旱澇交替對水稻生理生長及水分利用效率的影響

張春曉+俞雙恩+王嬪

摘要：為了解水稻對旱澇交替的響應(yīng)機(jī)制，采用測坑試驗設(shè)計研究旱澇交替脅迫條件下稻田水位對水稻生理生長與水分利用規(guī)律及水稻群體質(zhì)量的影響，并對水稻株高動態(tài)變化、需水量動態(tài)規(guī)律、水分利用效率進(jìn)行了數(shù)值計算和理論分析。結(jié)果表明：水稻分蘗期、拔節(jié)孕穗期及抽穗開花期受澇可促進(jìn)株高增長，受旱則抑制株高增長；旱澇交替脅迫過程均不同程度地降低水稻需水量，在分蘗期尤為顯著；先旱后澇處理的水分利用效率整體低于先澇后旱處理，拔節(jié)孕穗期先旱后澇處理的水分利用效率最低。研究結(jié)論可為合理制定灌溉方案和提高水稻產(chǎn)量提供有效、有力的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水稻；旱澇交替；需水量；水分利用效率；株高

中圖分類號：S511.01

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0121-04

目前關(guān)于水稻的節(jié)水灌溉方式研究主要集中于單一干旱脅迫和單一受澇脅迫，而在實際生產(chǎn)中，農(nóng)田經(jīng)常處于干濕交替的環(huán)境中。研究結(jié)果表明，水稻對輕度干旱脅迫和受澇脅迫具有較強(qiáng)的適應(yīng)性[1-2]，旱澇交替脅迫條件下水稻生理生長指標(biāo)的變化規(guī)律以及水稻水分利用效率具有重要意義和價值[3-5]，可以為合理制定灌溉方案和提高水稻產(chǎn)量提供有效的科學(xué)依據(jù)。本研究采用測坑試驗設(shè)計，探討農(nóng)田水位調(diào)控對水稻株高動態(tài)變化、需水量規(guī)律及水分利用效率的影響，并進(jìn)行統(tǒng)計分析對比。

1 材料與方法

試驗于2012年、2013年的5—10月在河海大學(xué)江寧校區(qū)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部的試驗區(qū)進(jìn)行。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫為15.7 ℃，多年平均無霜期為224 d，多年平均降水量為1 072.9 mm，年平均日照總時間為2 017.2 h。土壤類型為黏壤土，土壤密度、總孔隙度、pH值、全氮含量、速效氮含量、全磷含量、速效磷含量分別為1.46 g/cm3、44.97%、6.97、0.90 g/kg、27.65 mg/kg、0.32 g/kg、12.50 mg/kg。土壤田間持水率為25.28%，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.40%。

供試水稻品種：武運粳23號，早熟晚粳稻，全生育期158 d 左右。試驗區(qū)共有32個固定式蒸滲測坑（28個有底，4個無底），測坑分為2組，每組16個，東西向布置，測坑的規(guī)格為長×寬×深=2.5 m×2.0 m×2.0 m。試驗區(qū)地上設(shè)有電動調(diào)節(jié)雨棚，地下設(shè)有廊道和設(shè)備間。地下設(shè)備間的水柱與測坑連通，每個水柱對應(yīng)1個測坑，通過調(diào)節(jié)水柱水位實現(xiàn)測坑水位自動控制。2012、2013年水稻試驗各生育階段劃分見表1。

2012年分別在水稻的分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期，采用先澇后旱處理方式，對照按節(jié)水灌溉（控制灌溉技術(shù)）要求進(jìn)行水位管理。分蘗期分別取稻田水位120（5 d）、120 mm（8 d）作為受澇控制指標(biāo)值，取-500 mm作為受旱控制指標(biāo)值，-300～20 mm作為非控水期水位指標(biāo)值；拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期分別取稻田水位200（5 d）、200 mm（8 d）作為受澇控制指標(biāo)值，取-500 mm作為受旱控制指標(biāo)值，-300～30 mm作為非控水期水位指標(biāo)值。每個處理設(shè)2個重復(fù)，對照設(shè)4個重復(fù)。2013年參照2012年的試驗方案，采用先澇后旱、先旱后澇2種處理方式，分蘗期先澇后旱處理取稻田水位120（7 d）、-500 mm作為受澇、受旱控制指標(biāo)值，先旱后澇處理取稻田水位-500 mm作為受旱控制指標(biāo)值，取120（5 d）、120 mm（7 d）作為受澇控制指標(biāo)值；拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期先澇后旱處理均取稻田水位200（7 d）、-700 mm作為受澇、受旱控制指標(biāo)值，先旱后澇處理取稻田水位-700 mm作為受旱控制指標(biāo)值，取200（5 d）、200 mm（7 d）作為受澇控制指標(biāo)值，具體設(shè)計見表2、表3。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱澇交替脅迫下水稻株高的動態(tài)分析

以2013年旱澇交替脅迫條件下分蘗期、拔節(jié)孕穗期2個生育期為例，對水稻株高、日增長量變化動態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果見圖1、圖2。

（1）分蘗期株高動態(tài)及日增長量變化分析。由圖1可知，分蘗初期各處理株高及日增長量基本相同。控水后，處理1受澇期間的株高日增長量明顯高于對照；受旱階段后，株高日增量大幅度減小，低于對照。處理2、處理3受旱期間，株高日增長量明顯低于對照；復(fù)水后，株高增長速度顯著增加，且高于對照；處理3的受澇時間長于處理2，處理2控水結(jié)束后，株高日增長量有所下降，接近對照，而處理3則繼續(xù)快速增長。控水結(jié)束后，株高由大到小依次為處理1>處理3>處理2>CK。由此可知，分蘗期旱澇交替過程中，受澇能促進(jìn)水稻株高生長，且受澇時間越長，促進(jìn)效果越顯著，受旱則抑制株高增長。因此可知，先澇后旱處理比先旱后澇處理更有利于水稻株高的增長。

（2）拔節(jié)孕穗期株高動態(tài)及日增長量變化分析。由圖2可知，拔節(jié)孕穗期控水處理未開始之前，各處理株高基本相同。控水開始后，處理4受澇期間的株高日增長量高于對照；進(jìn)入受旱階段后，株高日增量大幅減小，低于對照。處理5、處理6受旱期間，株高日增長量明顯低于對照；復(fù)水后，株高增長速度顯著增加，高于對照；處理6的受澇時間長于處理5，處理5控水結(jié)束后，株高日增長量有所下降，接近對照，而處理6則繼續(xù)快速增長?？厮Y(jié)束后，株高由大到小依次為處理6>處理5>處理4>CK。由此可知，拔節(jié)孕穗期旱澇交替過程中受澇有利于株高的增長，且受澇時間越長，株高越高，受旱則不利于株高的增長；拔節(jié)孕穗期旱澇交替脅迫能促進(jìn)水稻株高生長，在該生育階段進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃徽{(diào)控可以達(dá)到控制植株旺長的目的。

2.2 旱澇交替脅迫下水稻全生育期的需水規(guī)律

由表5、圖3可知：單生育期先澇后旱處理水稻全生育期總需水量的大小為：乳熟期（處理10）>拔節(jié)孕穗期（處理4）>分蘗期（處理1）>抽穗開花期（處理7）；受澇5 d的先旱后澇處理的大小為：抽穗開花期（處理8）>拔節(jié)孕穗期（處理5）>乳熟期（處理11）>分蘗期（處理2）；受澇時間為7 d的先旱后澇處理的大小為：拔節(jié)孕穗期（處理6）>抽穗開花期（處理9）>乳熟期（處理12）>分蘗期（處理3）。

處理1的總需水量與對照的差異達(dá)顯著水平，為對照的98.92%；處理2、處理3的總需水量與對照的差異達(dá)極顯著水平，為所有處理中的最小值，分別為對照的97.32%、98.30%。其他各處理的總需水量與對照的差異均未達(dá)顯著水平。處理4、處理5的總需水量低于對照，分別為對照的99.92%、99.62%；處理6的總需水量略高于對照，為對照的100.33%。處理7、處理8、處理9的總需水量低于對照，分別為對照的98.68%、99.87%、99.10%。處理10的總需水量為所有處理中的最大值，略高于對照，為對照的100.36%；處理11、處理12的總需水量低于對照，分別為對照的99.53%、99.07%。

由此可知：先澇后旱處理對水稻全生育期的需水量影響不顯著，分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期先澇后旱處理會降低總需水量，乳熟期先澇后旱處理則會導(dǎo)致總需水量略有增加。水稻全生育期的總需水量對分蘗期旱澇交替脅迫最為敏

感，分蘗期先旱后澇處理會顯著降低總需水量；拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期先旱后澇處理對總需水量的影響不顯著；分蘗期、拔節(jié)孕穗期先旱后澇處理的受澇時間越長，總需水量越大；抽穗開花期、乳熟期先旱后澇處理的受澇時間越長，總需水量越小。

2.3 旱澇交替脅迫下水稻水分利用效率（WUE）

水分利用效率能夠表示作物利用水分的經(jīng)濟(jì)程度，水分利用效率越高，植株的節(jié)水能力越強(qiáng)。水分利用效率大，表明作物消耗單位數(shù)量的水分所能固定的二氧化碳的數(shù)量多，有利于作物在水分逆境下保持一定的產(chǎn)量。

由表6可知，各處理的理論產(chǎn)量、水分利用效率均低于對照。各生育期先澇后旱處理的水分利用效率由大到小依次為分蘗期（處理1）>拔節(jié)孕穗期（處理4）>乳熟期（處理10）>抽穗開花期（處理7）；受澇5 d的先旱后澇處理的水分利用效率由大到小依次為分蘗期（處理2）>乳熟期（處理11）>抽穗開花期（處理8）>拔節(jié)孕穗期（處理5）；受澇時間為 7 d 的先旱后澇處理的水分利用效率由大到小依次為抽穗開花期（處理9）>分蘗期（處理3）>乳熟期（處理12）>拔節(jié)孕穗期（處理6）。

由此可知，分蘗期先旱后澇處理會降低水分利用效率，且受澇時間越長，對產(chǎn)量的影響越大，水分利用效率越低。拔節(jié)孕穗期旱澇交替脅迫會造成嚴(yán)重的減產(chǎn)，導(dǎo)致水分利用效率大幅降低；先旱后澇處理造成的減產(chǎn)最為嚴(yán)重，受澇時間對產(chǎn)量的影響不大。抽穗開花期先旱后澇處理會顯著降低水分利用效率，但是隨著受澇時間的延長，水分利用效率有所升高。乳熟期先澇后旱處理的水分利用效率高于先旱后澇處理，并且水分利用效率因受澇時間的延長而降低。

3 結(jié)論

分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期旱澇交替脅迫條件下的水稻最終株高有所增加，2年平均最終株高增加2.61%，且受澇時間越長，株高越高。拔節(jié)孕穗期進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃徽{(diào)控可以控制植株旺長，達(dá)到優(yōu)化株型的目的。

旱澇交替脅迫過程均不同程度地降低水稻需水量，分蘗期旱澇交替會顯著降低全生育期的需水量，且先旱后澇處理影響大于先澇后旱處理，受澇時間越短，需水量越??；拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期及乳熟期受澇均有利于日需水量的增加，受旱則會降低（乳熟期無顯著影響）。各生育期日需水量與對照的差異隨著水分脅迫時間的延長而增加。

水稻4個主要生育期旱澇交替脅迫會降低水分利用效率，先旱后澇處理的水分利用效率整體低于先澇后旱處理。拔節(jié)孕穗期先旱后澇處理的水分利用效率最低，拔節(jié)孕穗期、乳熟期先澇后旱處理的水分利用效率高于先旱后澇處理。

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