深水灌溉對稻漁共生水稻抗倒伏性的影響研究進(jìn)展

陳林榮 李陽陽 郭哈倫 竇志 徐強 高輝

（揚州大學(xué) 江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚州225009；第一作者：1607390031＠qq.com；*通訊作者：gaohui＠yzu.edu.cn）

稻漁共生是一種最能昭示“飯稻羹魚”“魚飯社會”深刻內(nèi)涵的種養(yǎng)模式，在我國有著悠久的歷史[1-2]。三國魏武曹操（155—220年）所著的《四時食制》曰“郫縣（今四川省成都市郫都區(qū)）子魚，黃鱗赤尾，出稻田，可以為醬”（見《太平御覽》卷九三六），這是已知最早關(guān)于“水稻-鯉魚”共生種養(yǎng)的文字記載。演進(jìn)至今，稻漁共生已延伸拓展成“稻-魚（鯉魚、錦鯉、鯰魚、鯽魚、鰱魚、鳙魚、烏鱧、沙塘鱧、黃顙魚、美國斑點叉尾鮰等）”“稻-蟹”“稻-蝦（克氏原螯蝦、澳洲小龍蝦、淡水小青蝦）”“稻-鱉”“稻-鱔”“稻-鰍”等多種模式。近年來，稻漁共生種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，取得了多方面成效[3]，但也引起了行業(yè)內(nèi)外對其是否影響糧食安全與水土環(huán)境的擔(dān)憂。

胡亮亮等[4]研究表明，在某些綜合種養(yǎng)模式下，水稻產(chǎn)量低于水稻單作模式下的產(chǎn)量。楊星星等[5]研究表明，在稻魚模式下，水深10～25 cm時，隨著水位深度的增加，水稻產(chǎn)量略有下降，但田魚產(chǎn)量隨之增加。徐富賢等[6]研究表明，在水深10～25 cm情況下，田魚產(chǎn)量最高可達(dá)1 123 kg/hm2，水稻產(chǎn)量最高可達(dá)8 013 kg/hm2。然而，李鳳英等[7]研究認(rèn)為，深水一般是指在稻田一段時間中保持30～50 cm的水層。為了實現(xiàn)稻漁共生目標(biāo)，水稻植株需要持續(xù)一定時間處于約30 cm的深水環(huán)境中，導(dǎo)致其新根發(fā)生數(shù)量和根系活力、植物激素含量、莖稈形態(tài)結(jié)構(gòu)、抗倒伏能力，以及水土質(zhì)量指標(biāo)、病蟲害發(fā)生特點等均發(fā)生變化，直接影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。水稻品種的抗倒伏能力是保障稻谷量質(zhì)安全的關(guān)鍵因子。

1 稻漁共生水稻品種篩選研究進(jìn)展

“薄-露-淺-擱-濕”為水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)灌溉模式。但在稻漁共生條件下，水稻和水生動物同處一田，需要持續(xù)一定時間的稻田深水環(huán)境，以促使水稻生長中期水生動物進(jìn)入稻田，發(fā)揮其增氧、除草、滅蟲、生肥等正向作用，減少水稻病蟲草害發(fā)生，顯著降低藥肥施用量，提高漁稻米質(zhì)量安全水平。綜合來看，適宜稻漁共生的水稻品種應(yīng)具有優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、耐較長時間深水、耐肥、莖稈粗壯、抗倒伏的特點。徐福賢等[6]研究表明，在大面積稻田養(yǎng)魚生產(chǎn)上，以選用有效穗數(shù)多、千粒重高、穗粒數(shù)偏多的品種為宜。楊勇[8]研究表明，在稻蟹種養(yǎng)模式下，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病、抗倒伏且耐深水的遲熟中粳、早熟晚粳或中熟晚粳品種。孫炳林等[9]在長江中下游地區(qū)根據(jù)品種的產(chǎn)量、米質(zhì)、生育期、株型、長勢長相、熟期轉(zhuǎn)色、抗病性、抗倒伏性和耐熱性等綜合性狀，篩選出了桃優(yōu)香占、徽兩優(yōu)630、隆兩優(yōu)1318、晶兩優(yōu)534等適合作為稻蝦綜合種養(yǎng)共生乃至稻漁種養(yǎng)模式的主推品種。唐茂艷等[10]研究表明，桂育9號株高適中、不易倒伏、葉面積指數(shù)在各生育期都較大，有利于魚的躲藏棲息、生育期適中，可作為稻魚系統(tǒng)的中熟品種種植；Y兩優(yōu)1號全生育期135 d、產(chǎn)量高、較抗倒伏，可作為稻魚系統(tǒng)中偏晚熟品種種植；中浙優(yōu)8號和野香優(yōu)3號較抗倒伏、生育期偏長，可作為一季中稻或溫光條件充足的雙季稻稻魚系統(tǒng)種植。史曉宇等[11]研究表明，稻魚共生系統(tǒng)中，雜交稻相對于常規(guī)稻具有明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢，秈粳雜交稻產(chǎn)量總體上高于秈型雜交稻；選擇適合稻魚共生系統(tǒng)的水稻品種時，應(yīng)優(yōu)先選擇分蘗適中、較耐倒伏、有較高的實粒數(shù)和結(jié)實率的大穗型品種，以避免長期淹水下水稻分蘗優(yōu)勢無法徹底發(fā)揮的局限，從而更易獲得較高的產(chǎn)量和效益。隨著水稻新品種審定速度的加快與數(shù)量的增長，使得稻漁共生水稻品種篩選的對象日益增多、選擇余地加大。但由于各地資源稟賦條件的差異，稻漁共生模式的多元多樣，以及水稻和水生動物的特性以及稻田灌溉深度等的不一，故因模式篩選出適宜的優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、抗倒伏水稻品種已成為稻漁共生產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。

2 稻漁共生水稻倒伏研究進(jìn)展

2.1 倒伏的定義及其對水稻的危害

田伯紅[12]研究認(rèn)為，作物倒伏是指植物冠層的物理性坍塌，可能是由于植物機(jī)械性結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，或者是由于風(fēng)等外力的影響，又或者兩者兼有之。SHIMONO等[13]研究表明，水稻倒伏通常發(fā)生在灌漿期間，與較大的地上部生物量（特別是穗部）、冠層高度、多種環(huán)境因子（如風(fēng)、雨等）以及田間管理和高氮肥施用等因素有關(guān)。TAIICHIRO等[14]研究表明，基部節(jié)間與有彈性、韌性的上部節(jié)間不同，其一旦發(fā)生破損是不可逆的；倒伏一般從田間的局部開始，通過多米諾效應(yīng)向四周擴(kuò)散。ISHIMARU等[15]研究指出，水稻成熟過程中，其基部節(jié)間的葉鞘慢慢失去活力及其機(jī)械強度，這是由于莖稈與葉鞘的光合同化物向穗部轉(zhuǎn)運和衰老的組織結(jié)構(gòu)被病菌入侵導(dǎo)致的；每發(fā)生2%的倒伏，產(chǎn)量減少1%，同時會降低水稻的品質(zhì)和增加機(jī)械收獲難度。張巫軍[16]研究認(rèn)為，根倒伏是指作物地上部載荷超過了根系的固定強度而發(fā)生的全株平地性倒伏，莖倒伏是指莖稈上部載荷超過了基部莖稈的機(jī)械支持能力而發(fā)生的基部節(jié)間折斷的倒伏。郎有忠等[17]研究表明，隨著倒伏時期的推遲，RVA特征中的最高粘度、熱漿黏度、崩解值和最終黏度均呈增大趨勢，倒伏越遲，蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量越低，水稻在結(jié)實期倒伏，對糙米率影響不大，倒伏越早，精米率呈顯著下降趨勢、堊白粒率和堊白度則呈增大趨勢?？梢姡镜狗卸喾N類型，由多種因素造成，是水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的重要限制因素之一。

2.2 稻漁共生水稻抗倒伏評價體系的構(gòu)建

由于國內(nèi)外尚缺少針對稻漁共生水稻抗倒伏評價體系的專項研究，因而暫可采用前人使用較多的倒伏指數(shù)法，較為系統(tǒng)、綜合、明確地反映稻漁共生水稻抗倒伏性狀的變化。倒伏指數(shù)越高，作物的抗倒伏能力越弱，反之則抗倒能力越強。TAIICHIRO等[14]給出了計算倒伏指數(shù)的計算方法，即：（1）倒伏指數(shù)（LI，%）=重心高度（H）×地上部鮮質(zhì)量（G）/莖稈抗折力（RS）×100；（2）全株加在基部節(jié)間的彎矩（WP，g·cm）=基部節(jié)間折斷部位到主莖頂端的距離（SL）×基部節(jié)間折斷部位到主莖頂端的鮮質(zhì)量（FW）；（3）折斷彎矩（M，g·cm）=基部被測節(jié)段折斷時所施加的力（L）×兩支點間的距離（F）/4，M表示抗折力的大小；（4）斷面模數(shù)（Z，mm3）=π/32×（a13b1-a23b2）/a1，式中a1、a2表示短軸的外徑和內(nèi)徑，b1、b2表示長軸的外徑和內(nèi)徑，Z表示基部圓形中空節(jié)間橫切面的大??；（5）彎曲應(yīng)力（BS，g·mm-2）=M/Z，BS表示莖稈材質(zhì)的強度。通過上述指標(biāo)，可明確得出稻漁共生水稻抗倒伏能力的強弱以及變化的結(jié)論。

3 深水灌溉對稻漁共生水稻抗倒伏性的影響研究進(jìn)展

水稻莖稈力學(xué)特征一般包括倒伏指數(shù)、全株加在基部節(jié)間的彎矩、折斷彎矩、斷面模數(shù)、彎曲應(yīng)力等。郭相平等[18]研究表明，與常規(guī)灌溉相比，在20 cm半深水灌溉下，水稻莖稈抗折力下降43.69%、莖稈彎曲應(yīng)力下降9.64%、倒伏指數(shù)上升23.6%。在稻漁共生系統(tǒng)持續(xù)一定時間的深水條件下，水稻會產(chǎn)生赤霉素和乙烯等物質(zhì)，促進(jìn)植株節(jié)間伸長，以應(yīng)對深水環(huán)境，進(jìn)而水稻莖稈的形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)特征也會隨之發(fā)生一系列的變化。SETTER等[19]研究認(rèn)為，與莖稈機(jī)械強度關(guān)系密切的解剖結(jié)構(gòu)主要包括維管束數(shù)量、機(jī)械組織厚度、外壁厚細(xì)胞層等。PUIJALONSUP等[20]研究發(fā)現(xiàn)，植物形態(tài)學(xué)特征與解剖學(xué)特征有著密切關(guān)系。郭相平等[18]研究表明，與常規(guī)灌溉相比，在10～16 cm灌溉深度下的水稻莖稈莖壁壁厚降低了90.38%、莖粗降低了36.89%、莖稈橫截面面積減小了96.81%、第二節(jié)間長度增加了61.08%、充實度下降了76.09%。但綜合來看，國內(nèi)尚缺少深水灌溉對稻漁共生水稻抗倒伏性影響方面的系統(tǒng)研究。

4 結(jié)語

稻漁共生綜合種養(yǎng)契合新時代國家綠色發(fā)展的重大需求，對于穩(wěn)糧保供和促進(jìn)農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)村增綠具有突出作用?！掇r(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳關(guān)于規(guī)范稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的通知》（農(nóng)辦漁〔2019〕24號）文件指出，個別地區(qū)或從業(yè)者片面追求經(jīng)濟(jì)利益，忽視社會效益，出現(xiàn)稻漁綜合種養(yǎng)溝坑面積過大、種養(yǎng)環(huán)境不達(dá)標(biāo)、稻米產(chǎn)量偏低、產(chǎn)品抽檢不合格等情況；要以“穩(wěn)糧增收”為根本前提，以“不與人爭糧，不與糧爭地”為基本原則，按照SC/T 1135.1《稻漁綜合種養(yǎng)技術(shù)規(guī)范第1部分：通則》的有關(guān)要求，對溝坑占比和水稻產(chǎn)量等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制。因此，研究深水灌溉條件下稻漁共生水稻的抗倒伏性狀及其機(jī)理，有利于開展優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、高效、抗倒伏水稻品種篩選實踐，提高稻漁共生水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)稻漁共生高質(zhì)量健康發(fā)展。