鄱陽湖流域主要早稻品種耐淹試驗研究

汪西圣，趙新宇，劉方平，朱綠丹，付桃秀，劉繼超

（1.南昌工程學院，江西 南昌 330099；2.江西省灌溉試驗中心站，江西 南昌 330201；3.廣西萬縱建設工程有限公司，廣西 柳州 545000）

0 引言

洪澇災害是我國主要的農業(yè)災害之一［1，2］，對農業(yè)生產帶來巨大的影響和危害。鄱陽湖流域是我國的主要水稻產區(qū)之一，根據中國氣象數據網近30年數據，流域每年4-6月的降水較多，降水量占全年的46.5%。6月份的月平均降水量為218.3 mm，日降水量≥10.0 mm 的平均日數為11.6 d，日降水量≥25.0 mm的平均日數為3.7 d，此時正值早稻的抽穗開花期，易遭受澇災，是影響早稻產量的重要原因之一［3］。研究表明，淹水脅迫對水稻的生長發(fā)育有著明顯的抑制作用。水稻植株在淹水后葉面積指數LAI逐漸降低，凈光合速率Pn先升高后降低，干物質質累積量先減小后增大［4］。在水稻的孕穗期，隨著淹水深度和歷時的加大水稻分蘗的幅度加大，淹水脅迫會導致水稻減產；水稻在全淹1 d 處理后，SPAD值、產量、千粒重以及結實率等指標較對照均有增加，短歷時淹水后表現出明顯的生態(tài)補償效應［5］。為了確定鄱陽湖流域早稻關鍵生育期（抽穗開花期）的耐淹水深和耐淹歷時，為農業(yè)生產和工程設計服務，選用流域內近期種植的主要4 個早稻品種進行了耐淹試驗，研究了不同淹水條件對早稻產量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

鄱陽湖流域面積16.22 萬km2，其中15.67 萬km2位于江西省境內，與江西省省域高度重合，占江西國土面積的94%。根據江西省種子管理局發(fā)布的近5年江西省水稻種植面積資料，選用“泰優(yōu)398”、“株兩優(yōu)171”、“湘早秈45”、“中嘉早17”等4個江西目前種植的主要早稻品種（種植面積均超過100 萬畝），在水稻對淹水敏感，而且當地降水相對較多的抽穗開花期進行淹水試驗。試驗在江西省灌溉試驗中心站試驗基地進行，其位于江西省南昌市高田村（116°00′E，28°26′N），屬亞熱帶濕潤季風性氣候區(qū)，年平均氣溫17.5 ℃，年平均日照時間1 720.8 h。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，盆尺寸：長×寬×高=40 cm×30 cm×20 cm。水稻采用移栽方式，每盆均勻栽插6 穴，每穴選定2 株長勢均勻秧苗進行栽插。所有品種于4月4日播種，4月27日移栽，7月14日收割測產。

試驗在水稻受澇試驗區(qū)進行，共40 個可升降平臺，均可以上下內自由移動且可固定高度，每個可升降平臺上放置3 盆水稻樣品進行試驗，試驗區(qū)縱剖面如圖1所示。

圖1 水稻受淹區(qū)縱剖面圖（單位：mm）Fig.1 Longitudinal section of flooded area of rice

試驗主要針對5 下旬至6 中旬鄱陽湖流域的雨季進行水稻耐淹試驗，此時正值早稻抽穗開花期，是早稻的淹水敏感時期。淹水池中采用渠道灌溉用水，試驗因素設置2 個：淹水深度、淹水時間。淹水深度設3 個水平，分別為水稻植株高度的1/2（H1：30 cm）、2/3（H2：40 cm）、3/3（H3：60 cm）；淹水時間設3 個水平，分別為3 d（T1）、6 d（T2）、9 d（T3）。將兩種因素進行組合設9 個處理，另外設置一個參照處理CK（全生育期不淹水），每種水稻共計10個處理，每個處理設置3個重復。

1.3 觀測項目

（1）水稻生長指標：在水稻的生長期觀測其分蘗數、株高、葉長、葉寬、葉面積。

（2）水稻的產量及其構成要素：水稻成熟后，以盆為單位，每個處理記錄一盆水稻的穗長、穗數、穗粒數、空粒數、千粒重以及產量，每個處理選1盆進行實收測產。

2 結果與分析

2.1 淹水對各品種水稻株高的影響

如圖2各品種水稻在不同淹水處理后各處理的株高變化規(guī)律所示，各處理受到淹澇脅迫后株高均高于對照組。以“泰優(yōu)398”的株高變化為例［圖2（a）］，當淹水深度為H1 時，淹水歷時每增加3 d，株高較對照組分別增長6.1%、23.79%、35.99%；當淹水深度為H2 時，淹水歷時每增加3 d，株高較對照組分別增長13.77%、31.3%、34.9%；當淹水深度為H3 時，淹水歷時每增加3 d，株高較對照組分別增長1.72%、7.2%、12.68%。由此可知，在同一淹水深度條件下，株高隨著淹水時間的延長而增大。其他品種也表現出類似的規(guī)律，如“株兩優(yōu)171”的H1 及H2 處理、“湘早秈45”和“中嘉早17”的H1 處理，株高均與淹水歷時呈正相關。而不同的是，在長淹水歷時的條件下，部分處理株高不再增長，如“株兩優(yōu)171”的H3T3 處理、“湘早秈”的H2T3 處理等。這說明在適度的淹水脅迫下，水稻的抗逆反應促進了株高的增長，但隨著淹水脅迫程度的加強，超過了水稻的耐受極限，品種之間的差異取決于各品種水稻的耐淹能力。

圖2 淹水脅迫對各品種水稻株高的影響Fig.2 Effects of flooding stress on plant height of rice varieties

2.2 淹水對“泰優(yōu)398”的產量及構成要素的影響

“泰優(yōu)398”水稻在淹水深度H1 且淹水3 d、6 d 的處理條件下出現一定的增產現象，說明該品種水稻對一定深度的淹水存在較強的適應能力。隨著淹水歷時的延長和深度的增加，在H1T3 處理和H2T2 處理的產量有所下降，不同處理之間的產量產生顯著差異；當淹水深度進一步加深，H3T1 處理的產量僅為對照組的44.1%。

從產量構成因素方面看（表1），“泰優(yōu)398”淹水深度為H1和H2 處理的穗長均顯著高于對照，但H3 處理均顯著低于對照，這說明該品種水稻在一定的淹水條件下存在生態(tài)補償效應。除H2T1 處理外，該品種H1 和H2 處理千粒重與對照組無顯著差異，但完全淹沒的各處理千粒重均顯著低于對照組。由此可見“泰優(yōu)398”在淹水深度為H1乃至H2 的條件下均有較強的適應能力，但隨著淹水深度的加深，結實率和千粒重顯著降低，最終導致產量大幅度減少。

表2 抽穗開花期淹水脅迫對“株兩優(yōu)171”品種水稻產量及其構成要素的影響Tab.2 Effects of flooding stress on yield and components of Zhuliangyou 171 at heading and flowering stage

表3 抽穗開花期淹水脅迫對“湘早秈45”品種水稻產量及其構成要素的影響Tab.3 Effects of flooding stress on yield and components of Xiangzaoxian 45 at heading and flowering stage

表4 抽穗開花期淹水脅迫對“中嘉早17”品種水稻產量及其構成要素的影響Tab.4 Effects of flooding stress on yield and components of Zhongjiazao 17 at heading and flowering stage

2.3 淹水對“株兩優(yōu)171”的產量及構成要素的影響

品種為“株兩優(yōu)171”的早稻在受到淹水脅迫后減產嚴重，在H1 深度下，淹水歷時3 d、6 d 和9d 處理的產量較對照組分別減少20.15%、28.43%和38.62%；在H2 深度下，淹水歷時3、6 和9 d 處理的產量較對照組分別減少18.66%、40.16%和37.21%；在H3 深度下下，淹水歷時3 d 和6 d 處理的產量較對照組分別減少18.37%和59.84%。所有處理實際產量均與對照組產生顯著差異（P＜0.05）。產量構成因素方面，除H1T1 處理外，各處理秕粒數均顯著高于對照；所有處理總粒數和結實率均顯著低于對照；各淹水處理千粒重均高于對照。實驗表明，株兩優(yōu)171在淹水脅迫后雖然千粒重有一定程度的增加，但由于總穗粒數顯著減少以及結實率顯著降低，最終導致減產，且隨著淹水深度淹水時間的增加影響程度增大。

2.4 淹水對“湘早秈45”的產量及構成要素的影響

“湘早秈45”在H1深度下，淹水3 d 處理實際產量相較于對照有一定程度的增產，而同樣是H1 的6 d 和9 d 處理實際產量與對照基本一致，無顯著差異，但H2 和H3 深度下的所有處理均較對照顯著降低。在H2 深度下淹水3 d、6 d 和9 d 處理相較于對照分別減產24.84%、32.92%和64.72%；完全淹沒條件下減產更為嚴重，淹水3 d、6 d 和9 d 處理較對照分別減產40.16%、73.33%和91.32%。產量構成方面，H1深度的總粒數、結實率和千粒重均無顯著差異。除H2T2 處理外，各處理穗長與淹水深度和淹水時間呈顯著正相關，淹水處理促進了穗長的增長。試驗結果表明，該品種對一定程度的淹水深度具有適應能力，但隨著淹水深度和歷時的增加，產量顯著減少。

2.5 淹水對“中嘉早17”的產量及構成要素的影響

“中嘉早17”品種水稻在受淹水深為H1時，受淹3、6和9 d的產量較對照分別減少8.14%、19.29%和23.31%；受淹水深為H2時，受淹3、6 和9 d 處理的產量較對照分別減少53.81%、73.50%和67.43%；受淹水深為H3 時，受淹3、6 和9 d 處理的產量較對照分別減少73.81%、90.44%和78.52%。所有處理較對照之間差異均達到顯著水平。試驗說明，淹水深度和淹水歷時的增加對該品種水稻產量的影響增大。各處理秕粒數均顯著高于對照，除H1T1 處理外總粒數均顯著低于對照，結實率和千粒重均顯著低于對照，有效穗數與淹水深度H呈極顯著負相關（表5）。

表5 淹水時間和深度與各品種水稻產量及其構成指標的相關性Tab.5 Correlations of tolerable submergence duration and water depth with yield and the respective compositions of different rice varieties

2.6 淹水累積深度與早稻產量及構成指標的關系

淹水累積深度（SFW）與產量及其構成指標之間進行相關性分析得到表5，公式如下：

式中：hi為第i天的淹水深度，cm；T為淹水歷時，d。

由淹水時間和深度與各品種水稻產量及其構成指標的相關性（表5）可知，各品種的實際產量與淹水深度H和淹水累積深度SFW之間均達到顯著負相關水平，與淹水時間T之間的相關性均不顯著，說明水稻受淹水深度與淹水歷時交互作用的影響更嚴重；除“株兩優(yōu)171”的千粒重和中嘉早的穗長外，其他各品種的各產量構成因素與累計地表水深均達到負相關水平。以實際產量（Ry）為參數建立的回歸方程展示了實際產量與淹水深度（H）、淹水時間（T）和淹水累積深度（SFW）之間的關系（表6），綜合考慮各影響因子與水稻產量及產量構成的相關性，“泰優(yōu)398”和“中嘉早17”可選取Ry與淹水深度H和淹水歷時T之間的回歸模型作為該品種水稻抽穗開花期受澇產量損失的預測模型；“株兩優(yōu)171”和“湘早秈45”可選取Ry與淹水累積深度SFW之間的回歸模型作為該品種水稻抽穗開花期受澇產量損失的預測模型。

表6 淹水脅迫下早稻產量與影響因子之間的回歸關系Tab.6 Regression relationship between early rice yield and influencing factors under flooding stress

3 討 論

水稻受到淹水脅迫后，生長發(fā)育將受到抑制，淹澇對根系造成了最直接的危害。氣體交換受阻和土壤因子的改變導致了無氧代謝產生的有毒物質和有毒礦質離子的積累，從而加速了根系缺氧的傷害［6］；淹澇除對根系造成直接危害外，對植株生理代謝也產生了明顯的影響［7，8］。無機養(yǎng)分在植株體內重新分布，總糖量和淀粉酶活性降低，葉片細胞膜脂過氧化加劇，丙二醛（MDA）升高，離子滲漏量增加，體內保護酶系統受損，光合作用降低，蒸騰作用減弱，嚴重時蛋白質分解，原生質結構破壞而致死，這些影響最終表現在產量上。在試驗中發(fā)現淹水脅迫對不同品種的水稻有著不同的影響［9］。其中“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”兩個品種經淹水處理后產量顯著降低，前人的研究也大都得到相似結果［10，11］。而“泰優(yōu)398”在淹水深度為H1 和H2 條件下，淹水3 d 時產量較對照組有所提升；“湘早秈45”在淹水深度為H1，淹水歷時3 d 的條件下也出現增產的現象。這表明部分品種水稻對短歷時的淹水脅迫有一定的適應能力，這與王振省［12］和王礦［13］等研究一致。產量構成因素方面，“泰優(yōu)398”、“湘早秈45”和“中嘉早17” 3個品種在抽穗花開期淹水脅迫導致減產的主要原因是有效穗、結實率和千粒重的下降［14，15］。而“株兩優(yōu)171”在受到淹水脅迫后雖然千粒重有所增加，但總穗粒數和結實率的顯著降低，最終導致減產，這與周永進［16］等研究一致。

以水稻減產不超過10%為評價標準，不同品種水稻的耐淹水深和耐淹歷時存在差異。“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”在抽穗開花期的耐淹水深均為1/2 植株高度，耐淹歷時均為1～3 d；“湘早秈45”的耐淹水深與“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”相比有所增加，為2/3 植株高度，耐淹歷時同樣為1～3 d；“泰優(yōu)398”的耐淹能力較強，耐淹水深為2/3 植株高度，耐淹歷時達到3～6 d。確定鄱陽湖流域主要水稻品種在抽穗開花的淹水敏感期的耐淹水深和耐淹歷時的推薦值如表7所示。

表7 各品種水稻的耐淹水深和耐淹歷時Tab.7 Water depth and duration of submergence tolerance of rice varieties

4 結論

（1）在抽穗開花期淹水脅迫將促進水稻株高的增長，且在適度淹水條件下，株高隨著淹水深度的增加和淹水歷時延長而增加。

（2）抽穗開花期不同淹水脅迫處理的水稻產量的變化與對照組存在顯著差異，隨著淹水深度的增加和淹水歷時的延長，水稻減產愈發(fā)嚴重。

（3）各個品種淹水深度和淹水歷時均與有效穗數、結實率和千粒重負相關。除“株兩優(yōu)171”千粒重略有增加外，不同淹水環(huán)境導致產量減少的主要原因是有效穗、結實率以及千粒重的下降。

（4）不同品種的耐淹能力有所不同，4 個品種“中泰優(yōu)398”的耐淹能力較強，“湘早秈45”次之，“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”對淹水脅迫響應最為敏感。“泰優(yōu)398”在抽穗開花期耐淹水深為2/3 植株高度，耐淹歷時為3～6 d；“湘早秈45”的耐淹水深為2/3植株高度，耐淹歷時為1～3 d；“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”的耐淹水深均為1/2植株高度，耐淹歷時均為1～3 d。