淺顯節水灌溉方式對遼寧地區水稻同化物分配及質量影響的試驗研究

呂曉慧

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110006)

水稻屬于遼寧省主要農作物之一，其耗水量較大，據相關試驗統計，水稻耗水量可占據區域總灌溉水量的60%左右[1]。遼寧省屬于水資源相對短缺的區域，季節性干旱發生的頻率較大，干旱對水稻生長已經成為主要的非生長因素之一[2]。如何實現水稻作物灌溉用水的效率，實現水稻作物的高效節水灌溉，既保證節水效率的同時又保證水稻的質量，是當前水稻作物節水灌溉模式設計的重要課題[3]。當前，對于水稻灌溉節水技術的研究成果相對較多[4- 11]，也有不少學者關注于水稻自身的節水潛力，并培育出具有抗旱性能的水稻品種[12- 14]。但當前對于節水灌溉方式是否影響水稻的產量和質量依舊有較大的爭議，這主要是由于水稻自身的節水潛力還主要依賴于節水灌溉栽培技術的發展[15]。為此需要通過試驗的方式定量分析高效節水灌溉方式下對水稻產量及質量的綜合影響，定量分析水稻產量與水分利用率之間的關系，提高作物水分利用率的同時提高水稻作物的產量和質量，為區域水稻高效節水灌溉提供相應的理論依據。

1 試驗方法

1.1 試驗設計

試驗設定不做任何節水方式、以及采用淺顯節水灌溉方式下的兩個試驗小區，試驗小區如圖1所示。各試驗區水稻品種一致，試驗區為黏壤土，土壤中全氮、全磷的含量分別為0.58、0.41g/kg，土壤pH值為5.70。在兩個試驗小區內主要進行施氮肥(含量為200kgNhm-2)，并結合復合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)進行水稻栽培，水稻栽種過程中采用尿素作為追肥。在試驗過程中，在水稻生育期田間含水量保持在4～6cm，到水稻返青至成熟期這段時間將土壤水勢維持在-20kPa以下，為提高節水灌溉效率，在每個試驗小區內均勻鋪設滴灌帶，應用張力計對土壤含水量進行試驗監測。試驗區水稻栽種秧齡為22d，按照行距為40cm，株間距為12.5cm密度進行人工移栽，每個洞穴內基本為兩個基本水稻苗。

圖1 兩個試驗小區

1.2 試驗指標測定方法

(1)同化物的測定

莖蘗動態：選用固定的十蔸進行基本苗的記錄，在進行人工移種后第10天開始進行分蘗數的調查，后期每隔7天對水稻基本苗的分蘗數進行調查記錄，到水稻齊穗期結束。

地面層干物質的分配：在各試驗小區內選取4蔸進行平均莖蘗數的調查，在水稻4個重要生育期選取2個主莖作為標準葉片，采用長寬系數法進行葉面積指數，將試驗莖、葉與穗進行分隔后，在烘箱中進行30min的殺青烘烤，在烘烤箱中將溫度降低至80℃以后，通過稱重方式計算其干物質的分配和積累過程。

根系干物質：在每個試驗小區內布設根袋，每個根袋內種植相同品種的水稻2份，其中一份選取水稻頂部的白根用于測定活性酶的測定，另外一份在烘烤箱中30min后進行稱重，用于水稻成熟后期的根系可溶性糖與淀粉含量的測定。

形態結構與倒伏指數：采用強度測量儀對莖稈節間抗折力進行測定，結合顯游標卡尺測量節間外徑，其中倒伏指數的計算方程為：

LI=f×100

(1)

f=L×w

(2)

式中，LI—測定的水稻倒伏指數；f—彎曲力矩或者抗折力，g；L—節間基部至穗頂長度，cm；w—節間基部至穗頂重量，g。

(2)產量與品質的測定

對于產量的計算，首先需要計算每畝有效穗的含量，計算方程為：

(3)

P=C·M·D·w·103

(4)

式中，P—計算的水稻產量，t/hm-2；C—每畝有效穗含量，g；M—每穗的粒數；D—結實率，%；w—千粒重，g。

水稻品質測定主要包括對精米率以及整精米率的測定[16]。

2 試驗分析結果

2.1 對水稻形態的試驗影響

分別結合淺顯和淹沒節水灌溉方式，分析不同節水灌溉方式對水稻生育期天數的影響，見表1，并通過各試驗周期分析不同節水灌溉方式對水稻形態包括株高以及莖蘗系數的影響，試驗分析結果見表2及圖2。

表1 不同節水灌溉方式下對水稻生育期天數的影響 單位：d

表2 不同節水灌溉方式下對水稻生育期株高的影響 單位：cm

圖2 不同節水灌溉方式對各樣品水稻莖蘗系數的影響分析

從表1中可看出，在兩個試驗年分析下，淺顯和淹沒兩種節水灌溉方式下對水稻秧齡期的影響不大，因為這一時期水稻需水量較少，因此兩種灌溉方式下該水期水稻的需水都可得到有效滿足，因此其影響程度較小。而對于水稻營養期，不同灌溉方式對其營養期水稻的生育期天數有較為明顯的影響，相比于淹沒方式，淺顯灌溉方式下水稻生育期天數有所延長，有利于水稻作物營養干物質的積累。而同樣在生長期和全生育期，水稻作物的生育期天數都有所增加，這同樣是因為節水灌溉方式下，作物需水量滿足度不同，因此相比于淹沒灌溉方式，淺顯灌溉方式下水稻生育期天數有所增加。表2為不同節水灌溉方式對水稻株高的影響，從試驗分析結果可看出，在水稻生育的各個時期，水稻株高總體呈現“S”型變化曲線，相比于淹沒灌溉方式，淺顯節水灌溉方式下在水稻四個主要生育期株高提升率分別在5.6%～7.8%之間，可見相比于淹沒節水灌溉方式，淺顯灌溉方式可有效提高水稻株高的指標。從水稻莖蘗系數的影響分析結果可看出，在水稻的整個生育期，兩種節水灌溉方式下水稻莖蘗系數整體變化較為一致，先增加后遞減到成熟期后逐步趨于穩定變化，相比于淹沒灌溉方式，淺顯節水灌溉方式下各試驗品種水稻的莖蘗系數有所提高，提高率均值在7.5%左右。

2.2 對水稻倒伏指數的試驗影響

在形態指數分析的基礎上，試驗分析兩種灌溉方式下對水稻外部形狀及倒伏指數的影響，試驗分析結果見表3。

表3 不同灌溉方式下對各品種水稻形狀及倒伏指數的影響

注:1- 1表示第一節間，2- 2表示第二節間，3- 3表示第三節間

從表3中可看出，對于同一種水稻品種而言，相比于淹沒節水灌溉方式，淺顯灌溉方式下水稻節數有所增多，這是由于淺顯灌溉方式下，作物利用水效率有所提升，水稻作物的生育期天數有所增加，因此水稻節水有所增加，相比于淹沒灌溉方式，淺顯節水灌溉方式下節水增加率為4.5%，從水稻基部節長可分析出，在兩種節水灌溉方式下，水稻基部節長變化較為一致，從上到下，其節間的長度都均呈現遞增變化，相比于淹沒節水灌溉方式，淺顯灌溉方式下基本節長的增加率為1.5%，而對于基本外徑而言，同樣由于作物利用系數的影響，采用節水灌溉方式后，其基本外徑較傳統灌溉方式均有所增加，相比于淹沒灌溉方式下，淺顯灌溉方式下基部外徑有所減少，減少率為2.3%，這主要是因為相比于淹沒灌溉方式，淺顯灌溉方式由于增加了前期基本節長，使得其相應外徑有所減少。通過對莖壁厚度分析可知，兩種節水灌溉方式下其對莖壁厚度影響程度較大，相比于淹沒灌溉方式，淺顯節水灌溉方式下的莖壁厚度增加率在1.5%～3.4%之間。彎曲力矩是水稻作物主要的形狀系數指標，從試驗分析結果可看出，兩種節水灌溉方式下彎曲力矩總體變化程度較小，相比于淹沒節水灌溉方式，淺顯灌溉方式下彎曲力矩有所增加，因此使得在淺顯節水灌溉方式下，其倒伏指數降低20%，更利用水稻作物的生長。

2.3 對水稻葉面積指數的試驗影響

動態分析了不同水稻品種下各節水灌溉方式對水稻葉面積指數的影響，試驗分析結果見表4。

表4 不同灌溉方式影響下的水稻葉面積指數

葉面積指數是水稻作物耗水影響的重要指標，從試驗分析結果可看出，相比于傳統灌溉方式，采用節水灌溉方式后，水稻作物不同葉型下指數都有所減少，這主要是因為采用節水灌溉方式后，通過提高水稻作物的水利用效率，水稻作物的耗水率有所遞減，因此不同葉型的葉面積指數均有所減少，由于兩種節水灌溉方式相同，因此對各水稻品種的葉面積指數影響程度較為相同，但相比于淹沒灌溉方式，淺顯灌溉方式下各類型葉面積指數增加率在0.5%～3.4%之間，總體變化程度較小，可見不同節水灌溉方式對水稻葉面積指數的影響程度較低。

2.4 對水稻同化物積累與分配率的影響

水稻同化物干物質積累及分配是表征水稻營養物的重要指標，為此分析兩種節水灌溉方式下對不同時期各品種水稻同化物分配及蔗糖合酶與蔗糖磷酸合酶活性的影響，試驗分析結果見表5—6。

表5 不同節水灌溉方式對各水稻品種同化物分配率的影響 單位：%

表6 不同節水灌溉方式下不同時期蔗糖合酶與蔗糖磷酸合酶活性試驗結果

從表5中可明顯看出，相比于淹沒節水灌溉方式，水稻作物不同時期的干物質同化物積累量都有所增加，相比于傳統節水灌溉方式，淺顯淹灌方式下，水稻生育后期的莖鞘干物質向籽粒輸出率分別提高16%和22%，乳熟期蔗糖合酶與蔗糖磷酸合酶活性得到顯著提升，成熟期莖鞘的淀粉含量分別調高18%和15%。這主要是采用淺顯節水灌溉方式后，水稻作物的生育期天數及形態指數都有所提高，而生育期天數的增長，使得其同化物干物質的累積量有所增加，因此相比于傳統淹沒節水灌溉方式下，其干物質的輸出率均有較為明顯的提升。而由于水稻同化物干物質累積率的提高，使得其蔗糖合酶與蔗糖磷酸合酶活性得到顯著提升。

2.5 對水稻質量的綜合影響

結合大田試驗，對不同節水灌溉方式下水稻產量及質量進行綜合分析，試驗分析結果見表7—8。

表7 不同灌溉方式對水稻產量及產量構成的影響分析結果

表8 不同灌溉方式對水稻外觀質量及加工質量的綜合影響結果

從兩種試驗方式下水稻作物的產量和質量試驗分析結果可看出，相比于傳統方式來看，采用淺顯節水灌溉方式后，產量提高率6.25%～12.48%之間，精米率與整精米率分別提高10.25%和16.32%，水稻作物的產量和質量提升效果較為明顯；不同節水方式對水稻作物的有效穗以及每穗粒數影響程度不大，但對作物的結實率影響較大，而結實率是水稻作物的重要表征指標，因此在淺顯節水灌溉方式下，作物的產量有較為明顯的增加。水稻質量是檢驗節水灌溉方式效果的重要指標，采用淺顯節水灌溉方式下，水稻作物的糙米率、精米率以及整精米率都有較為明顯的提升，這主要是因為相比于傳統方式，淺顯節水灌溉方式下水稻作物的形態、干物質分配率以及倒伏指數都有明顯增加，因此使得其作物的產量和質量得到一定程度的提升，因此淺顯節水灌溉方式可在提高水分利用效率的同時，保證高產優質，可作為遼寧地區水稻高產栽培技術的一種節水新模式。

3 試驗主要結論

(1)水稻干物質同化物與水稻產量具有較為顯著的相關性，可以依據它們之間相關方程推求不同節水灌溉方式下的水稻產量，便于區域節水灌溉模式設計。

(2)水稻葉面積指數在253～303之間有利于干物質同化物的分配和積累，從而提高水稻作物產量，傳統節水灌溉方式葉面積指數高于此范圍，因此產量相對較低。

(3)本文未探討淺顯淹灌節水方式對水稻不同時期作物利用水效率的影響，應在以后的研究中加以探討，從而提出不同時期最優節水模式。