基于淹涝胁迫试验的水稻洪涝致灾阈值指标研究

闫 平，季生太，刘泽恩，孙丽莉，吴 琼，吴 双，姜丽霞＊

（1.黑龙江省气象科学研究所，黑龙江 哈尔滨150030；2.黑龙江省生态气象中心，黑龙江 哈尔滨150030；3.通河县气象局，黑龙江 通河150800；4.五大连池市气象局，黑龙江 五大连池164100）

1 引言

黑龙江省位于全国最北部， 是世界三大黑土带之一，光、温、水条件利于农作物高产、优质，黑龙江省水稻以其品质好、营养佳闻名全国，目前该省已经成为全国最大的粳稻生产基地， 但是夏季降水集中和极端气候事件频发导致洪涝灾害时有发生， 水稻产量因洪涝灾害损失严重， 对水稻安全生产构成严重威胁。 因此研究洪涝致灾阈值指标，可为粳稻致灾风险预测、致灾损失评价提供理论依据，进而对保障国家粮食安全具有重要意义。

多年来， 专家学者在洪涝对水稻产量影响的方面开展了大量的研究。 GANJI et al.[1]研究表明，洪涝会对水稻的生理性状、长势、产量造成严重影响并导致巨大产量减损。 李永和等研究表明，早稻遭受洪涝胁迫后, 生长前期减产率明显低于生长后期, 抽穗开花期受洪涝减产率最高。 晚稻遭受洪涝胁迫后, 生长前期减产率明显高于生长后期, 拔节孕穗期受洪涝减产率最高［2］。 谢彦等研究表明，早稻营养生长期受洪涝导致幼穗坏死、花粉破坏而减产；孕穗至乳熟期被淹没的早稻的临界死苗时间是5.4 d， 全部死苗的时间是8 d 以上[3]。 抽穗前后水稻受洪涝影响较大，淹没时间5-6 d 时，产量明显下降[4]。 孙系巍等研究可见，乳熟期受淹主要表现为空壳率、秕粒率升高，千粒重下降，全淹9 d，秕粒率高达23.8%[5]。 但前人研究多从拔节期、孕穗抽穗期、乳熟期水稻减产率方面进行探讨，对黑龙江省水稻洪涝阈值研究较少。 本文拟选用粳稻两个品种， 在拔节孕穗期、 抽穗开花期、乳熟期开展不同淹水深度、不同淹水持续时间的洪涝胁迫试验，以期构建水稻洪涝致灾阈值指标，为制定水稻洪涝防灾、减灾措施，指导农业生产提供科学依据。

2 试验布置及试验设计

2.1 试验材料

采用测桶移位受淹法， 半径0.16 m， 桶高0.37 m。 试验品种为龙粳31、龙稻18。

2.2 试验处理

水稻育秧及移栽完全遵从试验当地的农事时间，水稻育秧方式采用大棚钵育苗，播种时间为4 月10 日，5 月20 日左右移栽至试验区内， 至水稻拔节孕穗期、抽穗开花期及乳熟初期分别进行淹水处理。将各因素排列为随机区组，同时设定对照区，共计38个处理， 每个处理3 个重复。 对各处理进行随机设计。试验区分为淹水池和测桶摆放区。淹水池设有全淹没（3/3 h）区、2/3 淹没（2/3 h）区、1/3 淹没（1/3 h）区，深度分别为1.6 m、1.2 m、0.8 m，长和宽均为2 m和1.47 m。 测桶土壤按每层10 cm 的标准进行回填，土壤容重与原状土相近，测桶底部设有5 cm 厚反滤层。 试验小区田间管理与当地大田管理一致。

表1 水稻淹涝试验设计

2.3 田间管理措施

（1）插秧规格：株行距9 寸×3 寸，每个测桶插3穴，每穴3-5 株。

（2）施肥打药：与当地常规管理保持一致。

（3）水分管理：按浅湿灌溉制度进行各小区水分管理，各生育期具体水分调控指标见表1。

2.4 测定内容

（1）观测生育期日期。 观测水稻移栽及各个生育期开始的日期，并且要进行农业措施操作记录。

（2）水稻产量测定。 测定每个处理的产量。

3 水稻洪涝致灾阈值指标获取方法

本研究基于2017-2018 年的2 a 水稻淹水试验结果，采用SPSS 软件进行数据分析，构建水稻相对产量变化率与相对淹水深度（水深占株高的比值）的回归模型，根据相对产量减产等级，获取水稻洪涝致灾阈值指标。 本文规定淹水深度占水稻株高的比值为RWH（%），相对产量变化率计算方法如下：

式中，y 为水稻相对产量变化率（%）；yi为第i 个处理水稻平均单产（kg·hm-2）；y 为水稻对照单产（kg·hm-2）。

4 结果分析

4.1 不同淹水处理RWH 与相对产量变化率的关系

对水稻不同品种、 不同淹水处理RWH与水稻相对产量变化率进行分析，并建立了模拟方程（图1-图4），结果表明，两个品种不同生育期，RWH与相对产量变化率存在较好的相关关系 （P＜0.01 或P＜0.05），相关性最好的是龙稻18 拔节孕穗期淹水7 d，R2为0.906；R2最差的是龙稻18 抽穗开花期淹水3 d，R2为0.6038；其它处理R2在0.6077-0.8591 之间。 从两个品种平均状况比较来看，龙稻18 的模拟结果好于龙粳31。

表2 基于相对产量变化百分率的减产等级划分/（%）

图1 龙稻18 淹水3 天RWH 与相对产量变化率的相关关系（a 拔节孕穗期，b 抽穗开花期，c 乳熟期）

图2 龙稻18 淹水7 天RWH 与相对产量变化率的相关关系（a 拔节孕穗期，b 抽穗开花期，c 乳熟期）

图3 龙粳31 淹水3 天RWH 与相对产量变化率的相关关系（a 拔节孕穗期，b 抽穗开花期，c 乳熟期）

图4 龙粳31 淹水7 天RWH 与相对产量变化率的相关关系（a 拔节孕穗期，b 抽穗开花期，c 乳熟期）

表3 龙稻18 RWH（x）的洪涝致灾阈值指标/（%）

表4 龙粳31 RWH（x）的洪涝致灾阈值指标/（%）

研究发现， 淹水深度在1/3 h 至3/3 h 时， 龙稻18 和龙粳31 的相对产量变化率随着淹水深度的增加而下降。 由此可见，两个品种水稻产量对淹水深度比较敏感，淹水深度越深，对产量影响越大。

4.2 相对产量减产等级

以相对产量变化百分率（y）作为减产标准，划分减产等级（表2）。

4.3 水稻洪涝致灾阈值指标

将不同的减产等级，分别代入图1、图2、图3、图4 的模拟方程，求算出淹水深度占株高的比值百分率（RWH）， 该比值百分率可以作为水稻洪涝致灾定量阈值指标（表3、表4）。

根据表3、表4 可见，水稻洪涝致灾定量阈值指标存在一定的规律。 （1）同一品种相同发育期，相同淹水时间，随着淹水深度增加，水稻减产程度增加。如龙稻18，拔节孕穗期，淹水3 d，RWH 为60%时开始轻度减产，RWH 为76%时开始中度减产，RWH 为93%时重度减产，RWH 为100%时特重减产。 （2）同一品种相同发育期，随着淹水时间增加，水稻洪涝致灾阈值减小。 如龙稻18，拔节孕穗期，淹水3 d，轻度减产时致灾阈值RWH 为60%-76%；淹水7 d，轻度减产时致灾阈值RWH 为35%-48%。（3）同一品种不同发育期比较，龙稻18 抽穗开花期对洪涝灾害最敏感，洪涝致灾阈值最小，乳熟期耐洪涝能力最强，洪涝致灾阈值最大。 龙粳31 乳熟期对洪涝灾害最敏感， 洪涝致灾阈值最小， 拔节孕穗期耐洪涝能力最强，洪涝致灾阈值最大。 （4）两个品种相同发育期比较，龙稻18 拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期耐洪涝灾害能力均强于龙粳31，龙粳31 拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期对洪涝灾害敏感，相同发育期、相同淹水深度和淹水时间条件下， 龙粳31 减产更为明显。

5 讨论

水稻拔节孕穗期是营养生长时期， 亦是水稻幼穗开始分化的关键时期， 水稻此期对水层深度比较敏感。 该时期淹水会导致水稻齐穗迟，甚至无法齐穗[6]，结实率降低、穗长变短、秕粒数和植株干质量增加[7]。 抽穗开花期是水稻营养生长后期和生殖生长初期，此期穗数和穗粒数已经形成，淹水会导致秕粒率和空壳率增高，穗结实粒数和结实率降低，千粒重降低。 乳熟期是水稻生殖生长后期，水稻此期淹水，产量因子表现为秕粒率、空壳率增高，千粒重降低[8]，上述三个时期淹水均会对水稻产量造成一定的影响，总体表现为淹水深度越深、淹水历时越长，水稻减产越重[9]。

本研究基于两个水稻品种不同生育期和不同淹水深度、淹水历时试验，得出两个水稻品种各生育期淹水3 d 和淹水7 d 阈值指标。 由指标可见，不同品种水稻各生育期对洪涝环境的适应机制存在不一致性。水稻拔节孕穗期是植株进入旺盛生长的时期，3 d抗洪涝能力较强，7 d 抗洪涝能力明显降低。 水稻抽穗开花期是植株旺盛生长的时期，抗洪涝能力较弱，淹水时间对产量的影响较拔节孕穗期弱。 乳熟期是植株开始进入衰老的时期， 两个品种的抗洪涝能力相差较大，龙稻18 抗洪涝能力明显强于龙粳31。 有研究报道， 水稻营养生长阶段受洪涝影响对产量的危害小于生殖生长阶段[10]，从本研究结果可见，不同品种不同时期受洪涝影响对产量的危害不同， 龙稻18 营养生长阶段遭遇洪涝对产量的影响大于生殖生长后期，龙粳31 则恰好相反。 但本试验的淹涝与洪水的水质、流速等方面存在差异，且样本量与大田也存在差异，获取的指标不能完全代表大田，需要继续深入研究，开展大田验证。

6 结论

(1)龙稻18 和龙粳31 拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期水深在1/3 h-3/3 h 时，RWH 与水稻相对产量变化率存在较好的相关关系， 产量对淹水深度比较敏感，淹水深度越深，对产量影响越大。

(2)同一品种相同发育期，水稻减产率分别表现为3 d＜7 d，随着淹水时间增加，水稻洪涝致灾阈值减小，这表明在洪涝对水稻产量影响相同的情况下，若淹水历时加长，则淹水深度减小；同一品种不同发育期比较， 龙稻18 抽穗开花期对洪涝灾害最敏感，洪涝致灾阈值最小，乳熟期耐洪涝能力最强，洪涝致灾阈值最大。 龙粳31 乳熟期对洪涝灾害最敏感，洪涝致灾阈值最小，拔节孕穗期耐洪涝能力最强，洪涝致灾阈值最大。

(3)两个品种在相同的发育期、淹水深度和淹水时间条件下，龙稻18 耐洪涝能力强于龙粳31，即龙粳31 对淹水的反应更为明显。