加氧灌溉对超级稻“深优9516”生长及产量因素的影响研究

张立成，姚帮松，肖卫华，黄晓波，廖龙标

(湖南农业大学 工学院，湖南 长沙 410128)

加氧灌溉能潜在地增加作物产量，因为在作物根区加入氧气使得根功能处于最佳状态，有利于根区微生物的活动和矿物质的运移，最终导致作物生长发育的改善、产量的增加和水份利用效率的增加［1］。Surya［2］发现，水稻生长过程中根区周围的氧气容易被土壤水排出，尤其是生长在重黏土下的水稻，容易造成根区缺氧，影响根的呼吸和生长。Meek［3-4］早在1990年就发现根的呼吸是根的代谢活动的驱动力，根的生长状况直接控制了植株地表上部茎干的生长。张文萍［5-6］认为相对于常规灌溉加氧灌溉促进了烟草旺长期和和现蕾期根系的生长。肖卫华［7］认为加氧灌溉均能平均增加烟草单叶叶面积、总叶叶面积和烟叶总量。加氧灌溉对黄瓜和油菜生长的试验中发现加氧灌溉能有效改变其根系分布，油菜子粒饱满，黄瓜个数增多［8-10］。以上研究都已发现加氧灌溉对某些作物生长产生有利的影响，本试验是在相关学者专家研究的基础上进一步探讨研究加氧灌溉对超级稻生长及产量因素的影响。

1 材料和方法

1．1 试验地概况

试验在湖南农业大学耘园试验基地进行。该地区属于亚热带季风性湿润性气候，年平均温度在16～18℃，年均降雨量1 200 mm左右。试验采用大田试验方法，条件与水稻在普通的大田种植一致。试验土壤为第四纪红土发育的红黄泥。

1．2 试验材料

材料为隆平种业提供的“深优9516”超级稻品种。

1．3 试验设计

试验分3个处理，机械加氧(A组)、化学加氧(B组)、常规栽种(CK组)。机械加氧采用加气泵(通气量20 L/min)通过PVC软管向水稻根部通气，化学加氧采用滴管通过PVC软管滴加双氧水。机械加氧分白天和夜间进行，加氧方式见表1。

表1 机械加氧方式Tab．1 Mechanical oxygenation of super rice

化学加氧为每半个月加1次，分别于7月6日、7月21日，8月6日加氧1次。每次加双氧水浓度均为0．03%，B1组每次加10 mL，B2组每次加20 mL，B3组每次加30 mL。对照组保持浅水层。

1．4 试验设施

试验于2013年6月18日开始播种育秧，7月6日开始移栽至试验大田。每块试验田区面积1．5 m×1 m，将15株秧苗均匀地移栽到试验每块田区中。试验大田分6个机械加氧田区，3个化学加氧田区，和1个对照田区即不做处理的田区，田区与田区间相互隔开。每株秧苗移栽大田之前，在田中均匀埋7个深度为20 cm的网兜，以免后续破坏性试验时将根损伤，导致试验误差。试验大田保持浅水层，除草及防虫害参照当地普通大田栽种的水稻。

本试验在水稻的生长苗期、分蘖期、抽穗期3个阶段分别对根系进行试验研究。苗期茁壮生长水稻分蘖数就多，分蘖数多决定了穗数，水稻穗数又是产量的基础，因此选择这3个阶段对水稻根系进行分析研究。7月14日从大田中每个处理拔出4株水稻，根部用水冲洗取根进行对比分析。根干鲜质量、冠质量用美特乐精准度为0．001 g的电子称称量，根长，株高用游标卡尺和直尺进行测量。通气时长与通气时间间隔采用金科德L12定时器控制。

2 结果与分析

以常规处理CK组作为对照，采用机械加氧处理和化学加氧处理后对超级稻生长过程中株高与常规处理组若干生长农艺性状指标进行比较。采用Excel软件和统计学方法进行分析。超级稻生长过程中的苗期、分蘖期、抽穗期各时期的主要农艺性状见表2，表中数据为各处理组的平均值。

表3 超级稻主要农艺性状Tab．3 Themajor agronom ic traits of chaoji rice

从表2、表3中数据可看出加氧灌溉处理的超级稻若干生长农艺性状中株高、最长根长、根鲜质量、根干质量、株干质量均大于对照组。将超级稻生长的苗期、分蘖期、抽穗期主要农艺性状的平均值生长情况进行比较分析，株高:机械加氧处理组由高到低依次为A4、A6、A2、A2、A1、A5，化学加氧处理组由高到低依次为 B1、B2、B3。最长根长:机械加氧处理组由高到低依次为 A2、A6、A4、A3、A5、A1，化学加氧处理组由高到低依次为B2、B3、B1。根干质量:机械加氧处理组由高到低依次为A2、A3、A4、A5、A6、A1，化学加氧处理组由高到低依次为B2、B3、B1。根湿质量与根干质量指标的变化趋势一致。株干质量:机械加氧处理组由高到低依次为A4、A2、A5、A3、A6、A1。化学加氧处理组由高到低依次为B2、B1、B3。从各处理组的主要农艺性状对比中发现每组都有在某一农艺状中表现突出的特征。这是因为数据大小的比较不能完全反映出某个处理对超级稻生长具有明显的促进作用。如某个处理组的农艺性状仅微大于其他处理组，也有可能是试验检测过程中存在的一些统计误差。但从上述比较中可以反映出水稻生长的整体状况，即加氧灌溉有利于超级稻的生长。机械加氧组中A2组在最长根长和根干质量方面大于其他处理组，A4组在株高和根干质量方面大于其他处理组。化学加氧组中B2组除株高外各个农艺性状均大于其他处理组。

2．1 加氧灌溉对超级稻分蘖期的影响

水稻分蘖是水稻生长发育的一个重要阶段，水稻分蘖实质上就是茎杆的分枝［9］。在一般生长的环境中，水稻的分蘖主要在靠近地表的茎节上发生，该分蘖的茎节叫分蘖节，着生分蘖的稻茎叫分蘖母茎。同一母茎上分蘖最早发生的节位称为最低分蘖节，最上一个发生分蘖的节位称为最高分蘖节［10］。表3列出了各处理组及常规组在超级稻生长分蘖期的总分蘖数，表中的数据均为各处理组的平均值。

表4 超级稻生长过程中的分蘖数Tab．4 The tiller number of super rice process of grow th

超级稻生长过程中加氧灌溉处理A4组在8月2号首先开始分蘖，其余加氧灌溉处理组在A4组分蘖之后都逐渐进行分蘖，而不做任何处理的常规组则在8月10号开始出现分蘖。试验表明，加氧灌溉处理可以促进超级稻提前进入分蘖期。稻茎主茎长出的分蘖为第一次分蘖，己有研究表明分蘖发生的早晚对分蘖的生长发育和成穗与否均有显著影响［11］。一般是分蘖出现越早，蘖位蘖次越低(分蘖是从下而上依次发生)越容易成穗，穗部性状也越好。相反分蘖出现越晚，蘖位蘖次越高，其营养生长期短，叶片数少，成穗的可能性小并且穗小粒少［12-15］。通过加氧处理后使水稻较早发生分蘖，从而间接地提高了水稻的产量。当然分蘖数多而成穗少同样也不能提高水稻的产量。实际上水稻在分蘖后期会出现一些无效分蘖数，无效分蘖数是指从水稻的茎中分蘖出来但是不能成穗的分蘖称作无效分蘖数。下面再通过统计图表来分析超级稻有效分蘖与无效分蘖情况。各处理组及常规组的分蘖数均为该组中的平均数。

图1 不同加氧处理超级稻生长分蘖影响Fig．1 The influence of different oxygenation on super rice

水稻的每一株产量是由其穗数和每穗的实粒数决定，水稻在生长过程中靠不断的分蘖来增加穗数。由图1可知，机械加氧处理A4组有效分蘖数最多，此外加氧处理组的有效分蘖数均要高于常规对照组。再从有效分蘖数占总分蘖数的比值中来进行对比。发现A1组87．0%，A2组91．7%，A3组88．5%，A4 组88．7%，A5 组 85．7%，A6 组 84．6%，B1 组 90．2%，B2 组 88．6%，B3 组 87．5%，CK 组 77．8%。其中A2组的有效分蘖数占总分蘖数最高。

2．2 加氧灌溉对超级稻穗实粒和千粒质量的影响

稻穗实粒数和千粒质量是构成水稻整体产量的两个构成因素，即穗多粒大不空壳水稻产量高。图2、图3中加氧灌溉处理A4组在穗实粒数与千粒质量方面均要表现出明显的优势。从这两个柱状图中发现试验中各处理组超级稻的穗实粒数与千粒质量的比较:由高到低依次为机械加氧处理、化学加氧处理、常规对照。A2、A4在穗实粒数上的增多，这和超级稻在生长期株高与最长根长这两项农艺性状的指标比其他处理组高是相关的。也就是超级稻的若干生长农艺性状直接影响到其产量。

图2 不同加氧处理超级稻穗粒数的影响Fig．2 The influence of different oxygenation on tassels number

图3 不同加氧处理超级稻千粒质量的影响Fig．3 The influence of different oxygenation on 1000-grain weight

3 结论与讨论

作物加氧灌溉前人已做出了一些研究，本试验通过机械加氧与化学加氧两种加氧方式对水稻生长的若干农艺性状进行分析，本试验结果表明增氧灌溉在不同的植物上面所得到的结果不同。前人通过对烟草进行加氧灌溉，发现在烟草生长苗期化学加氧要比机械加氧更能促进根系及株干和烟叶的的生长，而笔者通过试验发现加氧灌溉在对水稻的生长过程中，机械灌溉要比化学加氧对水稻若干生长农艺性状的指标高。这可能是由于水稻是水田作物，而烟草是旱地作物，二者根系生长的环境不同造成的差异。试验中发现机械加氧处理A4组在若干农艺状方面表现出高于其他处理组，A4组是1天只通1次氧气，表明通氧次数并不是越多越好，也不是越少越好。通氧次数多对土壤有扰动不利于根系生长稳定。通氧次数少加氧含量就少，达不到根对氧的需求值。另外一方面超级稻若干生长农艺性状指标高，其对应的千粒质量与穗实粒数也多。这可能是加氧灌溉促进了根系生长，根系生长的强壮又能增强其对营养元素及超级稻所需养分的吸收，进而使超级稻地表上部长势良好，穗实粒数和千粒质量就相应增加。加氧如何促进根系生长的机理有待进一步研究。今后可以从根系对土壤中的微量元素的吸收或者是加氧对微生物生长的影响展开研究，是否有可能是微生物的活动促进了根系生长，这些都是值得进一步研究。此外本试验所有的加氧时间是根据前人研究的经验进行加氧，那么水稻根系是否和其他作物有氧呼吸时间段一致，应再做试验验证并研究其有氧呼吸规律。根据有氧呼吸规律适时适量加氧灌溉，可使加氧灌溉达到更佳效果。

致谢:程峰、蒋鹏、沈维、阮三桂在试验数据测定中给予了帮助，谨致谢意!

［1］陈新明，Jay D，Surya B，加氧灌溉对菠萝根区土壤呼吸和生理特性的影响等［J］．排灌机械工程学报，2011，28(6):543－547．

［2］Surya P B，SU Ninghu，David JM．Oxygation unlocks yield potentials of crops in oxygen-limited soil environments［J］．Advances in Agronomy，2005(88):314-377．

［3］Su N H．Generalisation of various hydrolohical and environmental transporntmodels using the forker-planck equation［J］．Environ Model＆ Software，2004(19):345-356．

［4］Su N H，Midmore D J．Two-phase flow of water and air during aerated subsurface drip irrigation［J］．Journal of Hydrology，2006，30(4):330-765．

［5］姚帮松．调亏灌溉对巴西陆稻IAPAR9生长、生理生态及产量的影响［D］．长沙:湖南农业大学，2006．

［6］张文萍，姚帮松，肖卫华，等．增氧滴灌对烟草农艺性状的影响研究［J］．灌溉排水学报，2013，32(1):142－144．

［7］肖卫华，姚帮松，张文萍，等．加氧灌溉对烟草生长影响规律的研究［J］．中国农村水利水电，2014，2:30-32．

［8］徐欢欢，姚帮松．输气灌溉对大棚秋黄瓜主要农艺性状的影响［J］．华北水利水电学院学报，2011，32(4):32-35．

［9］刘朵朵，姚帮松，张文萍，等．根区供氧对滞水油菜生长特性的影响研究［J］．灌溉排水学报，2013，32(3):128－130．

［10］单提波，魏宏国，王安东，等．稻草还田配施化学氮肥对水稻生长发育、产量和品质的影响［J］．江西农业大学学报，2010，32(2):265-270．

［11］代贵金，华泽田．杂交粳稻、常规粳稻、早稻及籼稻根系特征比较［J］．沈阳农业大学学报，2008，39(5):515-519．

［12］廖迎春，王辉明，樊后保，等．模拟氮沉降对水稻生长、产量及光合特性的影响［J］．江西农业大学学报，2012，34(1):10-15．

［13］熊元基，姚帮松，SU Ninghu，等．不同加氧处理对超级稻种子萌发和幼苗农艺性状的影响［J］．江西农业大学学报，2014，36(2):256-260．

［14］王雪君，姚帮松，罗琳，等．土壤含水量对南荻种子萌发及幼苗农艺性状的影响［J］．江苏农业科学，2014，42(4):287-289．

［15］刘桃菊，唐建军，戚昌瀚．水稻形态的分形特征及其可视化模拟研究［J］．江西农业大学学报，2002，24(5):583-586．