調(diào)虧灌溉條件下巴西陸稻IAPAR9需水規(guī)律的研究

陳宏德周新章陳可明龔 彥許 航易 宇何 利

（1.湖南省水利工程管理局 長沙市 410007；2.湖南省灌溉試驗(yàn)中心站 長沙市 410007；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 長沙市 410128）

水資源短缺，使得人們在傳統(tǒng)“豐水灌溉”的基礎(chǔ)上建立了非充分灌溉理論，放棄單產(chǎn)最高，追求某一總體面積的增產(chǎn)（即在水分有限的條件下，舍棄單產(chǎn)，追求總產(chǎn)量最高）。研究人員在大量的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在通常情況下，一定程度的水分虧缺，對作物的生長并無不利影響，只有當(dāng)水分虧缺到一定數(shù)值時(shí)，才對作物產(chǎn)生不良后果[1~2]。在這一發(fā)現(xiàn)的啟迪下，有關(guān)專家根據(jù)作物的遺傳和生理生態(tài)特性，在其生育期的某些階段人為地主動(dòng)施加一定程度的水分虧缺，調(diào)節(jié)其光合產(chǎn)物向不同組織器官的分配，調(diào)節(jié)地上和地下的生長動(dòng)態(tài)，控制營養(yǎng)生長，促進(jìn)生殖生長，從而提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，舍棄有機(jī)合成物的總量，達(dá)到節(jié)水高效，高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和提高水分利用率的目的[3~5]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院玻璃頂棚培養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行，采用盆栽準(zhǔn)確控制土壤水分，單盆直徑25 cm，高30 cm，裝入凈土重為7.2kg。試驗(yàn)前對試驗(yàn)土壤田間持水率進(jìn)行測定。試驗(yàn)品種為巴西陸稻IAPAR9，播種前先曬種2天，然后用清水浸種24h，再用水稻殺菌劑“強(qiáng)氯精”浸種消毒16h，用清水洗凈后再浸種催芽24h。播種時(shí)間為4月20日，于8月18日開始收獲。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

進(jìn)入調(diào)虧試驗(yàn)階段后，將巴西陸稻IAPAR9分為出苗—分蘗（5月2日~5月21日）、分蘗—孕穗（5月22日~6月13日）、孕穗—齊穗（6月14日~7月14日）、齊穗—成熟（7月15日~8月18日）四個(gè)階段。出苗—分蘗為第一階段：土壤水分含量設(shè)為田間持水率的45%~55%、55%~65%、65%~75%3個(gè)不同的水分水平；分蘗—孕穗為第二階段：土壤水分含量設(shè)為田間持水率的55%~65%、65%~75%、75%~85%3個(gè)水平；孕穗—齊穗為第三階段：土壤水分含量設(shè)為田間持水率的70%~80%、80%~90%2個(gè)水平。充分灌水處理各階段的水分含量設(shè)為田間持水率的75%~85%、75%~85%、80%~90%。試驗(yàn)共19個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，齊穗—成熟階段不作試驗(yàn)處理，土壤含水率保持在65%以上。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片水平上的水分利用率

葉片水平上水分利用率（WUE）是表示光合速率與蒸騰速率相互關(guān)系的特征。表1是5月19日、6月10日、7月13日上午10時(shí)測得的值，通過對水分利用率的比較分析：第一階段水分利用率的最大值對應(yīng)的土壤水分含量為：55%~65%、第二階段為65%~75%、第三階段70%~80%。第二、三階段葉片水平上水分利用率的最大值并不對應(yīng)光合速率的最大值。

表1 各階段、各處理的蒸騰速率表

說明通過蒸騰速率來提高光合速率，達(dá)到一定程度后，效果并不理想,而且光合速率最大值并不對應(yīng)水分利用率的最佳值。蒸騰速率較低時(shí)，光合速率基本上呈線性增加，然后緩慢增加，當(dāng)蒸騰速率增加到一定程度后，光合速率不再隨蒸騰而增加，反而有所下降。

圖1 不同的水分處理與產(chǎn)量水平的水分利用率

2.2 產(chǎn)量水平上的水分利用率

產(chǎn)量水平的水分利用率是衡量節(jié)水灌溉效益最重要的指標(biāo)，用產(chǎn)量和灌溉水量的比值表示。山侖（1992）認(rèn)為：高水分利用率是植物適應(yīng)干旱環(huán)境的重要機(jī)制之一，抗旱性能的好壞基本依據(jù)是水分利用率的高低，抗旱性是作物在干旱條件下得以生存并取得較好產(chǎn)量的潛力。圖1是各灌溉處理在產(chǎn)量水平上的水分利用效率分析的結(jié)果：水分利用率的最高值與最低值的差值為0.24 kg/m3，高46.15%；與對照處理的差值為0.17 kg/m3，高28.81%。最高值對應(yīng)的三個(gè)階段的土壤水分含量分別為：55%~65%、55%~65%、70%~80%。這說明前期適當(dāng)?shù)乃置{迫使得巴西陸稻IAPAR9經(jīng)歷了有益的干旱鍛煉，使其耐旱能力得到了很大提高，對水分脅迫的敏感度下降，而后期的充足供水使得巴西陸稻IAPAR9的開花和灌漿等重要的生殖生長過程得以正常進(jìn)行，從而保證了產(chǎn)量的提高，同時(shí)又降低了水分的消耗量。

2.3 供水量與產(chǎn)量、水分利用率的關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同的供水條件下，產(chǎn)量水平的水分利用率（WUE）、產(chǎn)量（Y）和供水量（X）之間呈現(xiàn)出明顯的非線性關(guān)系。水分利用率的最佳值不是在供水充足、產(chǎn)量最高時(shí)獲得。水分利用率、產(chǎn)量隨供水量的提高分為三個(gè)階段，即增加階段、緩慢增加階段和下降階段（如圖 2、圖 3、圖 4）。WUE-X、Y-X、Y-WUE可用二次曲線來表示。

圖2 耗水量與水分利用率的關(guān)系

圖3 耗水量與產(chǎn)量的關(guān)系

圖4 水分利用率與產(chǎn)量的關(guān)系

經(jīng)過以上分析可知:若只追求最高產(chǎn)量而把供水量增加到最大值,則對應(yīng)的水分利用率并不是最佳值;當(dāng)水分利用率達(dá)到最高時(shí)的供水量,所對應(yīng)的產(chǎn)量又不是最大。因此通過協(xié)調(diào)水分利用率、產(chǎn)量、和供水量的關(guān)系，在保證產(chǎn)量的前提下，適當(dāng)減少供水量，使高產(chǎn)和節(jié)水都達(dá)到較高的水平。這也為節(jié)水農(nóng)業(yè)提供了理論依據(jù)。由式（1）和式（2）求導(dǎo)可知:當(dāng)灌水量為6 368.96 m3/hm2時(shí)，水分利用率最高,由式（3）得水分利用率為0.794 1；當(dāng)灌水量為6 907.92 m3/hm 時(shí)，產(chǎn)量最高，由式（3）得產(chǎn)量為 7 854.53 kg/hm2。

2.4 各生育階段的需水特征

表2為處理6~處理10五個(gè)生育階段需水特征的平均值（因這5個(gè)處理的產(chǎn)量和水分利用率都較高），表中的模比系數(shù)表示某生育階段的需水量占整個(gè)生育期總需水量的百分比，需水強(qiáng)度為某生育階段的需水量與該階段持續(xù)天數(shù)的比值。全生育期需水大約為6 436.4 m3/hm、需水量強(qiáng)度為53.2 m3/d，分蘗—孕穗、孕穗—齊穗階段需水量、模比系數(shù)、需水量強(qiáng)度較大。彭世彰（2003）等人認(rèn)為：需水強(qiáng)度越大的階段，作物對水分的敏感程度越高，所以巴西陸稻IAPAR9在孕穗—齊穗期對水分最敏感（需水量強(qiáng)度為79.7 m3/d），依次是分蘗—孕穗（需水量強(qiáng)度為58.6 m3/d）、播種—出苗（需水量強(qiáng)度為 51.3m3/d）、出苗—分蘗（需水量強(qiáng)度為46.0 m3/d）、齊穗—成熟（需水量強(qiáng)度為30.3 m3/d）。模比系數(shù)是：

播種—出苗9.56%、出苗—分蘗 14.30%、分蘗—孕穗20.02%、孕穗—齊穗39.65%、齊穗—成熟16.47%。

表2 處理6～10的平均需水量

3 結(jié)論與討論

（1）水分利用率隨著耗水量的增而增加，當(dāng)耗水量增加到某一臨界值后水分利用率不再增加，而是有所下降，這可能是水分含量超出某一臨界值后巴西陸稻IAPAR9由生理蒸騰發(fā)展成為物理水分散失的結(jié)果，這部分蒸騰屬于奢侈蒸騰，應(yīng)給予控制。

（2） 灌水量控制在（6 368.96~6 907.92）m3/hm2之間為宜，與充分灌溉（對照處理8 507.20 m3/hm2）相比，可節(jié)約灌溉用水23.16%~33.57%。試驗(yàn)處理9為最高實(shí)際產(chǎn)量（4799.9kg/hm2）對應(yīng)的耗水量（6868.3 m3/hm2）正是在一范圍。如果水資源緊張取下限值，如果水資源充足則取上限值。

（3）模比系數(shù)為播種—出苗9.56%、出苗—分蘗14.30%、分蘗—孕穗20.02%、孕穗—齊穗39.65%、齊穗—成熟16.47%。若在水資源短缺的情況下，可按模比系數(shù)將有限的水資源分配到各生育階階段。

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