不同水分管理方式對水稻生長、產量及品質的影響

呂銀斐 任艷芳 劉冬 張艷超 何俊瑜

摘 ? ?要：為探討提高水稻產量和稻米品質的水分管理方式，通過盆栽試驗，以中優849為材料，研究了常規淹水灌溉、干濕交替灌溉和濕潤灌溉3種水分管理方式對水稻分蘗動態、生長、產量、產量構成和稻米外觀品質的影響。結果表明，與常規淹水灌溉處理相比，干濕交替灌溉能促進分蘗，分蘗發生早，對株高無明顯影響，而濕潤灌溉不僅造成前期莖蘗增長慢，莖蘗數下降，而且還會影響地上部干物質積累。干濕交替灌溉能增加有效穗數和結實率，使產量提高12.63%，而濕潤灌溉的結實率較低，產量降低8.71%。不同水分管理對穗長、千粒質量影響不大。干濕交替灌溉下稻米的精米率和整精米率均高于常規淹水和濕潤灌溉，但堊白率和堊白度低于常規淹水和濕潤灌溉。在水稻生產中以干濕交替灌溉取代常規淹水灌溉不僅可促進水稻生長、提高產量，而且還可以改善稻米品質。

關鍵詞：水稻;水分管理;生長;產量;品質

中圖分類號：S274.1; S511 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.01.023

Effect of Different Water Managements on Growth， Grain Yield and Quality of Rice

LYU Yinfei， REN Yanfang， LIU Dong， ZHANG Yanchao， HE Junyu

（College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract： Water-saving techniques in rice production have been focused recently. This study aimed to investigate the suitable irrigation technique with high yield and good quality. With rice cultivars "Zhongyou 849" as experimental materials， the tillering， growth， yield， and appearance quality of rice under three water management modes （traditional flooding， alternate wetting and drying and moistening irrigation） were analyzed by pot experiment. The results showed that the tillering was enhanced and the peak of tillers occurred ahead under alternate wetting and drying irrigation， however， the plant height was not significantly affected compared with traditional flooding irrigation. The increase of tillering number was slow and the time reaching the maximum tillers was delayed under moistening irrigation. The accumulation of dry matter was reduced under moistening irrigation. Alternate wetting and drying irrigation with higher effective panicle and seed setting rate increased the yield by 12.63%， compared with traditional flooding irrigation. However， moistening irrigation with lower seed setting rate decreased the yield by 8.71%. The irrigation modes had no significant effects on spike length and 1 000-grain weight. Compared with traditional flooding and moistening irrigation， the rate of milled rice and head rice under alternate wetting and drying irrigation was increased， while the chalky rice， chalk size and chalkiness decreased. Alternate wetting and drying irrigation could increase biomass， grain yield and quality would be a favorable irrigation mode for the paddy rice planting.

Key words： rice; water management; growth; yield; quality

中國是一個水資源緊缺的國家，人均淡水資源占有量低，加之全球氣候的變化和部分水體受到污染，近年來水資源與人口、生產、經濟的矛盾日益突出。在中國農業灌溉用水占總用水量的63.42%，缺水問題已經威脅到農業灌溉用水[1]。

水稻是我國主要的糧食作物之一，種植面積約占糧食作物總面積的30%，也是耗水量最多的作物，每年耗水量占農業總用水量的65%以上[2-3]，由于干旱缺水造成的水稻減產，每年均有發生[4-5]。傳統的淹水栽培種植模式下，稻田通氣條件較差，水稻根系生長受到抑制，病蟲害嚴重，植株早衰等，影響產量的提高[6-7]，此外耗水量大，水資源浪費嚴重，水分利用率低，僅為30%～40%，加劇灌溉用水的短缺，同時因徑流、滲漏和排水引起環境污染[7-8]。因此，發展節水灌溉，緩解水資源的供需矛盾，對于保障中國糧食安全有重要意義。

水稻要良好生長，水是關鍵，但水稻的產量并不隨著灌溉水量的增加而明顯增加[9]。近年來，關于間歇灌溉、半干旱栽培和水稻旱作等節水灌溉的研究較多，但節水灌溉對水稻生長、產量及品質的影響的結論尚不一致[5， 10-15]。徐國偉等[10]、Yang等[10]、張耗等[5， 11]、王衛等[12]的研究表明，適當的節水灌溉方式可調節植株體內水分狀態，延緩下位葉的衰老，增加光合時間，提高生育后期植株根系活力，協調水稻高產與根系早衰的矛盾，增加生殖生長期干物質的積累，有利于籽粒的形成，最終獲得高產。裴崗等[13]研究表明，不同灌溉處理會影響雜交水稻K優817的產量。張玉屏等[14]研究表明，各生育期不同程度水分脅迫都會影響雜交水稻中優6號的產量。徐國偉等[15]研究表明，覆草旱種水稻的產量與淹水栽培的產量無顯著差異，但顯著高于覆膜旱種的產量。

水稻品質性狀不僅受控于遺傳因子，同時也受環境因素的制約，如氣溫、水分[16]。有研究指出，稻米品質并非在水層灌溉下最優，在結實期采取輕干濕交替可改善稻米的品質，提高蔗糖合成酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶等的活性，使整精米率提高，膠稠度變軟，稻米的食味品質有所改善[17-19]，但很多研究表明嚴重的水分脅迫會使稻米品質變劣[15，20]。目前，有關土壤水分對稻米品質的影響研究較少，且因土壤水分控制方法和處理時期的不同，結果也不一致[16-21]。

本研究通過采用3種不同的水分管理方式栽培水稻，研究不同水分管理方式對水稻生長（水稻株高、莖蘗生長動態、干物質積累）、產量和構成因子及品質的影響，為水稻的節水栽培提供一定的理論基礎和實踐依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與試驗地點

試驗于2014 年在貴州大學農學院盆栽試驗場進行。供試水稻品種為中優849。供試土壤為黃壤，來自貴州省花溪區典型稻田，pH值7.12，堿解氮136.41 mg·kg-1，速效鉀213.57 mg·kg-1，速效磷57.13 mg·kg-1，有機質2.15%。

1.2 試驗設計

試驗盆缽為25 cm（直徑）×33 cm（高）的黑色塑料圓桶。每盆裝過篩土15.0 kg。試驗設3種水分處理方式：（1）濕潤灌溉，土壤水勢-25 kPa;（2）干濕交替灌溉，在移栽后的10 d 內保持淺水層，10 d 后進行干濕交替灌溉處理，自淺水層自然落干至土壤水勢-15 kPa，然后灌水1～2 cm，再落干，如此循環[10， 22];（3）常規淹水灌溉（土表長期保持1～3 cm 水層，土壤水勢0 Mpa，收獲前1周斷水）作為對照。5月25日移栽。每處理重復60盆，每盆栽3穴，每穴2苗。移栽前5 d每盆施用三料復合肥（N、P2O5、K2O含量各15%） 8.0 g，每盆于移栽后8 d、穗分化始期和破口期分別施尿素0.5，1，0.8 g。用真空表式土壤負壓計監測土壤水分，埋設深度為陶土頭中心離土表10 cm，每天7：00—8：00、11：00—12：00、16：00—17：00記錄負壓計讀數，當讀數低于設計值時，用噴壺澆水使土壤水勢維持在試驗設計值范圍內。

1.3 測定項目及方法

（1） 莖蘗數測定：在各生育期通過定點觀測每穴莖蘗數，測定植株的莖蘗動態。

（2） 株高測定：在各個生育期測定株高，抽穗前測土面至每穴最高葉尖的高度，抽穗后測土面至最高穗頂的高度。

（3） 干物質測定：分別于分蘗期、拔節孕穗期、抽穗開花期、乳熟期和成熟期，每個處理取代表性植株3穴，105 ℃下殺青30 min，70 ℃下烘干至恒質量，測定地上部干物質量。

（4） 成熟期考種及產量測定：成熟期各處理取3盆植株考種，考查每盆有效穗數、穗長、每穗粒數、結實率和千粒質量。每處理取8盆計產。

（5） 外觀品質測定：出糙率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量等性狀的測定方法參照GB/T17891—1999。

1.4 數據處理

試驗數據采用 EXCEL 和 SPSS16.0等統計分析軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同水分管理方式對水稻產量及其構成因素的影響

由表1可以看出，不同水分管理方式下單株實際產量為干濕交替灌溉>常規淹水灌溉>濕潤灌溉。相較于常規淹水灌溉，干濕交替灌溉的產量增加了12.63%，統計分析表明干濕交替灌溉處理的產量與淹水灌溉處理相比差異顯著。濕潤灌溉比常規淹水灌溉降低了產量，減產幅度為8.71%（表1）。從產量構成因素上分析，不同水分管理方式對有效穗數、每穗實粒數、穗長、結實率、千粒質量都有不同程度的影響。與常規淹水灌溉相比，干濕交替灌溉處理對穗長和千粒質量沒有明顯的影響，但顯著提高了單株有效穗數和結實率，分別增加了10.81%和4.2個百分點;濕潤灌溉處理后，每穗粒數和結實率均顯著降低，分別降低了7.28%和5.00個百分點，導致產量下降。

2.2 不同水分管理方式對水稻分蘗動態的影響

分蘗是水稻的重要生物學特性之一，是擴大群體的主要方式。水稻莖蘗動態變化規律是由新生分蘗的產生和無效分蘗的消亡過程共同作用形成的[23]。從圖1可以看出，在不同水分管理方式下，水稻莖蘗的動態變化具有相同的規律，均表現為隨著生育期的推進先快速增加后緩慢減少的變化規律。干濕交替灌溉與常規淹水灌溉相比，前期分蘗較快并最先達到分蘗高峰，只是高峰值稍低，分蘗高峰后莖蘗數減少比較平穩，每株成穗數提高，干濕交替灌溉下分蘗成穗數提高21.15%。而濕潤灌溉處理的分蘗速度比淹水處理要慢，最大莖蘗數也低于淹水灌溉，且其分蘗高峰拖后，可能是由于濕潤灌溉控水程度較大，抑制了水稻分蘗數，但每株成穗數略有所提高。

2.3 不同水分管理方式對水稻株高的影響

水稻株高是保證一定干物質量的前提條件。在不同水分管理方式下，齊穗前測定植株高度。從圖2可以看出，隨著生育進程推移，株高逐漸增加，各處理表現一致。分蘗期后濕潤灌溉處理的水稻株高略低于干濕交替灌溉和淹水灌溉，統計分析表明不同水分處理的株高沒有顯著差異。

2.4 不同水分管理方式對水稻植株地上部分干物質量的影響

不同水分管理方式下水稻植株地上部分干物質量隨著生育期的變化趨勢基本一致，均隨著生育期的進程而增加，不同水分處理水稻的地上部干物質積累量存在一定差異。從圖3可知，分蘗期，干濕交替灌溉和濕潤灌溉處理干物質均略低于常規淹水灌溉處理，但差異不明顯。自分蘗結束后干濕交替灌溉處理的干物質量最大，到成熟期干濕交替灌溉比常規灌溉和濕潤灌溉分別高9.15%和13.45%，這可能是由于適當的節水管理能增強根系活力，促進水稻根系生長發育并吸收更多的水分和養分，從而促進植物生長，有利于干物質積累[1， 9]。

2.5 不同水分管理方式對稻米品質的影響

由表2可見，不同水分管理方式下水稻的糙米率、精米率和整精米率均以干濕交替灌溉最高，分別為81.1%，73.4%和63.7%，顯著高于常規淹水灌溉和濕潤灌溉。不同水分管理下稻米的堊白粒率、堊白度均以干濕交替灌溉最低，濕潤灌溉最高，干濕交替灌溉下堊白粒率和堊白度分別為21.3%和2.6%，顯著低于其它處理。表明干濕交替灌溉提高了稻米的外觀品質，而濕潤灌溉在一定程度上降低了稻米的外觀品質。

3 結論與討論

水稻是我國的主要糧食作物之一，但我國人均淡水資源嚴重短缺，因缺水而造成水稻欠收是生產中的一個突出問題[13]。近年來關于節水稻作、旱作水稻及土壤水分脅迫對水稻生長、發育及產量影響的研究較多，但節水灌溉對水稻產量和品質的影響的結論不一。有研究認為節水灌溉比保持水層灌溉可提高產量[5， 10-11， 24-25]，也有研究認為節水灌溉將降低產量[13-14， 26]。造成研究結果差異性的原因，可能與品種的耐旱性、土壤水分狀況和灌溉方式以及應用時間不同有關。本研究結果表明，干濕交替灌溉下水稻的產量較常規淹水灌溉顯著增加，而濕潤灌溉下產量較常規灌溉的產量略低，無顯著差異。從產量構成因素來看，干濕交替灌溉下，單株穗數、結實率較常規淹水灌溉明顯增加，從而導致產量增加，這可能是由于干濕交替灌溉有利于根系的生長并提高了根系活力，使水稻吸收更多的水分和養分，促使葉片早生快發，分蘗前期莖蘗數增長快于淹水灌溉（圖1），延長葉片的功能期，不僅有利于“源”的積累和“庫”的形成，而且有利于同化物向庫的運輸，促進籽粒灌漿結實，有效穗數和結實率均提高（圖1和表1），利于產量提高[1]。此外，干濕交替灌溉還可改善稻米品質[1， 17]。濕潤灌溉條件下水稻的產量及產量構成因素均比淹水方式略低，主要原因可能是水稻長期處于水分脅迫下，影響了包括蒸騰作用在內的許多生理過程，抑制了水稻生長和地上部干物質積累，造成“源”不足，阻礙了籽粒灌漿結實，導致每穗實粒數、結實率低，這與徐國偉等[15]、張榮萍等[1]的研究結果一致;也可能是由于水分脅迫減少了溶于土壤水溶液的各種營養物質的總量，一定程度上降低了土壤養分生物有效性[27]。

此外，本研究結果表明，干濕交替灌溉明顯降低了稻米的堊白度，提高了精米率，改善了稻米的品質;而濕潤灌溉在一定程度上降低了稻米的外觀品質，說明不同的水分管理對稻米品質的影響不同。這可能是由于干濕交替灌溉處理不僅影響葉片的光合速率，而且促進了莖鞘儲存物質向籽粒的轉移，同化物供應的增加，增強了籽粒中蔗糖合成酶等的活性，提高了籽粒中淀粉的積累速率和數量[1， 17]，進而提高產量并改善稻米的品質。濕潤灌溉增大了稻米的堊白粒率和堊白度，影響了稻米的品質，這與王秋菊等[9]、徐國偉等[15]的研究結果不完全一致，這可能與試驗條件、試驗材料和水分脅迫的程度不同有關。

參考文獻：

[1] 張榮萍， 馬均， 王賀正， 等. 不同灌水方式對水稻結實期一些生理性狀和產量的影響[J]. 作物學報， 2008， 34（3）： 486-495.

[2] 朱德峰， 程式華， 張玉屏， 等. 全球水稻生產現狀與制約因素分析[J]. 中國農業科學， 2010， 43（3）： 474-479.

[3] 茆智. 水稻節水灌溉及其對環境的影響[J]. 中國工程科學， 2002， 4（7）： 8-16.

[4] TUONG T P， BOUMAN B A M， MORTIMER M. More rice， less water-integrated approaches for increasing water productivity in irrigated rice-based systems in Asia[J]. Plant Production Science， 2005（8）： 231-241.

[5] 張耗， 劇成欣， 陳婷婷， 等. 節水灌溉對節水抗旱水稻品種產量的影響及生理基礎[J]. 中國農業科學， 2012， 45（23）： 4782-4793.

[6] 李陽生， 李紹清， 李達模， 等. 雜交稻與常規稻對澇漬環境適應能力的比較研究[J]. 中國水稻科學， 2002， 16（1）： 45-51.

[7] 程建平， 曹湊貴， 蔡明歷， 等. 不同灌溉方式對水稻生物學特性與水分利用效率的影響[J]. 應用生態學報， 2006， 17（10）： 1859-1865.

[8] 彭世彰， 徐俊增， 黃乾， 等. 水稻控制灌溉模式及其環境多功能性[J]. 沈陽農業大學學報， 2004， 35（5/6）： 443-445.

[9] 王秋菊， 張玉龍， 李明賢， 等. 控水灌溉對水稻生長發育的影響[J]. 東北農業大學學報， 2010， 41（5）： 14-18.

[10] YANG J C， LIU K， WANG Z Q， et al. Water-saving and high-yielding irrigation for lowland rice by controlling limiting values of soil water potential[J]. Journal of Integrative Plant Biology， 2007， 49： 1445-1454.

[11] ZHANG H， ZHANG S F， ZHANG J H， et al. Postanthesis moderate wetting drying improves both quality and quantity of rice yield[J]. Agronomy Journal， 2008， 100： 726-734.

[12] 王衛， 謝小立， 謝永宏. 不同水分管理模式對水稻生長及光合特性的影響[J]. 長江流域資源與環境， 2010， 19（7）： 746-751.

[13] 裴崗， 張玉屏， 朱德峰， 等. 不同水分處理對晚稻生長及產量的影響[J]. 西南農業學報， 2007， 20（4）： 573-576.

[14] 張玉屏， 朱德峰， 林賢青. 不同時期水分脅迫對水稻生長特性和產量形成的影響[J]. 干旱地區農業研究， 2005， 23（2）： 48-53.

[15] 徐國偉， 王朋， 唐成， 等. 旱種方式對水稻產量與品質的影響[J]. 作物學報， 2006， 32（1）： 112-117.

[16] CHENG W， ZHANG G， ZHAO G， et al. Variation in rice quality of different cultivars and grain positions as affected by water management[J]. Field Crops Research， 2003， 80： 245-52.

[17] YANG J C， ZHANG J H， WANG Z Q， et al. Activities of enzymes involved in sucrose-to-starch metabolism in rice grains subjected to water stress during filling[J]. Field Crops Research， 2003， 81： 69-81.

[18] 劉凱， 張耗， 張慎鳳， 等. 結實期土壤水分和灌溉方式對水稻產量與品質的影響及其生理原因[J]. 作物學報， 2008， 34（2）： 268-276.

[19] 劉立軍， 王康君， 卞金龍， 等. 結實期干濕交替灌溉對籽粒蛋白質含量不同的轉基因水稻的生理特性及產量的影響[J]. 中國水稻科學， 2014， 28（4）： 384-390.

[20] 王成璦， 王伯倫， 張文香， 等. 土壤水分脅迫對水稻產量和品質的影響[J]. 作物學報， 2006， 32（1）： 131-137.

[21] 蔡一霞， 朱慶森， 王志琴， 等. 結實期土壤水分對稻米品質的影響[J]. 作物學報， 2002， 28（5）： 601-608.

[22] 張自常， 李鴻偉， 陳婷婷， 等. 畦溝灌溉和干濕交替灌溉對水稻產量與品質的影響[J]. 中國農業科學， 2011， 44（24）： 4988-4998.

[23] 胡雅杰， 邢志鵬， 龔金龍， 等. 缽苗機插水稻群體動態特征及高產形成機制的探討[J]. 中國農業科學， 2014， 47（5）： 865-879.

[24] ZHANG Q F. Strategies for developing green super rice[J].PNAS， 2007， 104： 16402-16409.

[25] 聶曉， 王毅勇， 劉興土. 節水灌溉對三江平原寒地水稻生理生態需水和產量的影響[J]. 華北農學報， 2011， 26（6）： 168-173.

[26] BELDER P， BOUMAN B A M， CABANGON R， et al. Effect of water-saving irrigation on rice yield and water use in typical lowland conditions in Asia[J]. Agricultural Water Management， 2004， 65： 193-210.

[27] 錢曉晴， 沈其榮， 徐勇， 等. 不同水分管理方式下水稻的水分利用效率與產量[J]. 應用生態學報， 2003， 14（3）： 399-404.