控水灌溉对水稻生长发育的影响

王秋菊，张玉龙，李明贤，赵宏亮，迟力勇，王立志

（1.沈阳农业大学土地与环境学院，沈阳 110161；2.黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所，哈尔滨 150086）

水稻是我国重要的粮食作物，其播种面积和总产量分别占全国粮食作物的33%和40%。黑龙江省是我国粳稻生产基地，所产稻米在全国乃至世界稻米市场占有举足轻重的地位。近年来，随着黑龙江省水稻面积的扩大，用水量不断增加，引发了水稻发展与有限水资源之间的矛盾，水田节水问题越来越引起人们的广泛关注。水稻的生长，水是关键，但长期淹灌对水稻的生长发育是不利的[1-2]，水稻的产量并不随着灌溉水量的增加而明显增加，适当的进行水分亏缺调控，对于促进群体的高产更有效[3-5]。目前我国生产上已经利用的水稻节水种植技术有节水灌溉（浅湿晒模式、间歇淹水、半干旱栽培、蓄雨型）、旱育秧、覆膜栽培、水稻旱种和旱稻栽培技术等[6-7]。但通过土壤水势作为水田灌水标准目前研究的很少，本试验是在黑龙江省水田以长期淹灌为主要灌溉模式的前提下，以土壤水势为灌水指标研究控水灌溉对水稻生理特性及产量的影响，为黑龙江省推行节水灌溉技术提供理论依据，以达到节约农业用水，缓解水资源危机的目的。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种为绿洲2号（由庆安水利实验站提供）。试验地点设在庆安水利实验站，试验地土壤类型为白浆化黑土，土壤pH 6.87，有机质42.6 g·kg-1，碱解氮 186.4 mg·kg-1，速效磷 33.9 mg·kg-1，速效钾153.2 mg·kg-1。

1.2 试验设计

本试验采用单因素重复设计，设3个处理，分别为控灌处理Ⅰ、控灌处理Ⅱ和常规灌溉（CK），控灌处理Ⅰ和控灌处理Ⅱ以土壤水势为-20、-10 kPa为控水下限，以长期淹水灌溉为常规处理。控灌处理的方法为在水稻返青后，用负压式真空表监测土壤水势，当土壤水势达到-20、-10 kPa时进行灌溉，记录灌水定额，若遇降雨则蓄水深度不超过5 cm，多余部分及时排出。本试验于2008年4月15日播种，5月28日插秧，插秧规格为40.0 cm×16.5 cm，施用肥料为氮肥、磷肥和钾肥，纯氮135 kg·hm-2，纯磷69 kg·hm-2，纯钾 81 kg·hm-2，氮肥各时期施用比例为基肥：分蘖肥：穗肥=1：1：1，磷肥作基肥用，钾肥作基肥和穗肥各50%，各处理及CK施肥量一致。每处理3次重复，共9个小区，小区面积200 m2。

1.3 测定方法

在水稻成熟期各小区取样，每小区取3点，每点1 m2，风干后考种，测有效穗数、穗实粒数、千粒重和产量。

叶绿素含量测定采用日本产SPAD型叶绿素计于水稻移栽后22 d开始，每隔7 d测定一次叶片（抽穗前测定心叶以下1叶，抽穗后测定剑叶）的叶绿素含量。各小区每次测定20片叶片，每叶片测定上、中、下部3点，取平均值[8]；植株叶面积采用CI叶面积仪测定，在水稻移栽后30 d开始，每隔15 d各处理取5穴（每穴的茎蘖数为当时各处理每穴的平均茎蘖数）测定叶面积指数[9]；植株干物质重的测量是将测定完叶面积的植株取回清洗，将植株放到烘箱内105℃杀青10 min后，再于80℃烘干到恒重，测其干重。

分蘖动态调查，在水稻移栽后10 d开始，每个小区定点20株，每隔7 d田间定点调查，记录分蘖个数，直至抽穗期。

2 结果与分析

2.1 控水灌溉条件下水田用水量调查

控水灌溉能够节约水田用水量，从表1可以看出，水稻各生育期灌水量不同，说明水稻不同生育期需水量有差异。控水灌溉各处理的用水量是根据土壤水势来调控的，使土壤处于干湿交替状态。从总体灌水量（不包括天然降水）来看，控灌处理Ⅰ和Ⅱ的总灌水量基本相同，常规灌溉各时期灌水量均较大，通过方差分析，水稻各生育时期各处理间差异达极显著水平，控灌处理比常规灌溉每亩节省灌水100 m3左右。常规灌溉用水量较多，过多的水不仅不能被水稻植株利用，而且易造成H2S毒害，影响水稻正常生长发育，同时，水稻抽穗后期田间长期淹水，植株茎基部发软，支持力弱，水稻易倒伏，且过多的水分会造成水资源浪费。

表1 水稻生育期灌溉水量调查Table 1 Irrigation water survey in different growth period of rice (m3)

2.2 控水灌溉对水稻分蘖动态的影响

从图1可以看出，水稻茎蘖数在分蘖前期呈上升趋势，中期达最高，末期稍有下降，控灌处理Ⅱ水稻分蘖高峰要提前于常规灌溉2～3 d，而控灌处理Ⅰ的水稻茎蘖数低于常规灌溉处理。而且，其分蘖高峰拖后，可能是由于控灌处理Ⅰ控水程度较大，抑制了水稻分蘖，最终水稻有效茎蘖数以控灌处理Ⅱ最高，茎蘖数高于常规处理3.2个。

图1 不同控水处理对水稻茎蘖数的影响Fig．1 Effect of different control water treatments on number of rice stem and tiller

2.3 控水灌溉对水稻叶绿素含量的影响

从图2可以看出，6月27日前，常规灌溉处理的水稻叶绿素含量高于控灌处理Ⅰ和控灌处理Ⅱ，从7月4日开始，控灌处理水稻叶绿素含量高于对照，以控灌处理Ⅱ水稻叶绿素含量最高，控灌处理Ⅰ的叶绿素含量低于控灌处理Ⅱ，水稻叶绿素整体变化趋势先升高后降低。从表2方差分析检验中可看出，仅在7月11日各处理间叶绿素含量差异显著，其他调查时间差异不显著。

图2 不同控水处理对水稻叶绿素含量的影响Fig.2 Effect of different control water treatments on chlorophyll content of rice

2.4 控水灌溉对水稻叶面积指数的影响

从图3可以看出，水稻叶面积指数的变化趋势随水稻生育进程先上升后下降，在水稻成熟期水稻叶面积指数最小，水稻叶面积指数以常规灌溉处理叶面积指数最大，其次是控灌处理Ⅱ，控灌处理Ⅰ的水稻叶面积指数最小。不同处理间水稻叶面积指数差异达显著甚至极显著水平（见表2）。

图3 不同控水处理对水稻叶面积指数的影响Fig.3 Effect of different control water treatments on leaf area index of rice

2.5 控水灌溉对水稻干物质的影响

不同控水处理水稻的不同部位干物质积累量存在一定差异，从表3中可看出，控水处理Ⅰ、Ⅱ水稻植株叶、茎的干物质量在不同调查时期均低于常规灌溉处理，仅8月28日控灌处理Ⅱ茎干物质量稍高于常规灌溉处理；而根干物质积累量控水灌溉处理Ⅰ、Ⅱ要高于常规灌溉处理，说明控水灌溉、适当造成土壤水分胁迫有助于根部的生长发育；在对穗部干物质积累的调查过程中发现，前期各处理穗部干物质积累量差异小，到后期各处理干物质积累量差异较大，控灌处理Ⅱ要高于常规灌溉处理6.45 g·m-2，高于控灌处理Ⅰ11.95 g·m-2。

表2 叶绿素含量及叶面积指数方差分析Table 2 Analysis of variance on chlorophyll content and leaf area index of rice

表3 不同控水处理下水稻干物质平均值与标准差Table 3 Mean and standard deviation of rice dry matter on different control water treatment （g·m-2）

2.6 控制灌溉对水稻产量的影响

从表4中可看出，控灌处理Ⅱ的水稻植株有效穗数、穗实粒数、千粒重和产量要高于控灌Ⅰ和CK，而且通过对数据进行方差分析，结果表明每穴有效穗数、穗实粒数和产量各处理间差异显著，其中水稻穗实粒数及产量方差分析达显著水平。千粒重各处理间差异不显著。控灌处理Ⅰ的产量、每穴有效穗数、结实率则低于对照，说明只有适当的控水才能够提高水稻的有效分蘖，增加穗实粒数及水稻千粒重，提高水稻产量。相反，过度控制灌水量则影响水稻的生长发育，降低产量。

表4 水稻产量调查分析Table 4 Survey and analysis of rice yield

3 讨论与结论

由于水分管理不同，不同控灌处理条件下水稻生长发育和产量形成发生了较大改变。

3.1 不同控灌处理对水稻茎蘖数的影响

不同控灌处理影响水稻茎蘖数，本试验控灌处理Ⅱ的茎蘖数均高于常规灌溉处理，这可能是由于控水灌溉稻田水层浅或没有水层，可以接受阳光直射，提高地温，促进分蘖，而控灌Ⅰ在前期分蘖低于其他处理，可能是由于水分胁迫程度大，土壤水分不能满足水稻生长发育所需水分，因此抑制了水稻分蘖。

3.2 不同控灌处理对水稻叶绿素含量的影响

叶绿素是作物进行光合作用的主要物质基础，在不同栽培条件下，叶绿素含量既表明作物生长状况，又表明作物的生产能力，也是叶片功能持续期长短的重要标志，延长叶片功能期和寿命可提高光合速率和作物的产量[10]，控灌处理水稻叶绿素含量要低于常规灌溉处理，说明干旱胁迫抑制了植株叶绿素的合成，这与江立庚等研究结果一致[11]。

3.3 不同控灌处理对水稻叶面积指数、干物质重量及产量的影响

控水灌溉降低了植株叶面积指数及植株地上部干物质重量，增加了植株地下部干物质重量，节水灌溉的根干物质量明显高于淹灌的，这是因为不同的灌溉方式影响水稻根系的数量、形态和分布深度，这与刘晗研究结果一致[12]，据赵俊芳等研究表明[13]，水分胁迫利于诱导根系产生更多数量的二级侧根与三级侧根，节水灌溉条件下有利于根系下扎，以便吸收更多水分满足地上部分的蒸腾需求，同时分蘖期和拔节孕穗期形成的发达根系能够为生殖生长打下良好基础，能够提高根系在土壤中的吸水能力，以满足地上部生长发育的需要，但控水程度较大，超过植株生长发育所需水分，会使水稻生长发育不良，造成水稻减产[14]，适当控水形成土壤干湿交替状态，有助于提高地温，促进分蘖，提高水稻产量，本试验控灌处理比常规灌溉每亩节水100 m3左右，增加水稻产量11.04%。

[1]杨守仁.水稻半水生性讨论[M].北京∶农业出版社,1989∶1-12.

[2]陈国林.水稻节水灌溉的生理生态效应研究[J].江西农业大学学报,1996,18(2)∶160-162.

[3]邢春秋,王来福,马艳.水稻节水控制灌溉技术试验总结[J].垦殖与稻作,2005(4)∶24-25.

[4]迟道才,林文华,朱庭芸,等.水稻节水灌溉技术研究现状与发展趋势[J].垦殖与稻作,2003(5)∶39-41.

[5]迟道才,张玉龙,夏桂敏,等.水稻节水高产灌溉模式及土壤水分能量调控标准研究[J].灌溉排水学报,2003,22(4)∶39-42.

[6]孙东伟,于海英.黑龙江垦区水稻节水控制灌溉技术效果分析[J].东北农业大学学报,2008,39(9)∶104-107.

[7]杨丽敏.间歇灌溉对水稻生长发育及产量性状的影响[J].北方水稻,2008(3)∶68-69.

[8]徐国伟,吴长付,刘辉,等.麦秸还田及氮肥管理技术对水稻产量的影响[J].作物学报,2007,33(2)∶284-291.

[9]蔡武城,袁厚积.生物常用化学分析法[M].北京∶科学出版社,1982∶15-16.

[10]王贺正,马均,李旭毅,等.水分胁迫对水稻结实期一些生理性状的影响[J].作物学报,2006,32(12)∶1892-1897.

[11]江立庚,曹卫星,姜东,等.水稻叶氮量等生理参数的叶位分布特点及其与氮素营养诊断的关系[J].作物学报,2004,30(8)∶745-750.

[12]刘晗.节水灌溉对水稻根系干物质量和含氮量的影响[J].山东农业科学,2009(3)∶19-21.

[13]赵俊芳,杨晓光,陈斌,等.不同灌溉处理对旱稻根系生长及水分利用效率的影响[J].中国农业气象,2004,25(4)∶44-48.

[14]肖新,邓艳萍,李英峰,等.水分胁迫对水稻生理特性和产量的影响[J].安徽农业科学,2009,37(8)∶3395-3398.