流水灌溉減輕晚稻秧苗高溫傷害的研究

易子豪 朱德峰 王亞梁 張玉屏 向鏡 張義凱 陳惠哲

（中國水稻研究所/水稻生物學國家重點實驗室，杭州310006；*通訊作者：chenhuizhe@163.com）

長江中下游是我國水稻的主要產(chǎn)區(qū)，從上世紀70年代以來，雙季稻面積逐漸下降，單季稻面積逐漸上升。由于雙季稻的產(chǎn)量和資源利用率要比單季稻高[1]，近年來長江中下游雙季稻種植面積又有上升的趨勢，其中，江西和湖南為雙季稻種植的主要省份。雙季晚稻種植時期在8月上中旬，正值一年中溫度最高的時候。前人研究表明，高溫不會對分蘗期的植株造成影響，但是在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，溫度過高會影響水稻返青，進而影響秧苗生長[2]。由于種植季節(jié)的限制，晚稻種植時常遇到極端高溫天氣。前人研究指出，水稻花期遇高溫時，灌深水能夠降低群體溫度[3]，然而在秧苗期，田間水層過深反而不利于秧苗的生長。本研究比較了高溫下循環(huán)流水和淺水灌溉對田間秧苗群體溫度及秧苗生長的影響，明確了減輕晚稻秧苗高溫傷害的水分調(diào)控措施。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017年在中國水稻研究所試驗基地試驗田進行，供試品種4個：天優(yōu)華占、五優(yōu)308、甬優(yōu)538、嘉58。

1.2 試驗設置

采用2種灌溉方式處理：白天流水灌溉和淺水灌溉（2 cm）。每個處理3個小區(qū)，小區(qū)面積18 m2，每個品種種植4 m2。各品種在7月5日播種，7月25日移栽，種植規(guī)格為20 cm×25 cm，移栽后立即進行試驗處理。流水灌溉方式為田塊左側泵入流水，右側開口流出，整體水流循環(huán)使用。淺水灌溉方式即保持田塊水層2 cm不變，水流靜止。

1.3 測定項目及方法

在田里安裝小型氣象站，監(jiān)測稻田土壤和田間溫度和濕度變化。利用紅外熱像儀（Therma CAMTM 65 system，F(xiàn)ILR System Inc.，Portland，OR.USA） 測定秧苗溫度、稻田土壤溫度和田間水溫。移栽處理5 d后測定不同灌溉方式處理后的秧苗素質(zhì)，包括株高、根長、地上部質(zhì)量和地下部質(zhì)量、SPAD值、全展葉黃葉比例。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SAS 9.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與作圖。

2 結果與分析

2.1 田塊水溫、土溫及秧苗溫度

從圖1可以看出，采用淺水灌溉方式的田塊中，淺水水溫受氣溫的影響很大，水溫曲線與氣溫曲線變化趨勢基本一致，都是每天的6∶00至12∶00急劇上升，12∶00 至 18∶00 急劇下降，18∶00 至第 2 天 6∶00 緩慢下降。淺水水溫在7月26日12∶00與氣溫同時達到最大值44.6℃，在隨后的2 d時間里，雖然氣溫的最大值下降到43.0℃以下且在12∶00氣溫出現(xiàn)明顯低谷，但是淺水水溫的最大值基本都出現(xiàn)在當天的12∶00前后且最大值都超過43.0℃，最小值約28.0℃。淺水土溫的變化趨勢是每天 8∶00 開始上升，在 17∶00 達到峰值 37.0℃，17∶00開始下降，在第2天8∶00達到最小值30.0℃。

圖1 試驗田塊水溫、土溫

圖2 秧苗溫度

在采用流水灌溉方式的田塊中，流水水溫受氣溫的影響并不大。水溫從每天8∶00開始呈S形上升并在17∶00達到最大值35.0℃，比淺水水溫最大值低8℃~9℃，從17∶00開始下降并在第2天8∶00達到最小值30.0℃，比淺水水溫最小值高2.0℃。也就是說，流水水溫比淺水水溫每日的變化幅度更小，流水水溫最大值和最小值均低于淺水水溫，并沒有出現(xiàn)38.0℃以上的高水溫，更加利于秧苗的生長。

同時，由于流水帶走了一部分的熱量，使得流水土溫低于流水水溫，而且流水土溫低于淺水土溫。流水土溫的變化趨勢是每日6∶00開始上升并在15∶00達到最大值35.0℃，比淺水土溫最大值低2.0℃，從15∶00開始下降至第2天6∶00達到最小值29.0℃，比淺水土溫最小值低1.0℃。這對于晚稻生長來說，可以減少高溫對秧苗的傷害。

從圖2可以看出，14∶00氣溫最高時，淺水灌溉處理的秧苗溫度顯著高于流水灌溉處理的秧苗溫度。處理天數(shù)為1 d時淺水灌溉處理的秧苗溫度高達45.0℃，比流水灌溉處理的秧苗溫度38.0℃高了7.0℃。處理天數(shù)為3 d時淺水灌溉處理的秧苗溫度為40.0℃，比流水灌溉處理的秧苗溫度35.0℃高了5.0℃?？梢?，流水能帶走大量的熱量，使土壤溫度降低，能明顯降低秧苗的溫度，使秧苗在田間免受長時間的高溫傷害。

2.2 秧苗基本素質(zhì)

從圖3可以直觀的看到，參試品種流水灌溉處理的株高都要高于淺水灌溉處理，根長長于淺水灌溉處理，地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量都要大于淺水灌溉處理。說明土溫和水溫高不利于水稻秧苗根系的生長。

2.3 秧苗SPAD值及全展葉黃葉比例

SPAD值代表了植物葉片葉綠素的相對含量，全展葉黃葉比例是所有植物葉片中黃葉所占的比重，它們組合在一起可以反映植物的生長是否良好，以及光合能力是否正常。從圖4可以看出，流水灌溉處理的秧苗SPAD值全都大于淺水灌溉處理的秧苗，其中，五優(yōu)308和甬優(yōu)538的差值分別達到了1.70和1.07，說明淺水灌溉條件下秧苗葉片的葉綠素含量更高。從圖4還可以看出，流水灌溉處理的秧苗全展葉黃葉比例顯著低于淺水灌溉處理下的秧苗，流水灌溉處理的秧苗全展葉黃葉的比例基本保持在2.85%以下，而淺水灌溉處理比例最大的是嘉58，達5.07%，最小的五優(yōu)308也達到了3.13%。

3 討論與結論

本研究結果表明，采用淺水灌溉方式的田塊土溫比采用流水灌溉方式的田塊高1.0℃~2.0℃，而水溫日間高22.86%~25.71%、夜間低6.67%。這說明采用流水灌溉方式不僅可以降低田塊土壤的溫度，而且可以降低田塊中的水溫，使水溫保持在33.0℃上下不至于過高，這能給秧苗提供一個相對穩(wěn)定的生長環(huán)境，使秧苗溫度降低，比淺水灌溉田塊更適合秧苗生長。

圖3 秧苗基本素質(zhì)

圖4 秧苗SPAD值及全展葉黃比例

本試驗中流水灌溉方式帶來的降溫效果還體現(xiàn)在秧苗基本素質(zhì)、秧苗SPAD值和全展葉黃葉比例上。高溫熱害會使水稻根系生長受阻，根長變短，阻礙了水稻對水肥的吸收，特別是對于剛剛移栽的幼苗來說，這種傷害更加嚴重[4]。當外界溫度過高的時候，植物體內(nèi)的生理活動自然也會受到影響，高溫脅迫會破壞水稻體內(nèi)正常生理代謝活動，體內(nèi)的各種抗性物質(zhì)和內(nèi)源激素都會發(fā)生改變，細胞分裂速度、各種酶活性都會受到高溫的干擾[5]。淺水灌溉方式下的秧苗株高、根長、干物質(zhì)量都沒有流水灌溉方式的高，說明在這種溫度下，淺水灌溉方式下4個品種的秧苗都已經(jīng)受到不同程度高溫傷害。高溫不僅造成了秧苗的基本素質(zhì)偏低，還會造成秧苗的葉綠素合成下降，秧苗黃葉比例偏高，這種結果將導致秧苗在移栽后返青更慢，容易出現(xiàn)田間枯苗、死苗，對晚稻生產(chǎn)帶來負面影響。綜上可得，本試驗結果說明，機插秧晚稻可以采取流水灌溉方式來緩解苗期的高溫傷害。