控水对水稻生长发育及产量的影响

2018-03-27孙文涛隽英华

江苏农业科学 2018年4期

刘艳，孙文涛，隽英华

(辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所，辽宁沈阳 110161)

水稻是我国重要的粮食作物，截至2013年其播种面积达到3 031万hm2，占全国粮食作物的27%，总产量超过2亿t，占全国粮食作物的34%左右。而水稻的耗水量却占全国总用水量的54%左右，占农业总用水量的65%以上[1]。传统的淹水种植模式，不仅影响水稻高产潜力的发挥，而且随着水资源的日益紧缺，引发了水稻发展与有限水资源之间的矛盾，同时因径流、渗漏和排水引起环境污染[1-3]，因此水稻控水节水栽培问题逐渐成为人们关注的热点。国内相关研究表明，随着灌水量的增加，水稻的产量并不明显增加，甚至有下降的趋势，在作物适宜阶段进行适度的水分亏缺调控，对于促进群体高产更有效[4-6]。为探索控水方式对水稻产量的影响，本试验采用防雨棚盆栽的方式，以土壤水势为灌溉指标，设定常规淹水灌溉、节水灌溉和干湿交替灌溉这几种方式研究了不同程度的水分调控对水稻SPAD值、叶面积指数、生物量、土壤微生物量和产量等一些指标的影响，以期发现节水灌溉的最优调控方式，为实现水稻高产、水资源高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在辽宁省农业科学院试验基地盆栽场进行，时间为2013年6—10月，供试品种为辽星21，全生育期155 d。供试土壤来自于辽宁省沈阳市汪家镇水稻土，类型为棕壤土，供试土壤有机质含量为1.55%，全氮含量0.075%，碱解氮含量 58 mg/kg，速效磷含量29.15 mg/kg，速效钾含量 128.9 mg/kg， pH值7.3。

1.2 试验设计

采取单因素随机区组试验。设4个水分调控处理，10次重复，水分设计见表1。试验采用塑料桶(直径26 cm×高 28 cm)栽种，取稻田土晒干后过筛，每桶装土15kg，把桶3/4埋于土中。移栽前5d放水浸泡，6月3日移栽。每桶移栽3穴，每穴3苗，将桶置于防雨棚内。用中国科学院南京土壤研究所生产的真空表型负压式土壤湿度计测定土壤水势，埋设深度为陶土头中心距土表10 cm，每天09：00记载负压表读数，然后根据处理要求及时补水并记录灌水量。各处理施肥量相同，分别为N 210 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。氮肥以5 ∶3 ∶2比例按照基肥、分蘖肥、穗肥分3次施入，磷、钾肥做基肥移栽前一次施入，氮肥为普通尿素(46%N)，磷肥为磷酸二铵(46%P2O5)，钾肥为氯化钾(60%K2O)。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 考种每个重复固定3桶样株用于考种测产，包括有效穗数、每穗实粒数、千粒质量和产量。

1.3.2 叶面积指数(LAI)测定分别在拔节期、抽穗期、乳熟期选取有代表性植株2株，用YMJ型叶面积仪测定全部叶片的叶面积，计算叶面积指数，即LAI=总叶面积/占地面积。

1.3.3 生物量测量分别在拔节期、抽穗期、乳熟期、成熟期选取有代表性植株2株，将植株地上部分按茎叶、穗分开，先在烘箱中105 ℃杀青30 min，再调至80 ℃下烘干至恒质量，冷却至室温后用1/1 000电子天平称取干质量。

1.3.4 叶绿素含量的测定采用日本产的SPAD-502叶色测量仪分别在拔节期、抽穗期、乳熟期，选取各处理10株有代表性的植株测定倒3叶的叶绿素相对含量，以SPAD值表示。

2 结果与分析

2.1 不同水分处理对叶片SPAD值的影响

叶绿素是光合作用过程中影响光能吸收和转化的关键色素，与光合速率呈极显著正相关。从图1可以看出，各处理的

表1 试验处理水分设计

注：插秧时田面水深为30 mm水层；表中水层为适宜水层下限-适宜水层上限-允许最高水层；施肥时水层深度要求在10～30 mm。

SPAD值随生育期的推进变化趋势一致，呈抛物线变化，先升高后降低，在抽穗期达到最高值。在拔节期以前，淹灌处理W0的SPAD值较高，但是在抽穗期以后出现急速下降的趋势。干湿交替W2处理在抽穗期以后SPAD值都显著高于其他处理，说明合理控制水分有利于茎、叶的生长，这也为水稻后期生长较高的光合速率提供了物质基础。

2.2 不同水分处理对叶面积指数的影响

叶面积指数(LAI)是反映水稻群体大小较好的指标，叶面积过大或者过小都会影响水稻生长。从图2可以看出，各处理叶面积指数都在抽穗期时达到顶峰，然后随着叶片的衰老枯黄叶面积指数逐渐降低。拔节期常规灌溉W0的LAI最大，与节水灌溉处理1差异显著，说明水稻在营养生长期，淹水条件有利于叶片生长；但在抽穗期以后W2处理的LAI显著高于其他处理，可能是由于干湿交替处理，改善了土壤的通气性，使根系发达，可以提高叶面积指数，维持较长的功能持续期，这与叶片SPAD值的结果相吻合。

2.3 不同水分处理对各生育期干物质累积及收获指数的影响

水分调控对水稻各部位干物质的积累量在不同时期存在一定差异，从表2可以看出，常规灌溉的植株茎叶干物质量在各时期都高于控水处理，这是由于淹水处理下，水稻始终水分供应充足，分蘖较多，茎叶生长茂盛，从而使生物量高于控水处理植株。对穗部干物质积累的调查发现，前期各处理穗部干物质积累量差异不显著，后期差异较大，成熟期干湿交替W2处理比W3处理高38.2 g/盆，比常规灌溉处理高 34.5 g/盆，差异都达到显著水平。

不同水分调控对稻谷收获指数也有不同程度的影响。干湿交替W2处理成熟期的生物量和收获指数均为最高，与常规淹水灌溉和W3处理差异都达显著水平，说明适时合理地控制灌水不会影响水稻干物质的积累量，还会显著提高其收获指数，本试验中各处理的收获指数表现为W2>W1>W3。常规灌水W0处理由于生长在水分充足的环境中，无效分蘖较多，有效穗数减少，导致产量偏低，所以收获指数最低。前人研究表明，在一定的生物产量范围内，收获指数随着生物产量的提高而增加，两者呈正相关关系[7]。从表2可以看出，试验中各处理的收获指数与成熟期的干物质积累量变化趋势表现基本相同。

表2 不同水分处理对各生育期干物质累积的影响

注：同一列不同小写字母表示差异达到显著水平(P<0.05)。下同。

2.4 不同水分处理对水稻产量及其构成的影响

从表3可以看出，浅干湿交替W2处理产量最高，与W0和W3处理差异都达到显著水平，可能与灌浆后期较高的叶绿素含量有关。但过分控水，造成水分严重亏缺的话，也不利于增产，试验中干湿交替W3处理灌浆期出现了水分胁迫的症状，因此产量与常规处理无差异，甚至偏低。

分析水稻的各项产量指标发现，各处理间穗长和千粒质量差异不明显，但有效穗数、穗粒数和结实率差异显著，W2显著高于W0和W3。可见，在对水稻土壤水分进行调控后，虽然茎蘖穗数减少了，但是却可以有效控制无效分蘖，避免水稻群体过大，茎蘖互相争肥，从而促进水稻个体发育，最终获得高产。

表3 不同水分管理方式下水稻产量及产量构成因素

3 结论与讨论

程建平等研究认为，间歇控水灌溉有利于增加每穗实粒数和每穗颖花数，结实率明显提高，千粒质量加大，最终形成的产量结果比对照增产显著[8-10]。本试验研究结果得出相似结论，与常规淹水灌溉相比，浅干湿交替灌溉模式产量较高，主要原因就是拔节孕穗期，干湿交替处理有利于“源”的积累和“库”的形成，生育中后期干湿交替灌溉有利于同化物的输出，促进籽粒灌浆结实，显著增加有效穗数和穗粒数，提高结实率，从而最终增加水稻产量。但是W3处理设定控水到-25 kPa 时，出现了水分亏缺现象，尤其是在需水较多的抽穗灌浆期，“源”的不足，严重阻碍籽粒灌浆结实，导致穗粒数、结实率和千粒质量降低，是造成减产的主要原因，这与傅志强等的研究结果[11]相一致。

本研究中，水稻拔节前期，常规淹水灌溉由于水分充足，无效分蘖多，水稻叶片生长较为茂盛，叶片的SPAD值较高，叶面积指数较大。在拔节后期，干湿交替循环灌溉提高了土壤的通气性，促进了根系的良好发育和对水分、养分的吸收，达到以根养叶的目的，使叶片增长快于淹灌处理，而且叶绿素SPAD值也显著提高，使水稻生长有了更大的光合面积，为水稻高产奠定物质基础。干湿交替和节水灌溉下的水稻在生育后期还保持了较高的叶面积指数，延缓了叶片衰老，延长了叶片的功能期，主要是利用水稻的补偿性生长效应在适度干旱时复水，增加土壤通透性，促进植株根系代谢变化影响水稻叶片生长和籽粒充实，为水稻最终获得高产奠定基础。

前人研究认为水稻灌水量过多或过少都会引起根系和冠层功能的下降，不利于干物质积累[12-13]。本试验结果表明，常规灌溉可以使水稻前期分蘖增多，生物量变大，但生育后期由于土壤长期淹灌造成氧化还原电位下降[14]，使土壤呈强还原状态，分解出大量的有机酸、硫化氢等还原性物质，使土壤酸度增加，通气性变差，根部生长环境受到限制，叶片叶绿素分解大于合成，地上部干物质量下降显著。干湿交替循环控水灌溉的灌水量少，水稻生长健壮，根系发达，有利于矿质营养的吸收，促进叶片生长，地上部干物质积累多，有较明显的节水、增产效应。赵俊芳等的研究也表明，节水灌溉利于根系生长，发达的根系系统能更多地吸收营养供应地上部生长，但控水程度较大，不能满足植株正常生长发育所需水分时，会出现水分胁迫症状，影响水稻生长发育，造成水稻减产[15]。本试验中的节水W1和干湿交替W3处理就出现了过度控水，导致亏缺干旱的情况。因此适当控水使稻田处于“干湿交替”的水分循环状态，既能提高水稻叶面积指数、叶绿素含量，同时还能增加干物质积累量，提高干物质向籽粒中的分配比率、提高运转效率，增大收获指数，提升经济效率，达到节水增产高效利用的目标。

[1]茆智. 水稻节水灌溉及其对环境的影响[J]. 中国工程科学，2002，4(7)：8-16.

[2]程旺大，赵国平，张国平，等. 水稻节水栽培的生态和环境效应[J]. 农业工程学报，2002，18(1)：191-194.

[3]彭世彰，徐俊增，黄乾，等. 水稻控制灌溉模式及其环境多功能性[J]. 沈阳农业大学学报，2004，35(5/6)：443-445.

[4]邢春秋，王来福，马艳. 水稻节水控制灌溉技术试验总结[J]. 垦殖与稻作，2005(4)：24-26.

[5]迟道才，林文华，朱庭芸，等. 水稻节水灌溉技术研究现状与发展趋势[J]. 垦殖与稻作，2003(5)：39-41.

[6]迟道才，王王宣，张玉龙，等. 水稻节水高产灌溉模式及土壤水分能量调控标准研究[J]. 灌溉排水学报，2003，22(4)：39-42.

[7]吕艳东，郑桂萍，郭晓红，等. 控水灌溉对寒地水稻物质生产及灌浆动态和产量的影响[J]. 干旱地区农业研究，2011，29(5)：120-127.

[8]程建平，曹凑贵，潘圣刚，等. 不同灌溉方式下水稻产量性状相关性及通径分析[J]. 灌溉排水学报，2008，27(1)：96-99.

[9]彭世彰，郝树荣，刘庆，等. 节水灌溉水稻高产优质成因分析[J]. 灌溉排水学报，2000，19(3)：3-7.

[10]杨丽敏. 间歇灌溉对水稻生长发育及产量性状的影响[J]. 北方水稻，2008，38(3)：68-69.

[11]傅志强，黄璜，朱华武，等. 不同灌溉方式对水稻生长及产量的影响[J]. 作物研究，2011，25(4)：299-303.

[12]曾翔，李阳生，谢小立，等. 不同灌溉模式对杂交水稻生育后期根系生理特性和剑叶光合特性的影响[J]. 中国水稻科学，2003，17(4)：355-359.