不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻產量及其構成的影響

錢銀飛，邱才飛，邵彩虹，陳先茂，關賢交，陳 金，謝 江，鄧國強，彭春瑞

(江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所/農業部長江中下游作物生理生態與耕作重點實驗室/國家紅壤改良工程技術研究中心， 江西 南昌 330200)

不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻產量及其構成的影響

錢銀飛，邱才飛，邵彩虹，陳先茂，關賢交，陳 金，謝 江，鄧國強，彭春瑞

(江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所/農業部長江中下游作物生理生態與耕作重點實驗室/國家紅壤改良工程技術研究中心， 江西 南昌 330200)

通過盆栽試驗研究了不同生育期土壤水分虧缺對雙季稻生長發育及產量形成的影響。結果表明：雙季超級稻生育前期土壤水分虧缺對株高存在較大影響，其中均以拔節孕穗期受土壤水分虧缺影響最重，早稻株高下降4.53%～11.1%，晚稻下降3.09%～10.04%，且水分虧缺程度越重，株高下降越多，而生育后期影響較小。雙季超級稻不同生育期土壤水分虧缺處理的葉、穗、根及總的干物質積累量均低于淺水灌溉對照，且均表現為隨土壤水分虧缺程度的加劇而積累量越少，根冠比也表現為相同規律。但土壤水分虧缺卻一定程度上促進了莖鞘的發育，產生補償作用，但作用較小。雙季超級稻所有土壤水分虧缺處理的產量均低于對照淺水充分灌溉,早稻產量為對照的58.73%～99.42%，晚稻產量為對照的55.15%～96.74%。各生育期的雙季稻產量均表現為隨土壤水分虧缺的加劇而下降嚴重。雙季超級稻產量受水分虧缺影響敏感程度排序：早稻為拔節孕穗期>有效分蘗期>抽穗開花期>無效分蘗期>乳熟期，晚稻為拔節孕穗期>抽穗開花期>有效分蘗期>乳熟期>無效分蘗期。水分虧缺對雙季超級稻有效分蘗期的穗數和拔節孕穗期的穗粒數影響程度最大，可引起大幅減產。無效分蘗期和乳熟期受水分虧缺影響減產程度較小。

雙季超級稻；土壤水分虧缺；生育時期;敏感程度；生長發育；產量

中國是一個嚴重缺水的國家，人均水資源占有量只有2 100 m3，僅為世界平均水平的28%，是全球13個人均水資源最匱乏的國家之一。同時我國的水資源時空分布不均，水資源利用效率低，水污染嚴重等已造成水資源緊張[1]。水稻是我國最大的用水作物，其用水量約占農業用水量的70%，約占全國用水量的50%[2]，因此發展水稻節水栽培，提高稻田灌溉水利用率已成當務之急[3]。水稻節水的一個有效途徑就是根據水稻不同生育期對水分需求的差異進行針對性的水分調控，從而使得水資源最大限度地有效利用[4-5]。

江西地處亞熱帶季風氣候區，也是我國水稻主產區之一，降雨雖豐沛但分布不均，夏秋之間高溫少雨，常出現季節性干旱，造成該區出現嚴重伏、秋干旱災害，且受全球氣候變化影響，該區旱災呈頻繁和加劇的趨勢，對江西的水稻生產造成極大危害。不少的研究表明，水稻在不同生育階段對水的需求不一，對遭受一定程度的水分脅迫后其反應也不相同，有的階段表現出具有較強的忍耐性，而有的階段則反應很敏感。不同生育期遭受不同程度的土壤水分虧缺，對水稻的生長發育及產量品質等也有不同程度的影響[4-12]。為此，本文通過盆栽試驗，嚴格控制土壤水分，設置不同生育期土壤水分虧缺處理，系統觀察了在不同生育期進行土壤水分虧缺處理對雙季超級稻產量形成的影響，探討雙季超級稻不同生育期對土壤水分的敏感性差異及水分虧缺程度對雙季超級稻產量形成的影響大小，旨在為雙季超級稻生產上合理利用水資源提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及品種

試驗于2013—2014年在江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所玻璃網室進行。大田育秧；早稻4月10日播種，4月30日移栽至盆缽，晚稻6月20日播種，7月25日移栽至盆缽，移栽秧苗生長基本一致。塑料盆缽規格：直徑25 cm，高30 cm，盆缽內裝過篩的耕作層土約18 kg，土壤為紅壤土，質地黏性，土壤肥力為pH 5.32，堿解氮144 mg·kg-1、速效磷33.5 mg·kg-1、速效鉀76.5 mg·kg-1，早稻移栽前每盆施尿素2.0 g，氯化鉀0.88 g，鈣鎂磷肥3.8 g。晚稻用肥量為早稻的1.25倍。早稻供試品種為超級雜交稻品種金優458，江西省農業科學院水稻研究所育成，2009年被審定為超級稻。晚稻為淦鑫688，江西農業大學育成，2008年被審定為超級稻。

1.2 試驗設計

水稻移栽到栽后7 d，盆內保持淺水層活棵，水稻黃熟后盆內斷水收獲。在栽后8 d至水稻黃熟期，將水稻生育期分成5個階段：有效分蘗期(S1)、無效分蘗期(S2)、拔節孕穗期(S3)、抽穗開花期(S4)、乳熟期(S5)；每個生育期分別進行3種不同程度的土壤水分虧缺處理：輕度土壤水分虧缺(L，下限的土壤含水率為飽和含水率的85%)；中度土壤水分虧缺(M，下限的土壤含水率為飽和含水率的70%)；重度土壤水分虧缺(H，下限的土壤含水率為飽和含水率的55%)。每個生育期處理7 d后復水。除水分處理時期外，各處理其余時間均采用淺水充分灌溉。全生育期以常規淺水充分灌溉作為對照(CK，飽和含水率)。每處理5盆，每盆3穴，每穴2苗。全程采用量筒精確計量每次加水量，利用稱重法結合WET-2土壤三參數儀(△T公司，CAMBRIDGE，UK)測定土壤含水率來監測土壤5cm處土壤水分的變化。在水分處理期利用稱重法進行加水操作，以控制各盆的土壤含水量在很小范圍內波動。

1.3 測定內容與方法

成熟期各處理實收計產，分盆計穗數，曬干，脫粒計產，以清水漂選谷粒，分別計數實粒數與秕粒數，計稱實粒千粒重。

1.4 數據分析方法

數據處理和統計分析采用Excel 2003和DPS 7.05完成。

2 結果與分析

2.1 不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻株高的影響

不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻株高的影響見圖1。雙季超級稻生育前期有效分蘗期(S1) 、無效分蘗期(S2)和拔節孕穗期(S3)三個時期的土壤水分虧缺對株高存在一定影響，而生育后期的抽穗開花期(S4)和乳熟期(S5)土壤水分虧缺對水稻株高影響不大，差異不顯著。雙季超級稻均以拔節孕穗期(S3)受土壤水分虧缺影響最重，且水分虧缺程度越重，株高下降越多。這說明水稻拔節孕穗期是水稻株高增長的關鍵時期，此期水分虧缺會對稻株節間細胞生長產生明顯的抑制作用，從而減低水稻株高。此期株高受抑制很難通過后期水分補充來恢復，因此此階段應保障水分供應。在有效分蘗期(S1)和無效分蘗期(S2)土壤水分虧缺也在一定程度影響株高，但影響程度較小，株高降幅較小。

圖1 不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻株高的影響

2.2 不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻成熟期干物質積累量的影響

由表1所示，不同生育期土壤水分虧缺對成熟期干物質積累量的影響表現為：雙季超級稻不同生育期土壤水分虧缺處理的穗和根的干物質積累量均低于淺水灌溉對照，且均表現為隨土壤水分虧缺程度的加劇其積累量越少。根冠比也表現為相同規律。土壤水分虧缺導致了葉片干物質積累量的減少卻致使莖鞘干物質積累量增加。隨土壤水分虧缺程度的加劇，基本呈現葉片干物質積累量的減少的趨勢，但早稻無效分蘗期(S2)略有差異。早稻無效分蘗期中度水分虧缺最終的葉片干物質積累量高于輕度水分虧缺，這可能是早稻無效分蘗期中度水分虧缺比輕度水分虧缺更好地抑制了無效分蘗的發生，從而促進了有效分蘗的生長。莖鞘干物質積累量與葉片干物質積累量基本上呈負相關關系，但相關關系不顯著。這表明水分虧缺處理抑制了葉片的生長發育，卻一定程度上促進了莖鞘的發育，從而補償土壤水分虧缺所帶來的負效應，但這種補償作用效果甚微。最終結果表明土壤水分虧缺所帶來的負效應大于莖鞘補償的正效應，土壤水分虧缺程度越嚴重，成熟期干物質總積累量越少。

2.3 不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻產量的影響

不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻產量的影響見表2。無論早、晚稻，所有水分虧缺處理的產量均低于對照淺水充分灌溉。各生育階段的雙季稻產量均表現為隨土壤水分虧缺的加劇而下降嚴重。早稻有效分蘗期(S1)、無效分蘗期(S2)、拔節孕穗期(S3)、抽穗開花期(S4)和乳熟期(S5)不同水分脅迫的平均產量分別占對照產量的86.88%、92.99%、73.57%、86.91%和94.7%；晚稻分別占對照產量的83.86%、96.45%、68.81%、82.27%和89.74%，以晚稻的拔節孕穗期受水分虧缺減產最為嚴重，晚稻的無效分蘗期最輕。早稻受水分虧缺影響排序為S3>S1>S4>S2>S5，晚稻受水分虧缺影響排序為S3>S4>S1>S5>S2。

2.4 不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻產量構成因素的影響

不同生育期土壤水分虧缺對產量構成因素具有顯著影響(表2)。不同生育期土壤水分虧缺對穗數的影響表現為與淺水充分灌溉對照相比，早晚稻均以有效分蘗期(S1)的穗數下降最多，下降幅度也最大。其次為拔節孕穗期和無效分蘗期，抽穗開花期和乳熟期下降較少，這表明水分虧缺影響穗數形成主要在水稻生長的前期。此期為穗數形成的關鍵時期，有效分蘗期是水分虧缺的敏感期，此期缺水將大大減少有效分蘗的發生。不同水分虧缺處理間，基本表現為隨水分虧缺程度的加劇而穗數減少程度增加。不同生育期土壤水分虧缺對穗粒數的影響表現為早晚稻均以拔節孕穗期(S3)的穗粒數下降最多，這表明拔節孕穗期為穗粒數形成的最關鍵時期，水分虧缺對穗粒數影響很大。同時研究中也發現早晚稻有效分蘗期均出現穗粒數比對照增加的現象，這可能是有效分蘗期水分虧缺減小了穗數，卻改善了群體通風透光條件，從而有利于穗粒數的形成。這也表明水稻自身具有補償作用，能一定程度上恢復不利因素對自身生長的影響。在水稻拔節及其以后，不同水分虧缺處理間，基本表現為隨水分虧缺程度的加劇而穗粒數減少增多。不同生育期土壤水分虧缺對總穎花數的影響表現為早稻總穎花數下降排序為S3>S1>S2>S4>S5，晚稻總穎花數下降排序為S1>S1>S4>S2，S5期總穎花數增加。不同水分處理間，基本表現為隨水分虧缺程度的加劇而總穎花數減少程度增加。不同生育期土壤水分虧缺對結實率的影響表現為早稻以抽穗開花期(S4)的結實率下降最多，其次為拔節孕穗期和乳熟期，有效和無效分蘗期結實率增加。晚稻以拔節孕穗期(S3)的結實率下降最多，其次為抽穗開花期，再次為乳熟期和無效分蘗期，有效分蘗期結實率增加。不同水分處理間，拔節孕穗期及以后基本表現為隨水分虧缺程度的加劇而結實率下降程度增加。有效和無效分蘗期結實率變化較少，甚至有隨水分虧缺程度加劇而結實率略有上升現象。不同生育期土壤水分虧缺對千粒重的影響變化均表現為拔節孕穗期(S3)的千粒重下降最多，其次為抽穗開花期，再次為乳熟期，無效分蘗期和有效分蘗期千粒重略有增加。不同水分處理間，拔節孕穗期及以后基本表現為隨水分虧缺程度的加劇而千粒重下降程度增加。

表1 不同生育期水分虧缺對雙季超級稻成熟期干物質積累量的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different small letters represent significant difference atP<0.05 levels. The same as below.

表2 不同生育期土壤水分虧缺對雙季超級稻產量及其構成的影響

注：同列數據后不同大、小寫字母表示處理間分別在P<0.01和P<0.05水平差異顯著。

Note:Different large and small letters represent significant difference atP<0.01 andP<0.05 levels.

水分虧缺處理對雙季超級稻產量及其結構的影響通徑及相關分析結果顯示，早晚稻產量構成因子中均以總穎花數(X3)對產量的貢獻最大，其直接通徑系數最大，其次為結實率(X4)，千粒重(X5)最小(表3)。穗數對總穎花數的貢獻要大于穗粒數。早晚稻產量構成因子與產量皆成正相關，但相關程度不同。其中早稻以總穎花數(X3)與稻谷的產量(Y)相關性最好(r3=0.862**)，其次為千粒重，穗粒數和結實率。穗數與產量的相關程度最小。而晚稻產量構成因子與產量的相關性則表現為千粒重>結實率>總穎花數>穗粒數>穗數。

表3 不同水分虧缺處理對雙季超級稻產量及其結構的影響通徑及相關分析

注：R0.05=0.497，R0.01=0.623；*,**表示差異分別達P<0.05和P<0.01水平。

Note：R0.05=0.497，R0.01=0.623；*,** represent significant difference atP<0.05 andP<0.01 levels, respectively.

3 小結與討論

土壤水分狀況是影響水稻生長發育的重要生態因子之一，過多過少均可對水稻的生長發育產生不利影響。掌握水稻不同生育期適宜的水分范圍，是水稻合理灌溉和節水灌溉的基礎。根據水稻不同生育期對水分需求的差異，在水稻關鍵生育期進行曬田，淺濕、干濕灌溉等不同操作方式，也已成為水稻高產的重要技術措施之一。大量研究結果表明[4-13]，水稻各個生育期對土壤水分虧缺的反應各不相同。本試驗結果也證明了這一點，雙季超級稻在不同生育期對土壤水分虧缺脅迫存在較大差異。早稻為拔節孕穗期>有效分蘗期>抽穗開花期>無效分蘗期>乳熟期，晚稻為拔節孕穗期>抽穗開花期>有效分蘗期>乳熟期>無效分蘗期。土壤水分虧缺對雙季超級稻有效分蘗期的穗數，拔節孕穗期的穗粒數影響程度最大，可引起大幅減產。無效分蘗期和乳熟期受水分虧缺影響減產程度較小。這與趙正宜[13]、鄭家國[14]、王成瑗[15]等在單季稻上的研究結果較為接近。土壤水分虧缺會減少雙季超級稻葉、穗和根等的干物質量的積累，卻能在一定程度上增加莖鞘物質的積累。這表明土壤水分脅迫可以改變光合產物的分配[9]。本試驗中雙季超級稻在無效分蘗期一定的水分虧缺條件下，表現出較強的補償效應，葉片的干物質積累量呈增加的現象。這表明水分脅迫并非完全是負效應，特定發育階段、有限的水分脅迫對提高產量和品質是有益的，許多研究也證明了這一點[8-12]。楊建昌等[6]認為土壤水分對產量的影響在品種間差異較大，同時認為土壤水分對產量構成因素的影響表現為：穎花數>結實率>千粒重。本研究在雙季超級稻上也得到了同樣的結果。對不同土壤水分虧缺處理對雙季超級稻產量及其結構的影響通徑分析的結果表明雙季超級稻產量構成因子中均以總穎花數對產量的貢獻最大，其直接通徑系數最大，其次為結實率，千粒重最小。

本試驗采用WET-2型土壤三參數儀測定含水率進行土壤水分調節，這在以往的文獻中尚未見報道，得出的結果與以往研究中采用土水勢[5-7]、土壤含水量[16]、葉水勢[17-18]等測定方法得出的結論較為接近。WET-2型土壤三參數儀主要采用FDR(Frequency Domain Reflectometry)頻域反射原理，利用電磁脈沖原理、根據電磁波在介質中傳播頻率來測量土壤的表觀介電常數(ε)，從而得到土壤容積含水量(θv)。與傳統土壤水分測定儀器采用的TDR時域反射系統相比，幾乎具備TDR所有優點，而且只需更少的校正工作，同時操作更簡單、更方便快捷，更重要的是精度高，穩定性好，同時還能測定土壤電導率和溫度，目前已在園藝學和土壤學等領域得到廣泛應用[19-21]。它簡便安全、快速準確、定點連續、自動化、寬量程、少標定等的優點，值得在今后的土壤水分等的研究中進一步應用。本試驗結果是在盆栽條件下獲得的，盡管在操作過程中采用了嚴格的控制措施，但與大田生產實際仍存在一定的差異，如缺乏土壤深層水分調節等，因而其結果難免有一定的局限性。但其在不同土壤水分虧缺程度下的水稻生長發育的變化趨勢可為進一步的研究提供一定的參考。

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Effectsofsoilwaterdeficitatgrowingstagesonyieldformationofdouble-croppingsuperindicarice

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

(SoilandFertilizer&ResourcesandEnvironmentalInstitute,JiangxiAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofCropEcophysiologyandFarmingSystemfortheMiddleandLowerReachesoftheYangtzeRiver,MinistryofAgriculture/NationalEngineeringandTechnologyResearchCenterforRedSoilImprovement,Nanchang,Jiangxi330200,China)

We aimed to investigate the effect of soil water deficit at different growing stages on growth and yield formation of double-cropping super indica rice by pot experiments. The result indicated that soil water deficit had significant effect on plant height of double-cropping super indica rice during the early growing period in particular the jointing-booting stage, with the largest effect on plant height. Early rice decreased by 4.53%～11.1% in plant height, and the late rice 3.09%～10.04%. Plant height was declined with the soil water deficit degree, but that in late growing period had smaller effect. The leaf, ear, root weight and total dry matter accumulation of double-cropping super rice with soil water deficit at different growing period were lower than shallow water irrigation (CK), and the accumulation reduced with the soil water deficit, and root/shoot ratio varied similarly. On the other hand, soil water deficit promoted the growth of the stem and sheath to some extent and showed a compensatory effect. The yield of the double-cropping super indica rice under the soil water deficit was lower than the CK, and it decreased with the soil water deficit. Grain yield was significantly affected by the soil water deficit, with an order of the jointing-booting stage>effective tillering stage>heading-florescence stage>invalid tillering stage>milky stage for the early rice, while that for the late rice was jointing-booting stage>heading-florescence stage>effective tillering stage>milky stage>invalid tillering stage. In addition, the effect of soil water deficit on the effective panicle number during effective tiller stage and spike number during jointing-booting stage was the greatest, mainly causing yield reduction.

double-cropping super indica rice; soil water deficit; grain yield

1000-7601(2017)03-0013-07doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.03

2016-03-14

：2017-03-14

：國家重點研發專項(2016YFD0801101-4)；國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B12)；江西省自然科學基金青年基金(20132BAB214012)；江西省重點研發計劃項目(20161ACF60013)

錢銀飛(1980—),男,江蘇如東人，博士，副研究員，從事作物栽培與耕作及農業資源利用研究。 E-mail:qyftfs@163.com。

彭春瑞(1964—)， E-mail:pcrtfs@163.com。

S511.4+2; S152.7

： A