鄱陽湖流域主要早稻品種耐淹試驗(yàn)研究

汪西圣，趙新宇，劉方平，朱綠丹，付桃秀，劉繼超

（1.南昌工程學(xué)院，江西 南昌 330099；2.江西省灌溉試驗(yàn)中心站，江西 南昌 330201；3.廣西萬縱建設(shè)工程有限公司，廣西 柳州 545000）

0 引言

洪澇災(zāi)害是我國主要的農(nóng)業(yè)災(zāi)害之一［1，2］，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的影響和危害。鄱陽湖流域是我國的主要水稻產(chǎn)區(qū)之一，根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)近30年數(shù)據(jù)，流域每年4-6月的降水較多，降水量占全年的46.5%。6月份的月平均降水量為218.3 mm，日降水量≥10.0 mm 的平均日數(shù)為11.6 d，日降水量≥25.0 mm的平均日數(shù)為3.7 d，此時(shí)正值早稻的抽穗開花期，易遭受澇災(zāi)，是影響早稻產(chǎn)量的重要原因之一［3］。研究表明，淹水脅迫對(duì)水稻的生長發(fā)育有著明顯的抑制作用。水稻植株在淹水后葉面積指數(shù)LAI逐漸降低，凈光合速率Pn先升高后降低，干物質(zhì)質(zhì)累積量先減小后增大［4］。在水稻的孕穗期，隨著淹水深度和歷時(shí)的加大水稻分蘗的幅度加大，淹水脅迫會(huì)導(dǎo)致水稻減產(chǎn)；水稻在全淹1 d 處理后，SPAD值、產(chǎn)量、千粒重以及結(jié)實(shí)率等指標(biāo)較對(duì)照均有增加，短歷時(shí)淹水后表現(xiàn)出明顯的生態(tài)補(bǔ)償效應(yīng)［5］。為了確定鄱陽湖流域早稻關(guān)鍵生育期（抽穗開花期）的耐淹水深和耐淹歷時(shí)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)服務(wù)，選用流域內(nèi)近期種植的主要4 個(gè)早稻品種進(jìn)行了耐淹試驗(yàn)，研究了不同淹水條件對(duì)早稻產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

鄱陽湖流域面積16.22 萬km2，其中15.67 萬km2位于江西省境內(nèi)，與江西省省域高度重合，占江西國土面積的94%。根據(jù)江西省種子管理局發(fā)布的近5年江西省水稻種植面積資料，選用“泰優(yōu)398”、“株兩優(yōu)171”、“湘早秈45”、“中嘉早17”等4個(gè)江西目前種植的主要早稻品種（種植面積均超過100 萬畝），在水稻對(duì)淹水敏感，而且當(dāng)?shù)亟邓鄬?duì)較多的抽穗開花期進(jìn)行淹水試驗(yàn)。試驗(yàn)在江西省灌溉試驗(yàn)中心站試驗(yàn)基地進(jìn)行，其位于江西省南昌市高田村（116°00′E，28°26′N），屬亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候區(qū)，年平均氣溫17.5 ℃，年平均日照時(shí)間1 720.8 h。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，盆尺寸：長×寬×高=40 cm×30 cm×20 cm。水稻采用移栽方式，每盆均勻栽插6 穴，每穴選定2 株長勢(shì)均勻秧苗進(jìn)行栽插。所有品種于4月4日播種，4月27日移栽，7月14日收割測(cè)產(chǎn)。

試驗(yàn)在水稻受澇試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行，共40 個(gè)可升降平臺(tái)，均可以上下內(nèi)自由移動(dòng)且可固定高度，每個(gè)可升降平臺(tái)上放置3 盆水稻樣品進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)縱剖面如圖1所示。

圖1 水稻受淹區(qū)縱剖面圖（單位：mm）Fig.1 Longitudinal section of flooded area of rice

試驗(yàn)主要針對(duì)5 下旬至6 中旬鄱陽湖流域的雨季進(jìn)行水稻耐淹試驗(yàn)，此時(shí)正值早稻抽穗開花期，是早稻的淹水敏感時(shí)期。淹水池中采用渠道灌溉用水，試驗(yàn)因素設(shè)置2 個(gè)：淹水深度、淹水時(shí)間。淹水深度設(shè)3 個(gè)水平，分別為水稻植株高度的1/2（H1：30 cm）、2/3（H2：40 cm）、3/3（H3：60 cm）；淹水時(shí)間設(shè)3 個(gè)水平，分別為3 d（T1）、6 d（T2）、9 d（T3）。將兩種因素進(jìn)行組合設(shè)9 個(gè)處理，另外設(shè)置一個(gè)參照處理CK（全生育期不淹水），每種水稻共計(jì)10個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目

（1）水稻生長指標(biāo)：在水稻的生長期觀測(cè)其分蘗數(shù)、株高、葉長、葉寬、葉面積。

（2）水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成要素：水稻成熟后，以盆為單位，每個(gè)處理記錄一盆水稻的穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、空粒數(shù)、千粒重以及產(chǎn)量，每個(gè)處理選1盆進(jìn)行實(shí)收測(cè)產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水對(duì)各品種水稻株高的影響

如圖2各品種水稻在不同淹水處理后各處理的株高變化規(guī)律所示，各處理受到淹澇脅迫后株高均高于對(duì)照組。以“泰優(yōu)398”的株高變化為例［圖2（a）］，當(dāng)淹水深度為H1 時(shí)，淹水歷時(shí)每增加3 d，株高較對(duì)照組分別增長6.1%、23.79%、35.99%；當(dāng)淹水深度為H2 時(shí)，淹水歷時(shí)每增加3 d，株高較對(duì)照組分別增長13.77%、31.3%、34.9%；當(dāng)淹水深度為H3 時(shí)，淹水歷時(shí)每增加3 d，株高較對(duì)照組分別增長1.72%、7.2%、12.68%。由此可知，在同一淹水深度條件下，株高隨著淹水時(shí)間的延長而增大。其他品種也表現(xiàn)出類似的規(guī)律，如“株兩優(yōu)171”的H1 及H2 處理、“湘早秈45”和“中嘉早17”的H1 處理，株高均與淹水歷時(shí)呈正相關(guān)。而不同的是，在長淹水歷時(shí)的條件下，部分處理株高不再增長，如“株兩優(yōu)171”的H3T3 處理、“湘早秈”的H2T3 處理等。這說明在適度的淹水脅迫下，水稻的抗逆反應(yīng)促進(jìn)了株高的增長，但隨著淹水脅迫程度的加強(qiáng)，超過了水稻的耐受極限，品種之間的差異取決于各品種水稻的耐淹能力。

圖2 淹水脅迫對(duì)各品種水稻株高的影響Fig.2 Effects of flooding stress on plant height of rice varieties

2.2 淹水對(duì)“泰優(yōu)398”的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

“泰優(yōu)398”水稻在淹水深度H1 且淹水3 d、6 d 的處理?xiàng)l件下出現(xiàn)一定的增產(chǎn)現(xiàn)象，說明該品種水稻對(duì)一定深度的淹水存在較強(qiáng)的適應(yīng)能力。隨著淹水歷時(shí)的延長和深度的增加，在H1T3 處理和H2T2 處理的產(chǎn)量有所下降，不同處理之間的產(chǎn)量產(chǎn)生顯著差異；當(dāng)淹水深度進(jìn)一步加深，H3T1 處理的產(chǎn)量僅為對(duì)照組的44.1%。

從產(chǎn)量構(gòu)成因素方面看（表1），“泰優(yōu)398”淹水深度為H1和H2 處理的穗長均顯著高于對(duì)照，但H3 處理均顯著低于對(duì)照，這說明該品種水稻在一定的淹水條件下存在生態(tài)補(bǔ)償效應(yīng)。除H2T1 處理外，該品種H1 和H2 處理千粒重與對(duì)照組無顯著差異，但完全淹沒的各處理千粒重均顯著低于對(duì)照組。由此可見“泰優(yōu)398”在淹水深度為H1乃至H2 的條件下均有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，但隨著淹水深度的加深，結(jié)實(shí)率和千粒重顯著降低，最終導(dǎo)致產(chǎn)量大幅度減少。

表2 抽穗開花期淹水脅迫對(duì)“株兩優(yōu)171”品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響Tab.2 Effects of flooding stress on yield and components of Zhuliangyou 171 at heading and flowering stage

表3 抽穗開花期淹水脅迫對(duì)“湘早秈45”品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響Tab.3 Effects of flooding stress on yield and components of Xiangzaoxian 45 at heading and flowering stage

表4 抽穗開花期淹水脅迫對(duì)“中嘉早17”品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響Tab.4 Effects of flooding stress on yield and components of Zhongjiazao 17 at heading and flowering stage

2.3 淹水對(duì)“株兩優(yōu)171”的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

品種為“株兩優(yōu)171”的早稻在受到淹水脅迫后減產(chǎn)嚴(yán)重，在H1 深度下，淹水歷時(shí)3 d、6 d 和9d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照組分別減少20.15%、28.43%和38.62%；在H2 深度下，淹水歷時(shí)3、6 和9 d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照組分別減少18.66%、40.16%和37.21%；在H3 深度下下，淹水歷時(shí)3 d 和6 d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照組分別減少18.37%和59.84%。所有處理實(shí)際產(chǎn)量均與對(duì)照組產(chǎn)生顯著差異（P＜0.05）。產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，除H1T1 處理外，各處理秕粒數(shù)均顯著高于對(duì)照；所有處理總粒數(shù)和結(jié)實(shí)率均顯著低于對(duì)照；各淹水處理千粒重均高于對(duì)照。實(shí)驗(yàn)表明，株兩優(yōu)171在淹水脅迫后雖然千粒重有一定程度的增加，但由于總穗粒數(shù)顯著減少以及結(jié)實(shí)率顯著降低，最終導(dǎo)致減產(chǎn)，且隨著淹水深度淹水時(shí)間的增加影響程度增大。

2.4 淹水對(duì)“湘早秈45”的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

“湘早秈45”在H1深度下，淹水3 d 處理實(shí)際產(chǎn)量相較于對(duì)照有一定程度的增產(chǎn)，而同樣是H1 的6 d 和9 d 處理實(shí)際產(chǎn)量與對(duì)照基本一致，無顯著差異，但H2 和H3 深度下的所有處理均較對(duì)照顯著降低。在H2 深度下淹水3 d、6 d 和9 d 處理相較于對(duì)照分別減產(chǎn)24.84%、32.92%和64.72%；完全淹沒條件下減產(chǎn)更為嚴(yán)重，淹水3 d、6 d 和9 d 處理較對(duì)照分別減產(chǎn)40.16%、73.33%和91.32%。產(chǎn)量構(gòu)成方面，H1深度的總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均無顯著差異。除H2T2 處理外，各處理穗長與淹水深度和淹水時(shí)間呈顯著正相關(guān)，淹水處理促進(jìn)了穗長的增長。試驗(yàn)結(jié)果表明，該品種對(duì)一定程度的淹水深度具有適應(yīng)能力，但隨著淹水深度和歷時(shí)的增加，產(chǎn)量顯著減少。

2.5 淹水對(duì)“中嘉早17”的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

“中嘉早17”品種水稻在受淹水深為H1時(shí)，受淹3、6和9 d的產(chǎn)量較對(duì)照分別減少8.14%、19.29%和23.31%；受淹水深為H2時(shí)，受淹3、6 和9 d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照分別減少53.81%、73.50%和67.43%；受淹水深為H3 時(shí)，受淹3、6 和9 d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照分別減少73.81%、90.44%和78.52%。所有處理較對(duì)照之間差異均達(dá)到顯著水平。試驗(yàn)說明，淹水深度和淹水歷時(shí)的增加對(duì)該品種水稻產(chǎn)量的影響增大。各處理秕粒數(shù)均顯著高于對(duì)照，除H1T1 處理外總粒數(shù)均顯著低于對(duì)照，結(jié)實(shí)率和千粒重均顯著低于對(duì)照，有效穗數(shù)與淹水深度H呈極顯著負(fù)相關(guān)（表5）。

表5 淹水時(shí)間和深度與各品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成指標(biāo)的相關(guān)性Tab.5 Correlations of tolerable submergence duration and water depth with yield and the respective compositions of different rice varieties

2.6 淹水累積深度與早稻產(chǎn)量及構(gòu)成指標(biāo)的關(guān)系

淹水累積深度（SFW）與產(chǎn)量及其構(gòu)成指標(biāo)之間進(jìn)行相關(guān)性分析得到表5，公式如下：

式中：hi為第i天的淹水深度，cm；T為淹水歷時(shí)，d。

由淹水時(shí)間和深度與各品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成指標(biāo)的相關(guān)性（表5）可知，各品種的實(shí)際產(chǎn)量與淹水深度H和淹水累積深度SFW之間均達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)水平，與淹水時(shí)間T之間的相關(guān)性均不顯著，說明水稻受淹水深度與淹水歷時(shí)交互作用的影響更嚴(yán)重；除“株兩優(yōu)171”的千粒重和中嘉早的穗長外，其他各品種的各產(chǎn)量構(gòu)成因素與累計(jì)地表水深均達(dá)到負(fù)相關(guān)水平。以實(shí)際產(chǎn)量（Ry）為參數(shù)建立的回歸方程展示了實(shí)際產(chǎn)量與淹水深度（H）、淹水時(shí)間（T）和淹水累積深度（SFW）之間的關(guān)系（表6），綜合考慮各影響因子與水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的相關(guān)性，“泰優(yōu)398”和“中嘉早17”可選取Ry與淹水深度H和淹水歷時(shí)T之間的回歸模型作為該品種水稻抽穗開花期受澇產(chǎn)量損失的預(yù)測(cè)模型；“株兩優(yōu)171”和“湘早秈45”可選取Ry與淹水累積深度SFW之間的回歸模型作為該品種水稻抽穗開花期受澇產(chǎn)量損失的預(yù)測(cè)模型。

表6 淹水脅迫下早稻產(chǎn)量與影響因子之間的回歸關(guān)系Tab.6 Regression relationship between early rice yield and influencing factors under flooding stress

3 討 論

水稻受到淹水脅迫后，生長發(fā)育將受到抑制，淹澇對(duì)根系造成了最直接的危害。氣體交換受阻和土壤因子的改變導(dǎo)致了無氧代謝產(chǎn)生的有毒物質(zhì)和有毒礦質(zhì)離子的積累，從而加速了根系缺氧的傷害［6］；淹澇除對(duì)根系造成直接危害外，對(duì)植株生理代謝也產(chǎn)生了明顯的影響［7，8］。無機(jī)養(yǎng)分在植株體內(nèi)重新分布，總糖量和淀粉酶活性降低，葉片細(xì)胞膜脂過氧化加劇，丙二醛（MDA）升高，離子滲漏量增加，體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)受損，光合作用降低，蒸騰作用減弱，嚴(yán)重時(shí)蛋白質(zhì)分解，原生質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞而致死，這些影響最終表現(xiàn)在產(chǎn)量上。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)淹水脅迫對(duì)不同品種的水稻有著不同的影響［9］。其中“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”兩個(gè)品種經(jīng)淹水處理后產(chǎn)量顯著降低，前人的研究也大都得到相似結(jié)果［10，11］。而“泰優(yōu)398”在淹水深度為H1 和H2 條件下，淹水3 d 時(shí)產(chǎn)量較對(duì)照組有所提升；“湘早秈45”在淹水深度為H1，淹水歷時(shí)3 d 的條件下也出現(xiàn)增產(chǎn)的現(xiàn)象。這表明部分品種水稻對(duì)短歷時(shí)的淹水脅迫有一定的適應(yīng)能力，這與王振?。?2］和王礦［13］等研究一致。產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，“泰優(yōu)398”、“湘早秈45”和“中嘉早17” 3個(gè)品種在抽穗花開期淹水脅迫導(dǎo)致減產(chǎn)的主要原因是有效穗、結(jié)實(shí)率和千粒重的下降［14，15］。而“株兩優(yōu)171”在受到淹水脅迫后雖然千粒重有所增加，但總穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率的顯著降低，最終導(dǎo)致減產(chǎn)，這與周永進(jìn)［16］等研究一致。

以水稻減產(chǎn)不超過10%為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不同品種水稻的耐淹水深和耐淹歷時(shí)存在差異?！爸陜蓛?yōu)171”和“中嘉早17”在抽穗開花期的耐淹水深均為1/2 植株高度，耐淹歷時(shí)均為1～3 d；“湘早秈45”的耐淹水深與“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”相比有所增加，為2/3 植株高度，耐淹歷時(shí)同樣為1～3 d；“泰優(yōu)398”的耐淹能力較強(qiáng)，耐淹水深為2/3 植株高度，耐淹歷時(shí)達(dá)到3～6 d。確定鄱陽湖流域主要水稻品種在抽穗開花的淹水敏感期的耐淹水深和耐淹歷時(shí)的推薦值如表7所示。

表7 各品種水稻的耐淹水深和耐淹歷時(shí)Tab.7 Water depth and duration of submergence tolerance of rice varieties

4 結(jié)論

（1）在抽穗開花期淹水脅迫將促進(jìn)水稻株高的增長，且在適度淹水條件下，株高隨著淹水深度的增加和淹水歷時(shí)延長而增加。

（2）抽穗開花期不同淹水脅迫處理的水稻產(chǎn)量的變化與對(duì)照組存在顯著差異，隨著淹水深度的增加和淹水歷時(shí)的延長，水稻減產(chǎn)愈發(fā)嚴(yán)重。

（3）各個(gè)品種淹水深度和淹水歷時(shí)均與有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重負(fù)相關(guān)。除“株兩優(yōu)171”千粒重略有增加外，不同淹水環(huán)境導(dǎo)致產(chǎn)量減少的主要原因是有效穗、結(jié)實(shí)率以及千粒重的下降。

（4）不同品種的耐淹能力有所不同，4 個(gè)品種“中泰優(yōu)398”的耐淹能力較強(qiáng)，“湘早秈45”次之，“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”對(duì)淹水脅迫響應(yīng)最為敏感。“泰優(yōu)398”在抽穗開花期耐淹水深為2/3 植株高度，耐淹歷時(shí)為3～6 d；“湘早秈45”的耐淹水深為2/3植株高度，耐淹歷時(shí)為1～3 d；“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”的耐淹水深均為1/2植株高度，耐淹歷時(shí)均為1～3 d。