秸稈覆蓋與灌水深度對(duì)湘南晚稻產(chǎn)量、米質(zhì)與水分利用的影響

易鎮(zhèn)邪，朱偉文，唐國(guó)文，陳平平，王曉玉，周文新，屠乃美

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院／南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410128；2永州市零陵區(qū)石巖頭鎮(zhèn)農(nóng)技站，湖南 永州 425131）

水資源短缺已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要限制因素。我國(guó)的水資源總量豐富，但人均占有量?jī)H為世界的1／4，是世界13個(gè)主要貧水國(guó)之一［1］。我國(guó)在農(nóng)業(yè)方面的用水量占到全國(guó)總用水量的2／3，而作為水稻生產(chǎn)大省，湖南省農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的70%［2］。湖南省水資源總量相當(dāng)豐富，但從6月份開始，受西太平洋副熱帶高壓影響，全省各地雨季陸續(xù)結(jié)束，天氣晴熱溫度高且雨量少，風(fēng)速較大，蒸發(fā)增強(qiáng)，因此常出現(xiàn)季節(jié)性、區(qū)域性干旱。2013年，湖南省遭受了新中國(guó)成立以來(lái)最嚴(yán)重的全省性旱災(zāi)。作為我省主要糧食及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)區(qū)的衡邵丘陵地區(qū)，是全省水資源最少的地區(qū)之一［2］。

發(fā)展水稻節(jié)水生產(chǎn)勢(shì)在必行。近年來(lái)，我國(guó)的節(jié)水抗旱技術(shù)得到了較快的發(fā)展，但是主要體現(xiàn)在北方干旱半干旱地區(qū)，南方地區(qū)的節(jié)水技術(shù)研究相對(duì)滯后。關(guān)于水稻節(jié)水栽培，郭榮發(fā)等［3］研究表明，與常規(guī)淹灌栽培相比，滲灌栽培可使直播早、晚稻節(jié)水達(dá)40%～50%，增產(chǎn)8%～12%；肖新［4］研究表明，在南方丘陵地區(qū)推廣示范的節(jié)水灌溉雙季稻模式、水旱輪作雙季稻模式、稻油輪作模式的綜合效益都優(yōu)于常規(guī)稻作模式；王怡紅［5］認(rèn)為，壟作栽培法在南方水稻栽培上也有明顯的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)。總的來(lái)看，有關(guān)南方水稻節(jié)水栽培的研究還較少，尚未形成相關(guān)技術(shù)體系。本試驗(yàn)以湘南丘崗區(qū)晚稻為研究對(duì)象，初步研究秸稈覆蓋和灌水深度對(duì)水稻產(chǎn)量、稻米品質(zhì)和水分利用的影響，以期為湘南水稻節(jié)水豐產(chǎn)技術(shù)體系的構(gòu)建提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)

選取衡陽(yáng)縣當(dāng)?shù)胤N植面積較大的品種‘豐源優(yōu)299’為試驗(yàn)材料。大田試驗(yàn)于2014年在湖南省衡陽(yáng)市衡陽(yáng)縣西渡鎮(zhèn)梅花村富樂(lè)農(nóng)場(chǎng)（112°39′E，26°99′N）進(jìn)行。試驗(yàn)田前茬為水稻，其耕作層土壤類型為壤土，pH 5.66，0～30 cm土層含有機(jī)質(zhì)37.93 g／kg、全氮 1.45 g／kg、全磷 594 mg／kg、全鉀 20.45 g／kg、堿解氮 138.46 mg／kg、有效磷 7.96 mg／kg、速效鉀40.94 mg／kg。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生理與分子生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)部多熟制作物栽培與耕作重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用兩因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)主處理為灌水深度：5 cm（A1）和10 cm（A2）；副處理為秸稈覆蓋：覆蓋秸稈與不覆蓋秸稈，共4個(gè)處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2。秸稈覆蓋處理稻草覆蓋量為4500 kg／hm2；水稻插植規(guī)格為16.7 cm×20 cm。施肥方式按照當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣進(jìn)行，基肥施尿素（含N46.4%）75 kg／hm2、復(fù)合肥（N∶P∶K＝26∶10∶16）300 kg／hm2。除施用基肥外，不再追施肥料。兩個(gè)小區(qū)中間做田埂，田埂上覆蓋塑料薄膜，并將薄膜埋入土內(nèi)，防止側(cè)滲，并分別使用獨(dú)立的排灌渠道。在種植小區(qū)內(nèi)固定標(biāo)尺，以控制灌水深度。灌水時(shí)間以處理A2自然落干時(shí)間為準(zhǔn)，分別再灌水5 cm和10 cm。記錄全生育期內(nèi)的灌溉時(shí)間和次數(shù)，計(jì)算灌溉水量。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

莖蘗動(dòng)態(tài)：記載播種期、移栽期、始穗期、齊穗期、成熟期和收獲期。出苗后，每5 d定點(diǎn)記載每蔸苗數(shù)（每小區(qū)10蔸），直至抽穗。

葉面積指數(shù)：分別在分蘗盛期、孕穗期、齊穗期、乳熟期每小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的水稻3蔸，用長(zhǎng)寬系數(shù)法或葉面積儀測(cè)定葉面積。

干物質(zhì)積累：分別在分蘗盛期、孕穗期、齊穗期、乳熟期每小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的水稻3蔸，分部位裝袋，105℃條件下殺青30 min后經(jīng)80℃烘干至恒重，考察干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)。

經(jīng)濟(jì)性狀：成熟期每小區(qū)調(diào)查連續(xù)40蔸的有效穗數(shù)，以平均數(shù)作為單穴有效穗數(shù)，然后每小區(qū)按平均有效穗數(shù)取樣5蔸，帶回試驗(yàn)室考察每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。各小區(qū)分收曬，計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量。

稻米品質(zhì)：稻谷儲(chǔ)存3個(gè)月后碾米，考察出糙率、精米率、整精米率、長(zhǎng)寬比、堊白粒率、堊白度、堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量等米質(zhì)指標(biāo)。

水分利用效率：在晚稻移栽前和收獲后分別測(cè)定稻田土壤含水量，計(jì)算晚稻生育期內(nèi)稻田土壤貯水量的變化。另外，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的降雨量數(shù)據(jù)，掌握晚稻整個(gè)生育時(shí)期內(nèi)的降水總量。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算耗水量（ETm）＝P＋I(xiàn)-△W，其中：ETm為作物耗水量，I為灌溉量（記錄每次灌水量），P為降雨量（衡陽(yáng)縣氣象局提供），△W為稻田土壤貯水量的變化。水分利用效率（WUE）＝DW（Y）／ETm。其中：DW（Y）籽粒產(chǎn)量，ETm耗水量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用DPS 7.05軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈覆蓋與灌水深度對(duì)晚稻生長(zhǎng)發(fā)育特性的影響

2.1.1 對(duì)晚稻分蘗動(dòng)態(tài)的影響

各處理單穴莖蘗動(dòng)態(tài)變化如圖1。各處理莖蘗數(shù)均呈先升后降趨勢(shì)，處理間存在一定差異，處理間最高莖蘗數(shù)表現(xiàn)深灌不覆蓋＞深灌覆蓋＞淺灌覆蓋＞淺灌不覆蓋處理，覆蓋與不覆蓋處理間差異不大，深灌處理顯著大于淺灌處理；深灌處理莖蘗數(shù)較多，但因?yàn)樾》痔Y太多，因此莖蘗數(shù)下降幅度較大，以至成穗率較低，最終單穴有效穗數(shù)以淺灌不覆蓋處理最高，深灌覆蓋處理最少。

圖1 各處理水稻單穴莖蘗數(shù)動(dòng)態(tài)Fig.1 Dynamicsofricetillernumbersperhill ofdifferenttreatments

2.1.2 對(duì)晚稻葉面積指數(shù)的影響

從表1可見，深灌不覆蓋處理水稻葉面積指數(shù)顯著大于其它處理，其孕穗期葉面積指數(shù)達(dá)到4.84，分別較淺灌覆蓋、深灌覆蓋和淺灌不覆蓋處理高出0.36、0.64和0.84；深灌處理最大葉面積指數(shù)高于淺灌處理，說(shuō)明水分供應(yīng)的減少制約了水稻葉面積的擴(kuò)展；孕穗期以后，各處理葉面積指數(shù)均下降，但深灌處理下降幅度較大，因而深灌處理和淺灌處理的差異減小，這應(yīng)與深灌處理的無(wú)效分蘗較多有關(guān)。

表1 各處理水稻葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)Table1 Dynamicsofriceleafareaindex ofdifferenttreatments

2.1.3 對(duì)晚稻干物質(zhì)積累的影響

如表2所示，各處理干物重隨生育進(jìn)程推進(jìn)均表現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。在生育前期，淺灌覆蓋處理植株地上部干物重增長(zhǎng)較其它處理略快，但在齊穗期后，其增長(zhǎng)較其它處理慢；淺灌不覆蓋處理在生育前期的干物重小于其它處理，孕穗期后干物重增長(zhǎng)較快；到成熟期，不覆蓋處理干物重大于覆蓋處理，淺灌處理與深灌處理差異不大，4個(gè)處理中，深灌覆蓋處理的干物重最低。

表2 各處理水稻地上部干物重動(dòng)態(tài)Table2 Dynamicsofriceshootdryweight ofdifferenttreatments

2.2 秸稈覆蓋與灌水深度對(duì)晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，淺灌不覆蓋條件下的產(chǎn)量最高（6566.8 kg／hm2），深灌覆蓋處理最低（6221.0 kg／hm2）；相同灌溉條件下秸稈覆蓋與不覆蓋處理間產(chǎn)量差異不大，而相同覆蓋條件下，淺灌處理較深灌處理產(chǎn)量顯著增加，增幅為4.2%～4.6%。覆蓋處理的收獲指數(shù)比不覆蓋處理有明顯提高的趨勢(shì)，不覆蓋條件下淺灌處理收獲指數(shù)較深灌處理顯著提高。

由表3可知，單位面積有效穗數(shù)以淺灌不覆蓋處理最高，深灌覆蓋處理最低，相同灌溉條件下不覆蓋處理比覆蓋處理顯著增加，相同覆蓋條件下深灌處理有效穗數(shù)較淺灌處理顯著減少；各處理間每穗實(shí)粒數(shù)和千粒重差異不大，前者在101.2～103.5之間，后者在27.14～27.54 g之間；各處理結(jié)實(shí)率在72.39%～76.27%之間，其中淺灌處理略大于深灌處理，不覆蓋處理顯著高于覆蓋處理。將產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)分析，有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率與產(chǎn)量呈正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為0.9936和0.7052），而每穗實(shí)粒數(shù)和千粒重與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為-0.2226和-0.3633），可見處理間產(chǎn)量差異主要由有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率差異所致。

表3 不同處理水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素與收獲指數(shù)Table3 Yieldcomponentsandharvestindexofriceofdifferenttreatments

2.3 秸稈覆蓋與灌水深度對(duì)晚稻稻米品質(zhì)的影響

由表4可見，各處理間稻谷加工品質(zhì)指標(biāo)中的出糙率、精米率、整精米率均無(wú)顯著差異，深灌處理整精米率略高于淺灌處理；外觀品質(zhì)指標(biāo)中，各處理間的米粒長(zhǎng)寬比、堊白度差異不顯著，堊白粒率以不覆蓋處理較大，同時(shí)有深灌處理略大于淺灌處理的趨勢(shì)；稻米蒸煮品質(zhì)中，深灌不覆蓋處理堿消值顯著高于其他處理，膠稠度也以深灌不覆蓋處理最高，有不覆蓋處理顯著大于覆蓋處理、深灌處理顯著大于淺灌處理的趨勢(shì)，而直鏈淀粉含量以深灌覆蓋處理略低，其他處理差異不大；營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)中，蛋白質(zhì)含量則表現(xiàn)深灌處理顯著高于淺灌處理、覆蓋處理略高于不覆蓋處理的趨勢(shì)。整體來(lái)看，灌水深度和秸稈覆蓋對(duì)加工品質(zhì)無(wú)明顯影響，但淺灌可在一定程度上改善稻米外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)，秸稈覆蓋使稻米外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)降低。

表4 不同處理的水稻稻米品質(zhì)Table4 Ricequalitytraitsofdifferenttreatments

2.4 秸稈覆蓋與灌水深度對(duì)晚稻水分利用率的影響

本試驗(yàn)比較了各處理的灌溉水水分利用效率和總耗水量水分利用效率。由表5可見，處理間灌溉水利用效率表現(xiàn)淺灌不覆蓋＞淺灌覆蓋＞深灌不覆蓋＞深灌覆蓋處理趨勢(shì)，其中淺灌處理灌溉水利用效率顯著高于深灌處理，前者是后者的2倍以上；相同灌溉水量下覆蓋處理灌溉水利用率低于不覆蓋處理，這是由于覆蓋條件下的產(chǎn)量顯著下降所致。處理間總耗水量水分利用效率，淺灌處理顯著高于深灌處理，覆蓋處理略高于不覆蓋處理，這可能是由于覆蓋處理減少了田間蒸散量使得水分利用率提高?？梢?，淺灌可顯著提高稻田水分利用效率，而秸稈覆蓋作用較小。

3 小結(jié)與討論

3.1 秸稈覆蓋與水分管理對(duì)晚稻產(chǎn)量形成的影響

關(guān)于秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量的影響，易鎮(zhèn)邪等［6］在湖南長(zhǎng)沙雙季稻田研究了兩種快腐劑（腐稈靈、腐解菌）處理還田早稻秸稈對(duì)晚稻產(chǎn)量形成的影響，發(fā)現(xiàn)兩種快腐劑處理還田早稻秸稈對(duì)晚稻均具有顯著增產(chǎn)效果，且腐解菌效果較好；裴鵬剛等［7］認(rèn)為，在 4000～6000 kg／hm2秸稈還田條件下，水稻顯著增產(chǎn)；周江明等［8］研究認(rèn)為，配施112.5 kg／hm2石灰條件下，稻草全量覆蓋還田有增產(chǎn)效果。本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋還田使晚稻有效分蘗減少，有效穗數(shù)與結(jié)實(shí)率下降，產(chǎn)量略有下降，但下降不顯著。可見關(guān)于秸稈還田的增產(chǎn)效果與諸多因素（自然條件、還田方式、還田量、輔助措施等）有關(guān)，還需因地制宜開展研究。

表5 不同處理的水稻水分利用效率Table5 Wateruseefficiencyofriceunderdifferenttreatments

關(guān)于水分管理對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響，前人進(jìn)行了較多研究。楊建昌等［9］研究表明，分蘗期進(jìn)行淺水勤灌可促進(jìn)根系發(fā)育，促進(jìn)分蘗早發(fā)，增加分蘗數(shù)量，提高分蘗成穗率；柯傳勇［10］發(fā)現(xiàn)，分蘗期和全生育期水分脅迫降低水稻株高和干物質(zhì)積累，影響水稻分蘗；汪妮娜等［11］研究了水分脅迫對(duì)水稻根系生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)分蘗盛期輕度水分脅迫處理有利于地上部干重和稻谷產(chǎn)量的提高。本試驗(yàn)研究了灌水深度對(duì)晚稻產(chǎn)量形成的影響，發(fā)現(xiàn)淺灌處理有效穗數(shù)顯著提高，產(chǎn)量顯著提高，其增產(chǎn)的原因主要是與兩個(gè)方面有關(guān)：其一是淺灌處理分蘗總數(shù)較深灌處理少，但無(wú)效分蘗少，成穗率較高；其二是淺灌處理生育后期葉面積指數(shù)下降較慢，葉片功能期延長(zhǎng)，從而制造了更多光合產(chǎn)物。

3.2 秸稈覆蓋與灌水深度對(duì)晚稻稻米品質(zhì)的影響

稻米品質(zhì)的形成受到品種特性、生態(tài)環(huán)境及栽培措施等因素的影響。楊建昌等［12］比較了水稻在水種與旱種條件下的稻米品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)水稻旱種后，稻米的膠稠度明顯減小，糊化溫度升高，而直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和精米率等無(wú)顯著差異?？聜饔拢?0］研究表明，分蘗期和抽穗成熟期輕度水分脅迫可改善稻米加工品質(zhì)，而分蘗期重度干旱脅迫使加工品質(zhì)降低；幼穗分化期輕度和中度水分脅迫處理提高了堊白率；抽穗成熟期中、重度水分脅迫顯著增加了堊白率。本試驗(yàn)研究了秸稈覆蓋還田對(duì)水稻稻米品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋對(duì)稻谷加工品質(zhì)無(wú)影響，但使稻米外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)降低。本研究同時(shí)表明，灌水深度對(duì)稻谷加工品質(zhì)無(wú)影響，但淺灌可在一定程度上改善稻米外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)。前人研究結(jié)果顯示，膠稠度大小與直鏈淀粉含量有密切負(fù)相關(guān)關(guān)系［13］，但在本試驗(yàn)中，淺灌處理和覆蓋處理的膠稠度較深灌處理和不覆蓋處理顯著下降，直鏈淀粉的差異不大。有關(guān)秸稈覆蓋與灌水深度對(duì)晚稻稻米品質(zhì)的影響，還需進(jìn)一步研究。

3.3 秸稈覆蓋與灌水深度對(duì)晚稻水分利用效率的影響

水分管理顯著影響水稻水分利用效率?？聜饔拢?0］研究表明，分蘗期和灌漿結(jié)實(shí)期適當(dāng)?shù)乃置{迫處理可提高水稻水分利用效率。本試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈覆蓋處理可減少田間蒸發(fā)量等無(wú)益的水損耗，可略微提高水分利用效率，但提高效果不顯著，這可能與本試驗(yàn)設(shè)置的灌水深度（5～10 cm）有關(guān)，至于秸稈覆蓋還田在進(jìn)一步減少灌水量條件下的效果有待進(jìn)一步研究。本研究還發(fā)現(xiàn)，淺灌處理（5 cm）可顯著提高晚稻總水分利用效率和灌溉水利用效率，可實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)與高水分利用效率的統(tǒng)一，當(dāng)然，在進(jìn)一步減少灌水量，降低灌水深度條件下，水稻的產(chǎn)量表現(xiàn)與節(jié)水效果需進(jìn)一步研究。

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