李學(xué)昊，羅 強(qiáng)，秦婷婷，袁 帥，程倫國，劉路廣

（1.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430072；2.湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗(yàn)站，湖北荊州434013；3.湖北省水利水電科學(xué)研究院，武漢430079）

0 引言

隨著氣候變化加劇，導(dǎo)致湖北省水稻受洪澇災(zāi)害的頻次增加［1］。在對澇災(zāi)的防控中，土地利用狀況無疑是研究的重點(diǎn)。近年來，湖北省潛江等地大力推廣蝦稻種養(yǎng)模式，在提高澇漬地效益的同時(shí)，也對區(qū)域的澇水過程產(chǎn)生了影響。暴雨后蝦稻田的田間水管理，也成為區(qū)域澇災(zāi)治理的關(guān)鍵因素，其中水稻的耐淹性更是田間水管理的重點(diǎn)。對于水稻受澇脅迫的研究，國內(nèi)外已有較多研究。Nishiuchi等［2］對水稻遭受全淹和非全淹時(shí)的適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了綜述。Colmer等［3］分析了水稻間歇性淹沒和持續(xù)性淹沒的生理機(jī)制。李永和等［4］研究表明，水稻在孕穗抽穗期對洪澇災(zāi)害最敏感，減產(chǎn)率最高。寧金花等［5］闡述了不同淹澇脅迫條件下，水稻莖、葉等的變化并分析了此現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。吳啟俠等［6］分析了分蘗期和孕穗期淹水對水稻株高、節(jié)間長度和產(chǎn)量構(gòu)成等因素的影響，并在此基礎(chǔ)上提出合理的排水標(biāo)準(zhǔn)。何軍［7］等研究表明間歇灌使水稻黃熟期根莖的干物質(zhì)占比提高，具有可觀的增產(chǎn)作用。張亮［8］等研究表明采用間歇灌溉模式可增加水稻千粒重及產(chǎn)量，但會(huì)減少植株穗長、穗粒數(shù)。毛心怡等［9］發(fā)現(xiàn)不同節(jié)水灌溉模式對水稻株高和產(chǎn)量構(gòu)成因子都有一定影響，蓄水控灌處理的株高和產(chǎn)量最高，淺水勤灌處理最低。陳書強(qiáng)［10］等發(fā)現(xiàn)水直播和旱種水管模式比插秧栽培效益要好，但直播種植易受低溫影響，種植風(fēng)險(xiǎn)相對較大。

以上對水稻受澇的淹水試驗(yàn)設(shè)計(jì)大多是持續(xù)淹水，對水稻間歇性淹水的研究較少。蝦稻田是稻田外套蝦溝且頂端高出田埂，農(nóng)戶為滿足小龍蝦的生長需求會(huì)改變稻田水位，這些原因都可能導(dǎo)致水稻間歇性淹水。本研究以蝦稻種養(yǎng)模式下的水稻生長環(huán)境為背景，通過盆栽淹水試驗(yàn)，研究暴雨后水稻受淹對產(chǎn)量的影響，在傳統(tǒng)淹水試驗(yàn)上增加了間歇性淹水處理。蝦稻種養(yǎng)模式下以優(yōu)先滿足小龍蝦生長為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮水稻的生長，會(huì)在水稻拔節(jié)期提高水層深度至15～25 cm［11］，且在拔節(jié)期受澇對水稻的生長發(fā)育影響較大。故在拔節(jié)期進(jìn)行淹水試驗(yàn)，研究不同淹水環(huán)境對生長發(fā)育和產(chǎn)量參數(shù)的影響，為減少受澇脅迫對水稻的影響，以及蝦稻田的田間水管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在湖北省荊州市四湖流域管理局丫角灌排試驗(yàn)站進(jìn)行。該站處在江漢平原四湖流域中區(qū)，多年平均氣溫為16.5 ℃，年平均降雨量為1 111.6 mm，年水面蒸發(fā)量891～1 216 mm，年日照時(shí)數(shù)為1 401～1 945 h，無霜期為280 d 左右。土壤質(zhì)地為中壤黏土，田間持水量0～15 cm 土層內(nèi)為47.3%，16～40 cm土層內(nèi)為30.7%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2019年進(jìn)行，水稻供試品種為全兩優(yōu)681，屬中秈遲熟兩系雜交水稻，全生育期130 d 左右。試驗(yàn)采用盆栽試驗(yàn)，盆長×寬×高=48 cm×34 cm×25 cm，于4月29日進(jìn)行插播育種，5月21日進(jìn)行移栽，每盆6 穴，每穴2 株。盆底設(shè)小孔用于水分交換，盆內(nèi)土壤取自大田耕作層，土質(zhì)為中壤黏土，氮、磷、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.5、1.5、15 mg/kg。

試驗(yàn)在5 m×5 m×1.2 m 淹水池內(nèi)進(jìn)行，淹水池壁上開有上、下兩個(gè)排水孔。淹水池的水位自然消耗至低于上排水孔4cm時(shí)，則補(bǔ)水至上排水孔；下排水孔用于試驗(yàn)完成后對淹水池的清理。池內(nèi)設(shè)可升降支架20 排，支架的高度可以在0～1 m 范圍內(nèi)以5 cm 為最小單位上下調(diào)整以改變水稻的受淹深度，每排支架上放置3個(gè)水稻盆栽。

本試驗(yàn)從拔節(jié)期開始處理，設(shè)計(jì)淺水短淹T1、淺水間歇淹T2、淺水長淹T3、深水短淹T4、深水間歇淹T5、深水長淹T6 和常規(guī)灌溉CK 共7 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3 次。其中，短淹處理為淹水3 d，間歇淹處理為淹水3 d 后解除淹水3 d 后再淹水3 d，長淹處理為淹水9 d。CK 的淹水深度為5 cm，即支架高度在淹水池上排水孔以下5 cm，淺水和深水處理組淹水處理時(shí)支架高度分別在淹水池上排水孔以下25 和40 cm，非淹水處理時(shí)間的支架高度與CK相同。

1.3 測定項(xiàng)目

（1）節(jié)間長和株高。水稻成熟收割并晾曬風(fēng)干后，調(diào)查測定各個(gè)處理的水稻的各節(jié)間長和株高。

（2）產(chǎn)量和構(gòu)成因素。水稻成熟收割并晾曬風(fēng)干后，逐一測量每盆水稻穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和每盆實(shí)收產(chǎn)量。

測得數(shù)據(jù)采用Excel 和SPSS 軟件進(jìn)行分析與處理，使用Dunnett-t方法進(jìn)行方差分析，采用OriginPro 2020作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同淹水處理對水稻節(jié)間長和株高的影響

試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1。由表1 可知，水稻拔節(jié)期淹水深度為25 cm 時(shí)，短淹，間歇淹和長淹處理組與對照組相比，倒五節(jié)間長分別增加3.9%、2.0%和7.1%，倒四節(jié)間長分別增加-2.8%、1.9%和3.9%，倒三節(jié)間長分別增加-2.4%、2.1%和-1.6%，倒二節(jié)間長分別增加4.1%、1.3%和-1.1%，倒一節(jié)間長分別增加1.7%、1.4%和2.9%，株高分別增加0.7%、1.1%和1.1%。

表1 不同淹水處理對水稻節(jié)間長和株高的影響Tab.1 Effects of different flooding treatments on rice internode length and plant height

淹水深度為40 cm 時(shí)，短淹，間歇淹和長淹處理組與對照組相比，倒五節(jié)間長分別增加7.6%、17.0%和21.1%，倒四節(jié)間長分別增加4.6%、8.5%和14.1%，倒三節(jié)間長分別增加2.9%、2.5%和5.2%，倒二節(jié)間長分別增加5.7%、5.9%和8.0%，倒一節(jié)間長分別增加2.9%、3.8%和5.0%，株高分別增加2.9%、3.6%和5.4%。

Dunnett-t 檢驗(yàn)結(jié)果表明，和對照組相比，淺水短淹處理（T1）的倒二節(jié)間長增加，并具有極顯著差異（P<0.01）；淺水長淹處理（T3）的倒五節(jié)間長顯著增加（P<0.05），倒一節(jié)間長度增加，并具有極顯著差異（P<0.01）；深水短淹處理（T4）的倒五，倒二和倒一節(jié)間長增加，并均具有極顯著差異（P<0.01）。深水間歇淹處理（T5）的倒五，倒四，倒二和倒一節(jié)間長高于對照組，并均具有極顯著差異（P<0.01），株高顯著增加3.84 cm（P<0.05）；深水長淹處理（T6）的倒五，倒四，倒三，倒二，倒一節(jié)間長增加0.7～1.8 cm，株高增加5.75 cm并具有極顯著差異（P<0.01）。

圖1 給出的是不同淹水處理后水稻的各節(jié)間長變化情況，淹水脅迫會(huì)促進(jìn)各節(jié)間長的增加，且處理組內(nèi)隨著淹水深度和淹水歷時(shí)的增加水稻節(jié)間長增長更受到促進(jìn)作用。從以上數(shù)據(jù)分析可知，水稻拔節(jié)期淹水倒五，倒二和倒一節(jié)間長會(huì)明顯增加，在深水間歇淹和深水長淹時(shí)水稻各節(jié)間長和株高顯著增加。

圖1 淹水脅迫對水稻節(jié)間長的影響Fig.1 Effects of flooding stress on rice internode length

2.2 不同淹水處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表2 可知，水稻拔節(jié)期淹水深度為25 cm 時(shí)，短淹，間歇淹和長淹處理組與對照組相比，每穗粒數(shù)分別減少-2.7%、0.8%和2.2%，結(jié)實(shí)率分別減少-0.4%、1.3%和4.7%，產(chǎn)量分別減少-1.9%、0.1%和4.1%。

表2 不同淹水處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Tab.2 Effects of different flooding treatments on rice yield yield and its components

淹水深度為40 cm 時(shí)，短淹，間歇淹和長淹處理組與對照組相比，每穗粒數(shù)分別減少3.0%、5.2%和8.9%，結(jié)實(shí)率分別減少1.5%、2.5%和5.0%，產(chǎn)量分別減少4.3%、6.2%和13.1%。

Dunnett-t 檢驗(yàn)結(jié)果表明，與對照組相比，淺水短淹（T1）處理的每穗粒數(shù)顯著增加（P<0.05），產(chǎn)量有所增加，但不顯著；淺水長淹（T3）處理的結(jié)實(shí)率減少，并具有極顯著差異（P<0.01）。相比對照組，深水短淹（T4）處理的每穗粒數(shù)顯著減少（P<0.05），深水間歇淹（T5）處理的每穗粒數(shù)減少，具有極顯著差異（P<0.01）。深水長淹（T6）處理相比對照組每穗粒數(shù)減少13.69，結(jié)實(shí)率減少4.5%，產(chǎn)量減少13.1%，并均具有極顯著差異（P<0.01）。

為了更加直觀地表示淹水脅迫對水稻產(chǎn)量的影響，繪制出不同淹水處理下的水稻產(chǎn)量變化圖，見圖2。由圖2 可知，除淺水短淹處理（T1）產(chǎn)量略有增加外，其他淹水處理均會(huì)導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降，深水長淹處理（T6）減產(chǎn)量高達(dá)13%。相同淹水深度下，淹水歷時(shí)越久，減產(chǎn)越嚴(yán)重，值得注意的是，間歇淹處理（T2和T5）產(chǎn)量減少率分別與同淹水深度的短淹處理（T1 和T4）相近，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于長淹處理（T3和T6）。淹水深度由25 cm 增加到40 cm 時(shí)，短淹、間歇淹和長淹處理的水稻產(chǎn)量下降率分別增加6.2%，6.1%，9.0%。

圖2 淹水脅迫對水稻產(chǎn)量的影響Fig.2 Effect of flooding stress on rice yield

由表3可知，各產(chǎn)量構(gòu)成因子均與產(chǎn)量成正向相關(guān)，每穗粒數(shù)（0.927）＞結(jié)實(shí)率（0.866）＞千粒重（0.504）。說明每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率對水稻產(chǎn)量的影響起主要作用，水稻拔節(jié)期在高水深下長時(shí)間淹水導(dǎo)致每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率下降，進(jìn)而造成水稻減產(chǎn)。

表3 水稻產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因子的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficients between grain yield and yield components

由雙因素方差分析可知（表4），淹水深度對每穗粒數(shù)和產(chǎn)量有顯著影響，但對結(jié)實(shí)率影響不顯著，淹水歷時(shí)對每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量有顯著影響，交互作用對產(chǎn)量要素影響均不顯著。

表4 試驗(yàn)因子對水稻株高和產(chǎn)量要素的F值Tab.4 F value of experimental factors on rice plant height and yield factors

3 討論和結(jié)論

3.1 淹水脅迫對水稻節(jié)間長和株高的影響

拔節(jié)期淹水處理會(huì)促進(jìn)水稻各節(jié)間長和株高的增長［12，13］，株高增長速度與受淹時(shí)間成正比［15］，適度的淹水脅迫會(huì)刺激水稻在水中繼續(xù)生長使葉片伸出水面呼吸［14］。

本次試驗(yàn)表明，拔節(jié)期高淹水深度會(huì)促進(jìn)水稻各節(jié)間長生長，其中倒五和倒一節(jié)間長增長最為明顯，短淹、間歇淹和長淹條件下的促進(jìn)作用依次增強(qiáng)。高淹水深度下水稻株高增長量多于低淹水深度，淹水深度為40 cm 時(shí)，間歇淹和長淹處理的水稻株高顯著增加。低淹水深度對水稻的生長發(fā)育影響不顯著。

3.2 淹水脅迫對水稻產(chǎn)量與其構(gòu)成因子的影響

王礦等［16］的研究表明低淹水深度下各處理略有增產(chǎn)。水稻拔節(jié)期受淹澇后綠葉數(shù)減少［17］，根長減?。?8］，每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率降低導(dǎo)致水稻減產(chǎn)［19-21］。

本次研究表明，同種淹水歷時(shí)下，和常規(guī)灌溉相比，高淹水深度下水稻較低淹水深度多減產(chǎn)6%～9%。淹水深度為40 cm時(shí)的短淹和間歇淹水對水稻產(chǎn)量的影響的差異不明顯，但長歷時(shí)淹水下水稻減產(chǎn)嚴(yán)重，高達(dá)13.1%。低淹水深度對水稻產(chǎn)量的影響不顯著。淹水處理主要減少每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率。拔節(jié)期高淹水深度各淹水歷時(shí)均會(huì)造成每穗粒數(shù)顯著減少，長時(shí)間淹水還會(huì)導(dǎo)致每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率顯著降低。

3.3 蝦稻田水位控制

暴雨后蝦溝水位大幅上升，過高的水位不會(huì)影響蝦的生長發(fā)育但會(huì)嚴(yán)重降低水稻的產(chǎn)量。為兼顧種稻和養(yǎng)蝦，不影響蝦的活動(dòng)又防止水稻減產(chǎn)，蝦稻田水稻拔節(jié)期受澇時(shí)應(yīng)保持在15～25 cm 的稻田水深下淹水3 d 以內(nèi)或讓稻田間歇淹水，避免稻田在40 cm高水深下長時(shí)間連續(xù)淹水。

試驗(yàn)采用盆栽，所得結(jié)果與大田存在一定差異，且稻田的水分管理貫穿水稻的整個(gè)生育期，今后可通過田間試驗(yàn)探究蝦稻田其他生育期的稻田水分脅迫對水稻生長發(fā)育的影響，進(jìn)一步為減少澇災(zāi)和蝦稻田水分管理提供理論依據(jù)?！?/p>