控水對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

劉 艷， 孫文濤， 雋英華

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境資源研究所，遼寧沈陽(yáng) 110161)

水稻是我國(guó)重要的糧食作物，截至2013年其播種面積達(dá)到3 031萬(wàn)hm2，占全國(guó)糧食作物的27%，總產(chǎn)量超過2億t，占全國(guó)糧食作物的34%左右。而水稻的耗水量卻占全國(guó)總用水量的54%左右，占農(nóng)業(yè)總用水量的65%以上[1]。傳統(tǒng)的淹水種植模式，不僅影響水稻高產(chǎn)潛力的發(fā)揮，而且隨著水資源的日益緊缺，引發(fā)了水稻發(fā)展與有限水資源之間的矛盾，同時(shí)因徑流、滲漏和排水引起環(huán)境污染[1-3]，因此水稻控水節(jié)水栽培問題逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究表明，隨著灌水量的增加，水稻的產(chǎn)量并不明顯增加，甚至有下降的趨勢(shì)，在作物適宜階段進(jìn)行適度的水分虧缺調(diào)控，對(duì)于促進(jìn)群體高產(chǎn)更有效[4-6]。為探索控水方式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響，本試驗(yàn)采用防雨棚盆栽的方式，以土壤水勢(shì)為灌溉指標(biāo)，設(shè)定常規(guī)淹水灌溉、節(jié)水灌溉和干濕交替灌溉這幾種方式研究了不同程度的水分調(diào)控對(duì)水稻SPAD值、葉面積指數(shù)、生物量、土壤微生物量和產(chǎn)量等一些指標(biāo)的影響，以期發(fā)現(xiàn)節(jié)水灌溉的最優(yōu)調(diào)控方式，為實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)、水資源高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地盆栽場(chǎng)進(jìn)行，時(shí)間為2013年6—10月，供試品種為遼星21，全生育期155 d。供試土壤來自于遼寧省沈陽(yáng)市汪家鎮(zhèn)水稻土，類型為棕壤土，供試土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.55%，全氮含量0.075%，堿解氮含量 58 mg/kg，速效磷含量29.15 mg/kg，速效鉀含量 128.9 mg/kg， pH值7.3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采取單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)。設(shè)4個(gè)水分調(diào)控處理，10次重復(fù)，水分設(shè)計(jì)見表1。試驗(yàn)采用塑料桶(直徑26 cm×高 28 cm)栽種，取稻田土?xí)窀珊筮^篩，每桶裝土15kg，把桶3/4埋于土中。移栽前5d放水浸泡，6月3日移栽。每桶移栽3穴，每穴3苗，將桶置于防雨棚內(nèi)。用中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所生產(chǎn)的真空表型負(fù)壓式土壤濕度計(jì)測(cè)定土壤水勢(shì)，埋設(shè)深度為陶土頭中心距土表10 cm，每天09：00記載負(fù)壓表讀數(shù)，然后根據(jù)處理要求及時(shí)補(bǔ)水并記錄灌水量。各處理施肥量相同，分別為N 210 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。氮肥以5 ∶3 ∶2比例按照基肥、分蘗肥、穗肥分3次施入，磷、鉀肥做基肥移栽前一次施入，氮肥為普通尿素(46%N)，磷肥為磷酸二銨(46%P2O5)，鉀肥為氯化鉀(60%K2O)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 考種 每個(gè)重復(fù)固定3桶樣株用于考種測(cè)產(chǎn)，包括有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。

1.3.2 葉面積指數(shù)(LAI)測(cè)定 分別在拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期選取有代表性植株2株，用YMJ型葉面積儀測(cè)定全部葉片的葉面積，計(jì)算葉面積指數(shù)，即LAI=總?cè)~面積/占地面積 。

1.3.3 生物量測(cè)量 分別在拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、成熟期選取有代表性植株2株，將植株地上部分按莖葉、穗分開，先在烘箱中105 ℃殺青30 min，再調(diào)至80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，冷卻至室溫后用1/1 000電子天平稱取干質(zhì)量。

1.3.4 葉綠素含量的測(cè)定 采用日本產(chǎn)的SPAD-502葉色測(cè)量?jī)x分別在拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期，選取各處理10株有代表性的植株測(cè)定倒3葉的葉綠素相對(duì)含量，以SPAD值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分處理對(duì)葉片SPAD值的影響

葉綠素是光合作用過程中影響光能吸收和轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵色素，與光合速率呈極顯著正相關(guān)。從圖1可以看出，各處理的

表1 試驗(yàn)處理水分設(shè)計(jì)

注：插秧時(shí)田面水深為30 mm水層；表中水層為適宜水層下限-適宜水層上限-允許最高水層；施肥時(shí)水層深度要求在10～30 mm。

SPAD值隨生育期的推進(jìn)變化趨勢(shì)一致，呈拋物線變化，先升高后降低，在抽穗期達(dá)到最高值。在拔節(jié)期以前，淹灌處理W0的SPAD值較高，但是在抽穗期以后出現(xiàn)急速下降的趨勢(shì)。干濕交替W2處理在抽穗期以后SPAD值都顯著高于其他處理，說明合理控制水分有利于莖、葉的生長(zhǎng)，這也為水稻后期生長(zhǎng)較高的光合速率提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 不同水分處理對(duì)葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)(LAI)是反映水稻群體大小較好的指標(biāo)，葉面積過大或者過小都會(huì)影響水稻生長(zhǎng)。從圖2可以看出，各處理葉面積指數(shù)都在抽穗期時(shí)達(dá)到頂峰，然后隨著葉片的衰老枯黃葉面積指數(shù)逐漸降低。拔節(jié)期常規(guī)灌溉W0的LAI最大，與節(jié)水灌溉處理1差異顯著，說明水稻在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，淹水條件有利于葉片生長(zhǎng)；但在抽穗期以后W2處理的LAI顯著高于其他處理，可能是由于干濕交替處理，改善了土壤的通氣性，使根系發(fā)達(dá)，可以提高葉面積指數(shù)，維持較長(zhǎng)的功能持續(xù)期，這與葉片SPAD值的結(jié)果相吻合。

2.3 不同水分處理對(duì)各生育期干物質(zhì)累積及收獲指數(shù)的影響

水分調(diào)控對(duì)水稻各部位干物質(zhì)的積累量在不同時(shí)期存在一定差異，從表2可以看出，常規(guī)灌溉的植株莖葉干物質(zhì)量在各時(shí)期都高于控水處理，這是由于淹水處理下，水稻始終水分供應(yīng)充足，分蘗較多，莖葉生長(zhǎng)茂盛，從而使生物量高于控水處理植株。對(duì)穗部干物質(zhì)積累的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，前期各處理穗部干物質(zhì)積累量差異不顯著，后期差異較大，成熟期干濕交替W2處理比W3處理高38.2 g/盆，比常規(guī)灌溉處理高 34.5 g/盆，差異都達(dá)到顯著水平。

不同水分調(diào)控對(duì)稻谷收獲指數(shù)也有不同程度的影響。干濕交替W2處理成熟期的生物量和收獲指數(shù)均為最高，與常規(guī)淹水灌溉和W3處理差異都達(dá)顯著水平，說明適時(shí)合理地控制灌水不會(huì)影響水稻干物質(zhì)的積累量，還會(huì)顯著提高其收獲指數(shù)，本試驗(yàn)中各處理的收獲指數(shù)表現(xiàn)為W2>W1>W3。常規(guī)灌水W0處理由于生長(zhǎng)在水分充足的環(huán)境中，無(wú)效分蘗較多，有效穗數(shù)減少，導(dǎo)致產(chǎn)量偏低，所以收獲指數(shù)最低。前人研究表明，在一定的生物產(chǎn)量范圍內(nèi)，收獲指數(shù)隨著生物產(chǎn)量的提高而增加，兩者呈正相關(guān)關(guān)系[7]。從表2可以看出，試驗(yàn)中各處理的收獲指數(shù)與成熟期的干物質(zhì)積累量變化趨勢(shì)表現(xiàn)基本相同。

表2 不同水分處理對(duì)各生育期干物質(zhì)累積的影響

注：同一列不同小寫字母表示差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。下同。

2.4 不同水分處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

從表3可以看出，淺干濕交替W2處理產(chǎn)量最高，與W0和W3處理差異都達(dá)到顯著水平，可能與灌漿后期較高的葉綠素含量有關(guān)。但過分控水，造成水分嚴(yán)重虧缺的話，也不利于增產(chǎn)，試驗(yàn)中干濕交替W3處理灌漿期出現(xiàn)了水分脅迫的癥狀，因此產(chǎn)量與常規(guī)處理無(wú)差異，甚至偏低。

分析水稻的各項(xiàng)產(chǎn)量指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，各處理間穗長(zhǎng)和千粒質(zhì)量差異不明顯，但有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率差異顯著，W2顯著高于W0和W3。可見，在對(duì)水稻土壤水分進(jìn)行調(diào)控后，雖然莖蘗穗數(shù)減少了，但是卻可以有效控制無(wú)效分蘗，避免水稻群體過大，莖蘗互相爭(zhēng)肥，從而促進(jìn)水稻個(gè)體發(fā)育，最終獲得高產(chǎn)。

表3 不同水分管理方式下水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

3 結(jié)論與討論

程建平等研究認(rèn)為，間歇控水灌溉有利于增加每穗實(shí)粒數(shù)和每穗穎花數(shù)，結(jié)實(shí)率明顯提高，千粒質(zhì)量加大，最終形成的產(chǎn)量結(jié)果比對(duì)照增產(chǎn)顯著[8-10]。本試驗(yàn)研究結(jié)果得出相似結(jié)論，與常規(guī)淹水灌溉相比，淺干濕交替灌溉模式產(chǎn)量較高，主要原因就是拔節(jié)孕穗期，干濕交替處理有利于“源”的積累和“庫(kù)”的形成，生育中后期干濕交替灌溉有利于同化物的輸出，促進(jìn)籽粒灌漿結(jié)實(shí)，顯著增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高結(jié)實(shí)率，從而最終增加水稻產(chǎn)量。但是W3處理設(shè)定控水到-25 kPa 時(shí)，出現(xiàn)了水分虧缺現(xiàn)象，尤其是在需水較多的抽穗灌漿期，“源”的不足，嚴(yán)重阻礙籽粒灌漿結(jié)實(shí)，導(dǎo)致穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量降低，是造成減產(chǎn)的主要原因， 這與傅志強(qiáng)等的研究結(jié)果[11]相一致。

本研究中，水稻拔節(jié)前期，常規(guī)淹水灌溉由于水分充足，無(wú)效分蘗多，水稻葉片生長(zhǎng)較為茂盛，葉片的SPAD值較高，葉面積指數(shù)較大。在拔節(jié)后期，干濕交替循環(huán)灌溉提高了土壤的通氣性，促進(jìn)了根系的良好發(fā)育和對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收，達(dá)到以根養(yǎng)葉的目的，使葉片增長(zhǎng)快于淹灌處理，而且葉綠素SPAD值也顯著提高，使水稻生長(zhǎng)有了更大的光合面積，為水稻高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。干濕交替和節(jié)水灌溉下的水稻在生育后期還保持了較高的葉面積指數(shù)，延緩了葉片衰老，延長(zhǎng)了葉片的功能期，主要是利用水稻的補(bǔ)償性生長(zhǎng)效應(yīng)在適度干旱時(shí)復(fù)水，增加土壤通透性，促進(jìn)植株根系代謝變化影響水稻葉片生長(zhǎng)和籽粒充實(shí)，為水稻最終獲得高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

前人研究認(rèn)為水稻灌水量過多或過少都會(huì)引起根系和冠層功能的下降，不利于干物質(zhì)積累[12-13]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，常規(guī)灌溉可以使水稻前期分蘗增多，生物量變大，但生育后期由于土壤長(zhǎng)期淹灌造成氧化還原電位下降[14]，使土壤呈強(qiáng)還原狀態(tài)，分解出大量的有機(jī)酸、硫化氫等還原性物質(zhì)，使土壤酸度增加，通氣性變差，根部生長(zhǎng)環(huán)境受到限制，葉片葉綠素分解大于合成，地上部干物質(zhì)量下降顯著。干濕交替循環(huán)控水灌溉的灌水量少，水稻生長(zhǎng)健壯，根系發(fā)達(dá)，有利于礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，促進(jìn)葉片生長(zhǎng)，地上部干物質(zhì)積累多，有較明顯的節(jié)水、增產(chǎn)效應(yīng)。趙俊芳等的研究也表明，節(jié)水灌溉利于根系生長(zhǎng)，發(fā)達(dá)的根系系統(tǒng)能更多地吸收營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)地上部生長(zhǎng)，但控水程度較大，不能滿足植株正常生長(zhǎng)發(fā)育所需水分時(shí)，會(huì)出現(xiàn)水分脅迫癥狀，影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育，造成水稻減產(chǎn)[15]。本試驗(yàn)中的節(jié)水W1和干濕交替W3處理就出現(xiàn)了過度控水，導(dǎo)致虧缺干旱的情況。因此適當(dāng)控水使稻田處于“干濕交替”的水分循環(huán)狀態(tài)，既能提高水稻葉面積指數(shù)、葉綠素含量，同時(shí)還能增加干物質(zhì)積累量，提高干物質(zhì)向籽粒中的分配比率、提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率，增大收獲指數(shù)，提升經(jīng)濟(jì)效率，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)高效利用的目標(biāo)。

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