增氧灌溉對寒地水稻秧苗素質的影響研究

姜 薇，王 崢，劉少東，劉 丹，張琬抒

（1.黑龍江八一農墾大學土木水利學院，黑龍江大慶 163319；2.黑龍江省水利學校，黑龍江大慶 163311）

0 引言

在農業(yè)生產(chǎn)復雜結構體系中，水、肥、氣、熱是農作物生長所必需的重要因素，各因素間相互協(xié)調、相互制約共同影響著農作物的生長[1-2]。已有研究主要集中協(xié)調土壤環(huán)境中水、肥、熱等因素上，針對土壤通氣方面研究相對較少。農作物根系需要一定比例且連續(xù)供給的氧氣來滿足其生長及對水和肥等養(yǎng)分的吸收與利用。因此，土壤環(huán)境中氧氣同水、肥等養(yǎng)分同等重要。土壤中供氧不足會抑制根系呼吸作用，導致有毒物質物質積累，不利于農作物生長[3]。增氧灌溉是通過灌溉水中增氧，使氣體直接向作物根部傳遞，進而優(yōu)化根區(qū)氣體環(huán)境，促進作物生長，實現(xiàn)作物增產(chǎn)增收的新型高效節(jié)水、節(jié)能灌溉技術[4]。

研究區(qū)屬于寒地黑土稻作區(qū)，受生長期短的影響，水稻主要的種植方式為育秧移栽。秧苗期是水稻栽培的關鍵時期，水稻長勢和品質與秧苗素質關系密切。目前，水稻育秧需在大棚內完成，現(xiàn)有秧苗灌溉方法在滿足需水的同時，土壤孔隙中大部分氣體被排出，使得秧苗根際缺氧脅迫。秧苗生長發(fā)育受限，從而影響水稻秧苗素質及經(jīng)濟產(chǎn)量。已有研究表明，相對于成熟的作物來講，幼苗對土壤缺氧更敏感[5-6]。目前，國內外關于水稻生長需氧、供氧的研究多數(shù)是移栽后的大田種植階段，針對育秧階段水稻秧苗增氧的研究鮮見報道。本試驗針對寒地特殊土壤環(huán)境，利用增氧灌溉技術，對水稻秧苗期進行試驗。探索不同增氧灌溉處理對水稻秧苗生長的影響，為寒區(qū)土壤環(huán)境增氧灌溉技術的推廣應用提供科學依據(jù)。

1 試驗與方法

1.1 試驗概況

試驗在黑龍江八一農墾大學水利綜合實驗室的小型溫室大棚內進行，大棚四周通風，溫度與周圍大氣溫度相同。試驗區(qū)屬中溫帶半干旱季風氣候區(qū)，年平均氣溫4.2℃，年平均日照時數(shù)2 760～2 900 h，多年平均降水量420 mm。試驗供試水稻品種為東農426，供試土壤為第四紀發(fā)育的粉質黏土，肥力中等，土壤pH值7.4。

1.2 試驗設計

試驗設置3種增氧灌溉方式、3種增氧頻率、4種增氧時間進行組合試驗，共設7種處理，各處理設置3次重復試驗，具體見表1。水稻種子采用微孔曝氣增氧浸種催芽，待種子發(fā)芽后均勻播于大棚育秧池內，播種前一天育秧土壤澆透底水。待出苗整齊后進行第1次增氧灌溉，對照處理不增氧。本試驗在水稻秧苗的立苗期（播種至一葉一心）、扎根期（一葉一心至三葉一心）、成秧期（三葉一心至移栽前）三個階段分別對水稻秧苗生長特征進行試驗研究。

機械增氧采用空氣泵進行通氣，曝氣壓力0.3 MPa，進氣速率50 L/min，通氣時間3 min。通過預埋的增氧灌溉管路系統(tǒng)向根區(qū)土壤輸送氧氣。化學增氧采用3%的醫(yī)用H2O2溶液10 mL稀釋100倍，定容至1 L用于灌溉水。并用注射器將配置好的灌溉水注于預埋的增氧灌溉系統(tǒng)。

表1 試驗設計方案

1.3 試驗測定指標與方法

1.3.1 溶解氧含量：利用上海雷磁溶解氧分析儀（JPSJ-605）測定水中溶解氧含量，精度±0.3 mg/L。

1.3.2 植株指標：株高采用直尺測量，莖粗利用游標卡尺測量。收割地上部分，洗凈泥土，吸干水分，用電子秤測定鮮重。用恒溫干燥箱烘干至恒重測定干重（烘干時先105℃殺青10 min，然后75℃烘至恒重）。每個處理隨機取樣5株，結果取3次重復的平均值。

1.3.3 根系指標：收獲地上部分當日挖取根系，盡量保證根系的完整，在清水中浸泡2 h。利用根系掃描儀EPSON掃描圖片，對掃描圖片進行人工計數(shù)統(tǒng)計水稻秧苗根系的最長根長、根數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007處理并制圖。

2 結果與分析

2.1 增氧灌溉對水稻秧苗農藝性狀的影響

2.1.1 株高。由圖1可知，與CK處理相比，增氧灌溉處理對秧苗株高有顯著影響。雖然立苗期J1、J3處理的株高略小于CK處理，但隨水稻秧苗生育期的推進，J處理和H處理株高均大于CK處理。一方面說明，水稻秧苗的生長需要良好的氧環(huán)境，另一方面說明立苗期秧苗根系還不發(fā)達J處理增氧次數(shù)多可能導致苗床土壤擾動較大，不利于秧苗生長。另外，J3、J4處理的株高大于J1、J2處理，說明夜間增氧灌溉處理有利于秧苗株高的生長。白天、夜間增氧處理株高都隨增氧頻率增加而增加。H處理的株高均大于CK處理，但化學增氧灌溉處理的統(tǒng)計學規(guī)律不明顯。

圖1 不同增氧處理水稻秧苗株高

2.1.2 秧苗地上性狀。由表2可知，與CK處理相比，隨著生育期的推進，各處理對秧苗地上部分質量均有增加，除立苗期外，在其他時期J3處理的地上部分鮮重和干重分別較CK處理有顯著增加。其中扎根期增加19.1%和19.5%，成秧期增加16.1%和19.6%。H1處理和H2處理對水稻秧苗地上部分鮮重和干重分別較CK處理增加幅度大致相同。說明增氧灌溉有利于秧苗地上部分質量的積累。

表2 不同時期各處理地上部分質量

2.2 增氧灌溉對水稻秧苗根系特性的影響

2.2.1 對水稻秧苗根系生長特性的影響。如圖2所示，增氧灌溉處理與CK處理相比，對寒地水稻秧苗不同生育時期最長根長有顯著影響，但在立苗期J1、J3處理的最長根長低于CK處理，說明幼根不發(fā)達時機械增氧頻率多可能導致苗床土壤擾動大，影響幼根生長。J處理從一葉一心開始至移栽前，最長根長生長趨勢大致相同，對同一頻率增氧灌溉處理，白天增氧的最長根長大于夜間增氧的最長根長，白天增氧處理的最長根長隨增氧頻率升高而降低，夜間增氧處理的最長根長隨頻率升高而升高。化學增氧的H1、H2處理對最長根長也具有顯著影響，但隨增氧時間的變化暫未發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律。

如圖3所示，增氧灌溉各處理的根數(shù)與CK處理相比有優(yōu)勢，同一頻率增氧灌溉處理的根數(shù)其變化規(guī)律與最長根長基本一致。

圖2 不同增氧處理水稻秧苗最長根長

圖3 不同增氧處理水稻秧苗根數(shù)

2.2.2 對水稻秧苗根質量的影響。如圖4、5所示，水稻秧苗根鮮重、干重的變化趨勢一致。與CK處理相比，隨著生育期的推進，增氧灌溉處理對秧苗根鮮重、干重有顯著影響，說明增氧灌溉處理有利于根系物質積累。立苗期初J1、J3處理根鮮重、根干重小于CK處理，從一葉一心開始至移栽前，各處理對根鮮重、干重均大于CK處理，說明立苗初期機械增氧頻率大對土壤擾動大，影響幼根生長。機械增氧灌溉中，同一頻率處理，白天增氧比夜間增氧的根鮮重、根干重要重，說明白天增氧灌溉有利于秧苗根系生長和物質積累。各時期H處理的根鮮重、根干重均大于CK處理，但化學增氧灌溉處理隨增氧時間的變化規(guī)律不顯著。

圖4 不同處理水稻秧苗根鮮重

圖5 不同處理水稻秧苗根干重

3 結語

試驗結果表明，增氧灌溉處理可為水稻秧苗根區(qū)提供氧氣，改善秧苗根際缺氧現(xiàn)象，促進秧苗根系生長發(fā)育，對秧苗地上部分的生長發(fā)育也有顯著作用。隨著不同生育期推進，增氧灌溉處理與CK處理相比，對寒地水稻秧苗的株高、最長根長、根數(shù)、地上部分鮮重、地上部分干重、根鮮重、根干重均有一定優(yōu)勢。立苗期J1、J3處理的水稻秧苗生長指標低于或等于CK處理，說明立苗初期機械增氧次數(shù)多可能導致土壤擾動大，影響幼根生長，從而影響秧苗生長。J處理中，秧苗株高隨增氧頻率增加而增加，同一頻率增氧處理，白天增氧比夜間增氧的最長根長、根數(shù)、根鮮重、根干重優(yōu)勢明顯，說明白天增氧利于水稻秧苗根系生長。H處理的水稻秧苗不同時期各生長指標與CK處理相比均具有顯著作用，但對H處理隨增氧時間的變化規(guī)律還有待進一步研究。綜上所述，增氧灌溉有利于寒地水稻秧苗的生長。