增氧灌溉對寒地水稻秧苗素質的影響研究

姜 薇，王 崢，劉少東，劉 丹，張琬抒

（1.黑龍江八一農墾大學土木水利學院，黑龍江大慶 163319；2.黑龍江省水利學校，黑龍江大慶 163311）

0 引言

在農業生產復雜結構體系中，水、肥、氣、熱是農作物生長所必需的重要因素，各因素間相互協調、相互制約共同影響著農作物的生長[1-2]。已有研究主要集中協調土壤環境中水、肥、熱等因素上，針對土壤通氣方面研究相對較少。農作物根系需要一定比例且連續供給的氧氣來滿足其生長及對水和肥等養分的吸收與利用。因此，土壤環境中氧氣同水、肥等養分同等重要。土壤中供氧不足會抑制根系呼吸作用，導致有毒物質物質積累，不利于農作物生長[3]。增氧灌溉是通過灌溉水中增氧，使氣體直接向作物根部傳遞，進而優化根區氣體環境，促進作物生長，實現作物增產增收的新型高效節水、節能灌溉技術[4]。

研究區屬于寒地黑土稻作區，受生長期短的影響，水稻主要的種植方式為育秧移栽。秧苗期是水稻栽培的關鍵時期，水稻長勢和品質與秧苗素質關系密切。目前，水稻育秧需在大棚內完成，現有秧苗灌溉方法在滿足需水的同時，土壤孔隙中大部分氣體被排出，使得秧苗根際缺氧脅迫。秧苗生長發育受限，從而影響水稻秧苗素質及經濟產量。已有研究表明，相對于成熟的作物來講，幼苗對土壤缺氧更敏感[5-6]。目前，國內外關于水稻生長需氧、供氧的研究多數是移栽后的大田種植階段，針對育秧階段水稻秧苗增氧的研究鮮見報道。本試驗針對寒地特殊土壤環境，利用增氧灌溉技術，對水稻秧苗期進行試驗。探索不同增氧灌溉處理對水稻秧苗生長的影響，為寒區土壤環境增氧灌溉技術的推廣應用提供科學依據。

1 試驗與方法

1.1 試驗概況

試驗在黑龍江八一農墾大學水利綜合實驗室的小型溫室大棚內進行，大棚四周通風，溫度與周圍大氣溫度相同。試驗區屬中溫帶半干旱季風氣候區，年平均氣溫4.2℃，年平均日照時數2 760～2 900 h，多年平均降水量420 mm。試驗供試水稻品種為東農426，供試土壤為第四紀發育的粉質黏土，肥力中等，土壤pH值7.4。

1.2 試驗設計

試驗設置3種增氧灌溉方式、3種增氧頻率、4種增氧時間進行組合試驗，共設7種處理，各處理設置3次重復試驗，具體見表1。水稻種子采用微孔曝氣增氧浸種催芽，待種子發芽后均勻播于大棚育秧池內，播種前一天育秧土壤澆透底水。待出苗整齊后進行第1次增氧灌溉，對照處理不增氧。本試驗在水稻秧苗的立苗期（播種至一葉一心）、扎根期（一葉一心至三葉一心）、成秧期（三葉一心至移栽前）三個階段分別對水稻秧苗生長特征進行試驗研究。

機械增氧采用空氣泵進行通氣，曝氣壓力0.3 MPa，進氣速率50 L/min，通氣時間3 min。通過預埋的增氧灌溉管路系統向根區土壤輸送氧氣?；瘜W增氧采用3%的醫用H2O2溶液10 mL稀釋100倍，定容至1 L用于灌溉水。并用注射器將配置好的灌溉水注于預埋的增氧灌溉系統。

表1 試驗設計方案

1.3 試驗測定指標與方法

1.3.1 溶解氧含量：利用上海雷磁溶解氧分析儀（JPSJ-605）測定水中溶解氧含量，精度±0.3 mg/L。

1.3.2 植株指標：株高采用直尺測量，莖粗利用游標卡尺測量。收割地上部分，洗凈泥土，吸干水分，用電子秤測定鮮重。用恒溫干燥箱烘干至恒重測定干重（烘干時先105℃殺青10 min，然后75℃烘至恒重）。每個處理隨機取樣5株，結果取3次重復的平均值。

1.3.3 根系指標：收獲地上部分當日挖取根系，盡量保證根系的完整，在清水中浸泡2 h。利用根系掃描儀EPSON掃描圖片，對掃描圖片進行人工計數統計水稻秧苗根系的最長根長、根數。

1.4 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2007處理并制圖。

2 結果與分析

2.1 增氧灌溉對水稻秧苗農藝性狀的影響

2.1.1 株高。由圖1可知，與CK處理相比，增氧灌溉處理對秧苗株高有顯著影響。雖然立苗期J1、J3處理的株高略小于CK處理，但隨水稻秧苗生育期的推進，J處理和H處理株高均大于CK處理。一方面說明，水稻秧苗的生長需要良好的氧環境，另一方面說明立苗期秧苗根系還不發達J處理增氧次數多可能導致苗床土壤擾動較大，不利于秧苗生長。另外，J3、J4處理的株高大于J1、J2處理，說明夜間增氧灌溉處理有利于秧苗株高的生長。白天、夜間增氧處理株高都隨增氧頻率增加而增加。H處理的株高均大于CK處理，但化學增氧灌溉處理的統計學規律不明顯。

圖1 不同增氧處理水稻秧苗株高

2.1.2 秧苗地上性狀。由表2可知，與CK處理相比，隨著生育期的推進，各處理對秧苗地上部分質量均有增加，除立苗期外，在其他時期J3處理的地上部分鮮重和干重分別較CK處理有顯著增加。其中扎根期增加19.1%和19.5%，成秧期增加16.1%和19.6%。H1處理和H2處理對水稻秧苗地上部分鮮重和干重分別較CK處理增加幅度大致相同。說明增氧灌溉有利于秧苗地上部分質量的積累。

表2 不同時期各處理地上部分質量

2.2 增氧灌溉對水稻秧苗根系特性的影響

2.2.1 對水稻秧苗根系生長特性的影響。如圖2所示，增氧灌溉處理與CK處理相比，對寒地水稻秧苗不同生育時期最長根長有顯著影響，但在立苗期J1、J3處理的最長根長低于CK處理，說明幼根不發達時機械增氧頻率多可能導致苗床土壤擾動大，影響幼根生長。J處理從一葉一心開始至移栽前，最長根長生長趨勢大致相同，對同一頻率增氧灌溉處理，白天增氧的最長根長大于夜間增氧的最長根長，白天增氧處理的最長根長隨增氧頻率升高而降低，夜間增氧處理的最長根長隨頻率升高而升高?；瘜W增氧的H1、H2處理對最長根長也具有顯著影響，但隨增氧時間的變化暫未發現明顯規律。

如圖3所示，增氧灌溉各處理的根數與CK處理相比有優勢，同一頻率增氧灌溉處理的根數其變化規律與最長根長基本一致。

圖2 不同增氧處理水稻秧苗最長根長

圖3 不同增氧處理水稻秧苗根數

2.2.2 對水稻秧苗根質量的影響。如圖4、5所示，水稻秧苗根鮮重、干重的變化趨勢一致。與CK處理相比，隨著生育期的推進，增氧灌溉處理對秧苗根鮮重、干重有顯著影響，說明增氧灌溉處理有利于根系物質積累。立苗期初J1、J3處理根鮮重、根干重小于CK處理，從一葉一心開始至移栽前，各處理對根鮮重、干重均大于CK處理，說明立苗初期機械增氧頻率大對土壤擾動大，影響幼根生長。機械增氧灌溉中，同一頻率處理，白天增氧比夜間增氧的根鮮重、根干重要重，說明白天增氧灌溉有利于秧苗根系生長和物質積累。各時期H處理的根鮮重、根干重均大于CK處理，但化學增氧灌溉處理隨增氧時間的變化規律不顯著。

圖4 不同處理水稻秧苗根鮮重

圖5 不同處理水稻秧苗根干重

3 結語

試驗結果表明，增氧灌溉處理可為水稻秧苗根區提供氧氣，改善秧苗根際缺氧現象，促進秧苗根系生長發育，對秧苗地上部分的生長發育也有顯著作用。隨著不同生育期推進，增氧灌溉處理與CK處理相比，對寒地水稻秧苗的株高、最長根長、根數、地上部分鮮重、地上部分干重、根鮮重、根干重均有一定優勢。立苗期J1、J3處理的水稻秧苗生長指標低于或等于CK處理，說明立苗初期機械增氧次數多可能導致土壤擾動大，影響幼根生長，從而影響秧苗生長。J處理中，秧苗株高隨增氧頻率增加而增加，同一頻率增氧處理，白天增氧比夜間增氧的最長根長、根數、根鮮重、根干重優勢明顯，說明白天增氧利于水稻秧苗根系生長。H處理的水稻秧苗不同時期各生長指標與CK處理相比均具有顯著作用，但對H處理隨增氧時間的變化規律還有待進一步研究。綜上所述，增氧灌溉有利于寒地水稻秧苗的生長。