晚稻不同受旱程度對產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律研究

毛江虎，謝亨旺，靳偉榮，鄧海龍，萬小麗

(1.江西省贛撫平原水利工程管理局，江西 南昌 330096；2.江西省灌溉試驗中心站，江西 南昌 330096)

0 引 言

2013年7月江西省發(fā)生長時間干旱，江西省防汛抗旱總指揮部辦公室召開抗旱會商會，會議要求加強(qiáng)旱情監(jiān)測，提高科學(xué)抗旱水平。為此，江西省水利科學(xué)研究院聯(lián)合江西省灌溉試驗中心站在初步建立的江西省旱情監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上，提出了要進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化江西省旱情監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)，圍繞旱情基本數(shù)據(jù)庫的更新補(bǔ)充、系統(tǒng)模型的改進(jìn)優(yōu)化和模型參數(shù)的率定、區(qū)域旱情評價指標(biāo)的核定等工作內(nèi)容，進(jìn)行系統(tǒng)后續(xù)完善，逐步提高系統(tǒng)分析成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

水稻干旱脅迫，即水分脅迫，指的是在非充分灌溉條件下，水稻生理需水和生態(tài)需水得不到滿足而受到的脅迫，隨著節(jié)水技術(shù)水平的提高和作物水分高效利用理論的發(fā)展，非充分灌溉條件下水稻蒸發(fā)蒸騰的研究己成為水稻節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展迫切需要解決的問題。20世紀(jì)90年代初期，國內(nèi)科研學(xué)者就開始對水稻非充分灌溉進(jìn)行研究，如1989年，方宣鈞等研究了干旱缺水對水稻的生理反應(yīng)[1]；張明炷，李遠(yuǎn)華，崔遠(yuǎn)來等分析了水分脅迫對水稻主要形態(tài)指標(biāo)、生理機(jī)制及產(chǎn)量的影響，對非充分灌溉條件下水稻所持有的生理機(jī)制進(jìn)行了較細(xì)致的研究[2]。之后，越來越多的學(xué)者投入到水稻非充分灌溉的研究中，研究范圍廣，學(xué)科跨度大，包括對水稻光合作用的影響[3]，對水稻葉片氣孔特征的影響[4，5]，對水稻的膜透性與滲透調(diào)節(jié)的影響[6]，對一些酶類活性的影響[7]，對水稻產(chǎn)量的影響[8]等。很少有研究者從水稻的生育時期和干旱程度2個指標(biāo)出發(fā)，探討水稻如何在持續(xù)干旱條件下，應(yīng)對干旱脅迫的生理機(jī)制。本項目研究通過設(shè)定不同干旱歷時的水分處理，探明水稻干旱時長對水稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響。

水稻作為江西省耗水量最大且主要的糧食作物之一，其灌溉用水量占全省農(nóng)業(yè)灌溉用水量的85%～90%以上，而由于年際和年內(nèi)降雨不均導(dǎo)致水稻干旱的情況時有發(fā)生[9]。本項目通過水分脅迫，研究水稻不同生育期不同受旱程度水稻的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響，為江西省水稻受旱監(jiān)測系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)儲備，同時在水稻受旱時期，為政府職能部門制定抗旱政策，提高水資源利用率提供依據(jù)[10]。

1 試驗處理設(shè)計

1.1 試驗地點

試驗場地位于江西省灌溉試驗中心站試驗基地水田試區(qū)，本試驗安排在大田小區(qū)進(jìn)行，并設(shè)遮雨棚對水稻進(jìn)行受旱處理，并在測筒區(qū)作相應(yīng)的受旱試驗輔助研究。

1.2 供試作物及管理

(1)供試品種。采用天優(yōu)華占(超級雜交晚稻，全生育期平均119.2 d，區(qū)域試驗平均畝產(chǎn)523.7 kg，稻米品質(zhì)達(dá)到國家《優(yōu)質(zhì)稻谷》標(biāo)準(zhǔn)1級)。

(2)種植管理。晚稻于6月17日播種，7月29日移栽，2苗/穴，株行距為16.5 cm×19.8 cm。

試驗分別在測筒和大田小區(qū)中同時進(jìn)行。其中，測筒區(qū)共有測筒40個，測筒大小為0.3 m2，蒸滲器為圓形，鋼板制成，內(nèi)徑0.618 m，高0.80 m，下設(shè)15 cm厚的濾層，桶底設(shè)側(cè)向排水孔，平時關(guān)閉，定時開孔排水，器內(nèi)填55 cm厚原裝土，蒸滲器采用地理雙套筒方式安裝，器內(nèi)土面與地面齊平，各個外筒之間空地種植草坪，外筒置于現(xiàn)澆混凝土上，各器均可用防雨棚遮擋降雨。大田小區(qū)每塊田大小為3.00 m×6.00 m，共劃分30塊。肥料運籌方式：氮肥均以45%的復(fù)合肥為肥源，氮肥總用量為每公頃純氮180 kg，采用基肥：蘗肥：穗肥=5∶3∶2方式施用，磷肥用鈣鎂磷肥，鉀肥用氯化鉀，其中磷肥(P2O5)標(biāo)準(zhǔn)為67.5 kg/hm2，全部作基肥；鉀肥(K2O)標(biāo)準(zhǔn)為150 kg/hm2，按基肥：穗肥=9∶11施用?；视谝圃郧? d施用，分蘗肥在移栽后10 d施用，孕穗肥在移栽后35～40 d(葉齡余數(shù)為2)時施用。灌溉模式采用間歇灌溉。

1.3 試驗設(shè)計

(1)大田實驗區(qū)：針對晚稻不同生育期不同受旱程度試驗研究，安排在分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期和乳熟期等4個生育期進(jìn)行受旱試驗，這4個生育期分別設(shè)正常灌溉、中旱、特旱，另設(shè)分蘗期到乳熟期連續(xù)中旱共10個處理。以不受旱(正常灌溉)為對照處理，正常灌溉采用間歇灌溉[11]。

由于返青期有泡田余水，且時間較短，生產(chǎn)實踐中不會受旱，黃熟期排水落干，此首末兩個階段均按豐產(chǎn)要求進(jìn)行正常的水分處理。上述正常灌溉、中旱、特旱水平，系指階段內(nèi)20 cm稻田土壤相對濕度(土壤含水率占田間持水量的百分比)，中旱為60%、特旱為40%，各處理重復(fù)3次，本次試驗共分30塊田，具體處理設(shè)計見表1。

表1 晚稻大田受旱試驗布置表

測筒試驗區(qū)：測筒區(qū)共使用39個測筒，系指階段內(nèi)20 cm稻田土壤相對濕度(土壤含水率占田間持水量的百分比)，改為輕旱為70%，重旱為50%，分蘗拔節(jié)、拔節(jié)抽穗、抽穗乳熟、分蘗拔節(jié)抽穗連旱、全生育期連旱和正常共13個處理，各處理重復(fù)3次。具體處理設(shè)計見表2。

1.4 觀測項目與方法

(1)田面水位或土壤含水率的測定。在田面有水層時，用水位測針或鋼尺進(jìn)行測量，在田面無水層時，用TDR便攜式土壤含水率測定儀進(jìn)行測定。每天早上8∶00進(jìn)行測定，并當(dāng)日對測定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，繪出水稻含水率變化曲線。

(2)水稻發(fā)育進(jìn)度觀察。測定劃分水稻各生長發(fā)育階段(返青期、分葉前期、分葉后期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期、黃熟期)的具體日期。

(3)產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)測定。包括產(chǎn)量測定(按各試驗小區(qū)單收、單打、單曬驗產(chǎn)。統(tǒng)計其產(chǎn)量)；產(chǎn)量結(jié)構(gòu)(即有效穗數(shù)、穗長、實粒數(shù)、空粒數(shù)、千粒重、谷草比等)測定(插秧時每個處理固定小株樣品、收割前取樣，晾干后進(jìn)行室內(nèi)考種，每小區(qū)取樣5株進(jìn)行考種)。

(4)各種氣象要素。氣象要素按《地面氣象觀測規(guī)范》中要求的方法觀測。

表2 晚稻測筒受旱試驗布置表

表3 大田水稻產(chǎn)量與構(gòu)成因子

2 試驗結(jié)果分析

2.1 大田區(qū)水稻產(chǎn)量與構(gòu)成因子分析

2.1.1 有效穗數(shù)分析

分析表3數(shù)據(jù)可得，與正常灌溉相比，分蘗期單階段受旱的田塊平均每穴有效穗數(shù)明顯降低，降幅為13.89%～15.74%，而且隨著受旱程度的增加，有效穗數(shù)越低。其他幾個生育期單階段受旱也會降低有效穗數(shù)，降幅為0.93%～5.56%，降幅不大。四個生育期連續(xù)中旱，水稻有效穗降幅為14.81%，降幅僅次于分蘗期特旱。這主要是由于水稻分蘗期受旱，降低了水稻的分蘗數(shù)量，從而降低了有效穗數(shù)量。

2.1.2 穗粒數(shù)分析

與正常灌溉相比，拔節(jié)孕穗期受旱和抽穗開花期受旱對晚稻穗粒數(shù)影響比較大，減幅在0.87%～5.10%，其他幾個生育期單階段受旱對穗粒數(shù)影響不大，分蘗期到乳熟期連續(xù)中旱穗粒數(shù)減少最大，減幅為5.15%。這主要是由于拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期是穗粒數(shù)形成的關(guān)鍵時期，分蘗期單階段受旱，穗粒數(shù)還有所增加，增幅為0.51%～1.29%，由于水稻受旱使有效穗數(shù)減少，從而減少穗粒數(shù)之間的競爭，復(fù)水后的補(bǔ)償效應(yīng)使穗粒數(shù)增大。

2.1.3 結(jié)實率分析

與正常灌溉相比，各個生育階段受旱水稻結(jié)實率都會降低，單個階段受旱越嚴(yán)重，結(jié)實率越低。抽穗開花期受旱，結(jié)實率最低，降幅為9.20%～13.10%，乳熟期和抽穗開花期次之，降幅為3.39%～6.01%。分蘗期對水稻結(jié)實率影響最小，降幅為0.51%～2.65%。4個生育階段連續(xù)中旱降幅為9.48%，降幅僅次于抽穗開花期特旱。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是抽穗開花期需要大量的水分和營養(yǎng)，這個生育期缺水勢必會影響土壤養(yǎng)分供給及花體的發(fā)育，導(dǎo)致大量不孕，從而導(dǎo)致結(jié)實率降低。

2.1.4 千粒重分析

與正常灌溉相比，從整體上看千粒重都有所降低，但抽穗開花期和乳熟期對千粒重的影響比較大，降幅在4.47%～7.26%，而且隨著受旱程度的增加，降幅增大。分蘗期和拔節(jié)孕穗期單階段受旱對水稻千粒重影響不大，降幅在1.23%～1.67%。分蘗期到乳熟期連續(xù)中旱千粒重降幅為6.05%，僅次于抽穗開花期和乳熟期特旱。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是抽穗開花后是水稻生殖生長期，主要以開花、授粉、結(jié)實、灌漿為主，這些生育期受旱，直接影響水稻的結(jié)實灌漿程度，從而影響水稻千粒重。

2.1.5 理論產(chǎn)量分析

與正常灌溉相比，分蘗期單階段受旱產(chǎn)量降幅為13.32%～17.75%，拔節(jié)孕穗期單階段受旱產(chǎn)量降幅為12.10%～15.85%，抽穗開花期單階段受旱產(chǎn)量減幅為15.54%～23.29%，乳熟期單階段受旱產(chǎn)量降幅為11.31%～15.93%，分蘗期到乳熟期連續(xù)中旱產(chǎn)量降幅最大，降幅為31.21%。由此可以看出水稻無論哪個階段受旱對產(chǎn)量的影響都是不利的，抽穗開花期受旱對水稻產(chǎn)量影響最大，分蘗期次之。

2.2 測筒區(qū)水稻產(chǎn)量與構(gòu)成因子分析

2.2.1 穗粒數(shù)和有效粒數(shù)分析

由表4可以看出，在各個生育期階段相同受旱程度處理中，分蘗期受旱的處理對水稻有效穗數(shù)的影響最為嚴(yán)重，這是由于分蘗期水稻正處于生長旺盛期，分蘗期是決定有效穗的關(guān)鍵時期，所以分蘗期受旱處理有效穗數(shù)與對照處理相比減少許多，由表還可以看出，無論是那個時期的重旱處理，有效穗數(shù)相比正常灌溉都明顯減少，說明不論是在水稻生長的哪個時期嚴(yán)重缺水都會影響到穗數(shù)。

另外，由表4可知不同受早處理對水稻穗粒數(shù)的影響程度與其受旱的生育階段及受早程度有關(guān)，各個處理中對總穗粒數(shù)影響較大的是處理5、處理7和處理10，說明拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期受旱對穗粒數(shù)的增加不利，并且進(jìn)行連續(xù)干旱的處理，對水稻穗粒數(shù)影響也比較大，而在乳熟灌漿期進(jìn)行受早，對水稻穗粒數(shù)影響不大，且同階段不同控水強(qiáng)度也差異不顯著。

2.2.2 千粒重分析

千粒重也是產(chǎn)量形成的重要因素之一，千粒重對各個時期不同干旱處理的反應(yīng)如表4所示，由表可知，處理7、9、11千粒重相比正常灌溉下較小，這是由于抽穗期和乳熟期干旱處理或長時間連續(xù)受旱影響了水稻的正常發(fā)育，灌漿階段其生產(chǎn)難以達(dá)到對照水平，造成了水稻在形成千粒重指標(biāo)的灌漿期所吸收營養(yǎng)與水分比正常灌溉減少了很多，故千粒重指標(biāo)下降較其他處理更明顯。

2.2.3 理論產(chǎn)量分析

不同水分處理對水稻生長、發(fā)育狀況以及生理活動所產(chǎn)生的各種影響，最終都會提體現(xiàn)在產(chǎn)量水平上，同一生育期不同程度的水分處理對產(chǎn)量的影響程度不同。其不同差異如表4所示，根據(jù)表4可知，在所有受旱的階段中，減產(chǎn)率在5.61%～29.48%之間，各個時期重旱處理都會造成嚴(yán)重的減產(chǎn)，分蘗期重旱高達(dá)29.48%，為所有處理中最大值。分蘗期是決定穗數(shù)的關(guān)鍵時期，如果分蘗期嚴(yán)重受旱，勢必會影響到水稻最終的有效穗數(shù)，進(jìn)而影響產(chǎn)量；4個連續(xù)干旱處理的最終產(chǎn)量也受到了較為嚴(yán)重影響，其中分蘗至抽穗連旱處理高達(dá)23.71%，相對來說，乳熟期干旱處理對產(chǎn)量的影響較小，另外根據(jù)表4還可以得知，同一生育階段，受旱越嚴(yán)重，水稻最終減產(chǎn)也越嚴(yán)重。

表4 測筒產(chǎn)量與構(gòu)成因子

3 結(jié) 論

綜合以上測筒和大田區(qū)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同生育期受旱對產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響程度由大到小為：千粒重——抽穗開花期，乳熟期，拔節(jié)孕穗期，分蘗期；有效穗數(shù)——分蘗期，拔節(jié)孕穗期，乳熟期，抽穗開花期；穗粒數(shù)——拔節(jié)孕穗期，抽穗開花期，乳熟期，分蘗期；結(jié)實率——抽穗開花期，乳熟期，拔節(jié)孕穗期，分蘗期。其中主要原因是，分蘗期是水稻有效穗數(shù)形成的關(guān)鍵時期，這一階段受旱，會減少分蘗，進(jìn)而使有效穗數(shù)減少；拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期是水稻穗粒數(shù)形成的關(guān)鍵時期，這兩個時期水分虧缺，影響土壤養(yǎng)分的供給和花體的發(fā)育，從而使穗粒數(shù)減少；抽穗開花期和乳熟期是水稻粒充實的關(guān)鍵時期，這一時期受旱，直接影響水稻粒的充實和灌漿，從而影響水稻的千粒重和結(jié)實率。

通過測筒和大田觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水稻分蘗期和抽穗開花期對水稻產(chǎn)量影響比較顯著，水稻分蘗期受旱，減少有效穗數(shù)，進(jìn)而對產(chǎn)量構(gòu)成影響，而抽穗開花期則是水稻千粒重的敏感時期，這一時期受旱，直接影響水稻的結(jié)實率和水稻粒重，進(jìn)而使產(chǎn)量降低。而兩個生育期以上的連續(xù)受旱，對產(chǎn)量的影響遠(yuǎn)大于單個時期受旱對產(chǎn)量的影響。同一生育期受旱程度越大，產(chǎn)量越低。因此在水稻生產(chǎn)中，除應(yīng)避免單一生育階段受嚴(yán)重干旱，還應(yīng)避免水稻長時間的連續(xù)干旱。