水稻分蘗期生理耗水量研究

沈 維，姚幫松，*，程 峰，阮三桂，高 堃，孫紫童，徐麗華，石蓉霞

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南長沙 410128)

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水稻分蘗期生理耗水量研究

沈 維1，姚幫松1，2*，程 峰1，阮三桂1，高 堃2，孫紫童2，徐麗華2，石蓉霞2

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南長沙 410128)

[目的]研究水稻分蘗期生理耗水量，以期更加高效地節(jié)約灌溉水資源。[方法]采用室內(nèi)盆栽方法，對(duì)水稻進(jìn)行控水灌溉，根據(jù)每天每試驗(yàn)盆重量變化分析水稻生理耗水量。[結(jié)果]水稻分蘗前期耗水量不斷增加，到分蘗后期逐漸降低，水稻分蘗前期平均每株每天耗水193.75 g，水稻分蘗后期平均每株每天耗水260.92 g。每盆栽2株水稻耗水量高于每盆栽1株水稻耗水量33.4%。[結(jié)論]在水稻分蘗末期應(yīng)控制灌溉水量；水稻種植越密，分蘗期生理耗水量小，其分蘗數(shù)相應(yīng)減少。

水稻；分蘗期；耗水量

水稻是一種耗水量很大的作物，其生長發(fā)育過程中根系長期浸泡在水中，吸收水分和養(yǎng)分，供給根、莖、葉的生長發(fā)育。稻田中的水很大一部分會(huì)蒸發(fā)和滲漏損失，能被禾苗利用的水約占稻田中水總量的1/5[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)，土壤需水量為田間持水量的70%～80%時(shí)更有利于水稻生長，有學(xué)者提出了滴灌和噴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)。噴灌和滴灌相對(duì)傳統(tǒng)的漫灌可以節(jié)約灌溉用水[4-10]。水稻的生長過程可分為苗期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗期、成熟期。根據(jù)已有報(bào)道，水稻生長過程中分蘗期是節(jié)水灌溉的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，但該階段水稻需水量鮮有報(bào)道。筆者對(duì)水稻分蘗期的耗水量進(jìn)行了探索，研究水稻發(fā)育階段中的耗水量規(guī)律，配合節(jié)水灌溉措施可以更加高效地節(jié)約灌溉水資源。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)與材料試驗(yàn)于2015年5月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室中心實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)土壤為第4紀(jì)紅土發(fā)育的紅黃泥。供試品種為隆平種業(yè)培育的雜交水稻品種。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法采用盆栽試驗(yàn)方法，試驗(yàn)盆底面直徑20 cm，上表面直徑30 cm，盆深30 cm。試驗(yàn)分3個(gè)處理組，處理組A每盆栽種1株水稻，處理組B每盆栽種2株水稻，CK組為空白對(duì)照，不栽種水稻。將土壤取回后自然曬干，然后過5 mm篩網(wǎng)，每盆加土壤10 kg。移栽水稻前先用水浸泡24 h，使土壤達(dá)到飽和含水狀態(tài)。2015年6月10日開始浸種催芽，6月12日開始播種，將在育秧盆中生長10 d的水稻幼苗移栽到試驗(yàn)盆中，水稻施肥及農(nóng)業(yè)管理措施參照當(dāng)?shù)卮筇锓N植方式。每個(gè)處理組種植3盆，選擇長勢均勻的禾苗移栽，分別編號(hào)A1、A2、A3，B1、B2、B3，CK1、CK2、CK3。各處理組中土壤肥效相同，生長分蘗期8月8日，從水稻進(jìn)入分蘗生長階段開始每天7：00和19：00記錄1次每盆的重量。當(dāng)土壤中水分缺少時(shí)，往試驗(yàn)盆中加水，并記錄加水量。

1.3測定方法試驗(yàn)稱重：用精度為1 g的電子天平稱取盆栽水稻重量，用精度為0.01 g的電子天平稱取植株的干重與鮮重。氣象狀況：用精度為0.1 ℃電子溫度與濕度儀記錄。

2　結(jié)果與分析

2.1水稻分蘗期耗水量計(jì)算采用盆栽種植阻隔了水分的滲漏損失，試驗(yàn)盆中水分減少主要是由蒸發(fā)、蒸騰及水稻內(nèi)各種物質(zhì)的合成需水3個(gè)因素構(gòu)成。于7月8日下午測出各處理組的盆、土壤和水的總重量，結(jié)果為：CK1=12.240 kg、CK2=11.082 kg、CK3=12.074 kg，A1=11.434 kg、A2=14.206 kg、A3=13.367 kg，B1=12.491 kg、B2=13.201 kg、B3=13.419 kg。將處理A組與B組加水調(diào)成重量15.491 kg，CK組加水調(diào)成14.011 kg。7月8日加水后每天測出各組的重量變化情況，并記錄當(dāng)天的最高溫度、最低溫度及空氣相對(duì)濕度情況。7月15日栽種水稻的試驗(yàn)盆中水分消耗至土壤表層無可見水，而對(duì)照組仍有2 cm深持水層。對(duì)栽種水稻的盆中重新加水，記錄各盆重量，A1=14.378 kg、A2=13.684 kg、A3=14.125 kg，B1=15.550 kg、B2=14.709 kg、B3=14.924 kg。再用同樣方法測出各組重量變化情況，直至水稻分蘗結(jié)束。

水稻日耗水量計(jì)算：試驗(yàn)設(shè)置空白對(duì)照，用于測定水分蒸發(fā)量，用試驗(yàn)處理組每天水分減少量減去空白對(duì)照的水分蒸發(fā)量，即為水稻日耗水量。采用盆栽室內(nèi)試驗(yàn)，盆中水分蒸發(fā)量小，可將栽種水稻盆的蒸發(fā)量近似于對(duì)照處理試驗(yàn)盆中的水分蒸發(fā)量，根據(jù)水量平衡原理推算出水稻耗水量。

Cw=Dj-Di

(I)

式中，Cw為每盆水分減少量，D為盆重量，j和i是測定日期變化值，j比i少1 d。該試驗(yàn)Dj和Di分別選取每天19：00的稱量值。

H(A)=Cw(A)-Cw(CK)

(II)

H(B)=Cw(B)-Cw(CK)

(III)

式中,H(A)為A處理組每天耗水量，H(B)為B處理組每天耗水量，Cw(A)為A處理組每天水分蒸發(fā)量，Cw(B)為B處理組每天水分蒸發(fā)量，Cw(CK)為CK處理組每天水分蒸發(fā)量。

水稻生長需要消耗水分，同時(shí)還要進(jìn)行光合作用合成有機(jī)物，但水稻光合作用的生物合成量非常少，因而計(jì)算水稻耗水量時(shí)不考慮水稻每天光合作用的生物合成量，取每個(gè)處理組的3次重復(fù)平均值計(jì)算耗水量(圖1)。水稻分蘗期持續(xù)20 d左右，試驗(yàn)中將7月17日前的分蘗稱為分蘗前期，7月17日之后的分蘗稱為分蘗后期。

圖1　水稻分蘗期日耗水量變化趨勢Fig.1　Variation trend of daily water consumption in rice tillering stage

從水稻每天耗水量的折線圖可以發(fā)現(xiàn)，分蘗前期耗水量不斷增加，分蘗后期耗水量逐漸下降。這是由于水稻分蘗期隨著分蘗數(shù)的不斷增加，需水量也不斷增加，到分蘗末期水稻耗水量下降，這時(shí)水稻的各部分器官已發(fā)育完成且株高也已成型，因此水稻分蘗末期應(yīng)控制灌水量并適當(dāng)排水，從而抑制水稻的無效分蘗。處理組A是每盆移栽1株水稻，處理組B是每盆移栽2株水稻，水稻生長分蘗期處理組A平均每天耗水186.65 g，處理組B平均每天耗水281.45 g。對(duì)整個(gè)分蘗期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，在分蘗前期平均每株水稻耗水193.75 g，分蘗后期每天耗水260.92 g。每個(gè)盆的土壤表面積為0.07 m2，每盆栽2株水稻要比栽1株水稻耗水量低。水稻耗水與根上部分的生物量相關(guān)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每盆栽2株水稻的生物量要小于栽1株水稻的生物量。該生物量差異主要表現(xiàn)為分蘗數(shù)不同，每盆栽1株水稻與栽2株水稻對(duì)比，前者單株分蘗數(shù)平均值高于后者43.1%。分蘗末期將水稻拔出后切除根部，將根上部分烘干后稱重，處理組B單株干重低于處理組A23.4%。圖1中處理組A和處理組B分蘗期耗水量變化趨勢相同，因環(huán)境中的溫度變化使水稻耗水量日變化趨勢有一定的波動(dòng)，但水稻分蘗期耗水量變化總趨勢是先升高后下降。

2.2水稻分蘗期耗水量相關(guān)因素分析用精確度0.1 ℃電子溫度計(jì)記錄每天的溫度變化情況，采用自動(dòng)計(jì)溫方法每隔1 h記錄1次溫度，再統(tǒng)計(jì)出每天平均溫度。用濕度儀記錄水稻生長分蘗期每天的濕度范圍為78%～80%，濕度不對(duì)水分蒸發(fā)量產(chǎn)生影響。由圖2可知，試驗(yàn)盆中水分蒸發(fā)量與溫度相關(guān)，溫度越高，水分蒸發(fā)量也越高，該試驗(yàn)記錄水稻分蘗期天氣溫度變化較小，每天水分蒸發(fā)量比較均勻。

圖2　日平均溫度對(duì)盆中水分蒸發(fā)量的影響Fig.2　Effects of daily mean temperature on water evaporation in a basin

試驗(yàn)過程中，水稻生長分蘗期的天氣溫度與濕度變化較小，對(duì)水稻日耗水量的變化影響不大。由圖3可知，H(B)平均耗水量要比H(A)耗水量高33.4%，H(B)的根上部分生物量要比H(A)多37.6%，表明水稻耗水量與根上部分的生物量是相關(guān)的。

圖3　各處理組水稻的耗水量比較Fig.3　Comparison of rice water consumptions in different treatments

3　結(jié)論與討論

該研究結(jié)果表明：①水稻分蘗期隨著分蘗數(shù)的不斷增加，水稻耗水量也相應(yīng)增加。水稻分蘗末期耗水量減少，該階段水分過多會(huì)影響水稻的生長，在水稻分蘗末期應(yīng)控制灌溉水量。水稻生理耗水量會(huì)隨空氣溫度與濕度有一定的波動(dòng)變化，根據(jù)連續(xù)的試驗(yàn)觀察，水稻分蘗期空氣中的濕度變

化較小，而溫度變化與水稻土壤持水層蒸發(fā)量相關(guān)。②水稻生理耗水量與根上部分的生物量相關(guān)，對(duì)比試驗(yàn)盆中栽種1株水稻和2株水稻，發(fā)現(xiàn)2株水稻耗水量高于1株水稻耗水量33.4%，而2株水稻根上部分生物量高于1株水稻根上部分生物量37.6%。③環(huán)境介質(zhì)相同條件下水稻耗水量受水稻每穴所占面積數(shù)影響，水稻種植越密，分蘗期生理耗水量小，其分蘗數(shù)相應(yīng)減少。

分蘗期是水稻生長發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，根據(jù)水稻這一時(shí)期的耗水量規(guī)律對(duì)其進(jìn)行控水灌溉能更好促進(jìn)分蘗，提高作物產(chǎn)量。

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Physiological Water Consumption of Rice in Tillering Stage

SHEN Wei1, YAO Bang-song1,2*, CHENG Feng1et al

(1. College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128; 2. College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128)

[Objective] To research the physiological water consumption of rice in tillering stage, and to save irrigation water resources more effectively. [Method] Indoor potted method was used for water control irrigation of rice. According to the weight changes of each test pot in each day, physiological water consumption of rice was analyzed. [Result] Water consumption in early tillering stage of rive increased gradually, and then reduced in late tillering stage. The average daily water consumption per day of rice was 193.75 g in early tillering stage, and that was 260.92 g in late tillering stage. The water consumption per plant of two plants per pot was 33.4% higher than that of one plant per pot. [Conclusion] Water irrigation should be controlled in late tillering stage of rice. Dense planting rice leads to small water physiological water consumption in tillering stage; and the tiller number reduced correspondingly.

Rice; Tillering stage; Water consumption

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31272248)；國際科技合作項(xiàng)目(2013DFG91190)。

沈維(1991- )，男，湖南湘潭人，碩士研究生，研究方向：節(jié)水灌溉新技術(shù)。*通訊作者，教授，博士，從事農(nóng)業(yè)水資源綜合利用研究。

2016-05-09

S 511

A

0517-6611(2016)22-013-02