不同土壤類型下灌溉方式對水稻產量形成及水分利用效率的影響

陳夢云 李曉峰 陳雨霏 任紅茹 汪偉 荊培培 霍中洋

（揚州大學農業部長江流域稻作技術創新中心/江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點，江蘇揚州225009；*通訊作者：huozy69＠163.com）

作物灌溉水利用效率受氣候、土壤、作物品種，以及灌溉、耕作、施肥等農業管理措施的影響[1]。在相同的氣候條件和農業管理措施下，土壤條件是影響作物灌溉水利用效率高低的重要因素[2]。土壤質地是反映土壤物理特性的一個綜合指標，決定著土壤持水性能，是導致土壤水的分布及運移方式變化，影響水分在土壤中滯留時間的決定因子[3]，因而直接影響土壤作物系統水分平衡和作物灌溉需水[4－5]。在區域尺度的灌溉水配置方面，針對不同質地的土壤確定作物灌溉需水、制定適宜的灌溉量和時期等灌溉對策，進而依據土壤條件進行灌溉用水的合理分配是提高灌溉水生產力的關鍵和區域節水的重要環節[6－7]。前人已經對水稻的需水供水規律、需水供水的形態生理指標、不同稻作制度下的灌溉模式和技術等進行了廣泛的研究，創建了多種節水灌溉技術，如干濕交替灌溉、間歇濕潤灌溉、生育中期擱田、壟作栽培、無水層種稻、覆膜旱種、旱育秧等[8－13]。楊建昌等[14]研究表明，壤土條件下干濕交替灌溉較常規灌溉顯著降低了總葉面積指數，顯著提高了根系活力。禇光等[15－16]研究表明，壤土條件下，土壤水勢－15kPa時，水稻的產量和群體質量處于最佳狀態。夏瓊梅等[17]研究表明，適度節水對水稻產量影響不大，但提高了水分利用效率。由此可見，前人的研究主要集中于壤土條件下不同灌溉方式間的比較和分析[14－16]，對不同土壤類型下不同灌溉方式對水稻產量及水分利用效率的影響鮮有報導。因此，本試驗選用3種不同類型土壤，分別設置3種水分灌溉處理，研究了不同土壤類型下不同灌溉方式對水稻產量及水分利用效率的影響，以期為不同土壤類型水稻高產節水灌溉提供參考依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料與地點

試驗于2015－2016年在揚州大學試驗農場土培池進行，供試土壤為黏土、壤土、砂土，土壤基本性狀見表1。供試水稻品種為南粳9108。

1.2 試驗設計與方法

表1 供試土壤的基本性狀

表2 不同土壤類型下灌溉方式對水稻產量的方差分析

試驗以土壤類型（黏土、壤土、砂土）為主區，水分處理為裂區。自有效分裂臨界葉齡期開始，分別設置3種灌溉方式：（1）常規灌溉（CK），長期保持 3～5 cm 淺水層灌溉，直至收獲前1周斷水；（2）輕度節水灌溉（－15 kPa），灌水至水層深度3～5 cm后停止灌溉，并自然落干至土壤水勢－15 kPa時再灌水3～5 cm，如此循環；（3）重度節水灌溉（－25 kPa），灌水至水層深度 3～5 cm后停止灌溉，并自然落干至土壤水勢－25 kPa時再灌水3～5 cm，如此循環。試驗共9個處理，3次重復，計27個小區，小區采用獨立的水泥池，每個小區面積4 m2。每個小區安裝真空表式土壤負壓計（中國科學院南京土壤研究所生產）監測土壤水勢，埋深15 cm。為避免自然降雨對試驗結果的影響，所有處理均預置半自動塑膠薄膜網擋雨。

總施純氮量 20 kg/667 m2，基蘗肥∶穗肥為 6∶4，分蘗肥于移栽后7 d一次性施用，穗肥于倒4葉期和倒2葉期分2次施用，氮∶磷∶鉀為2∶1∶2。磷肥作基肥一次性施用；鉀肥分基肥和拔節肥2次施用，各施50%。

5月29日播種，軟盤旱育秧，每盤播干種120 g。栽插行株距為30.0 cm×13.2 cm，每叢4苗，栽插后及時查漏補缺。移栽至有效分蘗臨界葉齡期的水分管理：移栽活棵期薄水并露田1～2次，分蘗期淺水勤灌，有效分蘗臨界葉齡期前1個葉齡（N－n－1）自然斷水輕擱田，直至有效分蘗臨界葉齡期。病、蟲、草害防治按當地大面積生產統一實施。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 灌溉用水量

自有效分蘗臨界葉齡期至成熟，每池在灌溉時均用水表監測并記錄每次灌溉量，以此計算總灌溉水量和灌溉水利用效率。

1.3.2 土壤含水量

用土鉆采取不同處理下深度為0～15 cm的土樣，用0.1 g精度的天平稱取土樣的質量，在105℃的烘箱內將土樣烘6～8 h至恒質量，然后測定烘干土樣，計算含水量。

1.3.3 莖蘗動態

每小區選取2個觀察點，每點選取連續10叢定期調查，每5 d調查1次莖蘗數，直到抽穗期。

1.3.4 干物質量及葉面積

于拔節期、抽穗期、抽穗后20 d、成熟期，按每小區莖蘗數的平均數取代表性植株3叢，植株于105℃下殺青30 min，75℃下烘干至恒質量，測定植株干物質量。采用美國LI－COR公司生產的 Li－Cor 3050型葉面積儀測定水稻葉片總葉面積，并計算葉面積指數。

1.3.5 產量及產量構成

成熟期每個小區收割30叢測定實際產量，每小區隨機取10叢有代表性的稻株，測定產量構成。

1.4 試驗數據處理

光合勢[m2/（m2·d）]=1/2（L1+L2）×（t1－t2）；

群體生長率[g/（m2·d）]=（W2－W1）/（t1－t2）；

凈同化率[g/（m2·d）]=[（lnLAI2－lnLAI1）/（LAI2－LAI1）]×[（W2－W1）/（t2－t1）]。

式中，LAI1和LAI2為前后2次測定的葉面積指數，t1和t2為前后2次測定的時間；L1和L2為前后2次測定的葉面積，W1和W2為前后2次測定的干物質量。

采用Microsoft Excel 2003進行數據的錄入和計算，運用DPS軟件進行統計分析。

文中2年試驗結果規律基本一致，本文以2016年數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 產量及其構成

方差分析結果（表2）表明，土壤類型、水分處理及其互作效應均達極顯著水平。由表3可知，南粳9108在不同土壤類型下的產量差異顯著，表現為壤土最高、黏土次之、砂土最低，其中，壤土比黏土、砂土分別高5.16%～5.62%、2.09%～19.02%。在壤土、黏土條件下，均以－15 kPa處理時產量最高，分別較CK增產13.89%和10.96%；而砂土在CK時產量最高，較－15 kPa和－25 kPa分別增產6.01%和12.64%。在－15 kPa處理下壤土的產量比黏土高5.62%、比砂土CK高18.97%。說明不同土壤類型有不同的適宜灌溉方式。不同灌溉方式下，壤土、黏土在－15kPa處理下的結實率、千粒重均顯著高于其他處理，而砂土在CK處理時的每穗粒數、結實率均高于其他處理。因此，在壤土條件下配以輕度節水灌溉方式，更能促進分蘗早發，穩定穗數，增加穗粒數，提高群體總穎花量，從而實現增產。

表3 不同土壤類型下灌溉方式對南粳9108產量及產量構成因素的影響

表4 不同土壤類型下灌溉方式對南粳9108莖蘗數和成穗率的影響

表5 不同土壤類型下灌溉方式對南粳9108葉面積指數的影響

2.2 群體莖蘗數和成穗率

由表4可知，在不同土壤類型下南粳9108的莖蘗數和成穗率與產量趨勢表現一致，壤土最高、黏土次之、砂土最低。壤土的成穗率較黏土和砂土分別高0.14%～1.40%和0.22%～8.70%，平均高0.59%、5.59%。在不同的灌溉方式下壤土、黏土以－15kPa處理時的成穗率最高，而砂土以CK處理最高。壤土的最高成穗率（－15kPa時）比黏土和砂土的最高成穗率（－15kPa時和CK）分別高1.41%和4.99%。說明壤土在輕度節水灌溉下能夠有效降低無效分蘗的發生，控制高峰苗數，提高莖蘗成穗率。

2.3 葉面積指數

由表5可知，在拔節期，3種類型土壤在不同灌溉方式下的葉面積指數無顯著差異；而在抽穗期、抽穗后20 d、成熟期3種土壤在不同灌溉方式下的葉面積指數差異顯著，且均以壤土的葉面積指數最高、黏土次之、砂土最低。在不同的灌溉方式下，壤土、黏土均以－15kPa處理的葉面積指數最高，砂土以CK處理的葉面積指數最高，且壤土的最高葉面積指數（－15kPa處理）比黏土和砂土的最高葉面積指數（－15kPa處理和CK）增加5.3%、19.1%。

2.4 群體干物質積累量

由表6可知，壤土、黏土的干物質積累隨著節水程度的增強呈現先上升后下降趨勢，而砂土的干物質積累隨著節水程度的增強逐漸下降，其中，壤土、黏土以－15kPa處理時的干物質量最高，砂土以CK處理最高。抽穗期壤土的干物質積累較黏土和砂土分別高1.40%～3.17%和0.47%～14.27%；成熟期壤土的干物質積累較黏土和砂土分別高0.81%～4.88%和17.26%～19.18%；抽穗期、成熟期壤土比黏土和砂土的干物質積累平均分別高2.34%、3.27%和9.03%、11.43%。說明壤土、黏土條件下適當的節水灌溉能夠提高中后期群體的生長。

表6 不同土壤類型下灌溉方式對水稻群體干物質積累量的影響

表7 不同土壤類型下灌溉方式對南粳9108群體光合勢、凈同化率和群體生長率的影響

2.5 群體光合勢、群體生長率和凈同化率

從表7可見，拔節到抽穗階段不同土壤類型下壤土的光合勢最高，平均分別比黏土、砂土高1.35%、5.80%；抽穗到成熟階段，分別高1.29%、9.97%。在不同灌溉方式下，壤土、黏土及砂土拔節到抽穗階段的光合勢無顯著差異，抽穗到成熟階段壤土、黏土均以－15kPa處理最高，而砂土以CK處理時最高。壤土的最高光合勢（－15kPa處理）比黏土和砂土的最高光合勢（－15kPa處理和CK）高1.46%、10.42%。群體生長率反映干物質的日生產量，是描述群體生產率的重要指標。凈同化率是單位葉面積在單位時間內所積累的干物質量，是白天光合生產量與夜間呼吸消耗量的差值。從表5可看出，群體生長率和凈同化率在拔節到抽穗階段最高，在不同土壤類型下，壤土的群體生長率比黏土、砂土的群體生長率平均高出2.79%、12.89%；壤土的凈同化率較黏土、砂土的凈同化率分別高1.43%、7.22%。在不同灌溉方式下，壤土、黏土的群體生長率和凈同化率在－15kPa處理時最高，CK最低。砂土的群體生長率和凈同化率均在CK處理下最高。由此可以看出，壤土在輕度節水灌溉下可以提高水稻中后期的群體生長率，提高抽穗后的凈同化率。

2.6 灌溉用水量與水分利用效率

由表 8 可知，壤土、黏土、砂土在－15kPa、－25kPa處理時的灌溉用水量顯著低于CK，分別減少了13.87%～17.15%、11.73%～15.75%、22.81%～26.54%；而－15kPa處理和－25kPa處理的水分利用效率分別較CK增加29.00%～32.00%、26.00%、18.00%～21.00%。

2.7 土壤含水量

從表9可以看出，隨著土壤深度的增加，土壤含水量依次遞減。壤土、黏土在不同處理、不同深度下的含水量差異不顯著。而砂土在CK處理時的含水量與壤土、黏土含水量無明顯差異，在－15kPa、－25kPa處理下的含水量明顯低于壤土、黏土。各土壤在不同水分處理下的平均含水量趨勢為黏土＞壤土＞砂土。

3 小結與討論

3.1 不同類型土壤下不同灌溉方式對水稻產量及其構成的影響

關于節水灌溉對水稻產量的影響，前人進行了大量研究，認為壤土條件下節水灌溉較水層灌溉增產效應顯著[16，18－20]。褚光等[15]認為，可以將－15kPa 作為在水稻節水灌溉中土壤落干程度的安全土壤水勢指標。本研究結果表明，在壤土條件下輕度節水灌溉（－15kPa）能夠提高水稻產量，在黏土條件下灌溉方式對水稻產量的影響與壤土條件下一致，且進一步研究發現，在砂土條件下將土壤水勢下限控制在CK處理下時才能取得較好產量。

表8 不同土壤類型下灌溉方式對灌溉用水量和灌溉利用效率的影響

表9 不同土壤類型在不同灌溉方式下的含水量

楊龍生等[21]研究表明，在壤土條件下常規淹水灌溉栽培使水稻分蘗高峰期提前，分蘗增多，株高增高；節水灌溉栽培處理，分蘗高峰期后移，分蘗減少，株高降低。林賢青等[22]則認為，節水灌溉比淹水灌溉早發分蘗。由于本研究在有效分蘗臨界葉齡進行處理，在拔節期，3種土壤條件下的節水灌溉處理與水層灌溉處理分蘗數無顯著差異。張益武等[23]認為，在壤土條件下干濕交替灌溉下抽穗到成熟期的干物質量高于淹水灌溉。周明耀等[24]認為，水分在水稻生物量轉化的過程中起著重要的作用，對于壤土條件下節水灌溉處理，其地上部植株干物質量相對較小，產量相對較高。本研究結果表明，不僅壤土條件下抽穗到成熟期的干物質量較水層灌溉顯著提高，且黏土條件下表現與壤土一致。而砂土條件下節水灌溉較水層灌溉干物質量下降顯著。這可能是因為在壤土、黏土條件下輕度節水灌溉使葉片挺拔直立，株型緊湊，提高了水稻生長后期的群體透光率和光合面積，促進干物質的積累和轉運，從而促進籽粒灌漿。水稻產量的源泉是光合物質生產，而群體光合生產能力指標有光合勢、群體生長率和凈同化率等。曹樹青等[25]研究認為，提高抽穗至成熟期的光合生產能力是提高抽穗至成熟期的干物質積累的前提。洪植蕃等[26]研究認為，水稻生育前期和后期的CGR和NAR差異大，而拔節期到齊穗期的差異較小。趙黎明等[27]認為，壤土條件下輕干濕交替灌溉或低密度下可以增加水稻中后期 CGR，提高抽穗后 NAR，而重干濕交替灌溉或低密度下有助于抽穗期之前NAR的提高。本研究認為，壤土、黏土在輕度節水灌溉（－15kPa）處理下能夠增加抽穗后水稻的光合勢、群體生長率和凈同化率，而砂土在CK處理下的光合勢、群體生長率和凈同化率最高。

3.2 不同土壤類型下不同灌溉方式對水稻水分利用效率的影響

在本試驗3種土壤中，在不同水分處理下黏土的含水量高于壤土和砂土，但是黏土的產量低于壤土，砂土低于壤土、黏土。造成這種結果的原因可能與土壤的透性、根系有關。砂土土壤疏松，活土層深厚，有利于根系向深層土壤生長，但其保水性及養分水平較差；黏土土壤致密，通氣性差，雖然其保水性及養分水平較高，根系活力后期下降較慢，但在整個生育期不利于根系深扎；壤土致密性和通氣性介于砂土及黏土之間，土壤養分特性適中，有利于根系生長并保持較強的根系活力。關于水分利用率的研究，張慎鳳[28]認為，在壤土條件下輕度節水灌溉的灌溉用水量較水層灌溉顯著減少，水分利用效率較水層灌溉顯著提高。陳小飛[29]認為，淺濕干灌溉較淹水灌溉水分利用效率高。張玉屏等[30]認為，水稻以干濕灌溉處理最佳，干濕灌溉不僅有較好的節水效果，而且保證了一定的產量，大大提高了水分利用效率。本研究結果表明，在黏土和砂土條件下輕度節水灌溉較水層灌溉的灌溉用水量顯著下降，水分利用效率顯著提高。說明3種土壤下節水灌溉均可提高水分利用效率，但具體提高的原因有待進一步試驗和研究。

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