做田埂，田埂上覆盖塑料薄膜，并将薄膜埋入土内，防止侧渗，并分别使用独立的排灌渠道。在种植小区内固定标尺，以控制灌水深度。灌水时间以处理A2自然落干时间为准，分别再灌水5 cm和10 cm。记录全生育期内的灌溉时间和次数，计算灌溉水量。

1.3 测定指标与方法

茎蘖动态：记载播种期、移栽期、始穗期、齐穗期、成熟期和收获期。出苗后，每5 d定点记载每蔸苗数（每小区10蔸），直至抽穗。

叶面积指数：分别在分蘖盛期、孕穗期、齐穗期、乳熟期每小区选取长势均匀的水稻3蔸，用长宽系数法或叶面积仪测定叶面积。

干物质积累：分别在分蘖盛期、孕穗期、齐穗期、乳熟期每小区选取长势均匀的水稻3蔸，分部位装袋，105℃条件下杀青30 min后经80℃烘干至恒重，考察干物质积累动态。

经济性状：成熟期每小区调查连续40蔸的有效穗数，以平均数作为单穴有效穗数，然后每小区按平均有效穗数取样5蔸，带回试验室考察每穗粒数、结实率和千粒重。各小区分收晒，计算实际产量。

稻米品质：稻谷储存3个月后碾米，考察出糙率、精米率、整精米率、长宽比、垩白粒率、垩白度、碱消值、胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量等米质指标。

水分利用效率：在晚稻移栽前和收获后分别测定稻田土壤含水量，计算晚稻生育期内稻田土壤贮水量的变化。另外，根据当地气象部门的降雨量数据，掌握晚稻整个生育时期内的降水总量。根据以上数据计算耗水量（ETm）＝P＋I-△W，其中：ETm为作物耗水量，I为灌溉量（记录每次灌水量），P为降雨量（衡阳县气象局提供），△W为稻田土壤贮水量的变化。水分利用效率（WUE）＝DW（Y）／ETm。其中：DW（Y）籽粒产量，ETm耗水量。

1.4 数据处理

利用Excel 2007软件进行数据统计，使用DPS 7.05软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆覆盖与灌水深度对晚稻生长发育特性的影响

2.1.1 对晚稻分蘖动态的影响

各处理单穴茎蘖动态变化如图1。各处理茎蘖数均呈先升后降趋势，处理间存在一定差异，处理间最高茎蘖数表现深灌不覆盖＞深灌覆盖＞浅灌覆盖＞浅灌不覆盖处理，覆盖与不覆盖处理间差异不大，深灌处理显著大于浅灌处理；深灌处理茎蘖数较多，但因为小分蘖太多，因此茎蘖数下降幅度较大，以至成穗率较低，最终单穴有效穗数以浅灌不覆盖处理最高，深灌覆盖处理最少。

图1 各处理水稻单穴茎蘖数动态Fig.1 Dynamicsofricetillernumbersperhill ofdifferenttreatments

2.1.2 对晚稻叶面积指数的影响

从表1可见，深灌不覆盖处理水稻叶面积指数显著大于其它处理，其孕穗期叶面积指数达到4.84，分别较浅灌覆盖、深灌覆盖和浅灌不覆盖处理高出0.36、0.64和0.84；深灌处理最大叶面积指数高于浅灌处理，说明水分供应的减少制约了水稻叶面积的扩展；孕穗期以后，各处理叶面积指数均下降，但深灌处理下降幅度较大，因而深灌处理和浅灌处理的差异减小，这应与深灌处理的无效分蘖较多有关。

表1 各处理水稻叶面积指数动态Table1 Dynamicsofriceleafareaindex ofdifferenttreatments

2.1.3 对晚稻干物质积累的影响

如表2所示，各处理干物重随生育进程推进均表现逐渐增加的趋势。在生育前期，浅灌覆盖处理植株地上部干物重增长较其它处理略快，但在齐穗期后，其增长较其它处理慢；浅灌不覆盖处理在生育前期的干物重小于其它处理，孕穗期后干物重增长较快；到成熟期，不覆盖处理干物重大于覆盖处理，浅灌处理与深灌处理差异不大，4个处理中，深灌覆盖处理的干物重最低。

表2 各处理水稻地上部干物重动态Table2 Dynamicsofriceshootdryweight ofdifferenttreatments

2.2 秸秆覆盖与灌水深度对晚稻产量及其构成因素的影响

由表3可知，浅灌不覆盖条件下的产量最高（6566.8 kg／hm2），深灌覆盖处理最低（6221.0 kg／hm2）；相同灌溉条件下秸秆覆盖与不覆盖处理间产量差异不大，而相同覆盖条件下，浅灌处理较深灌处理产量显著增加，增幅为4.2%～4.6%。覆盖处理的收获指数比不覆盖处理有明显提高的趋势，不覆盖条件下浅灌处理收获指数较深灌处理显著提高。

由表3可知，单位面积有效穗数以浅灌不覆盖处理最高，深灌覆盖处理最低，相同灌溉条件下不覆盖处理比覆盖处理显著增加，相同覆盖条件下深灌处理有效穗数较浅灌处理显著减少；各处理间每穗实粒数和千粒重差异不大，前者在101.2～103.5之间，后者在27.14～27.54 g之间；各处理结实率在72.39%～76.27%之间，其中浅灌处理略大于深灌处理，不覆盖处理显著高于覆盖处理。将产量构成因素与产量进行相关分析，有效穗数、结实率与产量呈正相关（相关系数分别为0.9936和0.7052），而每穗实粒数和千粒重与产量呈负相关（相关系数分别为-0.2226和-0.3633），可见处理间产量差异主要由有效穗数和结实率差异所致。

表3 不同处理水稻产量构成因素与收获指数Table3 Yieldcomponentsandharvestindexofriceofdifferenttreatments

2.3 秸秆覆盖与灌水深度对晚稻稻米品质的影响

由表4可见，各处理间稻谷加工品质指标中的出糙率、精米率、整精米率均无显著差异，深灌处理整精米率略高于浅灌处理；外观品质指标中，各处理间的米粒长宽比、垩白度差异不显著，垩白粒率以不覆盖处理较大，同时有深灌处理略大于浅灌处理的趋势；稻米蒸煮品质中，深灌不覆盖处理碱消值显著高于其他处理，胶稠度也以深灌不覆盖处理最高，有不覆盖处理显著大于覆盖处理、深灌处理显著大于浅灌处理的趋势，而直链淀粉含量以深灌覆盖处理略低，其他处理差异不大；营养品质指标中，蛋白质含量则表现深灌处理显著高于浅灌处理、覆盖处理略高于不覆盖处理的趋势。整体来看，灌水深度和秸秆覆盖对加工品质无明显影响，但浅灌可在一定程度上改善稻米外观品质和食味品质，秸秆覆盖使稻米外观品质和食味品质降低。

表4 不同处理的水稻稻米品质Table4 Ricequalitytraitsofdifferenttreatments

2.4 秸秆覆盖与灌水深度对晚稻水分利用率的影响

本试验比较了各处理的灌溉水水分利用效率和总耗水量水分利用效率。由表5可见，处理间灌溉水利用效率表现浅灌不覆盖＞浅灌覆盖＞深灌不覆盖＞深灌覆盖处理趋势，其中浅灌处理灌溉水利用效率显著高于深灌处理，前者是后者的2倍以上；相同灌溉水量下覆盖处理灌溉水利用率低于不覆盖处理，这是由于覆盖条件下的产量显著下降所致。处理间总耗水量水分利用效率，浅灌处理显著高于深灌处理，覆盖处理略高于不覆盖处理，这可能是由于覆盖处理减少了田间蒸散量使得水分利用率提高。可见，浅灌可显著提高稻田水分利用效率，而秸秆覆盖作用较小。

3 小结与讨论

3.1 秸秆覆盖与水分管理对晚稻产量形成的影响

关于秸秆还田对水稻生长发育与产量的影响，易镇邪等［6］在湖南长沙双季稻田研究了两种快腐剂（腐秆灵、腐解菌）处理还田早稻秸秆对晚稻产量形成的影响，发现两种快腐剂处理还田早稻秸秆对晚稻均具有显著增产效果，且腐解菌效果较好；裴鹏刚等［7］认为，在 4000～6000 kg／hm2秸秆还田条件下，水稻显著增产；周江明等［8］研究认为，配施112.5 kg／hm2石灰条件下，稻草全量覆盖还田有增产效果。本研究发现，秸秆覆盖还田使晚稻有效分蘖减少，有效穗数与结实率下降，产量略有下降，但下降不显著。可见关于秸秆还田的增产效果与诸多因素（自然条件、还田方式、还田量、辅助措施等）有关，还需因地制宜开展研究。

表5 不同处理的水稻水分利用效率Table5 Wateruseefficiencyofriceunderdifferenttreatments

关于水分管理对水稻生长发育的影响，前人进行了较多研究。杨建昌等［9］研究表明，分蘖期进行浅水勤灌可促进根系发育，促进分蘖早发，增加分蘖数量，提高分蘖成穗率；柯传勇［10］发现，分蘖期和全生育期水分胁迫降低水稻株高和干物质积累，影响水稻分蘖；汪妮娜等［11］研究了水分胁迫对水稻根系生长和产量的影响，发现分蘖盛期轻度水分胁迫处理有利于地上部干重和稻谷产量的提高。本试验研究了灌水深度对晚稻产量形成的影响，发现浅灌处理有效穗数显著提高，产量显著提高，其增产的原因主要是与两个方面有关：其一是浅灌处理分蘖总数较深灌处理少，但无效分蘖少，成穗率较高；其二是浅灌处理生育后期叶面积指数下降较慢，叶片功能期延长，从而制造了更多光合产物。

3.2 秸秆覆盖与灌水深度对晚稻稻米品质的影响

稻米品质的形成受到品种特性、生态环境及栽培措施等因素的影响。杨建昌等［12］比较了水稻在水种与旱种条件下的稻米品质，发现水稻旱种后，稻米的胶稠度明显减小，糊化温度升高，而直链淀粉含量、蛋白质含量和精米率等无显著差异。柯传勇［10］研究表明，分蘖期和抽穗成熟期轻度水分胁迫可改善稻米加工品质，而分蘖期重度干旱胁迫使加工品质降低；幼穗分化期轻度和中度水分胁迫处理提高了垩白率；抽穗成熟期中、重度水分胁迫显著增加了垩白率。本试验研究了秸秆覆盖还田对水稻稻米品质的影响，发现秸秆覆盖对稻谷加工品质无影响，但使稻米外观品质和食味品质降低。本研究同时表明，灌水深度对稻谷加工品质无影响，但浅灌可在一定程度上改善稻米外观品质和食味品质。前人研究结果显示，胶稠度大小与直链淀粉含量有密切负相关关系［13］，但在本试验中，浅灌处理和覆盖处理的胶稠度较深灌处理和不覆盖处理显著下降，直链淀粉的差异不大。有关秸秆覆盖与灌水深度对晚稻稻米品质的影响，还需进一步研究。

3.3 秸秆覆盖与灌水深度对晚稻水分利用效率的影响

水分管理显著影响水稻水分利用效率。柯传勇［10］研究表明，分蘖期和灌浆结实期适当的水分胁迫处理可提高水稻水分利用效率。本试验结果表明，秸秆覆盖处理可减少田间蒸发量等无益的水损耗，可略微提高水分利用效率，但提高效果不显著，这可能与本试验设置的灌水深度（5～10 cm）有关，至于秸秆覆盖还田在进一步减少灌水量条件下的效果有待进一步研究。本研究还发现，浅灌处理（5 cm）可显著提高晚稻总水分利用效率和灌溉水利用效率，可实现水稻高产与高水分利用效率的统一，当然，在进一步减少灌水量，降低灌水深度条件下，水稻的产量表现与节水效果需进一步研究。

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