蘇北平原沙土區(qū)不同水分管理方式對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

鄭成鑫， 高宇航， 羅會(huì)永， 卜 楊， 湯樹(shù)海， 賴茂衛(wèi)， 楊 浩

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098；2.淮安市漣水縣水利局，江蘇淮安 223400；3.淮安市漣水縣水利科學(xué)研究站，江蘇淮安 223400)

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蘇北平原沙土區(qū)不同水分管理方式對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

鄭成鑫1， 高宇航1， 羅會(huì)永2， 卜 楊2， 湯樹(shù)海3， 賴茂衛(wèi)3， 楊 浩3

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098；2.淮安市漣水縣水利局，江蘇淮安 223400；3.淮安市漣水縣水利科學(xué)研究站，江蘇淮安 223400)

摘要[目的]探討灌水下限低于淺濕調(diào)控灌溉時(shí)對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率的影響，以期為蘇北平原沙土區(qū)水稻節(jié)水灌溉提供參考。[方法]以圣豐2優(yōu)水稻為試驗(yàn)對(duì)象，采用田間測(cè)坑試驗(yàn)結(jié)合室內(nèi)分析的方法研究4種土壤水分管理方式對(duì)蘇北平原沙土區(qū)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響(4種水分管理方式：W1淺濕調(diào)控灌溉、W2水分下限降低5個(gè)百分點(diǎn)、W3水分下限降低10個(gè)百分點(diǎn)、W4水分下限降低15個(gè)百分點(diǎn))。[結(jié)果]水分下限在一定范圍內(nèi)降低，能夠抑制水稻株高的增加，提高水稻分蘗數(shù)，結(jié)實(shí)率、單株有效穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)也有所提高；與W1相比，W2、W3、W4的產(chǎn)量增減范圍在5.00%以內(nèi)，水稻產(chǎn)量不受顯著影響；適當(dāng)降低控水下限，在保證產(chǎn)量的同時(shí)并提高水分生產(chǎn)率。[結(jié)論]蘇北平原沙土區(qū)水稻灌溉還有很大的節(jié)水空間。

關(guān)鍵詞水稻；沙土區(qū)；水分管理；產(chǎn)量

黃河故道平原沙土區(qū)內(nèi)土質(zhì)大部分是粉細(xì)砂土，土壤沙性大、顆粒細(xì)、粘結(jié)力小[1]，提高水稻生產(chǎn)中的水分利用效率、采用適宜的節(jié)水灌溉方式，對(duì)于蘇北平原沙土區(qū)的水土保持以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展均具有重大意義。近年來(lái)國(guó)內(nèi)關(guān)于節(jié)水灌溉措施的研究較多[2-10]，但節(jié)水灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率的影響結(jié)論尚不完全一致。彭世彰等[3-4]、莊德續(xù)等[5]研究認(rèn)為適當(dāng)?shù)墓?jié)水灌溉方式較傳統(tǒng)的淹水灌溉有較大幅度的增產(chǎn)，且稻米品質(zhì)也得到一定的改善，有利于水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，也有研究則認(rèn)為與常規(guī)灌溉相比，一些水稻品種在節(jié)水灌溉條件下產(chǎn)量有所降低[6]。保證水稻產(chǎn)量和品質(zhì)并減少水稻灌溉用水、提高水分生產(chǎn)效率已成為農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。研究不同水分管理方式對(duì)水稻產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率的影響，是實(shí)現(xiàn)節(jié)水高效灌溉的重要基礎(chǔ)[8-10]。目前蘇北平原沙土區(qū)水稻灌溉普遍采用淺濕調(diào)控灌溉模式，而關(guān)于該區(qū)域水稻節(jié)水灌溉、水稻灌溉灌水下限的研究相對(duì)匱乏。筆者以蘇北平原沙土區(qū)土壤不同水分管理方式下水稻種植試驗(yàn)為基礎(chǔ)，探討灌水下限低于淺濕調(diào)控灌溉時(shí)對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率等的影響，以期為蘇北平原沙土區(qū)水稻節(jié)水灌溉提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況試驗(yàn)在漣水縣水利科學(xué)研究站的試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行，位于江蘇省淮安市漣水縣朱碼鎮(zhèn)王二莊村。需水量試驗(yàn)采用水量平衡法，主要利用該站12只有底測(cè)坑進(jìn)行單因子對(duì)比組合試驗(yàn)。測(cè)坑形狀為長(zhǎng)方形，單個(gè)測(cè)坑面積為1/1 500 hm2(即長(zhǎng)3.33 m，寬2.0 m)；坑口高出地面0.15 m，土層厚1.8 m，下面有0.2 m的過(guò)濾層；底部排水口與坑道工作室排水管道連接，底板基礎(chǔ)與測(cè)坑墻體均為鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑，坑口外側(cè)高出地面部分均用瓷磚貼面；回填土?xí)r表土、底土按次序分層填入，與外界土壤自然狀態(tài)保持一致。該試驗(yàn)區(qū)多年平均降雨量950.2 mm，多年平均蒸發(fā)量1 056.8 mm，多年平均氣溫14.1 ℃，土質(zhì)為砂壤土，0～30 cm土層干容重為1.36 g/cm3，田間持水量為28.8%。

1.2試驗(yàn)材料供試水稻品種為當(dāng)?shù)仄毡榉N植的圣豐2優(yōu)651水稻，于2015年6月28日移栽，11月13日收獲，全生長(zhǎng)期139 d。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)按照土壤水分設(shè)計(jì)4個(gè)水平，4個(gè)水平分別為淺濕調(diào)控灌溉模式(W1)、水分下限比淺濕調(diào)控灌溉降低5個(gè)百分點(diǎn)(W2)、水分下限比淺濕調(diào)控灌溉降低10個(gè)百分點(diǎn)(W3)、水分下限比淺濕調(diào)控灌溉降低15個(gè)百分點(diǎn)(W4)。每種方式重復(fù)3次，共12個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。淺濕調(diào)控灌溉土壤水分調(diào)控指標(biāo)見(jiàn)表1，水稻灌溉試驗(yàn)處理控水下限見(jiàn)表2。

1.4測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1灌溉相關(guān)指標(biāo)及氣象資料。觀測(cè)項(xiàng)目包括地面灌水量、地面徑流量、地下滲流量、地下水補(bǔ)給量、土壤水分、降水量、水面蒸發(fā)量、氣溫和作物生態(tài)及產(chǎn)量等。土壤水分采用微型蒸滲儀監(jiān)測(cè)，于每天8：00觀測(cè)水稻相應(yīng)生長(zhǎng)階段根系層內(nèi)土壤含水率(20 cm深度)。根據(jù)讀數(shù)確定是否灌水、灌水至各生育期相應(yīng)的水層上限。常規(guī)氣象指標(biāo)采用漣水縣水利科學(xué)研究站自動(dòng)監(jiān)測(cè)氣象站的觀測(cè)資料，主要指標(biāo)包括大氣溫度、大氣相對(duì)濕度、大氣壓強(qiáng)、降雨量、風(fēng)速風(fēng)向、太陽(yáng)輻射和日照時(shí)數(shù)等。

表1　淺濕調(diào)控灌溉水稻各生育階段適宜土壤水分與水層深度控制指標(biāo)

表2　不同水分管理方式水稻控水下限設(shè)計(jì)

注：水分脅迫下限為所占各時(shí)段飽和含水率的百分比。

Note：Lower limit of water stress was percentage of saturated water content in each period.

1.4.2考種。谷粒成熟時(shí)，每個(gè)小區(qū)取3穴，測(cè)定水稻各性狀:單株有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等。同時(shí)每個(gè)小區(qū)單獨(dú)收割，計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量。

1.5數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)處理及圖形繪制采用Microsoft Excel 2010；不同處理之間采用SPSS 22.0進(jìn)行方差分析以及相關(guān)性分析，處理間差異顯著性水平(P<0.05)通過(guò)最小顯著差數(shù)法(Fisher’s LSD)檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

圖1　不同水分管理方式對(duì)水稻株高與分蘗數(shù)的影響Fig.1　Effects of different water management modes on rice plant height and tiller number

2.1不同水分管理方式對(duì)水稻株高與分蘗數(shù)的影響由圖1可知，4種水分管理方式下株高由大到小依次為W1、W4、W2、W3，W1與W2、W3的株高差異顯著(P<0.05)，W2、W3、W4株高差異顯著(P<0.05)，而W1與W4的株高差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明水分下限的降低對(duì)水稻株高有顯著影響。4種水分管理方式下分蘗數(shù)由大到小依次為W4、W3、W1、W2，W1、W2的分蘗數(shù)與W3、W4的分蘗數(shù)差異顯著(P<0.05)，說(shuō)明水分下限的降低對(duì)水稻分蘗數(shù)有顯著影響。該研究結(jié)果與部分研究者的研究結(jié)果基本一致[8-9]。株高和分蘗數(shù)的變化可能與不同水分處理造成的水分脅迫強(qiáng)度不同有關(guān)，水分含量對(duì)植株分蘗數(shù)量和株高生長(zhǎng)均有顯著影響，可見(jiàn)適當(dāng)控制水分，能夠抑制株高生長(zhǎng)，提高水稻分蘗數(shù)量。2.2不同水分管理方式對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響由表3可知，不同水分管理方式下水稻產(chǎn)量由高到低依次為W4、W1、W2、W3，W4與W1相比，水稻產(chǎn)量提高了0.02%，差異不顯著，W2、W3比W1分別減少了3.07%和4.16%，產(chǎn)量變化均在5.00%以內(nèi)。除W2千粒重顯著高于W1、W3和W4外，其他水分管理方式之間水稻千粒重差異不顯著。W1與W4，W2與W4，以及W3與W4之間的單株有效穗數(shù)差異顯著(P<0.05)。4種水分管理方式之間水稻的每穗實(shí)粒數(shù)差異顯著(P<0.05)，W4每穗實(shí)粒數(shù)最多。4種水分管理方式之間水稻的結(jié)實(shí)率差異顯著(P<0.05)，W2、W3、W4結(jié)實(shí)率逐漸提高，W2、W3結(jié)實(shí)率低于W1，而W4結(jié)實(shí)率高于W1。這表明蘇北平原沙土區(qū)水稻產(chǎn)量變化受單株有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重綜合作用的影響。

對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大的因素為結(jié)實(shí)率，其次為單株有效穗數(shù)，然后是每穗實(shí)粒數(shù)。千粒重與相關(guān)系數(shù)雖為負(fù)值，但其與產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)很小，這與個(gè)別學(xué)者的研究結(jié)果不同[9]，這可能是取樣時(shí)的隨機(jī)誤差、操作不規(guī)范等造成的。除千粒重外，其他因素均與產(chǎn)量呈正相關(guān)。由此可知，平原沙土區(qū)在淺濕調(diào)控灌溉模式下適當(dāng)降低控水下限，水稻可以通過(guò)增加結(jié)實(shí)率和單株有效穗數(shù)，并改變每穗實(shí)粒數(shù)來(lái)保證產(chǎn)量不受顯著影響，說(shuō)明平原沙土區(qū)水稻灌溉具有一定的節(jié)水空間。

表3　不同水分管理方式對(duì)水稻產(chǎn)量性狀和水分生產(chǎn)率的影響

注：同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lowercases in the same column stand for significant differences(P<0.05).

表4　產(chǎn)量因子與產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)

2.3不同水分管理方式對(duì)水稻水分生產(chǎn)率的影響由表3可知，4種水分管理方式下，水稻全生育期實(shí)際耗水量逐漸降低，且差異顯著(P<0.05)。與W1相比，W2、W3、W4水稻全生育期的實(shí)際耗水量分別減少5%、10%、15%。W2、W3較W1產(chǎn)量有小幅度降低，但其水分的節(jié)省幅度高于產(chǎn)量的下降幅度，所以其水分生產(chǎn)率均高于W1。W4與W1產(chǎn)量無(wú)顯著差異，但其水分生產(chǎn)率顯著高于W1。隨著W1、W2、W3、W4控水下限的降低，其水分生產(chǎn)率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，且能保證W4與W1之間產(chǎn)量差異不顯著。說(shuō)明平原沙土區(qū)水稻在淺濕調(diào)控灌溉基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低控水下限，保證產(chǎn)量并提高水分生產(chǎn)率，該地區(qū)還有很大的節(jié)水空間。關(guān)于保證產(chǎn)量與水分生產(chǎn)率配合最佳的最適宜控水下限值還有待于進(jìn)一步研究。

3結(jié)論

該研究以黃河故道平原沙土區(qū)典型土壤種植的水稻為試驗(yàn)對(duì)象，采用田間測(cè)坑試驗(yàn)結(jié)合室內(nèi)分析的方法進(jìn)行單因子對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，水分下限在一定范圍內(nèi)降低，能夠抑制水稻株高的增加，提高水稻的分蘗數(shù)，結(jié)實(shí)率、單株有效穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)也有所提高；與W1相比，W2、W3、W4的產(chǎn)量增減范圍均在5.00%以內(nèi)，水稻產(chǎn)量不受顯著影響；適當(dāng)降低控水下限，在保證產(chǎn)量的同時(shí)并提高水分生產(chǎn)率。這表明蘇北平原沙土區(qū)水稻灌溉還有很大的節(jié)水空間，最適宜控水下限值還有待于進(jìn)一步研究。

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Effects of Different Water Management Modes on Rice Yield and Traits in Sandy Soil Area of Northern Jiangsu Plain

ZHENG Cheng-xin1,GAO Yu-hang1,LUO Hui-yong2et al

(1.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering,Hohai University,Nanjing,Jiangsu 210098; 2.Water Resources Bureau in Lianshui County of Huai’an City,Huai’an,Jiangsu 223400)

Abstract[Objective] The aim was to study the effects of irrigation lower limit below shallow wet control on rice growth,yield and water productivity,and provide reference for rice water-saving irrigation in sandy soil area.[Method] Taking Shengfeng 2 as test object,using field test pit experiment combined with laboratory analysis method,rice in sandy soil area of northern Jiangsu plain was studied by four soil water management modes(W1 shallow wet irrigation,W2 water lower limit reduced by 5%,W3 water lower limit reduced by 10%,W4 water lower limit reduced by 15%).[Result] The results showed that：lowering water within a certain range could inhibit the growth of plant height,improve rice tillers,seed rate,effective panicles per plant and grains per panicle also improved; compared with W1,the yield of W2,W3,W4 increase and decrease range was less than 5%,rice yield was not significantly affected; reducing water lower limit appropriately could ensure the production and increase water productivity.[Conclusion] There is a great water-saving space for rice irrigation in plain sandy soil area.

Key wordsRice; Sandy soil area; Water management; Yield

基金項(xiàng)目江蘇省水利科技項(xiàng)目(2015)；江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510294002Y)。

作者簡(jiǎn)介鄭成鑫(1994- )，男，山東日照人，本科生，專業(yè)：農(nóng)業(yè)水利工程。

收稿日期2016-03-08

中圖分類號(hào)S 511

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)10-029-03