不同土壤類型下灌溉方式對水稻產(chǎn)量形成及水分利用效率的影響

陳夢云 李曉峰 陳雨霏 任紅茹 汪偉 荊培培 霍中洋

（揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)業(yè)部長江流域稻作技術(shù)創(chuàng)新中心/江蘇省作物遺傳生理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)，江蘇揚(yáng)州225009；*通訊作者：huozy69＠163.com）

作物灌溉水利用效率受氣候、土壤、作物品種，以及灌溉、耕作、施肥等農(nóng)業(yè)管理措施的影響[1]。在相同的氣候條件和農(nóng)業(yè)管理措施下，土壤條件是影響作物灌溉水利用效率高低的重要因素[2]。土壤質(zhì)地是反映土壤物理特性的一個綜合指標(biāo)，決定著土壤持水性能，是導(dǎo)致土壤水的分布及運(yùn)移方式變化，影響水分在土壤中滯留時間的決定因子[3]，因而直接影響土壤作物系統(tǒng)水分平衡和作物灌溉需水[4－5]。在區(qū)域尺度的灌溉水配置方面，針對不同質(zhì)地的土壤確定作物灌溉需水、制定適宜的灌溉量和時期等灌溉對策，進(jìn)而依據(jù)土壤條件進(jìn)行灌溉用水的合理分配是提高灌溉水生產(chǎn)力的關(guān)鍵和區(qū)域節(jié)水的重要環(huán)節(jié)[6－7]。前人已經(jīng)對水稻的需水供水規(guī)律、需水供水的形態(tài)生理指標(biāo)、不同稻作制度下的灌溉模式和技術(shù)等進(jìn)行了廣泛的研究，創(chuàng)建了多種節(jié)水灌溉技術(shù)，如干濕交替灌溉、間歇濕潤灌溉、生育中期擱田、壟作栽培、無水層種稻、覆膜旱種、旱育秧等[8－13]。楊建昌等[14]研究表明，壤土條件下干濕交替灌溉較常規(guī)灌溉顯著降低了總?cè)~面積指數(shù)，顯著提高了根系活力。禇光等[15－16]研究表明，壤土條件下，土壤水勢－15kPa時，水稻的產(chǎn)量和群體質(zhì)量處于最佳狀態(tài)。夏瓊梅等[17]研究表明，適度節(jié)水對水稻產(chǎn)量影響不大，但提高了水分利用效率。由此可見，前人的研究主要集中于壤土條件下不同灌溉方式間的比較和分析[14－16]，對不同土壤類型下不同灌溉方式對水稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響鮮有報導(dǎo)。因此，本試驗(yàn)選用3種不同類型土壤，分別設(shè)置3種水分灌溉處理，研究了不同土壤類型下不同灌溉方式對水稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響，以期為不同土壤類型水稻高產(chǎn)節(jié)水灌溉提供參考依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2015－2016年在揚(yáng)州大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場土培池進(jìn)行，供試土壤為黏土、壤土、砂土，土壤基本性狀見表1。供試水稻品種為南粳9108。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計與方法

表1 供試土壤的基本性狀

表2 不同土壤類型下灌溉方式對水稻產(chǎn)量的方差分析

試驗(yàn)以土壤類型（黏土、壤土、砂土）為主區(qū)，水分處理為裂區(qū)。自有效分裂臨界葉齡期開始，分別設(shè)置3種灌溉方式：（1）常規(guī)灌溉（CK），長期保持 3～5 cm 淺水層灌溉，直至收獲前1周斷水；（2）輕度節(jié)水灌溉（－15 kPa），灌水至水層深度3～5 cm后停止灌溉，并自然落干至土壤水勢－15 kPa時再灌水3～5 cm，如此循環(huán)；（3）重度節(jié)水灌溉（－25 kPa），灌水至水層深度 3～5 cm后停止灌溉，并自然落干至土壤水勢－25 kPa時再灌水3～5 cm，如此循環(huán)。試驗(yàn)共9個處理，3次重復(fù)，計27個小區(qū)，小區(qū)采用獨(dú)立的水泥池，每個小區(qū)面積4 m2。每個小區(qū)安裝真空表式土壤負(fù)壓計（中國科學(xué)院南京土壤研究所生產(chǎn)）監(jiān)測土壤水勢，埋深15 cm。為避免自然降雨對試驗(yàn)結(jié)果的影響，所有處理均預(yù)置半自動塑膠薄膜網(wǎng)擋雨。

總施純氮量 20 kg/667 m2，基蘗肥∶穗肥為 6∶4，分蘗肥于移栽后7 d一次性施用，穗肥于倒4葉期和倒2葉期分2次施用，氮∶磷∶鉀為2∶1∶2。磷肥作基肥一次性施用；鉀肥分基肥和拔節(jié)肥2次施用，各施50%。

5月29日播種，軟盤旱育秧，每盤播干種120 g。栽插行株距為30.0 cm×13.2 cm，每叢4苗，栽插后及時查漏補(bǔ)缺。移栽至有效分蘗臨界葉齡期的水分管理：移栽活棵期薄水并露田1～2次，分蘗期淺水勤灌，有效分蘗臨界葉齡期前1個葉齡（N－n－1）自然斷水輕擱田，直至有效分蘗臨界葉齡期。病、蟲、草害防治按當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)統(tǒng)一實(shí)施。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 灌溉用水量

自有效分蘗臨界葉齡期至成熟，每池在灌溉時均用水表監(jiān)測并記錄每次灌溉量，以此計算總灌溉水量和灌溉水利用效率。

1.3.2 土壤含水量

用土鉆采取不同處理下深度為0～15 cm的土樣，用0.1 g精度的天平稱取土樣的質(zhì)量，在105℃的烘箱內(nèi)將土樣烘6～8 h至恒質(zhì)量，然后測定烘干土樣，計算含水量。

1.3.3 莖蘗動態(tài)

每小區(qū)選取2個觀察點(diǎn)，每點(diǎn)選取連續(xù)10叢定期調(diào)查，每5 d調(diào)查1次莖蘗數(shù)，直到抽穗期。

1.3.4 干物質(zhì)量及葉面積

于拔節(jié)期、抽穗期、抽穗后20 d、成熟期，按每小區(qū)莖蘗數(shù)的平均數(shù)取代表性植株3叢，植株于105℃下殺青30 min，75℃下烘干至恒質(zhì)量，測定植株干物質(zhì)量。采用美國LI－COR公司生產(chǎn)的 Li－Cor 3050型葉面積儀測定水稻葉片總?cè)~面積，并計算葉面積指數(shù)。

1.3.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

成熟期每個小區(qū)收割30叢測定實(shí)際產(chǎn)量，每小區(qū)隨機(jī)取10叢有代表性的稻株，測定產(chǎn)量構(gòu)成。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

光合勢[m2/（m2·d）]=1/2（L1+L2）×（t1－t2）；

群體生長率[g/（m2·d）]=（W2－W1）/（t1－t2）；

凈同化率[g/（m2·d）]=[（lnLAI2－lnLAI1）/（LAI2－LAI1）]×[（W2－W1）/（t2－t1）]。

式中，LAI1和LAI2為前后2次測定的葉面積指數(shù)，t1和t2為前后2次測定的時間；L1和L2為前后2次測定的葉面積，W1和W2為前后2次測定的干物質(zhì)量。

采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入和計算，運(yùn)用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

文中2年試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律基本一致，本文以2016年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成

方差分析結(jié)果（表2）表明，土壤類型、水分處理及其互作效應(yīng)均達(dá)極顯著水平。由表3可知，南粳9108在不同土壤類型下的產(chǎn)量差異顯著，表現(xiàn)為壤土最高、黏土次之、砂土最低，其中，壤土比黏土、砂土分別高5.16%～5.62%、2.09%～19.02%。在壤土、黏土條件下，均以－15 kPa處理時產(chǎn)量最高，分別較CK增產(chǎn)13.89%和10.96%；而砂土在CK時產(chǎn)量最高，較－15 kPa和－25 kPa分別增產(chǎn)6.01%和12.64%。在－15 kPa處理下壤土的產(chǎn)量比黏土高5.62%、比砂土CK高18.97%。說明不同土壤類型有不同的適宜灌溉方式。不同灌溉方式下，壤土、黏土在－15kPa處理下的結(jié)實(shí)率、千粒重均顯著高于其他處理，而砂土在CK處理時的每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率均高于其他處理。因此，在壤土條件下配以輕度節(jié)水灌溉方式，更能促進(jìn)分蘗早發(fā)，穩(wěn)定穗數(shù)，增加穗粒數(shù)，提高群體總穎花量，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

表3 不同土壤類型下灌溉方式對南粳9108產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表4 不同土壤類型下灌溉方式對南粳9108莖蘗數(shù)和成穗率的影響

表5 不同土壤類型下灌溉方式對南粳9108葉面積指數(shù)的影響

2.2 群體莖蘗數(shù)和成穗率

由表4可知，在不同土壤類型下南粳9108的莖蘗數(shù)和成穗率與產(chǎn)量趨勢表現(xiàn)一致，壤土最高、黏土次之、砂土最低。壤土的成穗率較黏土和砂土分別高0.14%～1.40%和0.22%～8.70%，平均高0.59%、5.59%。在不同的灌溉方式下壤土、黏土以－15kPa處理時的成穗率最高，而砂土以CK處理最高。壤土的最高成穗率（－15kPa時）比黏土和砂土的最高成穗率（－15kPa時和CK）分別高1.41%和4.99%。說明壤土在輕度節(jié)水灌溉下能夠有效降低無效分蘗的發(fā)生，控制高峰苗數(shù)，提高莖蘗成穗率。

2.3 葉面積指數(shù)

由表5可知，在拔節(jié)期，3種類型土壤在不同灌溉方式下的葉面積指數(shù)無顯著差異；而在抽穗期、抽穗后20 d、成熟期3種土壤在不同灌溉方式下的葉面積指數(shù)差異顯著，且均以壤土的葉面積指數(shù)最高、黏土次之、砂土最低。在不同的灌溉方式下，壤土、黏土均以－15kPa處理的葉面積指數(shù)最高，砂土以CK處理的葉面積指數(shù)最高，且壤土的最高葉面積指數(shù)（－15kPa處理）比黏土和砂土的最高葉面積指數(shù)（－15kPa處理和CK）增加5.3%、19.1%。

2.4 群體干物質(zhì)積累量

由表6可知，壤土、黏土的干物質(zhì)積累隨著節(jié)水程度的增強(qiáng)呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，而砂土的干物質(zhì)積累隨著節(jié)水程度的增強(qiáng)逐漸下降，其中，壤土、黏土以－15kPa處理時的干物質(zhì)量最高，砂土以CK處理最高。抽穗期壤土的干物質(zhì)積累較黏土和砂土分別高1.40%～3.17%和0.47%～14.27%；成熟期壤土的干物質(zhì)積累較黏土和砂土分別高0.81%～4.88%和17.26%～19.18%；抽穗期、成熟期壤土比黏土和砂土的干物質(zhì)積累平均分別高2.34%、3.27%和9.03%、11.43%。說明壤土、黏土條件下適當(dāng)?shù)墓?jié)水灌溉能夠提高中后期群體的生長。

表6 不同土壤類型下灌溉方式對水稻群體干物質(zhì)積累量的影響

表7 不同土壤類型下灌溉方式對南粳9108群體光合勢、凈同化率和群體生長率的影響

2.5 群體光合勢、群體生長率和凈同化率

從表7可見，拔節(jié)到抽穗階段不同土壤類型下壤土的光合勢最高，平均分別比黏土、砂土高1.35%、5.80%；抽穗到成熟階段，分別高1.29%、9.97%。在不同灌溉方式下，壤土、黏土及砂土拔節(jié)到抽穗階段的光合勢無顯著差異，抽穗到成熟階段壤土、黏土均以－15kPa處理最高，而砂土以CK處理時最高。壤土的最高光合勢（－15kPa處理）比黏土和砂土的最高光合勢（－15kPa處理和CK）高1.46%、10.42%。群體生長率反映干物質(zhì)的日生產(chǎn)量，是描述群體生產(chǎn)率的重要指標(biāo)。凈同化率是單位葉面積在單位時間內(nèi)所積累的干物質(zhì)量，是白天光合生產(chǎn)量與夜間呼吸消耗量的差值。從表5可看出，群體生長率和凈同化率在拔節(jié)到抽穗階段最高，在不同土壤類型下，壤土的群體生長率比黏土、砂土的群體生長率平均高出2.79%、12.89%；壤土的凈同化率較黏土、砂土的凈同化率分別高1.43%、7.22%。在不同灌溉方式下，壤土、黏土的群體生長率和凈同化率在－15kPa處理時最高，CK最低。砂土的群體生長率和凈同化率均在CK處理下最高。由此可以看出，壤土在輕度節(jié)水灌溉下可以提高水稻中后期的群體生長率，提高抽穗后的凈同化率。

2.6 灌溉用水量與水分利用效率

由表 8 可知，壤土、黏土、砂土在－15kPa、－25kPa處理時的灌溉用水量顯著低于CK，分別減少了13.87%～17.15%、11.73%～15.75%、22.81%～26.54%；而－15kPa處理和－25kPa處理的水分利用效率分別較CK增加29.00%～32.00%、26.00%、18.00%～21.00%。

2.7 土壤含水量

從表9可以看出，隨著土壤深度的增加，土壤含水量依次遞減。壤土、黏土在不同處理、不同深度下的含水量差異不顯著。而砂土在CK處理時的含水量與壤土、黏土含水量無明顯差異，在－15kPa、－25kPa處理下的含水量明顯低于壤土、黏土。各土壤在不同水分處理下的平均含水量趨勢為黏土＞壤土＞砂土。

3 小結(jié)與討論

3.1 不同類型土壤下不同灌溉方式對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

關(guān)于節(jié)水灌溉對水稻產(chǎn)量的影響，前人進(jìn)行了大量研究，認(rèn)為壤土條件下節(jié)水灌溉較水層灌溉增產(chǎn)效應(yīng)顯著[16，18－20]。褚光等[15]認(rèn)為，可以將－15kPa 作為在水稻節(jié)水灌溉中土壤落干程度的安全土壤水勢指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，在壤土條件下輕度節(jié)水灌溉（－15kPa）能夠提高水稻產(chǎn)量，在黏土條件下灌溉方式對水稻產(chǎn)量的影響與壤土條件下一致，且進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在砂土條件下將土壤水勢下限控制在CK處理下時才能取得較好產(chǎn)量。

表8 不同土壤類型下灌溉方式對灌溉用水量和灌溉利用效率的影響

表9 不同土壤類型在不同灌溉方式下的含水量

楊龍生等[21]研究表明，在壤土條件下常規(guī)淹水灌溉栽培使水稻分蘗高峰期提前，分蘗增多，株高增高；節(jié)水灌溉栽培處理，分蘗高峰期后移，分蘗減少，株高降低。林賢青等[22]則認(rèn)為，節(jié)水灌溉比淹水灌溉早發(fā)分蘗。由于本研究在有效分蘗臨界葉齡進(jìn)行處理，在拔節(jié)期，3種土壤條件下的節(jié)水灌溉處理與水層灌溉處理分蘗數(shù)無顯著差異。張益武等[23]認(rèn)為，在壤土條件下干濕交替灌溉下抽穗到成熟期的干物質(zhì)量高于淹水灌溉。周明耀等[24]認(rèn)為，水分在水稻生物量轉(zhuǎn)化的過程中起著重要的作用，對于壤土條件下節(jié)水灌溉處理，其地上部植株干物質(zhì)量相對較小，產(chǎn)量相對較高。本研究結(jié)果表明，不僅壤土條件下抽穗到成熟期的干物質(zhì)量較水層灌溉顯著提高，且黏土條件下表現(xiàn)與壤土一致。而砂土條件下節(jié)水灌溉較水層灌溉干物質(zhì)量下降顯著。這可能是因?yàn)樵谌劳?、黏土條件下輕度節(jié)水灌溉使葉片挺拔直立，株型緊湊，提高了水稻生長后期的群體透光率和光合面積，促進(jìn)干物質(zhì)的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)，從而促進(jìn)籽粒灌漿。水稻產(chǎn)量的源泉是光合物質(zhì)生產(chǎn)，而群體光合生產(chǎn)能力指標(biāo)有光合勢、群體生長率和凈同化率等。曹樹青等[25]研究認(rèn)為，提高抽穗至成熟期的光合生產(chǎn)能力是提高抽穗至成熟期的干物質(zhì)積累的前提。洪植蕃等[26]研究認(rèn)為，水稻生育前期和后期的CGR和NAR差異大，而拔節(jié)期到齊穗期的差異較小。趙黎明等[27]認(rèn)為，壤土條件下輕干濕交替灌溉或低密度下可以增加水稻中后期 CGR，提高抽穗后 NAR，而重干濕交替灌溉或低密度下有助于抽穗期之前NAR的提高。本研究認(rèn)為，壤土、黏土在輕度節(jié)水灌溉（－15kPa）處理下能夠增加抽穗后水稻的光合勢、群體生長率和凈同化率，而砂土在CK處理下的光合勢、群體生長率和凈同化率最高。

3.2 不同土壤類型下不同灌溉方式對水稻水分利用效率的影響

在本試驗(yàn)3種土壤中，在不同水分處理下黏土的含水量高于壤土和砂土，但是黏土的產(chǎn)量低于壤土，砂土低于壤土、黏土。造成這種結(jié)果的原因可能與土壤的透性、根系有關(guān)。砂土土壤疏松，活土層深厚，有利于根系向深層土壤生長，但其保水性及養(yǎng)分水平較差；黏土土壤致密，通氣性差，雖然其保水性及養(yǎng)分水平較高，根系活力后期下降較慢，但在整個生育期不利于根系深扎；壤土致密性和通氣性介于砂土及黏土之間，土壤養(yǎng)分特性適中，有利于根系生長并保持較強(qiáng)的根系活力。關(guān)于水分利用率的研究，張慎鳳[28]認(rèn)為，在壤土條件下輕度節(jié)水灌溉的灌溉用水量較水層灌溉顯著減少，水分利用效率較水層灌溉顯著提高。陳小飛[29]認(rèn)為，淺濕干灌溉較淹水灌溉水分利用效率高。張玉屏等[30]認(rèn)為，水稻以干濕灌溉處理最佳，干濕灌溉不僅有較好的節(jié)水效果，而且保證了一定的產(chǎn)量，大大提高了水分利用效率。本研究結(jié)果表明，在黏土和砂土條件下輕度節(jié)水灌溉較水層灌溉的灌溉用水量顯著下降，水分利用效率顯著提高。說明3種土壤下節(jié)水灌溉均可提高水分利用效率，但具體提高的原因有待進(jìn)一步試驗(yàn)和研究。

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