控水灌溉對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

王秋菊，張玉龍，李明賢，趙宏亮，遲力勇，王立志

（1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，沈陽(yáng) 110161；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所，哈爾濱 150086）

水稻是我國(guó)重要的糧食作物，其播種面積和總產(chǎn)量分別占全國(guó)糧食作物的33%和40%。黑龍江省是我國(guó)粳稻生產(chǎn)基地，所產(chǎn)稻米在全國(guó)乃至世界稻米市場(chǎng)占有舉足輕重的地位。近年來(lái)，隨著黑龍江省水稻面積的擴(kuò)大，用水量不斷增加，引發(fā)了水稻發(fā)展與有限水資源之間的矛盾，水田節(jié)水問(wèn)題越來(lái)越引起人們的廣泛關(guān)注。水稻的生長(zhǎng)，水是關(guān)鍵，但長(zhǎng)期淹灌對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育是不利的[1-2]，水稻的產(chǎn)量并不隨著灌溉水量的增加而明顯增加，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行水分虧缺調(diào)控，對(duì)于促進(jìn)群體的高產(chǎn)更有效[3-5]。目前我國(guó)生產(chǎn)上已經(jīng)利用的水稻節(jié)水種植技術(shù)有節(jié)水灌溉（淺濕曬模式、間歇淹水、半干旱栽培、蓄雨型）、旱育秧、覆膜栽培、水稻旱種和旱稻栽培技術(shù)等[6-7]。但通過(guò)土壤水勢(shì)作為水田灌水標(biāo)準(zhǔn)目前研究的很少，本試驗(yàn)是在黑龍江省水田以長(zhǎng)期淹灌為主要灌溉模式的前提下，以土壤水勢(shì)為灌水指標(biāo)研究控水灌溉對(duì)水稻生理特性及產(chǎn)量的影響，為黑龍江省推行節(jié)水灌溉技術(shù)提供理論依據(jù)，以達(dá)到節(jié)約農(nóng)業(yè)用水，緩解水資源危機(jī)的目的。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為綠洲2號(hào)（由慶安水利實(shí)驗(yàn)站提供）。試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在慶安水利實(shí)驗(yàn)站，試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為白漿化黑土，土壤pH 6.87，有機(jī)質(zhì)42.6 g·kg-1，堿解氮 186.4 mg·kg-1，速效磷 33.9 mg·kg-1，速效鉀153.2 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用單因素重復(fù)設(shè)計(jì)，設(shè)3個(gè)處理，分別為控灌處理Ⅰ、控灌處理Ⅱ和常規(guī)灌溉（CK），控灌處理Ⅰ和控灌處理Ⅱ以土壤水勢(shì)為-20、-10 kPa為控水下限，以長(zhǎng)期淹水灌溉為常規(guī)處理。控灌處理的方法為在水稻返青后，用負(fù)壓式真空表監(jiān)測(cè)土壤水勢(shì)，當(dāng)土壤水勢(shì)達(dá)到-20、-10 kPa時(shí)進(jìn)行灌溉，記錄灌水定額，若遇降雨則蓄水深度不超過(guò)5 cm，多余部分及時(shí)排出。本試驗(yàn)于2008年4月15日播種，5月28日插秧，插秧規(guī)格為40.0 cm×16.5 cm，施用肥料為氮肥、磷肥和鉀肥，純氮135 kg·hm-2，純磷69 kg·hm-2，純鉀 81 kg·hm-2，氮肥各時(shí)期施用比例為基肥：分蘗肥：穗肥=1：1：1，磷肥作基肥用，鉀肥作基肥和穗肥各50%，各處理及CK施肥量一致。每處理3次重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積200 m2。

1.3 測(cè)定方法

在水稻成熟期各小區(qū)取樣，每小區(qū)取3點(diǎn)，每點(diǎn)1 m2，風(fēng)干后考種，測(cè)有效穗數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。

葉綠素含量測(cè)定采用日本產(chǎn)SPAD型葉綠素計(jì)于水稻移栽后22 d開(kāi)始，每隔7 d測(cè)定一次葉片（抽穗前測(cè)定心葉以下1葉，抽穗后測(cè)定劍葉）的葉綠素含量。各小區(qū)每次測(cè)定20片葉片，每葉片測(cè)定上、中、下部3點(diǎn)，取平均值[8]；植株葉面積采用CI葉面積儀測(cè)定，在水稻移栽后30 d開(kāi)始，每隔15 d各處理取5穴（每穴的莖蘗數(shù)為當(dāng)時(shí)各處理每穴的平均莖蘗數(shù)）測(cè)定葉面積指數(shù)[9]；植株干物質(zhì)重的測(cè)量是將測(cè)定完葉面積的植株取回清洗，將植株放到烘箱內(nèi)105℃殺青10 min后，再于80℃烘干到恒重，測(cè)其干重。

分蘗動(dòng)態(tài)調(diào)查，在水稻移栽后10 d開(kāi)始，每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)20株，每隔7 d田間定點(diǎn)調(diào)查，記錄分蘗個(gè)數(shù)，直至抽穗期。

2 結(jié)果與分析

2.1 控水灌溉條件下水田用水量調(diào)查

控水灌溉能夠節(jié)約水田用水量，從表1可以看出，水稻各生育期灌水量不同，說(shuō)明水稻不同生育期需水量有差異。控水灌溉各處理的用水量是根據(jù)土壤水勢(shì)來(lái)調(diào)控的，使土壤處于干濕交替狀態(tài)。從總體灌水量（不包括天然降水）來(lái)看，控灌處理Ⅰ和Ⅱ的總灌水量基本相同，常規(guī)灌溉各時(shí)期灌水量均較大，通過(guò)方差分析，水稻各生育時(shí)期各處理間差異達(dá)極顯著水平，控灌處理比常規(guī)灌溉每畝節(jié)省灌水100 m3左右。常規(guī)灌溉用水量較多，過(guò)多的水不僅不能被水稻植株利用，而且易造成H2S毒害，影響水稻正常生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)，水稻抽穗后期田間長(zhǎng)期淹水，植株莖基部發(fā)軟，支持力弱，水稻易倒伏，且過(guò)多的水分會(huì)造成水資源浪費(fèi)。

表1 水稻生育期灌溉水量調(diào)查T(mén)able 1 Irrigation water survey in different growth period of rice (m3)

2.2 控水灌溉對(duì)水稻分蘗動(dòng)態(tài)的影響

從圖1可以看出，水稻莖蘗數(shù)在分蘗前期呈上升趨勢(shì)，中期達(dá)最高，末期稍有下降，控灌處理Ⅱ水稻分蘗高峰要提前于常規(guī)灌溉2～3 d，而控灌處理Ⅰ的水稻莖蘗數(shù)低于常規(guī)灌溉處理。而且，其分蘗高峰拖后，可能是由于控灌處理Ⅰ控水程度較大，抑制了水稻分蘗，最終水稻有效莖蘗數(shù)以控灌處理Ⅱ最高，莖蘗數(shù)高于常規(guī)處理3.2個(gè)。

圖1 不同控水處理對(duì)水稻莖蘗數(shù)的影響Fig．1 Effect of different control water treatments on number of rice stem and tiller

2.3 控水灌溉對(duì)水稻葉綠素含量的影響

從圖2可以看出，6月27日前，常規(guī)灌溉處理的水稻葉綠素含量高于控灌處理Ⅰ和控灌處理Ⅱ，從7月4日開(kāi)始，控灌處理水稻葉綠素含量高于對(duì)照，以控灌處理Ⅱ水稻葉綠素含量最高，控灌處理Ⅰ的葉綠素含量低于控灌處理Ⅱ，水稻葉綠素整體變化趨勢(shì)先升高后降低。從表2方差分析檢驗(yàn)中可看出，僅在7月11日各處理間葉綠素含量差異顯著，其他調(diào)查時(shí)間差異不顯著。

圖2 不同控水處理對(duì)水稻葉綠素含量的影響Fig.2 Effect of different control water treatments on chlorophyll content of rice

2.4 控水灌溉對(duì)水稻葉面積指數(shù)的影響

從圖3可以看出，水稻葉面積指數(shù)的變化趨勢(shì)隨水稻生育進(jìn)程先上升后下降，在水稻成熟期水稻葉面積指數(shù)最小，水稻葉面積指數(shù)以常規(guī)灌溉處理葉面積指數(shù)最大，其次是控灌處理Ⅱ，控灌處理Ⅰ的水稻葉面積指數(shù)最小。不同處理間水稻葉面積指數(shù)差異達(dá)顯著甚至極顯著水平（見(jiàn)表2）。

圖3 不同控水處理對(duì)水稻葉面積指數(shù)的影響Fig.3 Effect of different control water treatments on leaf area index of rice

2.5 控水灌溉對(duì)水稻干物質(zhì)的影響

不同控水處理水稻的不同部位干物質(zhì)積累量存在一定差異，從表3中可看出，控水處理Ⅰ、Ⅱ水稻植株葉、莖的干物質(zhì)量在不同調(diào)查時(shí)期均低于常規(guī)灌溉處理，僅8月28日控灌處理Ⅱ莖干物質(zhì)量稍高于常規(guī)灌溉處理；而根干物質(zhì)積累量控水灌溉處理Ⅰ、Ⅱ要高于常規(guī)灌溉處理，說(shuō)明控水灌溉、適當(dāng)造成土壤水分脅迫有助于根部的生長(zhǎng)發(fā)育；在對(duì)穗部干物質(zhì)積累的調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，前期各處理穗部干物質(zhì)積累量差異小，到后期各處理干物質(zhì)積累量差異較大，控灌處理Ⅱ要高于常規(guī)灌溉處理6.45 g·m-2，高于控灌處理Ⅰ11.95 g·m-2。

表2 葉綠素含量及葉面積指數(shù)方差分析Table 2 Analysis of variance on chlorophyll content and leaf area index of rice

表3 不同控水處理下水稻干物質(zhì)平均值與標(biāo)準(zhǔn)差Table 3 Mean and standard deviation of rice dry matter on different control water treatment （g·m-2）

2.6 控制灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

從表4中可看出，控灌處理Ⅱ的水稻植株有效穗數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量要高于控灌Ⅰ和CK，而且通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明每穴有效穗數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)和產(chǎn)量各處理間差異顯著，其中水稻穗實(shí)粒數(shù)及產(chǎn)量方差分析達(dá)顯著水平。千粒重各處理間差異不顯著。控灌處理Ⅰ的產(chǎn)量、每穴有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率則低于對(duì)照，說(shuō)明只有適當(dāng)?shù)目厮拍軌蛱岣咚镜挠行Х痔Y，增加穗實(shí)粒數(shù)及水稻千粒重，提高水稻產(chǎn)量。相反，過(guò)度控制灌水量則影響水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，降低產(chǎn)量。

表4 水稻產(chǎn)量調(diào)查分析Table 4 Survey and analysis of rice yield

3 討論與結(jié)論

由于水分管理不同，不同控灌處理?xiàng)l件下水稻生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成發(fā)生了較大改變。

3.1 不同控灌處理對(duì)水稻莖蘗數(shù)的影響

不同控灌處理影響水稻莖蘗數(shù)，本試驗(yàn)控灌處理Ⅱ的莖蘗數(shù)均高于常規(guī)灌溉處理，這可能是由于控水灌溉稻田水層淺或沒(méi)有水層，可以接受陽(yáng)光直射，提高地溫，促進(jìn)分蘗，而控灌Ⅰ在前期分蘗低于其他處理，可能是由于水分脅迫程度大，土壤水分不能滿(mǎn)足水稻生長(zhǎng)發(fā)育所需水分，因此抑制了水稻分蘗。

3.2 不同控灌處理對(duì)水稻葉綠素含量的影響

葉綠素是作物進(jìn)行光合作用的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，在不同栽培條件下，葉綠素含量既表明作物生長(zhǎng)狀況，又表明作物的生產(chǎn)能力，也是葉片功能持續(xù)期長(zhǎng)短的重要標(biāo)志，延長(zhǎng)葉片功能期和壽命可提高光合速率和作物的產(chǎn)量[10]，控灌處理水稻葉綠素含量要低于常規(guī)灌溉處理，說(shuō)明干旱脅迫抑制了植株葉綠素的合成，這與江立庚等研究結(jié)果一致[11]。

3.3 不同控灌處理對(duì)水稻葉面積指數(shù)、干物質(zhì)重量及產(chǎn)量的影響

控水灌溉降低了植株葉面積指數(shù)及植株地上部干物質(zhì)重量，增加了植株地下部干物質(zhì)重量，節(jié)水灌溉的根干物質(zhì)量明顯高于淹灌的，這是因?yàn)椴煌墓喔确绞接绊懰靖档臄?shù)量、形態(tài)和分布深度，這與劉晗研究結(jié)果一致[12]，據(jù)趙俊芳等研究表明[13]，水分脅迫利于誘導(dǎo)根系產(chǎn)生更多數(shù)量的二級(jí)側(cè)根與三級(jí)側(cè)根，節(jié)水灌溉條件下有利于根系下扎，以便吸收更多水分滿(mǎn)足地上部分的蒸騰需求，同時(shí)分蘗期和拔節(jié)孕穗期形成的發(fā)達(dá)根系能夠?yàn)樯成L(zhǎng)打下良好基礎(chǔ)，能夠提高根系在土壤中的吸水能力，以滿(mǎn)足地上部生長(zhǎng)發(fā)育的需要，但控水程度較大，超過(guò)植株生長(zhǎng)發(fā)育所需水分，會(huì)使水稻生長(zhǎng)發(fā)育不良，造成水稻減產(chǎn)[14]，適當(dāng)控水形成土壤干濕交替狀態(tài)，有助于提高地溫，促進(jìn)分蘗，提高水稻產(chǎn)量，本試驗(yàn)控灌處理比常規(guī)灌溉每畝節(jié)水100 m3左右，增加水稻產(chǎn)量11.04%。

[1]楊守仁.水稻半水生性討論[M].北京∶農(nóng)業(yè)出版社,1989∶1-12.

[2]陳國(guó)林.水稻節(jié)水灌溉的生理生態(tài)效應(yīng)研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996,18(2)∶160-162.

[3]邢春秋,王來(lái)福,馬艷.水稻節(jié)水控制灌溉技術(shù)試驗(yàn)總結(jié)[J].墾殖與稻作,2005(4)∶24-25.

[4]遲道才,林文華,朱庭蕓,等.水稻節(jié)水灌溉技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].墾殖與稻作,2003(5)∶39-41.

[5]遲道才,張玉龍,夏桂敏,等.水稻節(jié)水高產(chǎn)灌溉模式及土壤水分能量調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2003,22(4)∶39-42.

[6]孫東偉,于海英.黑龍江墾區(qū)水稻節(jié)水控制灌溉技術(shù)效果分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,39(9)∶104-107.

[7]楊麗敏.間歇灌溉對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量性狀的影響[J].北方水稻,2008(3)∶68-69.

[8]徐國(guó)偉,吳長(zhǎng)付,劉輝,等.麥秸還田及氮肥管理技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報(bào),2007,33(2)∶284-291.

[9]蔡武城,袁厚積.生物常用化學(xué)分析法[M].北京∶科學(xué)出版社,1982∶15-16.

[10]王賀正,馬均,李旭毅,等.水分脅迫對(duì)水稻結(jié)實(shí)期一些生理性狀的影響[J].作物學(xué)報(bào),2006,32(12)∶1892-1897.

[11]江立庚,曹衛(wèi)星,姜東,等.水稻葉氮量等生理參數(shù)的葉位分布特點(diǎn)及其與氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的關(guān)系[J].作物學(xué)報(bào),2004,30(8)∶745-750.

[12]劉晗.節(jié)水灌溉對(duì)水稻根系干物質(zhì)量和含氮量的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(3)∶19-21.

[13]趙俊芳,楊曉光,陳斌,等.不同灌溉處理對(duì)旱稻根系生長(zhǎng)及水分利用效率的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2004,25(4)∶44-48.

[14]肖新,鄧艷萍,李英峰,等.水分脅迫對(duì)水稻生理特性和產(chǎn)量的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(8)∶3395-3398.