灌溉方式對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)與抗倒性影響的研究進(jìn)展

楊謙 李京詠 戴林秀 竇志 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：1121897444@qq.com；*通信作者：gaohui@yzu.edu.cn）

水稻在我國糧食安全保障體系中占有重要地位。灌溉方式對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和抗倒性及水資源高效利用等均具有重要影響。不同地區(qū)、不同自然條件下的灌溉方式差異明顯。當(dāng)前我國水稻灌溉的主要方式有：1）淹水灌溉，即水稻插秧開始一直保持3～5 cm 水層，黃熟期后自然落干至收割[1]；2）“薄、淺、濕、曬”模式，即返青期淺水、分蘗期2~3 cm 水層、莖蘗數(shù)達(dá)預(yù)期穗數(shù)的80%~90%時就曬田、拔節(jié)至抽穗期3~5 cm 水層、灌漿期干干濕濕的水分管理模式[2]；3）控制灌溉（調(diào)虧灌溉），即保持5～25 mm 水層返青活棵，在之后的各生育期根據(jù)根層土壤含水量及土壤表相，確立灌水時間、灌水次數(shù)和灌水定額的一種灌溉技術(shù)[3]；4）半深水灌溉，即秧苗返青后根據(jù)水稻株高逐步建立20～40 cm 水層，在收割前7～10 d 降低水位的灌溉方式，主要用于稻漁共生種養(yǎng)模式，保障魚、蝦、蟹等水產(chǎn)動物在稻田生長活動所需水分[4]；5）干濕交替灌溉，即在一段時間內(nèi)保持淺水層，自然落干后再復(fù)水，如此往復(fù)[5]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在水稻節(jié)水灌溉與水資源高效利用等方面展開了深入的研究，并取得了多方面進(jìn)展。本文綜述了不同灌溉方式對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和抗倒性影響的研究進(jìn)展，可為水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)綠色高效生產(chǎn)與水資源高效利用提供參考。

1 灌溉方式對水稻產(chǎn)量的影響

水分管理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素有重要影響。吳海兵等[6]比較了淹水灌溉和干濕交替灌溉方式下的水稻產(chǎn)量表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)干濕交替灌溉較淹水灌溉雖降低了水稻有效穗數(shù)，但在結(jié)實期可促進(jìn)同化物向籽粒轉(zhuǎn)運，加速籽粒灌漿，因此顯著提高了千粒重和結(jié)實率，進(jìn)而增產(chǎn)3.48%。覃萬國[7]研究表明，“薄、淺、濕、曬”模式可給水稻創(chuàng)造良好的田間氣候效應(yīng)，有效協(xié)調(diào)了水稻群體與個體發(fā)育，使群體結(jié)構(gòu)合理、個體發(fā)育健壯，獲得比常規(guī)灌溉下更高的穗粒數(shù)和千粒重，從而提高了水稻產(chǎn)量。朱士江等[8]研究了不同節(jié)水灌溉模式對水稻產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量表現(xiàn)為干濕交替灌溉＞控制灌溉＞淹水灌溉。孟憲峰[3]研究發(fā)現(xiàn)，控制灌溉水稻的理論產(chǎn)量比常規(guī)灌溉提高4.6%，實收產(chǎn)量比常規(guī)灌溉提高5.0%～10.0%。陳林榮[4]研究了半深水灌溉對雜交秈稻產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)灌溉相比，半深水灌溉下水稻莖稈常有高位分蘗發(fā)生，消耗了母莖的營養(yǎng)，減少了營養(yǎng)器官同化物向穗部轉(zhuǎn)移，降低了水稻千粒重和結(jié)實率，導(dǎo)致水稻減產(chǎn)5.2%～18.5%。上述研究結(jié)果表明，與淹水灌溉、半深水灌溉相比，“薄、淺、濕、曬”模式、控制灌溉和干濕交替灌溉均能在不同程度上提高水稻產(chǎn)量，同時減少灌溉用水量，降低灌溉成本，提高水資源利用率。而在稻漁共生種養(yǎng)模式下，由于要兼顧水稻生長發(fā)育及魚、蝦、蟹等水產(chǎn)動物在稻田中的生長活動，因此采取半深水灌溉方式。實踐中，宜從選用高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗倒伏水稻品種、提高水稻群體質(zhì)量、合理確定半深水灌溉時期與水層深度等方面入手，降低半深水灌溉對水稻產(chǎn)量形成的不利影響，進(jìn)而實現(xiàn)“水稻不減產(chǎn)、多收一季魚（蝦、蟹）”目標(biāo)。

2 灌溉方式對稻米品質(zhì)的影響

2.1 對加工品質(zhì)的影響

加工品質(zhì)體現(xiàn)了稻谷對加工的適應(yīng)性，主要評價指標(biāo)包括糙米率、精米率和整精米率。蔡一霞等[9]研究得出，當(dāng)間歇灌溉的低限水勢≤-30 kPa 時，整精米率降低8.9%～14.1%，而當(dāng)?shù)拖匏畡轂?15 kPa 時，整精米率則提高0.6%～1.9%。呂艷東[10]也發(fā)現(xiàn)，全生育期進(jìn)行水勢下限-10 kPa 的控水灌溉處理整精米率提高2.3%～5.7%。呂銀斐等[11]研究表明，干濕交替灌溉下整精米率高于淹水灌溉，且堊白粒率和堊白度低于淹水灌溉。黃書勤[12]以龍慶稻21 和綏粳18 為材料研究發(fā)現(xiàn)，相比常規(guī)淹水灌溉，輕干濕交替灌溉可顯著提高供試水稻品種的精米率和整精米率，對糙米率無顯著影響，但重干濕交替灌溉處理結(jié)果相反。趙雪涵[13]研究發(fā)現(xiàn)，控制灌溉的糙米率、精米率及整精米率均顯著高于淹水灌溉?？梢?，與常規(guī)灌溉和淹水灌溉相比，控制灌溉和適宜的干濕交替灌溉可改善稻米的加工品質(zhì)。

2.2 對外觀品質(zhì)的影響

外觀品質(zhì)是決定稻米市場價格的重要性狀，主要評價指標(biāo)包括堊白粒率、堊白度、堊白大小和透明度。劉立軍等[14]以揚稻6 號和武運粳3 號為材料，觀察到在結(jié)實期進(jìn)行輕干濕交替處理（低限土壤水勢-20 kPa）有利于提升稻米透明度，且堊白大小、堊白粒率和堊白度顯著低于常規(guī)灌溉處理，而在重干濕交替處理（低限土壤水勢-40 kPa）下稻米透明度顯著降低，堊白大小、堊白粒率和堊白度均顯著高于常規(guī)灌溉處理。羅炳順等[15]研究表明，與常規(guī)灌溉相比，干濕交替灌溉促進(jìn)了籽粒淀粉合成相關(guān)酶活性及其基因的表達(dá)，提高了籽粒灌漿速率，使籽粒灌漿更加充分，從而減少堊白發(fā)生，改善稻米外觀品質(zhì)。但熊若愚等[16]比較不同灌溉方式下雙季晚秈稻堊白性狀，發(fā)現(xiàn)干濕交替灌溉與常規(guī)灌溉間稻米外觀品質(zhì)差異不顯著，而持續(xù)淹水灌溉下成熟水稻籽粒淀粉體排布緊密，相互之間空隙少，稻米堊白粒率下降13.6%～28.25%，堊白度下降9.1%～29.8%，從而顯著提高稻米的外觀品質(zhì)。李向陽等[17]研究發(fā)現(xiàn)，控制灌溉處理下的稻米堊白度和堊白粒率與常規(guī)灌溉并無顯著差異。綜合而言，與常規(guī)灌溉相比，輕干濕交替灌溉可改善稻米外觀品質(zhì)，重干濕交替灌溉則劣化稻米外觀品質(zhì)，控制灌溉對稻米外觀品質(zhì)影響不大，持續(xù)淹水灌溉可顯著提高稻米外觀品質(zhì)。

2.3 對蒸煮食味品質(zhì)的影響

蒸煮食味品質(zhì)是稻米的主要品質(zhì)性狀之一，主要評價指標(biāo)包括直鏈淀粉含量、膠稠度、糊化溫度、RVA譜特征值和食味值等。黃書勤[12]指出，在干濕交替灌溉條件下，隨著土壤水勢的下降，稻米食味值隨之降低，但直鏈淀粉含量卻呈上升趨勢，同時RVA 譜的最高黏度和崩解值顯著提高。曾凡華[18]認(rèn)為，與常規(guī)灌溉相比，重度干濕交替灌溉能在一定程度上改善田間小氣候，降低水稻群體內(nèi)部濕度，減輕病蟲害發(fā)生，且增強淀粉的合成與積累，因此提高RVA 譜的最高黏度、熱漿黏度和崩解值，改善RVA 黏滯性譜特性。周嬋嬋等[19]研究表明，與淺水層灌溉相比，結(jié)實期輕干濕交替處理可提高稻米的崩解值和最終黏度，降低消減值，改善稻米的食味品質(zhì)。趙雪涵[13]研究發(fā)現(xiàn)，與淹水灌溉相比，干濕交替灌溉降低了稻米的糊化溫度，使米飯蒸煮更容易，從而改善稻米蒸煮品質(zhì)。郭群善等[20]研究表明，灌溉方式與施氮量對稻米食味品質(zhì)的影響存在顯著的互作效應(yīng)，且無論在何種氮素水平下，控制灌溉下稻米的直鏈淀粉含量均顯著低于常規(guī)灌溉，進(jìn)而提高稻米食味品質(zhì)。上述研究表明，相較于淹水灌溉，控制灌溉和干濕交替灌溉可改善稻米蒸煮食味品質(zhì)。

2.4 對營養(yǎng)品質(zhì)的影響

稻米營養(yǎng)品質(zhì)的主要評價指標(biāo)是蛋白質(zhì)含量及其氨基酸組成。彭世彰等[21]研究表明，控制灌溉下稻米蛋白質(zhì)含量比常規(guī)灌溉約提高2.7%。劉建等[22]認(rèn)為，在干旱條件下或土壤含水量低時，糙米中的蛋白質(zhì)含量較高。SONG 等[23]指出，相較于常規(guī)灌溉，輕干濕交替灌溉能增加稻米氨基酸和酚酸含量，降低脂類和生物堿含量，提高稻米營養(yǎng)品質(zhì)。周嬋嬋等[19]發(fā)現(xiàn)，輕干濕交替灌溉顯著提高了必需和非必需氨基酸總量。熊若愚[24]研究得出，間歇灌溉處理下的稻米蛋白質(zhì)含量比常規(guī)灌溉處理降低10.3%～19.2%，不利于稻米營養(yǎng)品質(zhì)的改善。程建平等[25]比較淹水灌溉、間歇灌溉、半干旱栽培和干旱栽培4 種灌溉模式對稻米品質(zhì)影響發(fā)現(xiàn)，隨著稻田灌水量的減少，蛋白質(zhì)含量呈上升趨勢，稻米營養(yǎng)品質(zhì)也隨之上升。由上可知，控制灌溉、輕干濕交替灌溉提高了稻米蛋白質(zhì)含量，但稻米蛋白質(zhì)含量越高則食味品質(zhì)越劣，影響米飯適口性。

3 灌溉方式對水稻抗倒性的影響

水稻抗倒伏能力與莖稈形態(tài)、節(jié)間配置、莖粗與壁厚、莖鞘充實度、基部莖稈解剖性狀和組分密切相關(guān)。彭世彰等[26]發(fā)現(xiàn)，控制灌溉處理下水稻基部第1、第2節(jié)間長度顯著小于常規(guī)灌溉，而基部第1、第2 節(jié)間充實度和莖稈壁厚均高于常規(guī)灌溉，更符合水稻抗倒伏的要求。楊磊等[27]比較了間歇灌溉和淹水灌溉下的水稻抗倒性，發(fā)現(xiàn)與淹水灌溉相比，間歇灌溉下水稻基部節(jié)間粗度增加4.49%～6.99%，干物質(zhì)充實度增加6.29%～9.69%，抗折強度增加11.0%～17.4%，顯著提高水稻莖稈的抗倒伏能力。吳海兵等[6]觀察到，結(jié)實期干濕交替灌溉管理在水稻彎曲力矩上與淹水灌溉管理無顯著差異，但基部3 個節(jié)間的抗折力較淹水灌溉管理提高6.9%～41.6%，倒伏指數(shù)約降低13.2%～17.5%，另外，干濕交替管理下配合合理的鉀肥施用措施可進(jìn)一步提高產(chǎn)量和抗倒伏能力。郭相平等[28]比較了深水淹灌、淺水勤灌、控制灌溉和蓄水-控灌下的水稻莖稈抗倒伏性狀，發(fā)現(xiàn)蓄水-控灌和控制灌溉處理較深水淹灌和淺水勤灌處理更抗倒伏，其原因是蓄水-控灌和控制灌溉處理增強了水稻基部莖稈莖粗、莖壁厚等物理性狀及增加了莖鞘部分干物質(zhì)分配比例，提高了莖稈充實度和機械強度，進(jìn)而增強了抗折力；而水稻地上部鮮質(zhì)量雖有所增加，導(dǎo)致彎曲力矩增大，但低于抗折力提高的幅度，最終倒伏指數(shù)降低，抗倒伏能力增強。鄧環(huán)[29]比較不同灌溉方式發(fā)現(xiàn)，間歇灌溉、淹水灌溉的水稻株高顯著大于半干旱栽培和干旱栽培，說明株高的差異可能與干物質(zhì)積累有關(guān)，水分供應(yīng)不足不僅延長了水稻營養(yǎng)生長階段，還影響了株高的增高。GAO 等[30]探究了半深水灌溉對雜交秈稻莖稈抗倒性的影響，與對照相比，不同時期半深水灌溉處理降低了深兩優(yōu)136、徽兩優(yōu)絲苗、萬象優(yōu)982 基部莖鞘的木質(zhì)素和纖維素含量，同時降低了基部第2 節(jié)間維管束數(shù)量和大小，使莖稈基部節(jié)間抗折力顯著下降，導(dǎo)致倒伏指數(shù)升高、抗倒伏能力下降，不同時期半深水灌溉的效應(yīng)大小因具體品種而異。由此可見，控制灌溉和干濕交替灌溉增強了水稻基部莖稈的充實度和機械強度，進(jìn)而提升了水稻抗倒伏能力，而淹水灌溉和半深水灌溉降低了莖稈基部節(jié)間抗折力，增加了倒伏風(fēng)險。

4 展望

在水資源緊缺的背景下，探求適應(yīng)水稻生長發(fā)育、提高水稻產(chǎn)量、改善稻米品質(zhì)與增強抗倒伏能力的灌溉方式是水稻栽培學(xué)界普遍關(guān)注的問題?！氨　\、濕、曬”模式、干濕交替灌溉、控制灌溉等節(jié)水灌溉方式提高了水資源利用效率，對于實現(xiàn)水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)綠色高效生產(chǎn)具有重要意義。未來應(yīng)加強以下幾個方面的研究：1）因區(qū)域水源條件和土壤保水能力鑒選適宜當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)的灌溉方式；2）培育和篩選特別適宜缺水地區(qū)節(jié)水灌溉方式和稻漁綜合種養(yǎng)半深水灌溉下種植的水稻品種；3）注重灌溉方式與養(yǎng)分管理互作效應(yīng)的研究，通過科學(xué)的水分管理方式提高水稻對肥料的吸收和利用率；4）深化半深水灌溉下水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗倒節(jié)水栽培技術(shù)研究；5）研發(fā)與應(yīng)用適用于水稻大面積生產(chǎn)的智能灌溉技術(shù)等。