不同水分管理方式對水稻生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

呂銀斐 任艷芳 劉冬 張艷超 何俊瑜

摘 ? ?要：為探討提高水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的水分管理方式，通過盆栽試驗，以中優(yōu)849為材料，研究了常規(guī)淹水灌溉、干濕交替灌溉和濕潤灌溉3種水分管理方式對水稻分蘗動態(tài)、生長、產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成和稻米外觀品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)淹水灌溉處理相比，干濕交替灌溉能促進分蘗，分蘗發(fā)生早，對株高無明顯影響，而濕潤灌溉不僅造成前期莖蘗增長慢，莖蘗數(shù)下降，而且還會影響地上部干物質(zhì)積累。干濕交替灌溉能增加有效穗數(shù)和結(jié)實率，使產(chǎn)量提高12.63%，而濕潤灌溉的結(jié)實率較低，產(chǎn)量降低8.71%。不同水分管理對穗長、千粒質(zhì)量影響不大。干濕交替灌溉下稻米的精米率和整精米率均高于常規(guī)淹水和濕潤灌溉，但堊白率和堊白度低于常規(guī)淹水和濕潤灌溉。在水稻生產(chǎn)中以干濕交替灌溉取代常規(guī)淹水灌溉不僅可促進水稻生長、提高產(chǎn)量，而且還可以改善稻米品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：水稻;水分管理;生長;產(chǎn)量;品質(zhì)

中圖分類號：S274.1; S511 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.01.023

Effect of Different Water Managements on Growth， Grain Yield and Quality of Rice

LYU Yinfei， REN Yanfang， LIU Dong， ZHANG Yanchao， HE Junyu

（College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract： Water-saving techniques in rice production have been focused recently. This study aimed to investigate the suitable irrigation technique with high yield and good quality. With rice cultivars "Zhongyou 849" as experimental materials， the tillering， growth， yield， and appearance quality of rice under three water management modes （traditional flooding， alternate wetting and drying and moistening irrigation） were analyzed by pot experiment. The results showed that the tillering was enhanced and the peak of tillers occurred ahead under alternate wetting and drying irrigation， however， the plant height was not significantly affected compared with traditional flooding irrigation. The increase of tillering number was slow and the time reaching the maximum tillers was delayed under moistening irrigation. The accumulation of dry matter was reduced under moistening irrigation. Alternate wetting and drying irrigation with higher effective panicle and seed setting rate increased the yield by 12.63%， compared with traditional flooding irrigation. However， moistening irrigation with lower seed setting rate decreased the yield by 8.71%. The irrigation modes had no significant effects on spike length and 1 000-grain weight. Compared with traditional flooding and moistening irrigation， the rate of milled rice and head rice under alternate wetting and drying irrigation was increased， while the chalky rice， chalk size and chalkiness decreased. Alternate wetting and drying irrigation could increase biomass， grain yield and quality would be a favorable irrigation mode for the paddy rice planting.

Key words： rice; water management; growth; yield; quality

中國是一個水資源緊缺的國家，人均淡水資源占有量低，加之全球氣候的變化和部分水體受到污染，近年來水資源與人口、生產(chǎn)、經(jīng)濟的矛盾日益突出。在中國農(nóng)業(yè)灌溉用水占總用水量的63.42%，缺水問題已經(jīng)威脅到農(nóng)業(yè)灌溉用水[1]。

水稻是我國主要的糧食作物之一，種植面積約占糧食作物總面積的30%，也是耗水量最多的作物，每年耗水量占農(nóng)業(yè)總用水量的65%以上[2-3]，由于干旱缺水造成的水稻減產(chǎn)，每年均有發(fā)生[4-5]。傳統(tǒng)的淹水栽培種植模式下，稻田通氣條件較差，水稻根系生長受到抑制，病蟲害嚴重，植株早衰等，影響產(chǎn)量的提高[6-7]，此外耗水量大，水資源浪費嚴重，水分利用率低，僅為30%～40%，加劇灌溉用水的短缺，同時因徑流、滲漏和排水引起環(huán)境污染[7-8]。因此，發(fā)展節(jié)水灌溉，緩解水資源的供需矛盾，對于保障中國糧食安全有重要意義。

水稻要良好生長，水是關(guān)鍵，但水稻的產(chǎn)量并不隨著灌溉水量的增加而明顯增加[9]。近年來，關(guān)于間歇灌溉、半干旱栽培和水稻旱作等節(jié)水灌溉的研究較多，但節(jié)水灌溉對水稻生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響的結(jié)論尚不一致[5， 10-15]。徐國偉等[10]、Yang等[10]、張耗等[5， 11]、王衛(wèi)等[12]的研究表明，適當?shù)墓?jié)水灌溉方式可調(diào)節(jié)植株體內(nèi)水分狀態(tài)，延緩下位葉的衰老，增加光合時間，提高生育后期植株根系活力，協(xié)調(diào)水稻高產(chǎn)與根系早衰的矛盾，增加生殖生長期干物質(zhì)的積累，有利于籽粒的形成，最終獲得高產(chǎn)。裴崗等[13]研究表明，不同灌溉處理會影響雜交水稻K優(yōu)817的產(chǎn)量。張玉屏等[14]研究表明，各生育期不同程度水分脅迫都會影響雜交水稻中優(yōu)6號的產(chǎn)量。徐國偉等[15]研究表明，覆草旱種水稻的產(chǎn)量與淹水栽培的產(chǎn)量無顯著差異，但顯著高于覆膜旱種的產(chǎn)量。

水稻品質(zhì)性狀不僅受控于遺傳因子，同時也受環(huán)境因素的制約，如氣溫、水分[16]。有研究指出，稻米品質(zhì)并非在水層灌溉下最優(yōu)，在結(jié)實期采取輕干濕交替可改善稻米的品質(zhì)，提高蔗糖合成酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶等的活性，使整精米率提高，膠稠度變軟，稻米的食味品質(zhì)有所改善[17-19]，但很多研究表明嚴重的水分脅迫會使稻米品質(zhì)變劣[15，20]。目前，有關(guān)土壤水分對稻米品質(zhì)的影響研究較少，且因土壤水分控制方法和處理時期的不同，結(jié)果也不一致[16-21]。

本研究通過采用3種不同的水分管理方式栽培水稻，研究不同水分管理方式對水稻生長（水稻株高、莖蘗生長動態(tài)、干物質(zhì)積累）、產(chǎn)量和構(gòu)成因子及品質(zhì)的影響，為水稻的節(jié)水栽培提供一定的理論基礎(chǔ)和實踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與試驗地點

試驗于2014 年在貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院盆栽試驗場進行。供試水稻品種為中優(yōu)849。供試土壤為黃壤，來自貴州省花溪區(qū)典型稻田，pH值7.12，堿解氮136.41 mg·kg-1，速效鉀213.57 mg·kg-1，速效磷57.13 mg·kg-1，有機質(zhì)2.15%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗盆缽為25 cm（直徑）×33 cm（高）的黑色塑料圓桶。每盆裝過篩土15.0 kg。試驗設(shè)3種水分處理方式：（1）濕潤灌溉，土壤水勢-25 kPa;（2）干濕交替灌溉，在移栽后的10 d 內(nèi)保持淺水層，10 d 后進行干濕交替灌溉處理，自淺水層自然落干至土壤水勢-15 kPa，然后灌水1～2 cm，再落干，如此循環(huán)[10， 22];（3）常規(guī)淹水灌溉（土表長期保持1～3 cm 水層，土壤水勢0 Mpa，收獲前1周斷水）作為對照。5月25日移栽。每處理重復(fù)60盆，每盆栽3穴，每穴2苗。移栽前5 d每盆施用三料復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量各15%） 8.0 g，每盆于移栽后8 d、穗分化始期和破口期分別施尿素0.5，1，0.8 g。用真空表式土壤負壓計監(jiān)測土壤水分，埋設(shè)深度為陶土頭中心離土表10 cm，每天7：00—8：00、11：00—12：00、16：00—17：00記錄負壓計讀數(shù)，當讀數(shù)低于設(shè)計值時，用噴壺澆水使土壤水勢維持在試驗設(shè)計值范圍內(nèi)。

1.3 測定項目及方法

（1） 莖蘗數(shù)測定：在各生育期通過定點觀測每穴莖蘗數(shù)，測定植株的莖蘗動態(tài)。

（2） 株高測定：在各個生育期測定株高，抽穗前測土面至每穴最高葉尖的高度，抽穗后測土面至最高穗頂?shù)母叨取?/p>

（3） 干物質(zhì)測定：分別于分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期和成熟期，每個處理取代表性植株3穴，105 ℃下殺青30 min，70 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測定地上部干物質(zhì)量。

（4） 成熟期考種及產(chǎn)量測定：成熟期各處理取3盆植株考種，考查每盆有效穗數(shù)、穗長、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量。每處理取8盆計產(chǎn)。

（5） 外觀品質(zhì)測定：出糙率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量等性狀的測定方法參照GB/T17891—1999。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用 EXCEL 和 SPSS16.0等統(tǒng)計分析軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分管理方式對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可以看出，不同水分管理方式下單株實際產(chǎn)量為干濕交替灌溉>常規(guī)淹水灌溉>濕潤灌溉。相較于常規(guī)淹水灌溉，干濕交替灌溉的產(chǎn)量增加了12.63%，統(tǒng)計分析表明干濕交替灌溉處理的產(chǎn)量與淹水灌溉處理相比差異顯著。濕潤灌溉比常規(guī)淹水灌溉降低了產(chǎn)量，減產(chǎn)幅度為8.71%（表1）。從產(chǎn)量構(gòu)成因素上分析，不同水分管理方式對有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)、穗長、結(jié)實率、千粒質(zhì)量都有不同程度的影響。與常規(guī)淹水灌溉相比，干濕交替灌溉處理對穗長和千粒質(zhì)量沒有明顯的影響，但顯著提高了單株有效穗數(shù)和結(jié)實率，分別增加了10.81%和4.2個百分點;濕潤灌溉處理后，每穗粒數(shù)和結(jié)實率均顯著降低，分別降低了7.28%和5.00個百分點，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

2.2 不同水分管理方式對水稻分蘗動態(tài)的影響

分蘗是水稻的重要生物學(xué)特性之一，是擴大群體的主要方式。水稻莖蘗動態(tài)變化規(guī)律是由新生分蘗的產(chǎn)生和無效分蘗的消亡過程共同作用形成的[23]。從圖1可以看出，在不同水分管理方式下，水稻莖蘗的動態(tài)變化具有相同的規(guī)律，均表現(xiàn)為隨著生育期的推進先快速增加后緩慢減少的變化規(guī)律。干濕交替灌溉與常規(guī)淹水灌溉相比，前期分蘗較快并最先達到分蘗高峰，只是高峰值稍低，分蘗高峰后莖蘗數(shù)減少比較平穩(wěn)，每株成穗數(shù)提高，干濕交替灌溉下分蘗成穗數(shù)提高21.15%。而濕潤灌溉處理的分蘗速度比淹水處理要慢，最大莖蘗數(shù)也低于淹水灌溉，且其分蘗高峰拖后，可能是由于濕潤灌溉控水程度較大，抑制了水稻分蘗數(shù)，但每株成穗數(shù)略有所提高。

2.3 不同水分管理方式對水稻株高的影響

水稻株高是保證一定干物質(zhì)量的前提條件。在不同水分管理方式下，齊穗前測定植株高度。從圖2可以看出，隨著生育進程推移，株高逐漸增加，各處理表現(xiàn)一致。分蘗期后濕潤灌溉處理的水稻株高略低于干濕交替灌溉和淹水灌溉，統(tǒng)計分析表明不同水分處理的株高沒有顯著差異。

2.4 不同水分管理方式對水稻植株地上部分干物質(zhì)量的影響

不同水分管理方式下水稻植株地上部分干物質(zhì)量隨著生育期的變化趨勢基本一致，均隨著生育期的進程而增加，不同水分處理水稻的地上部干物質(zhì)積累量存在一定差異。從圖3可知，分蘗期，干濕交替灌溉和濕潤灌溉處理干物質(zhì)均略低于常規(guī)淹水灌溉處理，但差異不明顯。自分蘗結(jié)束后干濕交替灌溉處理的干物質(zhì)量最大，到成熟期干濕交替灌溉比常規(guī)灌溉和濕潤灌溉分別高9.15%和13.45%，這可能是由于適當?shù)墓?jié)水管理能增強根系活力，促進水稻根系生長發(fā)育并吸收更多的水分和養(yǎng)分，從而促進植物生長，有利于干物質(zhì)積累[1， 9]。

2.5 不同水分管理方式對稻米品質(zhì)的影響

由表2可見，不同水分管理方式下水稻的糙米率、精米率和整精米率均以干濕交替灌溉最高，分別為81.1%，73.4%和63.7%，顯著高于常規(guī)淹水灌溉和濕潤灌溉。不同水分管理下稻米的堊白粒率、堊白度均以干濕交替灌溉最低，濕潤灌溉最高，干濕交替灌溉下堊白粒率和堊白度分別為21.3%和2.6%，顯著低于其它處理。表明干濕交替灌溉提高了稻米的外觀品質(zhì)，而濕潤灌溉在一定程度上降低了稻米的外觀品質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

水稻是我國的主要糧食作物之一，但我國人均淡水資源嚴重短缺，因缺水而造成水稻欠收是生產(chǎn)中的一個突出問題[13]。近年來關(guān)于節(jié)水稻作、旱作水稻及土壤水分脅迫對水稻生長、發(fā)育及產(chǎn)量影響的研究較多，但節(jié)水灌溉對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響的結(jié)論不一。有研究認為節(jié)水灌溉比保持水層灌溉可提高產(chǎn)量[5， 10-11， 24-25]，也有研究認為節(jié)水灌溉將降低產(chǎn)量[13-14， 26]。造成研究結(jié)果差異性的原因，可能與品種的耐旱性、土壤水分狀況和灌溉方式以及應(yīng)用時間不同有關(guān)。本研究結(jié)果表明，干濕交替灌溉下水稻的產(chǎn)量較常規(guī)淹水灌溉顯著增加，而濕潤灌溉下產(chǎn)量較常規(guī)灌溉的產(chǎn)量略低，無顯著差異。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，干濕交替灌溉下，單株穗數(shù)、結(jié)實率較常規(guī)淹水灌溉明顯增加，從而導(dǎo)致產(chǎn)量增加，這可能是由于干濕交替灌溉有利于根系的生長并提高了根系活力，使水稻吸收更多的水分和養(yǎng)分，促使葉片早生快發(fā)，分蘗前期莖蘗數(shù)增長快于淹水灌溉（圖1），延長葉片的功能期，不僅有利于“源”的積累和“庫”的形成，而且有利于同化物向庫的運輸，促進籽粒灌漿結(jié)實，有效穗數(shù)和結(jié)實率均提高（圖1和表1），利于產(chǎn)量提高[1]。此外，干濕交替灌溉還可改善稻米品質(zhì)[1， 17]。濕潤灌溉條件下水稻的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素均比淹水方式略低，主要原因可能是水稻長期處于水分脅迫下，影響了包括蒸騰作用在內(nèi)的許多生理過程，抑制了水稻生長和地上部干物質(zhì)積累，造成“源”不足，阻礙了籽粒灌漿結(jié)實，導(dǎo)致每穗實粒數(shù)、結(jié)實率低，這與徐國偉等[15]、張榮萍等[1]的研究結(jié)果一致;也可能是由于水分脅迫減少了溶于土壤水溶液的各種營養(yǎng)物質(zhì)的總量，一定程度上降低了土壤養(yǎng)分生物有效性[27]。

此外，本研究結(jié)果表明，干濕交替灌溉明顯降低了稻米的堊白度，提高了精米率，改善了稻米的品質(zhì);而濕潤灌溉在一定程度上降低了稻米的外觀品質(zhì)，說明不同的水分管理對稻米品質(zhì)的影響不同。這可能是由于干濕交替灌溉處理不僅影響葉片的光合速率，而且促進了莖鞘儲存物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移，同化物供應(yīng)的增加，增強了籽粒中蔗糖合成酶等的活性，提高了籽粒中淀粉的積累速率和數(shù)量[1， 17]，進而提高產(chǎn)量并改善稻米的品質(zhì)。濕潤灌溉增大了稻米的堊白粒率和堊白度，影響了稻米的品質(zhì)，這與王秋菊等[9]、徐國偉等[15]的研究結(jié)果不完全一致，這可能與試驗條件、試驗材料和水分脅迫的程度不同有關(guān)。

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