控水對水稻生長發育及產量的影響

劉 艷， 孫文濤， 雋英華

(遼寧省農業科學院植物營養與環境資源研究所，遼寧沈陽 110161)

水稻是我國重要的糧食作物，截至2013年其播種面積達到3 031萬hm2，占全國糧食作物的27%，總產量超過2億t，占全國糧食作物的34%左右。而水稻的耗水量卻占全國總用水量的54%左右，占農業總用水量的65%以上[1]。傳統的淹水種植模式，不僅影響水稻高產潛力的發揮，而且隨著水資源的日益緊缺，引發了水稻發展與有限水資源之間的矛盾，同時因徑流、滲漏和排水引起環境污染[1-3]，因此水稻控水節水栽培問題逐漸成為人們關注的熱點。國內相關研究表明，隨著灌水量的增加，水稻的產量并不明顯增加，甚至有下降的趨勢，在作物適宜階段進行適度的水分虧缺調控，對于促進群體高產更有效[4-6]。為探索控水方式對水稻產量的影響，本試驗采用防雨棚盆栽的方式，以土壤水勢為灌溉指標，設定常規淹水灌溉、節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控對水稻SPAD值、葉面積指數、生物量、土壤微生物量和產量等一些指標的影響，以期發現節水灌溉的最優調控方式，為實現水稻高產、水資源高效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在遼寧省農業科學院試驗基地盆栽場進行，時間為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市汪家鎮水稻土，類型為棕壤土，供試土壤有機質含量為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 試驗設計

采取單因素隨機區組試驗。設4個水分調控處理，10次重復，水分設計見表1。試驗采用塑料桶(直徑26 cm×高 28 cm)栽種，取稻田土曬干后過篩，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。用中國科學院南京土壤研究所生產的真空表型負壓式土壤濕度計測定土壤水勢，埋設深度為陶土頭中心距土表10 cm，每天09：00記載負壓表讀數，然后根據處理要求及時補水并記錄灌水量。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 測定項目及方法

1.3.1 考種 每個重復固定3桶樣株用于考種測產，包括有效穗數、每穗實粒數、千粒質量和產量。

1.3.2 葉面積指數(LAI)測定 分別在拔節期、抽穗期、乳熟期選取有代表性植株2株，用YMJ型葉面積儀測定全部葉片的葉面積，計算葉面積指數，即LAI=總葉面積/占地面積 。

1.3.3 生物量測量 分別在拔節期、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，再調至80 ℃下烘干至恒質量，冷卻至室溫后用1/1 000電子天平稱取干質量。

1.3.4 葉綠素含量的測定 采用日本產的SPAD-502葉色測量儀分別在拔節期、抽穗期、乳熟期，選取各處理10株有代表性的植株測定倒3葉的葉綠素相對含量，以SPAD值表示。

2 結果與分析

2.1 不同水分處理對葉片SPAD值的影響

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

表1 試驗處理水分設計

注：插秧時田面水深為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；施肥時水層深度要求在10～30 mm。

SPAD值隨生育期的推進變化趨勢一致，呈拋物線變化，先升高后降低，在抽穗期達到最高值。在拔節期以前，淹灌處理W0的SPAD值較高，但是在抽穗期以后出現急速下降的趨勢。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，這也為水稻后期生長較高的光合速率提供了物質基礎。

2.2 不同水分處理對葉面積指數的影響

葉面積指數(LAI)是反映水稻群體大小較好的指標，葉面積過大或者過小都會影響水稻生長。從圖2可以看出，各處理葉面積指數都在抽穗期時達到頂峰，然后隨著葉片的衰老枯黃葉面積指數逐漸降低。拔節期常規灌溉W0的LAI最大，與節水灌溉處理1差異顯著，說明水稻在營養生長期，淹水條件有利于葉片生長；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，使根系發達，可以提高葉面積指數，維持較長的功能持續期，這與葉片SPAD值的結果相吻合。

2.3 不同水分處理對各生育期干物質累積及收獲指數的影響

水分調控對水稻各部位干物質的積累量在不同時期存在一定差異，從表2可以看出，常規灌溉的植株莖葉干物質量在各時期都高于控水處理，這是由于淹水處理下，水稻始終水分供應充足，分蘗較多，莖葉生長茂盛，從而使生物量高于控水處理植株。對穗部干物質積累的調查發現，前期各處理穗部干物質積累量差異不顯著，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，比常規灌溉處理高 34.5 g/盆，差異都達到顯著水平。

不同水分調控對稻谷收獲指數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均為最高，與常規淹水灌溉和W3處理差異都達顯著水平，說明適時合理地控制灌水不會影響水稻干物質的積累量，還會顯著提高其收獲指數，本試驗中各處理的收獲指數表現為W2>W1>W3。常規灌水W0處理由于生長在水分充足的環境中，無效分蘗較多，有效穗數減少，導致產量偏低，所以收獲指數最低。前人研究表明，在一定的生物產量范圍內，收獲指數隨著生物產量的提高而增加，兩者呈正相關關系[7]。從表2可以看出，試驗中各處理的收獲指數與成熟期的干物質積累量變化趨勢表現基本相同。

表2 不同水分處理對各生育期干物質累積的影響

注：同一列不同小寫字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)。下同。

2.4 不同水分處理對水稻產量及其構成的影響

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

分析水稻的各項產量指標發現，各處理間穗長和千粒質量差異不明顯，但有效穗數、穗粒數和結實率差異顯著，W2顯著高于W0和W3?？梢?，在對水稻土壤水分進行調控后，雖然莖蘗穗數減少了，但是卻可以有效控制無效分蘗，避免水稻群體過大，莖蘗互相爭肥，從而促進水稻個體發育，最終獲得高產。

表3 不同水分管理方式下水稻產量及產量構成因素

3 結論與討論

程建平等研究認為，間歇控水灌溉有利于增加每穗實粒數和每穗穎花數，結實率明顯提高，千粒質量加大，最終形成的產量結果比對照增產顯著[8-10]。本試驗研究結果得出相似結論，與常規淹水灌溉相比，淺干濕交替灌溉模式產量較高，主要原因就是拔節孕穗期，干濕交替處理有利于“源”的積累和“庫”的形成，生育中后期干濕交替灌溉有利于同化物的輸出，促進籽粒灌漿結實，顯著增加有效穗數和穗粒數，提高結實率，從而最終增加水稻產量。但是W3處理設定控水到-25 kPa 時，出現了水分虧缺現象，尤其是在需水較多的抽穗灌漿期，“源”的不足，嚴重阻礙籽粒灌漿結實，導致穗粒數、結實率和千粒質量降低，是造成減產的主要原因， 這與傅志強等的研究結果[11]相一致。

本研究中，水稻拔節前期，常規淹水灌溉由于水分充足，無效分蘗多，水稻葉片生長較為茂盛，葉片的SPAD值較高，葉面積指數較大。在拔節后期，干濕交替循環灌溉提高了土壤的通氣性，促進了根系的良好發育和對水分、養分的吸收，達到以根養葉的目的，使葉片增長快于淹灌處理，而且葉綠素SPAD值也顯著提高，使水稻生長有了更大的光合面積，為水稻高產奠定物質基礎。干濕交替和節水灌溉下的水稻在生育后期還保持了較高的葉面積指數，延緩了葉片衰老，延長了葉片的功能期，主要是利用水稻的補償性生長效應在適度干旱時復水，增加土壤通透性，促進植株根系代謝變化影響水稻葉片生長和籽粒充實，為水稻最終獲得高產奠定基礎。

前人研究認為水稻灌水量過多或過少都會引起根系和冠層功能的下降，不利于干物質積累[12-13]。本試驗結果表明，常規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期淹灌造成氧化還原電位下降[14]，使土壤呈強還原狀態，分解出大量的有機酸、硫化氫等還原性物質，使土壤酸度增加，通氣性變差，根部生長環境受到限制，葉片葉綠素分解大于合成，地上部干物質量下降顯著。干濕交替循環控水灌溉的灌水量少，水稻生長健壯，根系發達，有利于礦質營養的吸收，促進葉片生長，地上部干物質積累多，有較明顯的節水、增產效應。趙俊芳等的研究也表明，節水灌溉利于根系生長，發達的根系系統能更多地吸收營養供應地上部生長，但控水程度較大，不能滿足植株正常生長發育所需水分時，會出現水分脅迫癥狀，影響水稻生長發育，造成水稻減產[15]。本試驗中的節水W1和干濕交替W3處理就出現了過度控水，導致虧缺干旱的情況。因此適當控水使稻田處于“干濕交替”的水分循環狀態，既能提高水稻葉面積指數、葉綠素含量，同時還能增加干物質積累量，提高干物質向籽粒中的分配比率、提高運轉效率，增大收獲指數，提升經濟效率，達到節水增產高效利用的目標。

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