不同生育期干旱胁迫对双季稻产量及水分利用效率的影响

钱银飞，关贤交，邵彩虹，邱才飞，陈先茂，陈 金，谢 江，邓国强，彭春瑞

(江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所/农业部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室/国家红壤改良工程技术研究中心，江西 南昌 330200)



不同生育期干旱胁迫对双季稻产量及水分利用效率的影响

钱银飞，关贤交，邵彩虹，邱才飞，陈先茂，陈 金，谢 江，邓国强，彭春瑞*

(江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所/农业部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室/国家红壤改良工程技术研究中心，江西 南昌 330200)

摘要：通过盆栽试验，研究了不同生育期干旱对双季稻产量及其水分利用效率的影响，结果表明：所有干旱处理的产量均低于CK，各生育阶段的双季稻产量均随着土壤干旱的加剧而下降严重，而蒸发蒸腾量反之。双季超级稻产量和水分利用效率受干旱影响敏感程度排序表现出相同的变化趋势，早稻：拔节孕穗期>有效分蘖期>抽穗开花期>无效分蘖期>乳熟期，晚稻：拔节孕穗期>抽穗开花期>有效分蘖期>乳熟期>无效分蘖期。

关键词：双季超级稻；干旱胁迫；产量；水分利用效率

水稻是典型的沼泽作物[1]，生长期中绝大部分时间需要水层，田间耗水量很大。干旱缺水会对水稻生长产生较大的不利影响。我国南方是典型的双季稻区[2]，双季稻是该区主要灌溉作物，为保障我国粮食安全做出了巨大贡献。南方雨量虽充沛但分布不均，在双季稻生长季节常会遭遇长短不同的干旱天气，造成不同程度的旱害和歉收。受全球气候变化影响，我国南方地区的旱灾呈现频繁和加剧的趋势，对双季稻生产造成极大危害。因此研究双季稻的旱害及抗旱栽培对稳定南方双季稻产量和开展节水灌溉具有重要意义。

水稻在不同生育期对干旱的反应不同，抗旱性也随着个体发育的进程而发生变化[3-4]。研究水稻在发育进程过程中对干旱的反应及其抗旱性的变化，分析旱灾在不同生育期对水稻生长发育的影响，有助于敏感时期的确定，有利于在生产当中针对性地制定抗旱、防旱措施，同时对于提高水资源的利用效率，减少季节性干旱对水稻生长的不利影响，对促进双季稻的持续丰产、稳产具有重要作用。关于水稻不同生育期干旱对水稻影响，国内外学者开展了大量的研究工作[5-10]，也得出了许多重要的结论。周广生等[5]研究认为，分蘖盛期轻度干旱，可增加地上部分干物质积累量，提高产量；王成瑗等[6]研究认为,分蘖期干旱导致有效穗数降低过多而显著降低产量。赵正宜等[7]则认为，分蘖初盛期水稻受到短期水分轻度亏缺，对水稻产量的影响并不十分严重；汪妮娜等[8]研究认为，在抽穗扬花期轻度干旱造成的减产不显著，但是重度则减产显著。也有研究[7]认为孕穗至抽穗开花期，干旱的时间长短和程度高低，产量会有不同程度的影响；灌浆乳熟期，除严重的干旱外，对产量的影响不会十分明显。郑家国等[9]认为水稻齐穗后25 d内是水稻产量形成的关键时期，这一时期干旱缺水，将严重降低稻谷产量；齐穗25 d以后断水，对产量的影响减弱；Boonjung等[10]指出，营养生长期的干旱胁迫对水稻产量的影响小，在幼穗分化期的干旱胁迫则减产幅度最大。由此可见，由于试验地点、品种、土壤类型、水分处理(干旱历期、处理方式和程度)的不同而众说纷纭，各有见地。本研究立足南方双季稻，通过盆栽试验，采取严格的水分控制，控制相同的干旱历期，研究了不同生育期干旱胁迫对双季超级稻产量及水分利用效率的影响，以期为南方双季稻节水抗旱提供理论和实践依据。

1材料与方法

1.1试验地点及品种

试验于2013～2014年在江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所玻璃网室内进行。大田育秧；早稻4月10日播种，4月30日移栽至盆钵；晚稻6月20日播种，7月25日移栽至盆钵，移栽秧苗生长基本一致。塑料盆规格：直径25 cm，高30 cm，盆钵内装过筛的耕作层土约18 kg，土壤为红壤土，质地黏性，土壤肥力为pH值5.32，碱解氮144 mg/kg、速效磷33.5 mg/kg、速效钾76.5 mg/kg。早稻移栽前每盆施尿素2.0 g，氯化钾0.88 g，钙镁磷肥3.8 g；晚稻用肥量为早稻的1.25倍。早稻供试品种为超级杂交稻品种金优458，江西省农科院水稻所育成，2009年被审定为超级稻。晚稻为淦鑫688，江西农业大学育成，2008年被审定为超级稻。

1.2试验设计

水稻移栽后7 d，盆内保持浅水层活棵，水稻黄熟后盆内断水收获。在栽后8 d至水稻黄熟期，将水稻生育期分成5个阶段：有效分蘖期(S1)、无效分蘖期(S2)、拔节孕穗期(S3)、抽穗开花期(S4)、乳熟期(S5)；每个生育期分别进行3种不同程度的土壤干旱处理：轻度干旱(L，下限的土壤含水率为饱和含水率的85%)、中度干旱(M，下限的土壤含水率为饱和含水率的70%)、重度干旱(H，下限的土壤含水率为饱和含水率的55%)。每个生育期处理7 d后复水。除水分处理时期外，各处理其余时间均采用浅水充分灌溉。全生育期以常规浅水充分灌溉作为对照(CK，饱和含水率)。每处理5盆，每盆3穴，每穴2苗。全程采用量筒精确计量每次加水量，利用称重法结合英国产WET-2型土壤三参数仪测定土壤含水率来监测土壤5 cm处土壤水分的变化。在水分处理期利用称重法进行加水操作，以控制各盆的土壤含水量在很小范围内波动。

1.3测定内容与方法

成熟期各处理实收计产，分盆计穗数，晒干，脱粒计产，以清水漂选谷粒，分别计数实粒数与秕粒数，计算实粒千粒重。水分利用效率(WUE)是指每消耗1 mL水所形成的籽粒产量Y(mg),单位为mg/mL或kg/m3。

1.4数据分析方法

数据处理和统计分析采用Excel 2003和DPS 7.05完成。

2结果与分析

2.1不同生育期干旱对双季超级稻产量的影响

不同生育期土壤干旱对双季超级稻产量的影响见图1。所有干旱处理的产量均低于浅水充分灌溉(CK)。各生育阶段的双季稻产量均随着土壤干旱的加剧而下降幅度增大。早稻受干旱影响排序为S3>S1>S4>S2>S5，晚稻受干旱影响排序为S3>S4>S1>S5>S2。

图1　不同生育期干旱对双季超级稻产量的影响

分析不同生育期干旱程度与产量关系可知(表1)。除晚稻S3和S4期外，土壤含水率和产量呈直线相关外，其余生育期均呈二次曲线关系。本试验中晚稻S3和S4产量表现为随着土壤含水率的增加而增加，其余生育期则表现为产量随着含水率的增加呈一元二次曲线关系，存在最适值，不及或超之均会导致产量下降。

表1　不同生育期干旱对双季超级稻产量影响的函数

2.2不同生育期干旱对双季超级稻蒸腾蒸发量的影响

不同生育期土壤干旱对双季超级稻蒸腾蒸发量的影响见表2。无论早稻还是晚稻，所有干旱处理的蒸腾蒸发量均低于浅水充分灌溉(CK)。且各生育阶段的双季稻蒸腾蒸发量均表现为随着土壤干旱的加剧而蒸腾蒸发量减少。晚稻的蒸腾蒸发量高于早稻，这可能与晚稻生长季生育期较长、气温较高有关。双季超级稻均以拔节孕穗期(S3期)蒸腾蒸发量最大，这可能与这个时期水稻生长最为旺盛、需水量最大有关。

2.3不同生育期干旱对双季超级稻水分利用效率的影响

不同生育期干旱对双季超级稻水分利用效率(WUE)的影响见图2。除无效分蘖期(S2期)外，早晚稻的WUE基本表现为随着干旱的加剧而减少，这表明良好的水分供应可以提高水分的利用效率。早稻S2期的水分轻度亏缺和中度亏缺处理的WUE相同，高于重度亏缺处理，晚稻S2期的WUE随着干旱的加剧而增加。这可能与S2期为无效分蘖期有关，这个时期干旱能有效抑制无效分蘖的发生，从而改善分蘖群体，取得较高的产量，提高水分利用效率。晚稻季的WUE随着干旱的加剧而增加说明了这一现象，但干旱程度也存在一定的阀值，当超过一定程度的干旱时会造成有效分蘖的死亡，从而导致减产，降低了水分利用效率，早稻季的结果证明了这一点。早、晚稻绝大多数处理的WUE低于CK，只有早稻S4L、S5L、S5M和晚稻S2L、S2M、S2H处理的WUE高于CK，这表明早稻的抽穗开花期轻度干旱和乳熟期的轻中度干旱能提高水分的利用效率。而晚稻无效分蘖期3种程度的干旱均可提高WUE，且亏缺程度越重，WUE越大，这表明在晚稻季无效分蘖期进行控水是提高WUE的一种有效手段，且干旱程度越重越好。早稻WUE受干旱影响敏感程度排序为S3>S1>S4>S2>S5，晚稻WUE受干旱影响敏感程度排序为S3>S4>S1>S5>S2，与产量的排序基本相同。

表2不同生育期干旱对双季超级稻蒸腾蒸发量的影响

mm

3小结与讨论

关于水稻不同生育期干旱对水稻影响，余叔文[11]、朱庆森[12-14]、徐林娟[15]等曾先后做过相关研究，他们以土壤含水量、土水势、叶水势等为指标进行研究，这对当时节水技术的研究有重要的指导意义，但这些水分指标又具有明显的缺陷，如观测手续烦、反应时间慢等，不能适时准确地反映土壤水分的连续变化，实用性不佳。本试验采用英国产WET-2型土壤三参数仪测定含水率进行土壤水分调节，该法测定速度快、数据稳定、便携性好、可操作性更强，值得在今后的土壤水分研究中进一步应用。

图2　不同生育期干旱处理对双季超级稻WUE的影响

关于不同生育期干旱对水稻产量的影响，已有不少的研究。如余叔文[11]、杉本[16]等的研究表明，孕穗期或更正确地说是从四分子体到花粉粒的形成过程中受缺水为害最严重。并提出了生殖生长的直接受害是减产的原因。此外在生长后期经受短期干旱，在恢复淹灌层后营养生长反而受到促进。破坏了营养生长和生殖生长之间的正常及其相关的生长过程，也是一个减产的主要因素。在本试验中也得到了类似的结论，无论是早稻还是晚稻均以拔节孕穗期受干旱胁迫影响程度最大，这可能与拔节孕穗期为水稻的临界水分生长期有关，这一时期双季稻为满足水稻生殖生长的需要，大量吸收环境中的水，缺水则造成严重减产，这时的水分蒸发蒸腾量为全生育期最大，也证明了这一点。这一点与朱庆森等[12]认为抽穗前各生育期持续10 d水势低于-25 kPa即引起显著减产，以分蘖盛期最为敏感，其次是生殖细胞形成期、枝梗分化期、分蘖末期和花粉充实期的结果有所不同。这可能与试验品种、气候差异等不同有关。

本试验研究结果表明：在双季稻不同生育期，对干旱胁迫影响的敏感性不同。在双季稻的无效分蘖期和乳熟期进行轻度甚至中度的干旱胁迫，对产量的影响较小，还能提高水分利用效率。因此可以依此来指导水稻生产上适时、适度地控水，避开水稻对水分最敏感的时期(分蘖盛期和减数分裂期)，对无效分蘖期和乳熟期进行适当的土壤水分胁迫，从而达到节水而不减产的目的。

参考文献：

[1] 陈彩虹,张志珠,卢宏琮,等.不同生育期干旱对水稻生长和产量的影响[J].西南农业学报,1993,6(2):38-43.

[2] 茆智,崔远来,李新建.我国南方水稻水分生产函数试验研究[J].水利学报,1994,9(9):21-31.

[3] Kumar R, Sarawgi A K, Ramos C, et al. Partitioning of dry matter during drought stress in rainfed lowland rice[J].Field Crops Research, 2006, 98(1): 1-11.

[4] 江学海,李刚华,王绍华,等.不同生育阶段干旱胁迫对杂交稻产量的影响[J].南京农业大学学报,2015,38(2):173-181.

[5] 周广生,徐才国,靳德明,等.分蘖期节水处理对水稻生物学特性的影响[J].中国农业科学,2005,38(9):1767-1773.

[6] 王成瑷,王伯伦,张文香,等.土壤水分胁迫对水稻产量和品质的影响[J].作物学报,2006,32(1):131-137.

[7] 赵正宜,迟道才.土壤水分胁迫对水稻生长发育的影响[J].沈阳农业大学学报,2000,31(2):214-217.

[8] 汪妮娜,黄敏,陈德威,等.不同生育期水分胁迫对水稻根系生长及产量的影响[J].热带作物学报,2013,34(9):1650-1656.

[9] 郑家国,任光俊,陆贤军,等.花后水分亏缺对水稻产量和品质的影响[J].中国水稻科学,2003,17(3):239-243.

[10] Boonjung H, Fukai S. Effects of soil water deficit at different growth stages on rice growth and yield under upland conditions.1.Growth during drought[J]. Field Crops Research, 1996, 48(1): 37-45.

[11] 余叔文,陈景治,龚燦霞.不同生长时期土壤干旱对水稻的影响[J].作物学报,1962,1(4):399-409.

[12] 朱庆森,邱泽森,姜长鉴,等.水稻各生育期不同土壤水势对产量的影响[J].中国农业科学,1994,27(6):15-22.

[13] 邱泽森,朱庆森,刘建国,等.水稻在不同土壤水势下的生理反应[J].江苏农学院学报,1993,14(2):7-11.

[14] 杨建昌,朱庆森,王志琴.土壤水分对水稻产量与生理特性的影响[J].作物学报,1995,21(1):110-114.

[15] 徐林娟.以叶水势为灌溉指标的水稻节水技术体系研究[D].杭州：浙江大学,2006.

[16] 杉本.籼稻蒸散作用与干物质生产的关系[C]//稻田水分管理论文集.1976:81-97.

(责任编辑：曾小军)

Effects of Drought Stress at Different Growth Stages on Yield and Water Use Efficiency of Double-cropping Rice

QIAN Yin-fei, GUAN Xian-jiao, SHAO Cai-hong, QIU Cai-fei, CHEN Xian-mao,CHEN Jin, XIE Jiang, DENG Guo-qiang, PENG Chun-rui*

(Institute of Soil and Fertilizer and Resources and Environment, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences/ Key Laboratory of Crop Eco-physiology and Farming System for Middle and Lower Reaches of Yangtze River, Ministry of Agriculture/ National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Nanchang 330200, China)

Abstract：The effect of drought stress at different growth stages on the yield and water use efficiency(WUE) of the double-cropping super rice was studied through the pot experiment. The results indicated that the yield of the double-cropping super rice under the drought stress were lower than the CK, the seriously the drought stress lowed the yield in different growth stage, while the evaporation in the otherwise. The sort of the sensitive degree of yield affected by the drought stress of the different growing stage appeared the same as the WUE, the sort of the early rice appeared: the jointing-booting stage>effective tillering stage>heading-florescence stage>invalid tillering stage>milky stage, while the late rice appeared the jointing-booting stage>heading-florescence stage>effective tillering stage>milky stage>invalid tillering stage.

Key words：Double-cropping super rice; Drought stress; Yield; Water use efficiency

收稿日期：2015-11-01

基金项目：国家科技支撑计划项目(2011BAD16B04、2013BAD07B12、2012BAD15B03)；江西省优势科技创新团队计划项目(20113B

作者简介：钱银飞(1980─),男,江苏如东人,副研究员，博士，从事作物栽培与耕作及农业资源利用。*通讯作者:彭春瑞。

中图分类号：S511

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)06-0006-04

CB24014)；江西省青年科学基金(20132BAB214012)；江西省“赣鄱英才555工程”领军人才培养计划(双季稻清洁生产)；江苏省作物栽培重点实验室开放课题(K11008)。