呂曉慧

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110006)

水稻屬于遼寧省主要農(nóng)作物之一，其耗水量較大，據(jù)相關(guān)試驗統(tǒng)計，水稻耗水量可占據(jù)區(qū)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(qū)域，季節(jié)性干旱發(fā)生的頻率較大，干旱對水稻生長已經(jīng)成為主要的非生長因素之一[2]。如何實現(xiàn)水稻作物灌溉用水的效率，實現(xiàn)水稻作物的高效節(jié)水灌溉，既保證節(jié)水效率的同時又保證水稻的質(zhì)量，是當(dāng)前水稻作物節(jié)水灌溉模式設(shè)計的重要課題[3]。當(dāng)前，對于水稻灌溉節(jié)水技術(shù)的研究成果相對較多[4- 11]，也有不少學(xué)者關(guān)注于水稻自身的節(jié)水潛力，并培育出具有抗旱性能的水稻品種[12- 14]。但當(dāng)前對于節(jié)水灌溉方式是否影響水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量依舊有較大的爭議，這主要是由于水稻自身的節(jié)水潛力還主要依賴于節(jié)水灌溉栽培技術(shù)的發(fā)展[15]。為此需要通過試驗的方式定量分析高效節(jié)水灌溉方式下對水稻產(chǎn)量及質(zhì)量的綜合影響，定量分析水稻產(chǎn)量與水分利用率之間的關(guān)系，提高作物水分利用率的同時提高水稻作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，為區(qū)域水稻高效節(jié)水灌溉提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

1 試驗方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)定不做任何節(jié)水方式、以及采用淺顯節(jié)水灌溉方式下的兩個試驗小區(qū)，試驗小區(qū)如圖1所示。各試驗區(qū)水稻品種一致，試驗區(qū)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(qū)內(nèi)主要進(jìn)行施氮肥(含量為200kgNhm-2)，并結(jié)合復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)進(jìn)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(jié)水灌溉效率，在每個試驗小區(qū)內(nèi)均勻鋪設(shè)滴灌帶，應(yīng)用張力計對土壤含水量進(jìn)行試驗監(jiān)測。試驗區(qū)水稻栽種秧齡為22d，按照行距為40cm，株間距為12.5cm密度進(jìn)行人工移栽，每個洞穴內(nèi)基本為兩個基本水稻苗。

圖1 兩個試驗小區(qū)

1.2 試驗指標(biāo)測定方法

(1)同化物的測定

莖蘗動態(tài)：選用固定的十蔸進(jìn)行基本苗的記錄，在進(jìn)行人工移種后第10天開始進(jìn)行分蘗數(shù)的調(diào)查，后期每隔7天對水稻基本苗的分蘗數(shù)進(jìn)行調(diào)查記錄，到水稻齊穗期結(jié)束。

地面層干物質(zhì)的分配：在各試驗小區(qū)內(nèi)選取4蔸進(jìn)行平均莖蘗數(shù)的調(diào)查，在水稻4個重要生育期選取2個主莖作為標(biāo)準(zhǔn)葉片，采用長寬系數(shù)法進(jìn)行葉面積指數(shù)，將試驗莖、葉與穗進(jìn)行分隔后，在烘箱中進(jìn)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(zhì)的分配和積累過程。

根系干物質(zhì)：在每個試驗小區(qū)內(nèi)布設(shè)根袋，每個根袋內(nèi)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(jìn)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(tài)結(jié)構(gòu)與倒伏指數(shù)：采用強度測量儀對莖稈節(jié)間抗折力進(jìn)行測定，結(jié)合顯游標(biāo)卡尺測量節(jié)間外徑，其中倒伏指數(shù)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(shù)；f—彎曲力矩或者抗折力，g；L—節(jié)間基部至穗頂長度，cm；w—節(jié)間基部至穗頂重量，g。

(2)產(chǎn)量與品質(zhì)的測定

對于產(chǎn)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(chǎn)量，t/hm-2；C—每畝有效穗含量，g；M—每穗的粒數(shù)；D—結(jié)實率，%；w—千粒重，g。

水稻品質(zhì)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(jié)果

2.1 對水稻形態(tài)的試驗影響

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

表1 不同節(jié)水灌溉方式下對水稻生育期天數(shù)的影響 單位：d

表2 不同節(jié)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(jié)水灌溉方式對各樣品水稻莖蘗系數(shù)的影響分析

從表1中可看出，在兩個試驗?zāi)攴治鱿拢瑴\顯和淹沒兩種節(jié)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(yǎng)期，不同灌溉方式對其營養(yǎng)期水稻的生育期天數(shù)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(shù)有所延長，有利于水稻作物營養(yǎng)干物質(zhì)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(shù)都有所增加，這同樣是因為節(jié)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(shù)有所增加。表2為不同節(jié)水灌溉方式對水稻株高的影響，從試驗分析結(jié)果可看出，在水稻生育的各個時期，水稻株高總體呈現(xiàn)“S”型變化曲線，相比于淹沒灌溉方式，淺顯節(jié)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(jié)水灌溉方式，淺顯灌溉方式可有效提高水稻株高的指標(biāo)。從水稻莖蘗系數(shù)的影響分析結(jié)果可看出，在水稻的整個生育期，兩種節(jié)水灌溉方式下水稻莖蘗系數(shù)整體變化較為一致，先增加后遞減到成熟期后逐步趨于穩(wěn)定變化，相比于淹沒灌溉方式，淺顯節(jié)水灌溉方式下各試驗品種水稻的莖蘗系數(shù)有所提高，提高率均值在7.5%左右。

2.2 對水稻倒伏指數(shù)的試驗影響

在形態(tài)指數(shù)分析的基礎(chǔ)上，試驗分析兩種灌溉方式下對水稻外部形狀及倒伏指數(shù)的影響，試驗分析結(jié)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(shù)的影響

注:1- 1表示第一節(jié)間，2- 2表示第二節(jié)間，3- 3表示第三節(jié)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(jié)水灌溉方式，淺顯灌溉方式下水稻節(jié)數(shù)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(shù)有所增加，因此水稻節(jié)水有所增加，相比于淹沒灌溉方式，淺顯節(jié)水灌溉方式下節(jié)水增加率為4.5%，從水稻基部節(jié)長可分析出，在兩種節(jié)水灌溉方式下，水稻基部節(jié)長變化較為一致，從上到下，其節(jié)間的長度都均呈現(xiàn)遞增變化，相比于淹沒節(jié)水灌溉方式，淺顯灌溉方式下基本節(jié)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(shù)的影響，采用節(jié)水灌溉方式后，其基本外徑較傳統(tǒng)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(jié)長，使得其相應(yīng)外徑有所減少。通過對莖壁厚度分析可知，兩種節(jié)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(jié)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(shù)指標(biāo)，從試驗分析結(jié)果可看出，兩種節(jié)水灌溉方式下彎曲力矩總體變化程度較小，相比于淹沒節(jié)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(jié)水灌溉方式下，其倒伏指數(shù)降低20%，更利用水稻作物的生長。

2.3 對水稻葉面積指數(shù)的試驗影響

動態(tài)分析了不同水稻品種下各節(jié)水灌溉方式對水稻葉面積指數(shù)的影響，試驗分析結(jié)果見表4。

表4 不同灌溉方式影響下的水稻葉面積指數(shù)

葉面積指數(shù)是水稻作物耗水影響的重要指標(biāo)，從試驗分析結(jié)果可看出，相比于傳統(tǒng)灌溉方式，采用節(jié)水灌溉方式后，水稻作物不同葉型下指數(shù)都有所減少，這主要是因為采用節(jié)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(shù)均有所減少，由于兩種節(jié)水灌溉方式相同，因此對各水稻品種的葉面積指數(shù)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(shù)增加率在0.5%～3.4%之間，總體變化程度較小，可見不同節(jié)水灌溉方式對水稻葉面積指數(shù)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(zhì)積累及分配是表征水稻營養(yǎng)物的重要指標(biāo)，為此分析兩種節(jié)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(jié)果見表5—6。

表5 不同節(jié)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(jié)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(jié)果

從表5中可明顯看出，相比于淹沒節(jié)水灌溉方式，水稻作物不同時期的干物質(zhì)同化物積累量都有所增加，相比于傳統(tǒng)節(jié)水灌溉方式，淺顯淹灌方式下，水稻生育后期的莖鞘干物質(zhì)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(diào)高18%和15%。這主要是采用淺顯節(jié)水灌溉方式后，水稻作物的生育期天數(shù)及形態(tài)指數(shù)都有所提高，而生育期天數(shù)的增長，使得其同化物干物質(zhì)的累積量有所增加，因此相比于傳統(tǒng)淹沒節(jié)水灌溉方式下，其干物質(zhì)的輸出率均有較為明顯的提升。而由于水稻同化物干物質(zhì)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(zhì)量的綜合影響

結(jié)合大田試驗，對不同節(jié)水灌溉方式下水稻產(chǎn)量及質(zhì)量進(jìn)行綜合分析，試驗分析結(jié)果見表7—8。

表7 不同灌溉方式對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響分析結(jié)果

表8 不同灌溉方式對水稻外觀質(zhì)量及加工質(zhì)量的綜合影響結(jié)果

從兩種試驗方式下水稻作物的產(chǎn)量和質(zhì)量試驗分析結(jié)果可看出，相比于傳統(tǒng)方式來看，采用淺顯節(jié)水灌溉方式后，產(chǎn)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(chǎn)量和質(zhì)量提升效果較為明顯；不同節(jié)水方式對水稻作物的有效穗以及每穗粒數(shù)影響程度不大，但對作物的結(jié)實率影響較大，而結(jié)實率是水稻作物的重要表征指標(biāo)，因此在淺顯節(jié)水灌溉方式下，作物的產(chǎn)量有較為明顯的增加。水稻質(zhì)量是檢驗節(jié)水灌溉方式效果的重要指標(biāo)，采用淺顯節(jié)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(tǒng)方式，淺顯節(jié)水灌溉方式下水稻作物的形態(tài)、干物質(zhì)分配率以及倒伏指數(shù)都有明顯增加，因此使得其作物的產(chǎn)量和質(zhì)量得到一定程度的提升，因此淺顯節(jié)水灌溉方式可在提高水分利用效率的同時，保證高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，可作為遼寧地區(qū)水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)的一種節(jié)水新模式。

3 試驗主要結(jié)論

(1)水稻干物質(zhì)同化物與水稻產(chǎn)量具有較為顯著的相關(guān)性，可以依據(jù)它們之間相關(guān)方程推求不同節(jié)水灌溉方式下的水稻產(chǎn)量，便于區(qū)域節(jié)水灌溉模式設(shè)計。

(2)水稻葉面積指數(shù)在253～303之間有利于干物質(zhì)同化物的分配和積累，從而提高水稻作物產(chǎn)量，傳統(tǒng)節(jié)水灌溉方式葉面積指數(shù)高于此范圍，因此產(chǎn)量相對較低。

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