增氧灌溉对寒地水稻秧苗素质的影响研究

姜 薇，王 峥，刘少东，刘 丹，张琬抒

（1.黑龙江八一农垦大学土木水利学院，黑龙江大庆 163319；2.黑龙江省水利学校，黑龙江大庆 163311）

0 引言

在农业生产复杂结构体系中，水、肥、气、热是农作物生长所必需的重要因素，各因素间相互协调、相互制约共同影响着农作物的生长[1-2]。已有研究主要集中协调土壤环境中水、肥、热等因素上，针对土壤通气方面研究相对较少。农作物根系需要一定比例且连续供给的氧气来满足其生长及对水和肥等养分的吸收与利用。因此，土壤环境中氧气同水、肥等养分同等重要。土壤中供氧不足会抑制根系呼吸作用，导致有毒物质物质积累，不利于农作物生长[3]。增氧灌溉是通过灌溉水中增氧，使气体直接向作物根部传递，进而优化根区气体环境，促进作物生长，实现作物增产增收的新型高效节水、节能灌溉技术[4]。

研究区属于寒地黑土稻作区，受生长期短的影响，水稻主要的种植方式为育秧移栽。秧苗期是水稻栽培的关键时期，水稻长势和品质与秧苗素质关系密切。目前，水稻育秧需在大棚内完成，现有秧苗灌溉方法在满足需水的同时，土壤孔隙中大部分气体被排出，使得秧苗根际缺氧胁迫。秧苗生长发育受限，从而影响水稻秧苗素质及经济产量。已有研究表明，相对于成熟的作物来讲，幼苗对土壤缺氧更敏感[5-6]。目前，国内外关于水稻生长需氧、供氧的研究多数是移栽后的大田种植阶段，针对育秧阶段水稻秧苗增氧的研究鲜见报道。本试验针对寒地特殊土壤环境，利用增氧灌溉技术，对水稻秧苗期进行试验。探索不同增氧灌溉处理对水稻秧苗生长的影响，为寒区土壤环境增氧灌溉技术的推广应用提供科学依据。

1 试验与方法

1.1 试验概况

试验在黑龙江八一农垦大学水利综合实验室的小型温室大棚内进行，大棚四周通风，温度与周围大气温度相同。试验区属中温带半干旱季风气候区，年平均气温4.2℃，年平均日照时数2 760～2 900 h，多年平均降水量420 mm。试验供试水稻品种为东农426，供试土壤为第四纪发育的粉质黏土，肥力中等，土壤pH值7.4。

1.2 试验设计

试验设置3种增氧灌溉方式、3种增氧频率、4种增氧时间进行组合试验，共设7种处理，各处理设置3次重复试验，具体见表1。水稻种子采用微孔曝气增氧浸种催芽，待种子发芽后均匀播于大棚育秧池内，播种前一天育秧土壤浇透底水。待出苗整齐后进行第1次增氧灌溉，对照处理不增氧。本试验在水稻秧苗的立苗期（播种至一叶一心）、扎根期（一叶一心至三叶一心）、成秧期（三叶一心至移栽前）三个阶段分别对水稻秧苗生长特征进行试验研究。

机械增氧采用空气泵进行通气，曝气压力0.3 MPa，进气速率50 L/min，通气时间3 min。通过预埋的增氧灌溉管路系统向根区土壤输送氧气。化学增氧采用3%的医用H2O2溶液10 mL稀释100倍，定容至1 L用于灌溉水。并用注射器将配置好的灌溉水注于预埋的增氧灌溉系统。

表1 试验设计方案

1.3 试验测定指标与方法

1.3.1 溶解氧含量：利用上海雷磁溶解氧分析仪（JPSJ-605）测定水中溶解氧含量，精度±0.3 mg/L。

1.3.2 植株指标：株高采用直尺测量，茎粗利用游标卡尺测量。收割地上部分，洗净泥土，吸干水分，用电子秤测定鲜重。用恒温干燥箱烘干至恒重测定干重（烘干时先105℃杀青10 min，然后75℃烘至恒重）。每个处理随机取样5株，结果取3次重复的平均值。

1.3.3 根系指标：收获地上部分当日挖取根系，尽量保证根系的完整，在清水中浸泡2 h。利用根系扫描仪EPSON扫描图片，对扫描图片进行人工计数统计水稻秧苗根系的最长根长、根数。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2007处理并制图。

2 结果与分析

2.1 增氧灌溉对水稻秧苗农艺性状的影响

2.1.1 株高。由图1可知，与CK处理相比，增氧灌溉处理对秧苗株高有显著影响。虽然立苗期J1、J3处理的株高略小于CK处理，但随水稻秧苗生育期的推进，J处理和H处理株高均大于CK处理。一方面说明，水稻秧苗的生长需要良好的氧环境，另一方面说明立苗期秧苗根系还不发达J处理增氧次数多可能导致苗床土壤扰动较大，不利于秧苗生长。另外，J3、J4处理的株高大于J1、J2处理，说明夜间增氧灌溉处理有利于秧苗株高的生长。白天、夜间增氧处理株高都随增氧频率增加而增加。H处理的株高均大于CK处理，但化学增氧灌溉处理的统计学规律不明显。

图1 不同增氧处理水稻秧苗株高

2.1.2 秧苗地上性状。由表2可知，与CK处理相比，随着生育期的推进，各处理对秧苗地上部分质量均有增加，除立苗期外，在其他时期J3处理的地上部分鲜重和干重分别较CK处理有显著增加。其中扎根期增加19.1%和19.5%，成秧期增加16.1%和19.6%。H1处理和H2处理对水稻秧苗地上部分鲜重和干重分别较CK处理增加幅度大致相同。说明增氧灌溉有利于秧苗地上部分质量的积累。

表2 不同时期各处理地上部分质量

2.2 增氧灌溉对水稻秧苗根系特性的影响

2.2.1 对水稻秧苗根系生长特性的影响。如图2所示，增氧灌溉处理与CK处理相比，对寒地水稻秧苗不同生育时期最长根长有显著影响，但在立苗期J1、J3处理的最长根长低于CK处理，说明幼根不发达时机械增氧频率多可能导致苗床土壤扰动大，影响幼根生长。J处理从一叶一心开始至移栽前，最长根长生长趋势大致相同，对同一频率增氧灌溉处理，白天增氧的最长根长大于夜间增氧的最长根长，白天增氧处理的最长根长随增氧频率升高而降低，夜间增氧处理的最长根长随频率升高而升高。化学增氧的H1、H2处理对最长根长也具有显著影响，但随增氧时间的变化暂未发现明显规律。

如图3所示，增氧灌溉各处理的根数与CK处理相比有优势，同一频率增氧灌溉处理的根数其变化规律与最长根长基本一致。

图2 不同增氧处理水稻秧苗最长根长

图3 不同增氧处理水稻秧苗根数

2.2.2 对水稻秧苗根质量的影响。如图4、5所示，水稻秧苗根鲜重、干重的变化趋势一致。与CK处理相比，随着生育期的推进，增氧灌溉处理对秧苗根鲜重、干重有显著影响，说明增氧灌溉处理有利于根系物质积累。立苗期初J1、J3处理根鲜重、根干重小于CK处理，从一叶一心开始至移栽前，各处理对根鲜重、干重均大于CK处理，说明立苗初期机械增氧频率大对土壤扰动大，影响幼根生长。机械增氧灌溉中，同一频率处理，白天增氧比夜间增氧的根鲜重、根干重要重，说明白天增氧灌溉有利于秧苗根系生长和物质积累。各时期H处理的根鲜重、根干重均大于CK处理，但化学增氧灌溉处理随增氧时间的变化规律不显著。

图4 不同处理水稻秧苗根鲜重

图5 不同处理水稻秧苗根干重

3 结语

试验结果表明，增氧灌溉处理可为水稻秧苗根区提供氧气，改善秧苗根际缺氧现象，促进秧苗根系生长发育，对秧苗地上部分的生长发育也有显著作用。随着不同生育期推进，增氧灌溉处理与CK处理相比，对寒地水稻秧苗的株高、最长根长、根数、地上部分鲜重、地上部分干重、根鲜重、根干重均有一定优势。立苗期J1、J3处理的水稻秧苗生长指标低于或等于CK处理，说明立苗初期机械增氧次数多可能导致土壤扰动大，影响幼根生长，从而影响秧苗生长。J处理中，秧苗株高随增氧频率增加而增加，同一频率增氧处理，白天增氧比夜间增氧的最长根长、根数、根鲜重、根干重优势明显，说明白天增氧利于水稻秧苗根系生长。H处理的水稻秧苗不同时期各生长指标与CK处理相比均具有显著作用，但对H处理随增氧时间的变化规律还有待进一步研究。综上所述，增氧灌溉有利于寒地水稻秧苗的生长。