浅显节水灌溉方式对辽宁地区水稻同化物分配及质量影响的试验研究

吕晓慧

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

水稻属于辽宁省主要农作物之一，其耗水量较大，据相关试验统计，水稻耗水量可占据区域总灌溉水量的60%左右[1]。辽宁省属于水资源相对短缺的区域，季节性干旱发生的频率较大，干旱对水稻生长已经成为主要的非生长因素之一[2]。如何实现水稻作物灌溉用水的效率，实现水稻作物的高效节水灌溉，既保证节水效率的同时又保证水稻的质量，是当前水稻作物节水灌溉模式设计的重要课题[3]。当前，对于水稻灌溉节水技术的研究成果相对较多[4- 11]，也有不少学者关注于水稻自身的节水潜力，并培育出具有抗旱性能的水稻品种[12- 14]。但当前对于节水灌溉方式是否影响水稻的产量和质量依旧有较大的争议，这主要是由于水稻自身的节水潜力还主要依赖于节水灌溉栽培技术的发展[15]。为此需要通过试验的方式定量分析高效节水灌溉方式下对水稻产量及质量的综合影响，定量分析水稻产量与水分利用率之间的关系，提高作物水分利用率的同时提高水稻作物的产量和质量，为区域水稻高效节水灌溉提供相应的理论依据。

1 试验方法

1.1 试验设计

试验设定不做任何节水方式、以及采用浅显节水灌溉方式下的两个试验小区，试验小区如图1所示。各试验区水稻品种一致，试验区为黏壤土，土壤中全氮、全磷的含量分别为0.58、0.41g/kg，土壤pH值为5.70。在两个试验小区内主要进行施氮肥(含量为200kgNhm-2)，并结合复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)进行水稻栽培，水稻栽种过程中采用尿素作为追肥。在试验过程中，在水稻生育期田间含水量保持在4～6cm，到水稻返青至成熟期这段时间将土壤水势维持在-20kPa以下，为提高节水灌溉效率，在每个试验小区内均匀铺设滴灌带，应用张力计对土壤含水量进行试验监测。试验区水稻栽种秧龄为22d，按照行距为40cm，株间距为12.5cm密度进行人工移栽，每个洞穴内基本为两个基本水稻苗。

图1 两个试验小区

1.2 试验指标测定方法

(1)同化物的测定

茎蘖动态：选用固定的十蔸进行基本苗的记录，在进行人工移种后第10天开始进行分蘖数的调查，后期每隔7天对水稻基本苗的分蘖数进行调查记录，到水稻齐穗期结束。

地面层干物质的分配：在各试验小区内选取4蔸进行平均茎蘖数的调查，在水稻4个重要生育期选取2个主茎作为标准叶片，采用长宽系数法进行叶面积指数，将试验茎、叶与穗进行分隔后，在烘箱中进行30min的杀青烘烤，在烘烤箱中将温度降低至80℃以后，通过称重方式计算其干物质的分配和积累过程。

根系干物质：在每个试验小区内布设根袋，每个根袋内种植相同品种的水稻2份，其中一份选取水稻顶部的白根用于测定活性酶的测定，另外一份在烘烤箱中30min后进行称重，用于水稻成熟后期的根系可溶性糖与淀粉含量的测定。

形态结构与倒伏指数：采用强度测量仪对茎秆节间抗折力进行测定，结合显游标卡尺测量节间外径，其中倒伏指数的计算方程为：

LI=f×100

(1)

f=L×w

(2)

式中，LI—测定的水稻倒伏指数；f—弯曲力矩或者抗折力，g；L—节间基部至穗顶长度，cm；w—节间基部至穗顶重量，g。

(2)产量与品质的测定

对于产量的计算，首先需要计算每亩有效穗的含量，计算方程为：

(3)

P=C·M·D·w·103

(4)

式中，P—计算的水稻产量，t/hm-2；C—每亩有效穗含量，g；M—每穗的粒数；D—结实率，%；w—千粒重，g。

水稻品质测定主要包括对精米率以及整精米率的测定[16]。

2 试验分析结果

2.1 对水稻形态的试验影响

分别结合浅显和淹没节水灌溉方式，分析不同节水灌溉方式对水稻生育期天数的影响，见表1，并通过各试验周期分析不同节水灌溉方式对水稻形态包括株高以及茎蘖系数的影响，试验分析结果见表2及图2。

表1 不同节水灌溉方式下对水稻生育期天数的影响 单位：d

表2 不同节水灌溉方式下对水稻生育期株高的影响 单位：cm

图2 不同节水灌溉方式对各样品水稻茎蘖系数的影响分析

从表1中可看出，在两个试验年分析下，浅显和淹没两种节水灌溉方式下对水稻秧龄期的影响不大，因为这一时期水稻需水量较少，因此两种灌溉方式下该水期水稻的需水都可得到有效满足，因此其影响程度较小。而对于水稻营养期，不同灌溉方式对其营养期水稻的生育期天数有较为明显的影响，相比于淹没方式，浅显灌溉方式下水稻生育期天数有所延长，有利于水稻作物营养干物质的积累。而同样在生长期和全生育期，水稻作物的生育期天数都有所增加，这同样是因为节水灌溉方式下，作物需水量满足度不同，因此相比于淹没灌溉方式，浅显灌溉方式下水稻生育期天数有所增加。表2为不同节水灌溉方式对水稻株高的影响，从试验分析结果可看出，在水稻生育的各个时期，水稻株高总体呈现“S”型变化曲线，相比于淹没灌溉方式，浅显节水灌溉方式下在水稻四个主要生育期株高提升率分别在5.6%～7.8%之间，可见相比于淹没节水灌溉方式，浅显灌溉方式可有效提高水稻株高的指标。从水稻茎蘖系数的影响分析结果可看出，在水稻的整个生育期，两种节水灌溉方式下水稻茎蘖系数整体变化较为一致，先增加后递减到成熟期后逐步趋于稳定变化，相比于淹没灌溉方式，浅显节水灌溉方式下各试验品种水稻的茎蘖系数有所提高，提高率均值在7.5%左右。

2.2 对水稻倒伏指数的试验影响

在形态指数分析的基础上，试验分析两种灌溉方式下对水稻外部形状及倒伏指数的影响，试验分析结果见表3。

表3 不同灌溉方式下对各品种水稻形状及倒伏指数的影响

注:1- 1表示第一节间，2- 2表示第二节间，3- 3表示第三节间

从表3中可看出，对于同一种水稻品种而言，相比于淹没节水灌溉方式，浅显灌溉方式下水稻节数有所增多，这是由于浅显灌溉方式下，作物利用水效率有所提升，水稻作物的生育期天数有所增加，因此水稻节水有所增加，相比于淹没灌溉方式，浅显节水灌溉方式下节水增加率为4.5%，从水稻基部节长可分析出，在两种节水灌溉方式下，水稻基部节长变化较为一致，从上到下，其节间的长度都均呈现递增变化，相比于淹没节水灌溉方式，浅显灌溉方式下基本节长的增加率为1.5%，而对于基本外径而言，同样由于作物利用系数的影响，采用节水灌溉方式后，其基本外径较传统灌溉方式均有所增加，相比于淹没灌溉方式下，浅显灌溉方式下基部外径有所减少，减少率为2.3%，这主要是因为相比于淹没灌溉方式，浅显灌溉方式由于增加了前期基本节长，使得其相应外径有所减少。通过对茎壁厚度分析可知，两种节水灌溉方式下其对茎壁厚度影响程度较大，相比于淹没灌溉方式，浅显节水灌溉方式下的茎壁厚度增加率在1.5%～3.4%之间。弯曲力矩是水稻作物主要的形状系数指标，从试验分析结果可看出，两种节水灌溉方式下弯曲力矩总体变化程度较小，相比于淹没节水灌溉方式，浅显灌溉方式下弯曲力矩有所增加，因此使得在浅显节水灌溉方式下，其倒伏指数降低20%，更利用水稻作物的生长。

2.3 对水稻叶面积指数的试验影响

动态分析了不同水稻品种下各节水灌溉方式对水稻叶面积指数的影响，试验分析结果见表4。

表4 不同灌溉方式影响下的水稻叶面积指数

叶面积指数是水稻作物耗水影响的重要指标，从试验分析结果可看出，相比于传统灌溉方式，采用节水灌溉方式后，水稻作物不同叶型下指数都有所减少，这主要是因为采用节水灌溉方式后，通过提高水稻作物的水利用效率，水稻作物的耗水率有所递减，因此不同叶型的叶面积指数均有所减少，由于两种节水灌溉方式相同，因此对各水稻品种的叶面积指数影响程度较为相同，但相比于淹没灌溉方式，浅显灌溉方式下各类型叶面积指数增加率在0.5%～3.4%之间，总体变化程度较小，可见不同节水灌溉方式对水稻叶面积指数的影响程度较低。

2.4 对水稻同化物积累与分配率的影响

水稻同化物干物质积累及分配是表征水稻营养物的重要指标，为此分析两种节水灌溉方式下对不同时期各品种水稻同化物分配及蔗糖合酶与蔗糖磷酸合酶活性的影响，试验分析结果见表5—6。

表5 不同节水灌溉方式对各水稻品种同化物分配率的影响 单位：%

表6 不同节水灌溉方式下不同时期蔗糖合酶与蔗糖磷酸合酶活性试验结果

从表5中可明显看出，相比于淹没节水灌溉方式，水稻作物不同时期的干物质同化物积累量都有所增加，相比于传统节水灌溉方式，浅显淹灌方式下，水稻生育后期的茎鞘干物质向籽粒输出率分别提高16%和22%，乳熟期蔗糖合酶与蔗糖磷酸合酶活性得到显著提升，成熟期茎鞘的淀粉含量分别调高18%和15%。这主要是采用浅显节水灌溉方式后，水稻作物的生育期天数及形态指数都有所提高，而生育期天数的增长，使得其同化物干物质的累积量有所增加，因此相比于传统淹没节水灌溉方式下，其干物质的输出率均有较为明显的提升。而由于水稻同化物干物质累积率的提高，使得其蔗糖合酶与蔗糖磷酸合酶活性得到显著提升。

2.5 对水稻质量的综合影响

结合大田试验，对不同节水灌溉方式下水稻产量及质量进行综合分析，试验分析结果见表7—8。

表7 不同灌溉方式对水稻产量及产量构成的影响分析结果

表8 不同灌溉方式对水稻外观质量及加工质量的综合影响结果

从两种试验方式下水稻作物的产量和质量试验分析结果可看出，相比于传统方式来看，采用浅显节水灌溉方式后，产量提高率6.25%～12.48%之间，精米率与整精米率分别提高10.25%和16.32%，水稻作物的产量和质量提升效果较为明显；不同节水方式对水稻作物的有效穗以及每穗粒数影响程度不大，但对作物的结实率影响较大，而结实率是水稻作物的重要表征指标，因此在浅显节水灌溉方式下，作物的产量有较为明显的增加。水稻质量是检验节水灌溉方式效果的重要指标，采用浅显节水灌溉方式下，水稻作物的糙米率、精米率以及整精米率都有较为明显的提升，这主要是因为相比于传统方式，浅显节水灌溉方式下水稻作物的形态、干物质分配率以及倒伏指数都有明显增加，因此使得其作物的产量和质量得到一定程度的提升，因此浅显节水灌溉方式可在提高水分利用效率的同时，保证高产优质，可作为辽宁地区水稻高产栽培技术的一种节水新模式。

3 试验主要结论

(1)水稻干物质同化物与水稻产量具有较为显著的相关性，可以依据它们之间相关方程推求不同节水灌溉方式下的水稻产量，便于区域节水灌溉模式设计。

(2)水稻叶面积指数在253～303之间有利于干物质同化物的分配和积累，从而提高水稻作物产量，传统节水灌溉方式叶面积指数高于此范围，因此产量相对较低。

(3)本文未探讨浅显淹灌节水方式对水稻不同时期作物利用水效率的影响，应在以后的研究中加以探讨，从而提出不同时期最优节水模式。