流水灌溉减轻晚稻秧苗高温伤害的研究

易子豪 朱德峰 王亚梁 张玉屏 向镜 张义凯 陈惠哲

（中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室，杭州310006；*通讯作者：chenhuizhe@163.com）

长江中下游是我国水稻的主要产区，从上世纪70年代以来，双季稻面积逐渐下降，单季稻面积逐渐上升。由于双季稻的产量和资源利用率要比单季稻高[1]，近年来长江中下游双季稻种植面积又有上升的趋势，其中，江西和湖南为双季稻种植的主要省份。双季晚稻种植时期在8月上中旬，正值一年中温度最高的时候。前人研究表明，高温不会对分蘖期的植株造成影响，但是在生产中发现，温度过高会影响水稻返青，进而影响秧苗生长[2]。由于种植季节的限制，晚稻种植时常遇到极端高温天气。前人研究指出，水稻花期遇高温时，灌深水能够降低群体温度[3]，然而在秧苗期，田间水层过深反而不利于秧苗的生长。本研究比较了高温下循环流水和浅水灌溉对田间秧苗群体温度及秧苗生长的影响，明确了减轻晚稻秧苗高温伤害的水分调控措施。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2017年在中国水稻研究所试验基地试验田进行，供试品种4个：天优华占、五优308、甬优538、嘉58。

1.2 试验设置

采用2种灌溉方式处理：白天流水灌溉和浅水灌溉（2 cm）。每个处理3个小区，小区面积18 m2，每个品种种植4 m2。各品种在7月5日播种，7月25日移栽，种植规格为20 cm×25 cm，移栽后立即进行试验处理。流水灌溉方式为田块左侧泵入流水，右侧开口流出，整体水流循环使用。浅水灌溉方式即保持田块水层2 cm不变，水流静止。

1.3 测定项目及方法

在田里安装小型气象站，监测稻田土壤和田间温度和湿度变化。利用红外热像仪（Therma CAMTM 65 system，FILR System Inc.，Portland，OR.USA） 测定秧苗温度、稻田土壤温度和田间水温。移栽处理5 d后测定不同灌溉方式处理后的秧苗素质，包括株高、根长、地上部质量和地下部质量、SPAD值、全展叶黄叶比例。

1.4 数据分析

采用Excel 2016和SAS 9.0软件进行数据统计分析与作图。

2 结果与分析

2.1 田块水温、土温及秧苗温度

从图1可以看出，采用浅水灌溉方式的田块中，浅水水温受气温的影响很大，水温曲线与气温曲线变化趋势基本一致，都是每天的6∶00至12∶00急剧上升，12∶00 至 18∶00 急剧下降，18∶00 至第 2 天 6∶00 缓慢下降。浅水水温在7月26日12∶00与气温同时达到最大值44.6℃，在随后的2 d时间里，虽然气温的最大值下降到43.0℃以下且在12∶00气温出现明显低谷，但是浅水水温的最大值基本都出现在当天的12∶00前后且最大值都超过43.0℃，最小值约28.0℃。浅水土温的变化趋势是每天 8∶00 开始上升，在 17∶00 达到峰值 37.0℃，17∶00开始下降，在第2天8∶00达到最小值30.0℃。

图1 试验田块水温、土温

图2 秧苗温度

在采用流水灌溉方式的田块中，流水水温受气温的影响并不大。水温从每天8∶00开始呈S形上升并在17∶00达到最大值35.0℃，比浅水水温最大值低8℃~9℃，从17∶00开始下降并在第2天8∶00达到最小值30.0℃，比浅水水温最小值高2.0℃。也就是说，流水水温比浅水水温每日的变化幅度更小，流水水温最大值和最小值均低于浅水水温，并没有出现38.0℃以上的高水温，更加利于秧苗的生长。

同时，由于流水带走了一部分的热量，使得流水土温低于流水水温，而且流水土温低于浅水土温。流水土温的变化趋势是每日6∶00开始上升并在15∶00达到最大值35.0℃，比浅水土温最大值低2.0℃，从15∶00开始下降至第2天6∶00达到最小值29.0℃，比浅水土温最小值低1.0℃。这对于晚稻生长来说，可以减少高温对秧苗的伤害。

从图2可以看出，14∶00气温最高时，浅水灌溉处理的秧苗温度显著高于流水灌溉处理的秧苗温度。处理天数为1 d时浅水灌溉处理的秧苗温度高达45.0℃，比流水灌溉处理的秧苗温度38.0℃高了7.0℃。处理天数为3 d时浅水灌溉处理的秧苗温度为40.0℃，比流水灌溉处理的秧苗温度35.0℃高了5.0℃。可见，流水能带走大量的热量，使土壤温度降低，能明显降低秧苗的温度，使秧苗在田间免受长时间的高温伤害。

2.2 秧苗基本素质

从图3可以直观的看到，参试品种流水灌溉处理的株高都要高于浅水灌溉处理，根长长于浅水灌溉处理，地上部干质量和地下部干质量都要大于浅水灌溉处理。说明土温和水温高不利于水稻秧苗根系的生长。

2.3 秧苗SPAD值及全展叶黄叶比例

SPAD值代表了植物叶片叶绿素的相对含量，全展叶黄叶比例是所有植物叶片中黄叶所占的比重，它们组合在一起可以反映植物的生长是否良好，以及光合能力是否正常。从图4可以看出，流水灌溉处理的秧苗SPAD值全都大于浅水灌溉处理的秧苗，其中，五优308和甬优538的差值分别达到了1.70和1.07，说明浅水灌溉条件下秧苗叶片的叶绿素含量更高。从图4还可以看出，流水灌溉处理的秧苗全展叶黄叶比例显著低于浅水灌溉处理下的秧苗，流水灌溉处理的秧苗全展叶黄叶的比例基本保持在2.85%以下，而浅水灌溉处理比例最大的是嘉58，达5.07%，最小的五优308也达到了3.13%。

3 讨论与结论

本研究结果表明，采用浅水灌溉方式的田块土温比采用流水灌溉方式的田块高1.0℃~2.0℃，而水温日间高22.86%~25.71%、夜间低6.67%。这说明采用流水灌溉方式不仅可以降低田块土壤的温度，而且可以降低田块中的水温，使水温保持在33.0℃上下不至于过高，这能给秧苗提供一个相对稳定的生长环境，使秧苗温度降低，比浅水灌溉田块更适合秧苗生长。

图3 秧苗基本素质

图4 秧苗SPAD值及全展叶黄比例

本试验中流水灌溉方式带来的降温效果还体现在秧苗基本素质、秧苗SPAD值和全展叶黄叶比例上。高温热害会使水稻根系生长受阻，根长变短，阻碍了水稻对水肥的吸收，特别是对于刚刚移栽的幼苗来说，这种伤害更加严重[4]。当外界温度过高的时候，植物体内的生理活动自然也会受到影响，高温胁迫会破坏水稻体内正常生理代谢活动，体内的各种抗性物质和内源激素都会发生改变，细胞分裂速度、各种酶活性都会受到高温的干扰[5]。浅水灌溉方式下的秧苗株高、根长、干物质量都没有流水灌溉方式的高，说明在这种温度下，浅水灌溉方式下4个品种的秧苗都已经受到不同程度高温伤害。高温不仅造成了秧苗的基本素质偏低，还会造成秧苗的叶绿素合成下降，秧苗黄叶比例偏高，这种结果将导致秧苗在移栽后返青更慢，容易出现田间枯苗、死苗，对晚稻生产带来负面影响。综上可得，本试验结果说明，机插秧晚稻可以采取流水灌溉方式来缓解苗期的高温伤害。