土壤水分對免耕水稻生長與產(chǎn)量的影響

楊彩玲，劉立龍，趙　泉，伍龍酶，陳德威，徐世宏，黃　敏，江立庚(廣西大學農(nóng)學院，廣西南寧530004; 廣西農(nóng)業(yè)技術推廣總站，廣西南寧5300)

土壤水分對免耕水稻生長與產(chǎn)量的影響

楊彩玲1，劉立龍1，趙泉1，伍龍酶1，陳德威2，徐世宏2，黃敏1，江立庚1
(1廣西大學農(nóng)學院，廣西南寧530004; 2廣西農(nóng)業(yè)技術推廣總站，廣西南寧530022)

摘要:【目的】研究土壤水分對免耕水稻生長和產(chǎn)量的影響，以期為免耕水稻節(jié)水栽培土壤水分調控指標的優(yōu)選提供依據(jù).【方法】2013年早季和晚季，以吉優(yōu)716為試驗材料進行盆栽試驗.設3種土壤水分條件:水稻全生育期土壤水分含量保持田間最大持水量的95%～100%、80%～85%、65%～70% (分別用W100、W85、W70表示).【結果和結論】W70處理免耕水稻產(chǎn)量、生物量和收獲指數(shù)均顯著低于W100與W85處理.W70處理產(chǎn)量降低的直接原因是穗變小和結實率下降.W70處理土壤水分顯著抑制了生物量積累和物質轉運.水稻分蘗數(shù)隨土壤水分下降而下降，分蘗盛期各處理間差異達顯著水平，最終分蘗數(shù)各處理間差異不顯著.水稻株高均隨著土壤水分的降低而降低，差異達顯著水平.拔節(jié)期水稻上部3片完整葉(上三葉)的葉面積、葉長和葉寬均隨著土壤含水量的降低而降低，水分虧缺首先影響葉寬，其次為葉長，進而使葉面積降低.免耕水稻抽穗期W70處理上三葉葉面積、葉長和葉寬均顯著降低.因此，免耕水稻節(jié)水栽培中，土壤水分應不低于最大田間持水量的70%為宜.

關鍵詞:水稻;免耕;土壤水分;產(chǎn)量;生長動態(tài)

楊彩玲，劉立龍，趙泉，等.土壤水分對免耕水稻生長與產(chǎn)量的影響［J］.華南農(nóng)業(yè)大學學報，2015，36(3) : 26-31.

優(yōu)先出版時間:2015-04-14

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水稻Oryza sativa L.是世界上最重要的糧食作物，世界上近一半人口，包括幾乎整個東亞和南亞人口，都以稻米為主食［1］.在我國，有65%以上的人口以稻米為主食［2］.水稻生產(chǎn)耗水量巨大.在中國，農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的70%以上，其中水稻用水量占65%～70%［3］.與此同時，中國是世界上灌溉水稻最密集的地區(qū)之一，但卻擁有亞洲最低的人均淡水量［4］.因此，水稻節(jié)水栽培的研究一直備受關注.事實上，水稻具有水生和半水生甚至是旱生的生物學特性［5］，對淹水和旱地環(huán)境均有很強的適應性，水稻生產(chǎn)節(jié)水潛力大［6-8］.大量研究結果表明，淹水并不是水稻獲得高產(chǎn)所必需的［9-10］.聯(lián)合國糧農(nóng)組織在水稻發(fā)展的長期戰(zhàn)略中提出水稻旱作與灌溉同樣可以獲得高產(chǎn)［11］.水稻輕度水分脅迫下，減少水分的消耗的同時并沒有減產(chǎn)［12-13］.合理的土壤水分有利于控制地上部的無效生長和構建水稻適宜株型結構［14-15］.張榮萍等［16］研究認為，濕潤灌溉的水稻株高顯著高于旱種水稻，而兩者分蘗數(shù)與穗長差異不顯著，表明水稻生長對土壤水分變化反應敏感.免耕直播稻具有分蘗節(jié)位低，有效分蘗穗多的特點［17］.陳友榮等［18］和沈新平等［19］研究指出，免耕水稻具有穩(wěn)定的分蘗成穗特性，成穗率高.基于免耕水稻不同于常耕水稻的生長特點，不同土壤水分對免耕水稻生長的影響值得我們探討.

國內外水稻節(jié)水栽培技術研究多建立在翻耕基礎上［3-16］，免耕條件下的節(jié)水栽培研究較少.免耕水稻在中國的推廣已經(jīng)12年，然而土壤水分對免耕水稻生長發(fā)育的影響并沒有明確.為此，本研究通過盆栽試驗，研究土壤含水量對免耕水稻生長和產(chǎn)量的影響，以期為免耕水稻節(jié)水栽培土壤水分調控指標的優(yōu)選提供依據(jù).

1　材料與方法

1.1材料與試驗地概況

水稻品種為三系雜交水稻“吉優(yōu)716”.試驗土壤采自免耕水稻田，土壤為第四紀紅土發(fā)育的潴育性水稻土，其基本理化性狀見表1.2013年早、晚季分別在廣西大學進行盆栽試驗，試驗區(qū)屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，地處東經(jīng)108°19'11″、北緯22°49'12″，海拔75 m，年平均氣溫21.7℃，年平均降雨量1 300 mm，無霜期約為345～360 d.

表1　供試土壤基本理化性質Tab.1Physical-chemical characteristics of soils

1.2試驗方法

早季和晚季水稻播種前分別從免耕稻田中挖取原狀免耕土壤.其方法是，在免耕稻田中用鋼板把土壤切成塊狀(厚23 cm)，倒置后套入試驗桶中，因此原狀免耕土壤在桶中仍然保持耕作層在上、犁底層在下的狀態(tài).試驗盆為24.3 cm×19.5 cm×28.0 cm的方形塑料盆.在挖取土壤的過程中，嚴格控制土塊的大小，使每盆的土壤體積基本一致，以減少試驗誤差.每盆土17 kg［含水量(w)為24%左右］，飽和含水量(w)為42%，盆質量0.5 kg.

試驗設3種土壤水分條件: 1) W100:水稻全生育期保持田間最大持水量的95%～100% (移栽時15～30 mm土層，下同) ; 2) W85:水稻全生育期保持田間最大持水量的80%～85%; 3) W70:水稻全生育期保持田間最大持水量的65%～70%.每處理設36盆，共計108盆.以水量平衡法計算加水量［20］，利用量程30 kg、感量為1 g的電子秤在每天16: 00—17: 00時測量并記錄每桶內土壤因蒸騰蒸發(fā)所丟失的水分，并作相應補充以保持各處理土壤水分含量.具體方法為先計算出土壤含水量為最大持水量(a) 的b時土壤的質量(m2)，再用電子秤稱量盆中裝有土的桶的實際質量(m3)，計算加水量(m4).

m2= m1+ m1ab，

m4= m2+ m－m3.

式中，m1為風干土的質量，m為桶質量.

每盆總施氮量為30 g·m－2，基肥、分蘗肥、穗肥按質量比5∶2∶3施用.基肥在拋秧前1 d施用，分蘗肥在立苗后施用，穗肥在幼穗發(fā)育初期施用.過磷酸鈣5.923 g·盆－1，作為基肥一次施入.氯化鉀1.895 g·盆－1，按基肥60%、分蘗肥40%的比例施用.每盆移栽2蔸(4株苗).早稻3月12播種、4月2日移栽，晚稻7月16播種、8月2日移栽，育秧方式為秧盤育秧，移栽秧齡分別為21和17 d.

1.3測定指標與方法

在移栽后15 d開始，每隔5 d進行1次分蘗數(shù)和株高的記錄.在水稻拔節(jié)期、抽穗期和成熟期進行取樣，每次取樣36盆(每處理12盆).用CI203激光葉面積儀(美國CID公司)測定葉面積、葉長和葉寬.地上部于105℃殺青30 min后，于75℃烘干至恒質量，稱質量，粉碎.成熟期樣品穗部先進行考種再進行烘干粉碎，產(chǎn)量由烘干后籽粒質量按13%水分換算而得.

收獲指數(shù)(Dry matter harvest index，DMHI) :成熟期每盆植株穗部干物質的質量占植株干物質總質量的比值.

成穗率(Percentage of earbearing tiller) :每盆植株最高分蘗數(shù)與成熟期有效穗數(shù)的比值.

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件進行常規(guī)數(shù)據(jù)處理、SPSS18.0軟件進行統(tǒng)計分析.

2　結果與分析

2.1土壤水分對免耕水稻分蘗生長的影響

由圖1和圖2可知，早稻在移栽后38～45 d分蘗數(shù)增加較快(平均氣溫23～30℃)，晚稻在移栽后15～20 d分蘗數(shù)增加較快.兩季水稻分蘗數(shù)隨著土壤水分的降低而降低，分蘗盛期(移栽后25 d) 3個處理分蘗數(shù)的差異達到顯著水平，但最高分蘗數(shù)和成穗率各處理間差異不顯著.

圖1　不同土壤水分下早、晚季免耕水稻分蘗動態(tài)Fig.1 The tiller dunamic of no-tillage rice in the early and late seasons under different soil moisture condition

圖2　不同土壤水分下早、晚季免耕水稻成穗率Fig.2　 The percentage of earbearing tiller of no-tillage rice in the early and late seasons under different soil moisture condition

2.2土壤水分對免耕水稻株高的影響

由圖3可知，早、晚季水稻株高均隨著土壤水分的降低而降低，早稻移栽40 d后、晚稻移栽25 d后，W70處理株高顯著低于其他2個處理，表明土壤水分對免耕水稻株高影響較大.

2.3土壤水分對免耕水稻葉片生長和葉面積的影響

由表2可知，在早季免耕水稻拔節(jié)期，上一葉葉寬隨著土壤含水量的降低而降低;早、晚季W(wǎng)70處理的葉寬顯著低于W100處理，而上一葉葉長各處理間差異不顯著.上二葉和上三葉早季的葉長、葉寬和葉面積均隨著土壤含水量的降低而降低;早、晚季W(wǎng)70處理葉面積、葉寬和葉長均顯著低于W100處理，早季W(wǎng)85與W70處理間葉寬差異不顯著(P＞0.01)，晚季W(wǎng)85與W100處理間差異均不顯著(P＞0.01).以上分析表明，拔節(jié)期水稻上部全展三片葉的葉面積、葉長和葉寬均隨著土壤含水量的降低而降低;當土壤水分低至飽和含水量的85%時，葉寬下降達到顯著水平，當土壤水分低至飽和含水量的70%時，葉面積和葉長下降達到顯著水平.

在晚季免耕水稻拔節(jié)期，W70處理上三葉葉面積、葉長和葉寬均顯著低于W85與W100處理，W85 與W100處理間差異不顯著.上一葉和上二葉葉面積、葉長和葉寬及上三葉葉寬均以W85處理最高(表2).

圖3　不同土壤水分下早、晚季免耕水稻株高變化Fig.3　 The plant height dynamic of no-tillage rice in the early and late seasons under different soil moisture condition

表2　土壤水分對早、晚季免耕水稻拔節(jié)期上部全展三片葉生長的影響1)Tab.2 Effects of different levels of soil moisture on leaf growth at the rice elongation stage in the early and late seasons

2.4土壤水分對免耕水稻干物質生產(chǎn)的影響

由表3可知，在水稻拔節(jié)期和成熟期，W70處理干物質積累量極顯著低于W100和W85處理(P＜0.01)，W100和W85處理間差異不顯著.W70處理抽穗期干物質積累量顯著低于W100處理(P＜0.05).W70處理收獲指數(shù)極顯著低于W100和W85處理(P＜0.01)，W100和W85處理間差異不顯著;收獲指數(shù)的下降反映出植株干物質轉運受到抑制.分析表明，W70處理各生育時期干物質積累和物質轉運受土壤水分影響較大.

2.5土壤水分對免耕水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量結構的影響

由表4可知，免耕水稻產(chǎn)量、每穗粒數(shù)、結實率和穗長隨著土壤水分的降低而降低，其中W70處理產(chǎn)量、每穗粒數(shù)和穗長的下降達極顯著水平(P＜0.01).與W100處理相比，W70處理產(chǎn)量、每穗粒數(shù)、結實率和穗長分別降低了36%～50%、35%～40%、11%～14%和12%～14%，W100與W85處理之間差異不顯著.有效穗數(shù)和千粒質量受土壤水分影響較小，各處理間差異不顯著.分析表明，W70處理產(chǎn)量降低的原因主要是穗變小和結實率下降.

表3　不同土壤水分下免耕水稻干物質積累量和收獲指數(shù)1)Tab.3 The biomass and harvest index of no-tillage rice under different soil moisture condition

表4　不同土壤水分下免耕水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量結構1)Tab.4 Grain yields and yield components of no-tillage rice under different soil moisture condtion

3　討論與結論

在3種土壤水分條件下，比較了免耕水稻的生長狀況與產(chǎn)量.研究表明，當土壤含水量處于飽和時，免耕水稻產(chǎn)量最高;隨著土壤水分含量的下降，免耕水稻生長開始受到抑制，產(chǎn)量開始下降;當土壤含水量為最大持水量的80%～85%時，免耕水稻生長受到的影響較小，產(chǎn)量下降不顯著;當土壤含水量降低至最大持水量的70%以下時，免耕水稻的生長受到明顯的抑制，其干物質積累量、收獲指數(shù)、株高、穗長、每穗粒數(shù)、結實率顯著下降，最終導致產(chǎn)量的顯著下降.免耕水稻高產(chǎn)節(jié)水栽培的土壤含水量以保持最大持水量的80%～85%為宜.這與常耕條件下，彭世彰等［13］從葉片水分利用效率分析和路興花等［21］從產(chǎn)量、水分生產(chǎn)率分析所得結果基本一致.

土壤含水量的變化首先影響植株各器官的生長.本研究表明，免耕水稻植株上部三片葉的寬度和長度隨土壤含水量的下降而下降，當土壤含水量下降至最大持水量的80%～85%時，上三葉的寬度顯著下降，當土壤含水量下降至最大持水量的70%時，上三葉的長度顯著下降.上三葉寬度和長度的顯著下降最終導致了上三葉葉面積的顯著下降.上三葉是水稻各生育期最主要的功能葉，其葉面積的下降會直接降低其群體的光合生產(chǎn)能力.這是W70處理水稻干物質產(chǎn)量顯著下降的一個重要原因.

值得特別注意的是，在免耕水稻分蘗盛期，各水分處理分蘗數(shù)的差異達到了顯著水平，但各水分處理有效穗數(shù)的差異和成穗率并不顯著，與王唯逍等［22］結論不一致.表明W70處理顯著抑制了水稻分蘗的發(fā)生，但是已經(jīng)發(fā)生的分蘗的生長受土壤水分的影響比分蘗發(fā)生受土壤水分的影響小得多.成熟期免耕水稻單株干質量，W70處理較W100和W85處理分別下降了21.7%～27.7%和17.3%～20.9%.

W70處理的水稻產(chǎn)量顯著下降最直接的原因是穗變小(穗長和每穗粒數(shù)均降低)和結實率降低.W70處理拔節(jié)至孕穗期葉面積的下降直接降低了其群體的光合生產(chǎn)能力，以致干物質積累量顯著降低，從而使拔節(jié)受到影響，導致株高下降，且孕穗所需干物質不足導致穗長和粒數(shù)降低，這是穗變小的重要原因之一.邵璽文等［23］認為在拔節(jié)至孕穗期進行水分脅迫對水稻株高有較大影響，也可使穗縮短.試驗中我們還觀察到W70處理水稻抽穗延遲了5～7 d，表明水分脅迫使幼穗分化進程變緩.陳彩虹等［24］也有類似發(fā)現(xiàn)，并認為隨干旱加劇，穗分化變緩直至停止.因此，土壤含水量的下降使穗分化變緩也可能是穗變小的原因之一.土壤含水量為飽和含水量的70%時，收獲指數(shù)顯著下降，表明物質運轉受抑制.后期干物質轉運量和轉運率較W100處理分別下降了28.7%～53.4%和14.8%～43.2% (數(shù)據(jù)未列出)，從而導致空秕粒增多、結實率降低.千粒質量受土壤水分影響較小，可能是千粒質量主要由品種決定，而且穗變小及每穗粒數(shù)減少對保障千粒質量起到一定作用.

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【責任編輯周志紅】

The influence of soil moisture on plant growth and grain yield in no-tillage rice

YANG Cailing1，LIU Lilong1，ZHAO Quan1，WU Longmei1，CHEN Dewei2，XU Shihong2，HUANG Min1，JIANG Ligen1
(1 Agriculture College of Guangxi University，Nanning 530004，China;
2 Guangxi Agricultural Technology Extension Station，Nanning 530022，China)

Abstract:【Objective】The effect of soil moisture on plant growth characteristic and grain yield of no-tillage rice was investigated to identify the optimal soil moisture for no-tillage rice production.【Method】Pot experiments were conducted in the early and late seasons of 2013.In each season，a hybrid rice cultivar Jiyou716 was cultivated under the saturated soil moistures of 95%－100% (W100)，80%－85% (W85) and 65%－70% (W70).【Result and conclusion】The grain yield，biomass and harvest index of no-tillage rice under W70 were significantly lower than those under W100 and W85.The reason why the grain yield decreased under W70 was that panicle became small and seed set decreased.The biomass and transportation under W70 were significantly inhibited.The tiller dynamic of no-tillage rice was divided into two stages，and the tiller number first increased and then decreased.The tiller number decreased when soil moisture reduced，and there were significant differences among the three treatments at peak tillering stage，but no significant differences in the end.The plant height decreased when soil moisture reduced，and there were significant differences among the three treatments.The area，length and width of three leaves from top decreased when soil moisture reduced at the elongation stage.The soil water deficiency first influence the leaf width，then the leaf length，and lead to the leaf area decrease in the end atbook=27,ebook=31the elongation stage.The area，length and width of three leaves from top under W70 significantly reduced at the heading stage.Therefore，the soil moisture should be not less than 70% of saturated soil moisture in no-tillage rice cultivation.

Key words:rice; no-tillage; soil moisture; grain yield; growth dynamic

基金項目:廣西自然科學基金(2011GXNSFD018017) ;國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系廣西創(chuàng)新團隊(水稻) (NYCYTXGXXTD-01)

作者簡介:楊彩玲(1985—)，女，博士，E-mail: 370006906@ qq.com;通信作者:江立庚(1965—)，男，教授，博士，E-mail: jiang@ gxu.edu.cn

收稿日期:2014-04-05

文章編號:1001-411X(2015) 03-0026-06

文獻標志碼:A

中圖分類號:S511