控制灌溉對水稻生長性狀及產(chǎn)量的影響

馬文慧，孫書洪，2*，韓曉楠，薛鑄，2

（1.天津農(nóng)學院水利工程學院，天津 300384；2.天津市農(nóng)業(yè)水利技術工程中心，天津 300384）

天津市水稻種植歷史悠久，目前水稻年種植面積已達6 萬hm2以上[1]。水稻為一種喜濕耐淹作物，生育期內(nèi)需要消耗大量水分，水資源不足是制約水稻種植的主要瓶頸[2]。天津市干旱缺水嚴重，用于水稻灌溉的水資源量十分有限。此外，水稻不同生育階段對水分的需求不盡相同，長期處于淹灌狀態(tài)會導致根層土壤環(huán)境惡化，不利于水稻根系呼吸和發(fā)育，對水稻生長發(fā)育造成一定的負面影響[3]。研究表明，適宜的節(jié)水灌溉技術對水稻增產(chǎn)具有促進作用[4，5]。水稻全生育期適當控制灌溉，不僅可使水分利用效率提高，還可使水稻植株和根系長勢更好，產(chǎn)量明顯提高，能夠達到節(jié)水高產(chǎn)的目的[6]。水稻控制灌溉較淹水灌溉可節(jié)約用水14.6%，控制灌溉處理下水稻根系的吸氧能力得到明顯改善，有效分蘗數(shù)增加，產(chǎn)量提高7.8%[7]。津原89 為耐鹽堿性強的水稻品種，具有耐旱、抗倒伏、高產(chǎn)、高品質(zhì)等優(yōu)點，目前已成為京津冀地區(qū)面積較大的主栽品種之一，也為天津小站稻高產(chǎn)起到了重要的支撐作用。而截至目前，有關天津濱海地區(qū)控制灌溉對該品種生長性狀以及產(chǎn)量的影響研究鮮有報道。對不同灌溉處理下水稻的生長性狀及產(chǎn)量進行研究，旨為水稻節(jié)水高產(chǎn)技術的制訂提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020 年5～10 月在天津市濱海地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究中心試驗站進行。基地位于天津市靜海區(qū)團泊鎮(zhèn)，屬河道沖積平原地區(qū)，每年降雨多集中在7～8月；不同深度的土壤基本性狀略有不同（表1）。

表1 試驗地土壤的基本性狀Table 1 Basic characteristics of soil in the test site

1.2 試驗材料

參試水稻品種為津原89。水稻全生育期劃分為苗期、返青期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期和黃熟期。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 試驗測坑規(guī)格為1.2 m×0.9 m×1.0 m，每測坑栽插水稻24穴，6 株/穴，行距30 cm，穴距15 cm。各小區(qū)在返青期均保持薄水層返青活棵；進入返青期后，采取不同的灌溉方式處理，試驗灌溉方式設控灌1、控灌2、控灌3 和淹灌（CK）4 個處理（表2），3 次重復。每隔2 d 用PR2 土壤水分速測儀測定1 次土壤含水量，灌水前和降雨后加測。采用水表計量灌水量，并記錄灌水日期、水表讀數(shù)和灌水次數(shù)。

表2 不同灌溉處理土壤水分控制的上下限Table 2 Upper and lower limits of soil moisture control under different irrigation treatments

2020 年5 月24 日插秧，10 月8 日收獲，水稻全生育期137 d。肥料采用尿素（N 含量46%）和復合肥（N、P2O5、K2O 含量分別為24%、20%和10%），施肥時間和施肥量（表3）與當?shù)厣a(chǎn)一致。

表3 施肥時間和施肥量Table 3 Fertilization time and amount

1.3.2 測定項目與方法 每測坑選擇有代表性的5 穴進行標記，測定株高和分蘗數(shù)。其中，株高每7 d 測量1 次；分蘗數(shù)在分蘗初始期每4 d 統(tǒng)計1 次，分蘗高峰期每2 d 統(tǒng)計1 次。水稻收割前，統(tǒng)計有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和空粒數(shù)；水稻成熟后，每處理單獨收獲并測產(chǎn)，統(tǒng)計千粒重，計算灌溉水利用效率：

式中，WUE 為灌溉水利用效率（kg/m3）；Y 為產(chǎn)量（kg/hm2）；IRR為灌溉水量（m3/hm2）。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析 采用Microsoft Excel 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并繪制圖表；采用SPSS 26.0 軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 控制灌溉對水稻株高的影響

缺水是制約水稻生長發(fā)育的主要因子之一，植株生長對土壤水分虧缺反應敏感，其中株高反應尤為強烈。

不同的灌溉處理下，水稻株高變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)增加后降低的變化，表現(xiàn)為分蘗期至乳熟期呈逐漸增加趨勢，乳熟期達到最高，之后略有降低（圖1）。水稻整個生育期，不同灌溉處理的株高順序均為控灌3＜控灌2＜控灌1＜淹灌。表明控制灌溉在一定程度上對水稻的株高生長起到了抑制作用，且這種作用貫穿于整個生育期。

圖1 控制灌溉對水稻株高的影響Fig.1 Effect of controlled irrigation on rice plant height

2.2 控制灌溉對水稻分蘗數(shù)的影響

不同的灌溉處理下，水稻分蘗數(shù)變化趨勢基本一致，均呈先增加后降低的變化，表現(xiàn)為返青期至分蘗后期呈逐漸增加趨勢，分蘗后期達到最高，此時指標值順序為淹灌＞控灌1＞控灌2＞控灌3；之后分蘗數(shù)呈逐漸降低趨勢，其中控灌1 和控灌2 處理降低緩慢，淹灌處理降低最快，最終，控灌1 處理的分蘗數(shù)最多，控灌2 與淹灌處理相當，控灌3 的分蘗數(shù)最少且＜淹灌處理（圖2）。

圖2 控制灌溉對水稻分蘗數(shù)的影響Fig.2 Effect of controlled irrigation on number of tillers of rice

控灌1、控灌2、控灌3 處理的有效分蘗率分別為87.7%、86.6%和84.1%，均明顯＞淹灌處理（75.0%）。分析原因認為，淹灌處理下水稻整個生育期均處于淹水狀態(tài)，根部通氣性差，阻礙了根系發(fā)育和吸收更多養(yǎng)分，導致無效分蘗數(shù)增多，最終有效分蘗率最低；而控灌處理可不同程度地抑制無效分蘗，增加有效分蘗，從而分蘗成穗率提高。

2.3 控制灌溉對水稻產(chǎn)量及其構成因素的影響

不同的灌溉處理下，水稻穗長順序為控灌1＞控灌2＞控灌3＞淹灌，其中控灌1 與控灌2 處理差異不顯著，但二者均與淹灌處理差異達到了顯著水平，表明控灌1 和控灌2 處理可明顯促進穗長生長；有效穗數(shù)順序為控灌1＞控灌2＞淹灌＞控灌3，其中控灌1 與控灌3 處理差異達到了顯著水平，但不同控制灌溉處理與淹灌處理差異均不顯著，表明控灌1 和控灌2 處理可促進有效分蘗數(shù)增加；穗粒數(shù)和千粒重順序均為控灌1＞控灌2＞控灌3＞淹灌，結實率順序為控灌1＞控灌2＞淹灌＞控灌3，但差異均不顯著，表明控制灌溉對穗粒數(shù)、千粒重和結實率影響均不明顯，其中控灌1 和控灌2 效果較好，有利于穗粒數(shù)、千粒重和結實率的增加；產(chǎn)量順序為控灌1＞控灌2＞淹灌＞控灌3，其中控灌1 與控灌2 處理差異不顯著，分別較淹灌處理增產(chǎn)8.5%和4.14%（表4），表明控灌1 與控灌2 處理的產(chǎn)量相當，均有利于水稻增產(chǎn)?？毓? 和淹灌處理的產(chǎn)量較低，原因可能是水分過低或過高抑制了養(yǎng)分的吸收和利用，進而影響產(chǎn)量的提高。而控灌1 和控灌2 處理的產(chǎn)量相對較高，與適當控制灌溉后有效減少了水面蒸發(fā)，土壤通透性較好，更利于養(yǎng)分吸收有關。總體來看，控灌1 處理效果最好，控灌2 處理次之，均能夠提高水稻產(chǎn)量及其構成因素水平，但二者所有指標差異均不顯著。

表4 控制灌溉對水稻產(chǎn)量及其構成因素的影響Table 4 Effect of controlled irrigation on yield and its components of rice

2.4 控制灌溉對水稻灌水量和灌溉水利用效率的影響

不同的灌溉處理下，水稻灌水量順序為控灌3＜控灌2＜控灌1＜淹灌，控制灌溉處理較淹灌處理節(jié)約用水15%～21%；灌溉水利用效率為控灌1＞控灌2＞控灌3＞淹灌（表5）。淹灌處理水稻灌水量最大，而產(chǎn)量并非最高，導致該處理下灌溉水利用效率最低。控灌3 處理的節(jié)水效果最好，但產(chǎn)量低于淹灌處理，因此灌溉水利用效率也不高。適當控制水分的控灌1 和控灌2 處理灌溉水利用效率較高，尤以控灌1 的效果最好。

表5 不同灌溉處理的灌水量及灌溉水利用效率Table 5 Irrigation amount and irrigation water use efficiency of different irrigation treatments

3 結論與討論

在水稻生長過程中進行適當?shù)乃终{(diào)控，能夠促進水稻對營養(yǎng)成分的吸收，進而對水稻生長特性有著至關重要的影響[8]。郭相平等[9]研究表明，與淹灌相比，節(jié)水灌溉對水稻株高生長起到了一定的抑制作用，但可提高有效分蘗率和成穗率；劉江彪等[10]研究發(fā)現(xiàn)，整個生育期節(jié)水灌溉的水稻株高均低于淹灌，水稻分蘗數(shù)均呈先增加后減少的趨勢，水分狀況的調(diào)節(jié)僅僅是影響了增加或減少的幅度，從而影響有效分蘗率和成穗率。本研究也發(fā)現(xiàn)，不同的灌溉處理下，水稻株高生長趨勢基本一致，返青期至抽穗開花期為株高增長迅速期，而后趨于穩(wěn)定；控制灌溉處理的株高低于淹灌處理。在水稻增長關鍵期控水嚴重，對株高生長有一定的抑制作用；分蘗中期之后，淹灌處理的分蘗數(shù)最高，控灌3 處理的最低，分蘗后期至黃熟期分蘗數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，控灌處理的分蘗數(shù)降低程度明顯低于淹灌，說明控灌能夠抑制水稻無效分蘗，提高成穗率。

適宜的水分脅迫下水稻無效分蘗減少，有效穗數(shù)增加，結實率相對淹灌也有所增加，從而有助于產(chǎn)量的提高[11～13]。孟翔燕等[14]研究表明，淹灌、控制灌溉與淺濕灌溉處理的水稻生長性狀變化趨勢一致且差異不大，在水稻不同生育期進行適當?shù)乃挚刂疲粌H能提高灌溉水分生產(chǎn)效率，還能提高產(chǎn)量。劉艷等[15]研究表明，干濕交替灌溉在水稻生長后期更利于同化物的輸出，進而促進組成產(chǎn)量的各項指標達到最優(yōu)狀態(tài)。本研究結果表明，不同的灌溉處理對水稻產(chǎn)量影響較大，其中，適當控制水分的控灌1 和控灌2 處理分別較淹灌處理增產(chǎn)8.50%和4.14%，而水分脅迫嚴重的控灌3 處理減產(chǎn)2.28%。

在作物生產(chǎn)上，適當控水可以達到節(jié)水、增效的目的。本研究結果表明，控灌處理較淹灌處理節(jié)水15%～21%，其中控灌3 處理最省水，但產(chǎn)量最低。適當控制土壤水分條件的控灌1 和控灌2 處理，產(chǎn)量均較高且差異不顯著，灌溉水利用效率也相近。綜合分析認為，控灌2 處理效果最好。