基于季节性降雨的双季稻生育后期干湿交替灌溉对稻谷产量及品质的影响

刘 萍 邵彩虹 张红林 刘光荣

（1扬州市职业大学/江苏省农业安全生产与环境保护工程技术研究中心，225009,江苏扬州；2江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，300200，江西南昌；3赣州市农业科学研究所，341000，江西赣州）

水稻是我国的主要粮食作物，随着粮食供给侧结构调整和消费者对优质稻米的青睐，丰产优质成为了我国现阶段粮食生产的目标。水稻产量和品质的形成除受自身遗传特性控制外，水分调控也是影响的重要因素之一[1-2]，传统栽培技术模式习惯在水稻生育后期采用长期淹灌，耗水量大，且影响产量和品质[3-5]，研究人员围绕肥水调控对水稻生长发育影响开展了大量研究，明确了干湿交替灌溉提质增效效应[3，6]。但这些成果多基于人为控制条件，研究结果虽然体现了水分调控对水稻产量和品质的影响，但实际生产受自然降雨影响很大，相关研究结果在生产中往往难以应用。因此只有基于区域生态气候特点提出适宜的灌溉管理技术，才是作物产量和资源高效利用协同发展的关键。

江西省位于长江中游南部，区域季节性降雨特点非常明显，多年份6-7月降雨量大，12月至次年2月少雨[7]。已有研究结果表明，与水稻生育后期长期淹灌相比，水稻灌浆期干湿交替节水灌溉可增强植株的生理代谢活性，提高分蘖成穗率、结实率和千粒重[8-10]，稻米加工品质和外观品质显著提升[11-12]。据此，本研究基于长江中游南部（江西）季节性降雨特点，以早、晚优质稻品种为材料，研究灌浆期利用季节性降雨实现干湿交替灌溉对双季稻产量及品质影响，以期为实现本区域水资源高效利用和双季稻提质增效提供理论依据和指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选择在江西省种植面积较大的双季优质稻品种，分别为早稻湘早籼45（常规中熟早籼，全生育期106d左右）和晚稻泰优398（早熟籼型杂交晚稻品种，全生育期111d左右）。

1.2 试验设计

试验于 2019 年 3-11 月在（115°58′E，26°19′N）进行。早、晚稻采用人工模拟机插，栽插规格分别为25cm×12cm和25cm×14cm，早稻于6月14日齐穗，7月16日成熟收割；晚稻于9月16日齐穗，10月20日成熟收割。在早晚稻齐穗后设置4个停止灌溉时期处理，分别为齐穗当天、齐穗后7d、14d和21d（对照）。每个处理小区面积60m2，设3次重复，共12个小区，随机区组排列，处理间采用高25cm隔水板进行肥水隔离，单独排灌，所有处理停止灌溉自然落干后保持田面无水层，主要利用自然降雨实现干湿交替灌溉直至收获。早、晚稻移栽后至停止灌溉处理前，除晒田控蘖期排干水外，其他时期均保持田面2～3cm水层。

养分施用：早稻湘早籼45施氮量165kg/hm2，晚稻泰优398施氮量195kg/hm2，养分比例N∶P2O5∶K2O为2∶1∶2，氮肥按基肥∶分蘖肥∶穗粒肥比例为4∶3∶3施用，磷肥作基肥一次性施用，钾肥按基肥∶穗粒肥为7∶3分次施用，统一病虫害防控。

1.3 指标测定

1.3.1 叶绿素含量 从齐穗处理当天开始，每5d用叶绿素仪（SPAD-502 Minolta Japan）测定水稻上部2片叶，避开叶脉测定叶片中段的SPAD值，连续测定10穴，记录平均值，每个处理测定5组数据。

1.3.2 产量 双季稻收获前2d每个处理取代表植株5穴，考种记录每穴有效穗数、穗粒数、实粒数、空瘪粒数及千粒重，计算理论产量和单穴实际产量；各小区实割测定产量，并根据取样产量和小区面积换算实际产量。

1.3.3 生物量 分别于水稻抽穗期和成熟期采集各处理代表植株3蔸，每个处理3次重复，将植株分为叶片、茎鞘和穗3个部分，于105℃杀青30min后80℃烘干至恒重，测定各部分干重。

1.3.4 米质 各处理收获后脱粒，晾晒至稻谷含水量14%左右（籼稻稻谷入仓含水量），取2kg送农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心测定稻米品质。

1.3.5 气象记录 从处理当天开始至收获，记录天气情况。

1.4 数据分析及计算

采用DPS（V7.05）及Excel 1.0软件对数据进行分析。

计算茎鞘、叶片干物质输出率及转化率：器官干物质输出率=（抽穗期器官干重−成熟期器官干重）/抽穗期器官干重×100%，器官干物质转化率=（抽穗期器官干物质重−成熟期器官干物质重）/（成熟期穗干重−抽穗期穗干重）×100%。

2 结果与分析

2.1 早晚稻齐穗后区域温度及降雨情况分析

对双季稻灌浆期天气情况进行分析，结果（图1）显示，本年度早稻灌浆期间区域季节性降雨非常明显，在33d的时间里降雨天数达到了31d，中到暴雨的天数达到了24d，累计降雨1500mm以上，且持续降雨主要集中在7月份，6月份的持续强降雨较少，齐穗后0～14d停止灌溉处理可实现干湿交替灌溉，对照习惯技术则因为灌浆中后期（6月30日-7月16日）持续降雨无法实现干湿交替灌溉。晚稻天气表现为自齐穗后降雨显著减少，仅为9d，主要以阴转多云天气为主，平均气温保持在25℃左右，齐穗后较早停止灌溉的处理处于重度干湿交替灌溉，较迟停止灌溉的处理则为轻度干湿交替灌溉。早稻灌浆期季节性降雨非常明显，完全能够满足早稻对水分的需求，晚稻降雨量相对较少，但气温低减少了田间蒸腾和蒸发，为田间仅依靠自然降雨实现干湿交替灌溉提供了条件。

图1 双季稻灌浆期天气Fig.1 The weather at double cropping rice grain filling stage

2.2 齐穗后停止灌溉时间对水稻叶片SPAD值的影响

水稻齐穗后停止灌溉对水稻功能叶叶绿素含量影响分析（图2）表明，早稻灌浆期雨量充足，齐穗后较早停止灌溉可形成轻度干湿交替灌溉，促进叶片后期干物质输出和转化，表现为后期叶绿素含量下降明显，至齐穗后25d，不同处理叶绿素含量表现为0d＜7d＜14d＜CK；晚稻灌浆期降雨量减少，齐穗后早停止灌溉属重度干湿交替灌溉，影响灌浆前期叶片叶绿素含量，表现为齐穗后0d和7d停止灌溉处理在前期叶绿素含量下降明显，但一定的水分亏缺也会激发植株抗逆代谢[9]，表现为至齐穗15d后，不同处理间叶绿素含量差异不明显。

图2 齐穗后停止灌溉时间对双季稻叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of stop-irrigation time after full-heading on chlorophyll content of double cropping rice

2.3 齐穗后停止灌溉时间对双季稻干物质转运的影响

齐穗后停止灌溉对水稻叶片、茎鞘干物质输出和转化有显著影响（表1），早稻随停止灌溉天数的提前，叶片、茎鞘干物质输出率和转化率显著提高，齐穗后0d停止灌溉处理叶片和茎鞘干物质输出率最高，分别为54.8%和38.6%，较对照分别提高14.4%和47.9%；转化率也最高，分别为17.3%和34.3%，较对照分别提高14.6%和38.9%。晚稻表现为齐穗后7d停止灌溉处理的叶片、茎鞘干物质输出率和转化率最高，其次是齐穗后0d和齐穗后14d停止灌溉处理，与对照相比，齐穗后7d停止灌溉处理叶片、茎鞘干物质输出率分别提高38.2%和37.3%，转化率分别提高45.2%和16.7%。

表1 齐穗后停止灌溉时间对双季稻干物质转运的影响Table 1 Effects of stop-irrigation time after full-heading on dry matter transportation of double cropping rice %

2.4 齐穗后停止灌溉时间对水稻产量的影响

齐穗后停止灌溉对双季稻的产量影响结果（表2）显示，齐穗后较早停止灌溉会降低早稻群体有效穗数，晚稻不同处理间有效穗数差异不显著；齐穗后停止灌溉，利用自然降雨干湿交替灌溉有助于籽粒灌浆充实，提高穗粒数、结实率和千粒重，早稻表现为齐穗后7d停止灌溉处理产量最高，但与齐穗后0d停止灌溉处理差异不显著，晚稻齐穗后7d停止灌溉处理产量最高；早稻长期淹水状态（CK）虽然保证了较多的穗数，但后期分蘖成穗穗小且充实度差，表现为较晚灌溉断水处理平均穗粒数、结实率及千粒重均较低。早稻不同处理产量表现为7d＞0d＞14d＞CK，晚稻不同处理产量表现为7d＞0d＞14d＞CK，结合双季稻不同处理叶片和茎鞘干物质输出转化特点，早稻在齐穗后0d停止灌溉和晚稻齐穗后7d停止灌溉有利于丰产。

表2 齐穗后停止灌溉时间对双季稻产量的影响Table 2 Effects of stop-irrigation time after full-heading on double cropping rice yield

2.5 齐穗后停止灌溉时间对稻米品质的影响

整精米率是稻米加工品质的核心指标，最具有商业价值，水稻齐穗后停止灌溉会影响整精米率。相对于长期淹灌，双季稻齐穗后停止灌溉，利用自然降雨实现干湿交替灌溉可提高整精米率，表现为早稻齐穗后0d和晚稻齐穗后7d停止灌溉处理整精米率显著高于CK，其中早稻整精米率提高了8.1%，晚稻提高了6.1%（表3）。

垩白度、垩白粒率及透明度是稻米外观品质的重要性状，早晚稻齐穗后停止灌溉对稻米外观品质的影响表明，稻米的垩白度及垩白粒率与产量呈正相关变化，表现为较早停止灌溉产量较高处理的稻米垩白度和垩白粒率相对较高，早晚稻均以长期淹灌产量较低，其垩白度和垩白粒率最低。其中，早稻湘早籼45所有处理垩白度均小于1，达到一级米标准，泰优398除对照处理垩白度达到一级米标准以外，其他处理垩白度均达到二级米标准；透明度表现为早稻随停止灌溉处理提前而增加，透明度0d＞7d＞14d=CK，晚稻处理间无差异，透明度均为1.0（表3）；该结果表明，齐穗后随干湿交替灌溉处理提前，稻米外观品质有变差的趋势，但表现出较强的遗传控制特点，外观品质仍可达到二级米及以上标准，均属于优质稻米等级范围。

表3 齐穗后停止灌溉时间对双季稻米主要品质的影响Table 3 Effects of stop-irrigation time after full-heading on double cropping rice quality

齐穗后停止灌溉对稻米食味品质影响的结果表明，在雨量充沛的早稻季，较早停止灌溉实现干湿交替灌溉有助于提升稻米胶稠度，表现为0d、7d和14d大于CK；在雨量较少的晚稻季，较早停止灌溉不利于提升稻米胶稠度，表现为齐穗后0d和7d停止灌溉处理稻米胶稠度低于CK，以齐穗后14d停止灌溉处理胶稠度最高，表现为0d＜7d＜CK＜14d；碱消值、直链淀粉及蛋白质含量受水分影响较小，处理间无显著差异（表3）。所有处理稻米的碱消值＞6.0（一级米），胶稠度＞60（一级米），直链淀粉含量＜18.0（一级米），蛋白质含量＜10.0，蒸煮品质和营养品质均达到一级米等级。

3 讨论

3.1 齐穗后停止灌溉时间对叶绿素含量及干物质转化的影响

水稻灌浆所需物质大部分来源于花后的功能叶光合作用[12-15]，尤其是剑叶贡献最大，其次是花前植株储存物质输出转化。功能叶的叶绿素含量是反映水稻光合能力的关键指标之一，有研究显示，相对于长期淹水，生育后期短时间水分胁迫或非充分灌溉条件下，有利于增强叶片光合能力，表现为水稻叶片的叶绿素含量降低，但光能吸收能力增强[5，16-17]。本研究中，双季稻齐穗后停止灌溉，利用季节性降雨特点实现干湿交替灌溉，促进了叶片、茎鞘干物质输出和转化，产量提高，叶片后期表现出“转色”，叶绿素含量下降。与CK相比，在早稻齐穗0d停止灌溉时叶绿素含量在后期下降显著，但叶片、茎鞘干物质输出率和转化率最高，其次为齐穗后7d和14d停止灌溉处理；晚稻在齐穗后7d停止灌溉，更有利于干物质输出和转化，提高产量，其次为齐穗后0d和14d处理，不同处理后期叶绿素含量差异不显著。基于区域季节性降雨特点，雨量充沛早稻季齐穗后尽早停止灌溉、雨量少的晚稻季适期延迟停止灌溉避免水分亏缺胁迫，有利于促进干物质向籽粒输出和转化。

3.2 齐穗后停止灌溉时间对双季稻产量的影响

已有的研究表明，不同时期适度的水分亏缺或非淹水状态更有利于水稻产量和品质的形成[1，10]。本研究中，早稻灌浆期季节性降雨显著，其中6月中下旬表现为经常性降雨，7月上旬雨量大，持续降雨明显，自齐穗后0d停止灌溉，充分利用自然降雨实现干湿交替灌溉，可抑制部分无效分蘖成穗，减少小穗发生，实现穗大粒多，提高充实度，从而提高产量；晚稻灌浆期由于降雨量相对较少，适当延迟停止灌溉时间实现轻度干湿交替灌溉更有利于促进籽粒灌浆，提高产量，以齐穗后7d停止灌溉处理产量最高，其次为齐穗0d和14d处理，研究结果与前人[18]一致。

3.3 齐穗后停止灌溉时间对双季稻米品质的影响

有研究表明，湿润灌溉增加了稻米的垩白粒率和垩白度，而轻干湿交替灌溉可降低垩白粒率、垩白大小和垩白度，重干湿交替灌溉则相反[18-21]，水稻品种特性、播期及养分管理均影响稻米外观品质形成[22-24]。本研究中，双季均以齐穗后21d停止灌溉的对照处理垩白粒率、垩白度及透明度最低，其中垩白粒率和透明度有随停止灌溉提前而增加的趋势，齐穗后21d至成熟收获，双季稻均处于持续降雨条件下，其中早稻雨量较大，表明灌浆期水分充沛更有利于降低垩白粒率、垩白度和透明度，与前人研究结果不同，可能与品种特性及环境条件差异有关，本研究采用材料早晚稻均为优质稻品种，且是基于本区域气候自然环境条件下的研究结果。本研究中稻米外观品质与产量呈负相关变化趋势，与邵彩虹等[24]的研究结果一致，外观品质整体表现出较强的遗传控制特点，不同处理稻米的垩白粒率＜10%、垩白度＜2%，稻米外观品质均达到二级米及以上标准。

影响稻米口感的主要是蒸煮品质和营养品质，蒸煮品质主要包括胶稠度、直链淀粉和碱消值（或糊化温度）等指标，营养品质主要指蛋白质含量。其中，糊化温度是决定稻米食味与蒸煮品质的重要因素，而碱消值是衡量稻米糊化温度的关键指标，胶稠度是评价米饭质地的一项物理指标，碱消值和胶稠度数值大、直链淀粉和蛋白质含量低的米饭柔软，口感好，反之则米饭硬，口感差。稻米蒸煮及食味品质受干湿交替灌溉影响因程度不同而异，轻干湿交替灌溉会降低直链淀粉含量、增加胶稠度，重干湿交替灌溉则呈相反变化[25-26]。本研究结果显示，早稻灌浆中后期降雨量大，持续降雨多，与CK相比，齐穗后0d和14d停止灌溉实现轻度干湿交替灌溉，有助于提升胶稠度，在雨量较少的晚稻季，齐穗后较早停止灌溉属重度干湿交替灌溉，稻米胶稠度有降低趋势，以齐穗后14d停止灌溉稻米胶稠度值最大，但早晚稻所有处理稻米胶稠度均达到了一级米等级指标；碱消值、直链淀粉及蛋白质含量受停止灌溉时间影响较小，处理间无显著差异。

4 结论

基于区域季节性降雨特点，早稻齐穗后0d、晚稻齐穗后7d停止灌溉实现灌浆期干湿交替灌溉，可抑制早稻无效分蘖成穗，促进叶片和茎鞘干物质向籽粒转运，提高穗粒数、结实率、千粒重及整精米率，实现丰产增效；稻米品质整体表现出较强的遗传控制特点，其中垩白粒率、垩白度及胶稠度受齐穗后停止灌溉时间影响显著，但整体品质指标等级无变化，均达二级米及以上标准。