基于淹澇脅迫試驗(yàn)的水稻洪澇致災(zāi)閾值指標(biāo)研究

閆 平，季生太，劉澤恩，孫麗莉，吳 瓊，吳 雙，姜麗霞＊

（1.黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱150030；2.黑龍江省生態(tài)氣象中心，黑龍江 哈爾濱150030；3.通河縣氣象局，黑龍江 通河150800；4.五大連池市氣象局，黑龍江 五大連池164100）

1 引言

黑龍江省位于全國(guó)最北部， 是世界三大黑土帶之一，光、溫、水條件利于農(nóng)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，黑龍江省水稻以其品質(zhì)好、營(yíng)養(yǎng)佳聞名全國(guó)，目前該省已經(jīng)成為全國(guó)最大的粳稻生產(chǎn)基地， 但是夏季降水集中和極端氣候事件頻發(fā)導(dǎo)致洪澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生， 水稻產(chǎn)量因洪澇災(zāi)害損失嚴(yán)重， 對(duì)水稻安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。 因此研究洪澇致災(zāi)閾值指標(biāo)，可為粳稻致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、致災(zāi)損失評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)，進(jìn)而對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。

多年來， 專家學(xué)者在洪澇對(duì)水稻產(chǎn)量影響的方面開展了大量的研究。 GANJI et al.[1]研究表明，洪澇會(huì)對(duì)水稻的生理性狀、長(zhǎng)勢(shì)、產(chǎn)量造成嚴(yán)重影響并導(dǎo)致巨大產(chǎn)量減損。 李永和等研究表明，早稻遭受洪澇脅迫后, 生長(zhǎng)前期減產(chǎn)率明顯低于生長(zhǎng)后期, 抽穗開花期受洪澇減產(chǎn)率最高。 晚稻遭受洪澇脅迫后, 生長(zhǎng)前期減產(chǎn)率明顯高于生長(zhǎng)后期, 拔節(jié)孕穗期受洪澇減產(chǎn)率最高［2］。 謝彥等研究表明，早稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期受洪澇導(dǎo)致幼穗壞死、花粉破壞而減產(chǎn)；孕穗至乳熟期被淹沒的早稻的臨界死苗時(shí)間是5.4 d， 全部死苗的時(shí)間是8 d 以上[3]。 抽穗前后水稻受洪澇影響較大，淹沒時(shí)間5-6 d 時(shí)，產(chǎn)量明顯下降[4]。 孫系巍等研究可見，乳熟期受淹主要表現(xiàn)為空殼率、秕粒率升高，千粒重下降，全淹9 d，秕粒率高達(dá)23.8%[5]。 但前人研究多從拔節(jié)期、孕穗抽穗期、乳熟期水稻減產(chǎn)率方面進(jìn)行探討，對(duì)黑龍江省水稻洪澇閾值研究較少。 本文擬選用粳稻兩個(gè)品種， 在拔節(jié)孕穗期、 抽穗開花期、乳熟期開展不同淹水深度、不同淹水持續(xù)時(shí)間的洪澇脅迫試驗(yàn)，以期構(gòu)建水稻洪澇致災(zāi)閾值指標(biāo)，為制定水稻洪澇防災(zāi)、減災(zāi)措施，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

2 試驗(yàn)布置及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)材料

采用測(cè)桶移位受淹法， 半徑0.16 m， 桶高0.37 m。 試驗(yàn)品種為龍粳31、龍稻18。

2.2 試驗(yàn)處理

水稻育秧及移栽完全遵從試驗(yàn)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)事時(shí)間，水稻育秧方式采用大棚缽育苗，播種時(shí)間為4 月10 日，5 月20 日左右移栽至試驗(yàn)區(qū)內(nèi)， 至水稻拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期及乳熟初期分別進(jìn)行淹水處理。將各因素排列為隨機(jī)區(qū)組，同時(shí)設(shè)定對(duì)照區(qū)，共計(jì)38個(gè)處理， 每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)。 對(duì)各處理進(jìn)行隨機(jī)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)區(qū)分為淹水池和測(cè)桶擺放區(qū)。淹水池設(shè)有全淹沒（3/3 h）區(qū)、2/3 淹沒（2/3 h）區(qū)、1/3 淹沒（1/3 h）區(qū)，深度分別為1.6 m、1.2 m、0.8 m，長(zhǎng)和寬均為2 m和1.47 m。 測(cè)桶土壤按每層10 cm 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行回填，土壤容重與原狀土相近，測(cè)桶底部設(shè)有5 cm 厚反濾層。 試驗(yàn)小區(qū)田間管理與當(dāng)?shù)卮筇锕芾硪恢隆?/p>

表1 水稻淹澇試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.3 田間管理措施

（1）插秧規(guī)格：株行距9 寸×3 寸，每個(gè)測(cè)桶插3穴，每穴3-5 株。

（2）施肥打藥：與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理保持一致。

（3）水分管理：按淺濕灌溉制度進(jìn)行各小區(qū)水分管理，各生育期具體水分調(diào)控指標(biāo)見表1。

2.4 測(cè)定內(nèi)容

（1）觀測(cè)生育期日期。 觀測(cè)水稻移栽及各個(gè)生育期開始的日期，并且要進(jìn)行農(nóng)業(yè)措施操作記錄。

（2）水稻產(chǎn)量測(cè)定。 測(cè)定每個(gè)處理的產(chǎn)量。

3 水稻洪澇致災(zāi)閾值指標(biāo)獲取方法

本研究基于2017-2018 年的2 a 水稻淹水試驗(yàn)結(jié)果，采用SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建水稻相對(duì)產(chǎn)量變化率與相對(duì)淹水深度（水深占株高的比值）的回歸模型，根據(jù)相對(duì)產(chǎn)量減產(chǎn)等級(jí)，獲取水稻洪澇致災(zāi)閾值指標(biāo)。 本文規(guī)定淹水深度占水稻株高的比值為RWH（%），相對(duì)產(chǎn)量變化率計(jì)算方法如下：

式中，y 為水稻相對(duì)產(chǎn)量變化率（%）；yi為第i 個(gè)處理水稻平均單產(chǎn)（kg·hm-2）；y 為水稻對(duì)照單產(chǎn)（kg·hm-2）。

4 結(jié)果分析

4.1 不同淹水處理RWH 與相對(duì)產(chǎn)量變化率的關(guān)系

對(duì)水稻不同品種、 不同淹水處理RWH與水稻相對(duì)產(chǎn)量變化率進(jìn)行分析，并建立了模擬方程（圖1-圖4），結(jié)果表明，兩個(gè)品種不同生育期，RWH與相對(duì)產(chǎn)量變化率存在較好的相關(guān)關(guān)系 （P＜0.01 或P＜0.05），相關(guān)性最好的是龍稻18 拔節(jié)孕穗期淹水7 d，R2為0.906；R2最差的是龍稻18 抽穗開花期淹水3 d，R2為0.6038；其它處理R2在0.6077-0.8591 之間。 從兩個(gè)品種平均狀況比較來看，龍稻18 的模擬結(jié)果好于龍粳31。

表2 基于相對(duì)產(chǎn)量變化百分率的減產(chǎn)等級(jí)劃分/（%）

圖1 龍稻18 淹水3 天RWH 與相對(duì)產(chǎn)量變化率的相關(guān)關(guān)系（a 拔節(jié)孕穗期，b 抽穗開花期，c 乳熟期）

圖2 龍稻18 淹水7 天RWH 與相對(duì)產(chǎn)量變化率的相關(guān)關(guān)系（a 拔節(jié)孕穗期，b 抽穗開花期，c 乳熟期）

圖3 龍粳31 淹水3 天RWH 與相對(duì)產(chǎn)量變化率的相關(guān)關(guān)系（a 拔節(jié)孕穗期，b 抽穗開花期，c 乳熟期）

圖4 龍粳31 淹水7 天RWH 與相對(duì)產(chǎn)量變化率的相關(guān)關(guān)系（a 拔節(jié)孕穗期，b 抽穗開花期，c 乳熟期）

表3 龍稻18 RWH（x）的洪澇致災(zāi)閾值指標(biāo)/（%）

表4 龍粳31 RWH（x）的洪澇致災(zāi)閾值指標(biāo)/（%）

研究發(fā)現(xiàn)， 淹水深度在1/3 h 至3/3 h 時(shí)， 龍稻18 和龍粳31 的相對(duì)產(chǎn)量變化率隨著淹水深度的增加而下降。 由此可見，兩個(gè)品種水稻產(chǎn)量對(duì)淹水深度比較敏感，淹水深度越深，對(duì)產(chǎn)量影響越大。

4.2 相對(duì)產(chǎn)量減產(chǎn)等級(jí)

以相對(duì)產(chǎn)量變化百分率（y）作為減產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，劃分減產(chǎn)等級(jí)（表2）。

4.3 水稻洪澇致災(zāi)閾值指標(biāo)

將不同的減產(chǎn)等級(jí)，分別代入圖1、圖2、圖3、圖4 的模擬方程，求算出淹水深度占株高的比值百分率（RWH）， 該比值百分率可以作為水稻洪澇致災(zāi)定量閾值指標(biāo)（表3、表4）。

根據(jù)表3、表4 可見，水稻洪澇致災(zāi)定量閾值指標(biāo)存在一定的規(guī)律。 （1）同一品種相同發(fā)育期，相同淹水時(shí)間，隨著淹水深度增加，水稻減產(chǎn)程度增加。如龍稻18，拔節(jié)孕穗期，淹水3 d，RWH 為60%時(shí)開始輕度減產(chǎn)，RWH 為76%時(shí)開始中度減產(chǎn)，RWH 為93%時(shí)重度減產(chǎn)，RWH 為100%時(shí)特重減產(chǎn)。 （2）同一品種相同發(fā)育期，隨著淹水時(shí)間增加，水稻洪澇致災(zāi)閾值減小。 如龍稻18，拔節(jié)孕穗期，淹水3 d，輕度減產(chǎn)時(shí)致災(zāi)閾值RWH 為60%-76%；淹水7 d，輕度減產(chǎn)時(shí)致災(zāi)閾值RWH 為35%-48%。（3）同一品種不同發(fā)育期比較，龍稻18 抽穗開花期對(duì)洪澇災(zāi)害最敏感，洪澇致災(zāi)閾值最小，乳熟期耐洪澇能力最強(qiáng)，洪澇致災(zāi)閾值最大。 龍粳31 乳熟期對(duì)洪澇災(zāi)害最敏感， 洪澇致災(zāi)閾值最小， 拔節(jié)孕穗期耐洪澇能力最強(qiáng)，洪澇致災(zāi)閾值最大。 （4）兩個(gè)品種相同發(fā)育期比較，龍稻18 拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期耐洪澇災(zāi)害能力均強(qiáng)于龍粳31，龍粳31 拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期對(duì)洪澇災(zāi)害敏感，相同發(fā)育期、相同淹水深度和淹水時(shí)間條件下， 龍粳31 減產(chǎn)更為明顯。

5 討論

水稻拔節(jié)孕穗期是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期， 亦是水稻幼穗開始分化的關(guān)鍵時(shí)期， 水稻此期對(duì)水層深度比較敏感。 該時(shí)期淹水會(huì)導(dǎo)致水稻齊穗遲，甚至無法齊穗[6]，結(jié)實(shí)率降低、穗長(zhǎng)變短、秕粒數(shù)和植株干質(zhì)量增加[7]。 抽穗開花期是水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)后期和生殖生長(zhǎng)初期，此期穗數(shù)和穗粒數(shù)已經(jīng)形成，淹水會(huì)導(dǎo)致秕粒率和空殼率增高，穗結(jié)實(shí)粒數(shù)和結(jié)實(shí)率降低，千粒重降低。 乳熟期是水稻生殖生長(zhǎng)后期，水稻此期淹水，產(chǎn)量因子表現(xiàn)為秕粒率、空殼率增高，千粒重降低[8]，上述三個(gè)時(shí)期淹水均會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)量造成一定的影響，總體表現(xiàn)為淹水深度越深、淹水歷時(shí)越長(zhǎng)，水稻減產(chǎn)越重[9]。

本研究基于兩個(gè)水稻品種不同生育期和不同淹水深度、淹水歷時(shí)試驗(yàn)，得出兩個(gè)水稻品種各生育期淹水3 d 和淹水7 d 閾值指標(biāo)。 由指標(biāo)可見，不同品種水稻各生育期對(duì)洪澇環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制存在不一致性。水稻拔節(jié)孕穗期是植株進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)的時(shí)期，3 d抗洪澇能力較強(qiáng)，7 d 抗洪澇能力明顯降低。 水稻抽穗開花期是植株旺盛生長(zhǎng)的時(shí)期，抗洪澇能力較弱，淹水時(shí)間對(duì)產(chǎn)量的影響較拔節(jié)孕穗期弱。 乳熟期是植株開始進(jìn)入衰老的時(shí)期， 兩個(gè)品種的抗洪澇能力相差較大，龍稻18 抗洪澇能力明顯強(qiáng)于龍粳31。 有研究報(bào)道， 水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段受洪澇影響對(duì)產(chǎn)量的危害小于生殖生長(zhǎng)階段[10]，從本研究結(jié)果可見，不同品種不同時(shí)期受洪澇影響對(duì)產(chǎn)量的危害不同， 龍稻18 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段遭遇洪澇對(duì)產(chǎn)量的影響大于生殖生長(zhǎng)后期，龍粳31 則恰好相反。 但本試驗(yàn)的淹澇與洪水的水質(zhì)、流速等方面存在差異，且樣本量與大田也存在差異，獲取的指標(biāo)不能完全代表大田，需要繼續(xù)深入研究，開展大田驗(yàn)證。

6 結(jié)論

(1)龍稻18 和龍粳31 拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期水深在1/3 h-3/3 h 時(shí)，RWH 與水稻相對(duì)產(chǎn)量變化率存在較好的相關(guān)關(guān)系， 產(chǎn)量對(duì)淹水深度比較敏感，淹水深度越深，對(duì)產(chǎn)量影響越大。

(2)同一品種相同發(fā)育期，水稻減產(chǎn)率分別表現(xiàn)為3 d＜7 d，隨著淹水時(shí)間增加，水稻洪澇致災(zāi)閾值減小，這表明在洪澇對(duì)水稻產(chǎn)量影響相同的情況下，若淹水歷時(shí)加長(zhǎng)，則淹水深度減??；同一品種不同發(fā)育期比較， 龍稻18 抽穗開花期對(duì)洪澇災(zāi)害最敏感，洪澇致災(zāi)閾值最小，乳熟期耐洪澇能力最強(qiáng)，洪澇致災(zāi)閾值最大。 龍粳31 乳熟期對(duì)洪澇災(zāi)害最敏感，洪澇致災(zāi)閾值最小，拔節(jié)孕穗期耐洪澇能力最強(qiáng)，洪澇致災(zāi)閾值最大。

(3)兩個(gè)品種在相同的發(fā)育期、淹水深度和淹水時(shí)間條件下，龍稻18 耐洪澇能力強(qiáng)于龍粳31，即龍粳31 對(duì)淹水的反應(yīng)更為明顯。