張春曉+俞雙恩+王嬪
摘要:為了解水稻對旱澇交替的響應(yīng)機(jī)制,采用測坑試驗設(shè)計研究旱澇交替脅迫條件下稻田水位對水稻生理生長與水分利用規(guī)律及水稻群體質(zhì)量的影響,并對水稻株高動態(tài)變化、需水量動態(tài)規(guī)律、水分利用效率進(jìn)行了數(shù)值計算和理論分析。結(jié)果表明:水稻分蘗期、拔節(jié)孕穗期及抽穗開花期受澇可促進(jìn)株高增長,受旱則抑制株高增長;旱澇交替脅迫過程均不同程度地降低水稻需水量,在分蘗期尤為顯著;先旱后澇處理的水分利用效率整體低于先澇后旱處理,拔節(jié)孕穗期先旱后澇處理的水分利用效率最低。研究結(jié)論可為合理制定灌溉方案和提高水稻產(chǎn)量提供有效、有力的科學(xué)依據(jù)。
關(guān)鍵詞:水稻;旱澇交替;需水量;水分利用效率;株高
中圖分類號:S511.01
文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A
文章編號:1002-1302(2016)04-0121-04
目前關(guān)于水稻的節(jié)水灌溉方式研究主要集中于單一干旱脅迫和單一受澇脅迫,而在實際生產(chǎn)中,農(nóng)田經(jīng)常處于干濕交替的環(huán)境中。研究結(jié)果表明,水稻對輕度干旱脅迫和受澇脅迫具有較強(qiáng)的適應(yīng)性[1-2],旱澇交替脅迫條件下水稻生理生長指標(biāo)的變化規(guī)律以及水稻水分利用效率具有重要意義和價值[3-5],可以為合理制定灌溉方案和提高水稻產(chǎn)量提供有效的科學(xué)依據(jù)。本研究采用測坑試驗設(shè)計,探討農(nóng)田水位調(diào)控對水稻株高動態(tài)變化、需水量規(guī)律及水分利用效率的影響,并進(jìn)行統(tǒng)計分析對比。
1 材料與方法
試驗于2012年、2013年的5—10月在河海大學(xué)江寧校區(qū)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部的試驗區(qū)進(jìn)行。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,多年平均氣溫為15.7 ℃,多年平均無霜期為224 d,多年平均降水量為1 072.9 mm,年平均日照總時間為2 017.2 h。土壤類型為黏壤土,土壤密度、總孔隙度、pH值、全氮含量、速效氮含量、全磷含量、速效磷含量分別為1.46 g/cm3、44.97%、6.97、0.90 g/kg、27.65 mg/kg、0.32 g/kg、12.50 mg/kg。土壤田間持水率為25.28%,土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.40%。
供試水稻品種:武運(yùn)粳23號,早熟晚粳稻,全生育期158 d 左右。試驗區(qū)共有32個固定式蒸滲測坑(28個有底,4個無底),測坑分為2組,每組16個,東西向布置,測坑的規(guī)格為長×寬×深=2.5 m×2.0 m×2.0 m。試驗區(qū)地上設(shè)有電動調(diào)節(jié)雨棚,地下設(shè)有廊道和設(shè)備間。地下設(shè)備間的水柱與測坑連通,每個水柱對應(yīng)1個測坑,通過調(diào)節(jié)水柱水位實現(xiàn)測坑水位自動控制。2012、2013年水稻試驗各生育階段劃分見表1。
2012年分別在水稻的分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期,采用先澇后旱處理方式,對照按節(jié)水灌溉(控制灌溉技術(shù))要求進(jìn)行水位管理。分蘗期分別取稻田水位120(5 d)、120 mm(8 d)作為受澇控制指標(biāo)值,取-500 mm作為受旱控制指標(biāo)值,-300~20 mm作為非控水期水位指標(biāo)值;拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期分別取稻田水位200(5 d)、200 mm(8 d)作為受澇控制指標(biāo)值,取-500 mm作為受旱控制指標(biāo)值,-300~30 mm作為非控水期水位指標(biāo)值。每個處理設(shè)2個重復(fù),對照設(shè)4個重復(fù)。2013年參照2012年的試驗方案,采用先澇后旱、先旱后澇2種處理方式,分蘗期先澇后旱處理取稻田水位120(7 d)、-500 mm作為受澇、受旱控制指標(biāo)值,先旱后澇處理取稻田水位-500 mm作為受旱控制指標(biāo)值,取120(5 d)、120 mm(7 d)作為受澇控制指標(biāo)值;拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期先澇后旱處理均取稻田水位200(7 d)、-700 mm作為受澇、受旱控制指標(biāo)值,先旱后澇處理取稻田水位-700 mm作為受旱控制指標(biāo)值,取200(5 d)、200 mm(7 d)作為受澇控制指標(biāo)值,具體設(shè)計見表2、表3。
2 結(jié)果與分析
2.1 旱澇交替脅迫下水稻株高的動態(tài)分析
以2013年旱澇交替脅迫條件下分蘗期、拔節(jié)孕穗期2個生育期為例,對水稻株高、日增長量變化動態(tài)進(jìn)行分析,結(jié)果見圖1、圖2。
(1)分蘗期株高動態(tài)及日增長量變化分析。由圖1可知,分蘗初期各處理株高及日增長量基本相同??厮螅幚?受澇期間的株高日增長量明顯高于對照;受旱階段后,株高日增量大幅度減小,低于對照。處理2、處理3受旱期間,株高日增長量明顯低于對照;復(fù)水后,株高增長速度顯著增加,且高于對照;處理3的受澇時間長于處理2,處理2控水結(jié)束后,株高日增長量有所下降,接近對照,而處理3則繼續(xù)快速增長??厮Y(jié)束后,株高由大到小依次為處理1>處理3>處理2>CK。由此可知,分蘗期旱澇交替過程中,受澇能促進(jìn)水稻株高生長,且受澇時間越長,促進(jìn)效果越顯著,受旱則抑制株高增長。因此可知,先澇后旱處理比先旱后澇處理更有利于水稻株高的增長。
(2)拔節(jié)孕穗期株高動態(tài)及日增長量變化分析。由圖2可知,拔節(jié)孕穗期控水處理未開始之前,各處理株高基本相同。控水開始后,處理4受澇期間的株高日增長量高于對照;進(jìn)入受旱階段后,株高日增量大幅減小,低于對照。處理5、處理6受旱期間,株高日增長量明顯低于對照;復(fù)水后,株高增長速度顯著增加,高于對照;處理6的受澇時間長于處理5,處理5控水結(jié)束后,株高日增長量有所下降,接近對照,而處理6則繼續(xù)快速增長??厮Y(jié)束后,株高由大到小依次為處理6>處理5>處理4>CK。由此可知,拔節(jié)孕穗期旱澇交替過程中受澇有利于株高的增長,且受澇時間越長,株高越高,受旱則不利于株高的增長;拔節(jié)孕穗期旱澇交替脅迫能促進(jìn)水稻株高生長,在該生育階段進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃徽{(diào)控可以達(dá)到控制植株旺長的目的。
2.2 旱澇交替脅迫下水稻全生育期的需水規(guī)律
由表5、圖3可知:單生育期先澇后旱處理水稻全生育期總需水量的大小為:乳熟期(處理10)>拔節(jié)孕穗期(處理4)>分蘗期(處理1)>抽穗開花期(處理7);受澇5 d的先旱后澇處理的大小為:抽穗開花期(處理8)>拔節(jié)孕穗期(處理5)>乳熟期(處理11)>分蘗期(處理2);受澇時間為7 d的先旱后澇處理的大小為:拔節(jié)孕穗期(處理6)>抽穗開花期(處理9)>乳熟期(處理12)>分蘗期(處理3)。
處理1的總需水量與對照的差異達(dá)顯著水平,為對照的98.92%;處理2、處理3的總需水量與對照的差異達(dá)極顯著水平,為所有處理中的最小值,分別為對照的97.32%、98.30%。其他各處理的總需水量與對照的差異均未達(dá)顯著水平。處理4、處理5的總需水量低于對照,分別為對照的99.92%、99.62%;處理6的總需水量略高于對照,為對照的100.33%。處理7、處理8、處理9的總需水量低于對照,分別為對照的98.68%、99.87%、99.10%。處理10的總需水量為所有處理中的最大值,略高于對照,為對照的100.36%;處理11、處理12的總需水量低于對照,分別為對照的99.53%、99.07%。
由此可知:先澇后旱處理對水稻全生育期的需水量影響不顯著,分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期先澇后旱處理會降低總需水量,乳熟期先澇后旱處理則會導(dǎo)致總需水量略有增加。水稻全生育期的總需水量對分蘗期旱澇交替脅迫最為敏
感,分蘗期先旱后澇處理會顯著降低總需水量;拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期先旱后澇處理對總需水量的影響不顯著;分蘗期、拔節(jié)孕穗期先旱后澇處理的受澇時間越長,總需水量越大;抽穗開花期、乳熟期先旱后澇處理的受澇時間越長,總需水量越小。
2.3 旱澇交替脅迫下水稻水分利用效率(WUE)
水分利用效率能夠表示作物利用水分的經(jīng)濟(jì)程度,水分利用效率越高,植株的節(jié)水能力越強(qiáng)。水分利用效率大,表明作物消耗單位數(shù)量的水分所能固定的二氧化碳的數(shù)量多,有利于作物在水分逆境下保持一定的產(chǎn)量。
由表6可知,各處理的理論產(chǎn)量、水分利用效率均低于對照。各生育期先澇后旱處理的水分利用效率由大到小依次為分蘗期(處理1)>拔節(jié)孕穗期(處理4)>乳熟期(處理10)>抽穗開花期(處理7);受澇5 d的先旱后澇處理的水分利用效率由大到小依次為分蘗期(處理2)>乳熟期(處理11)>抽穗開花期(處理8)>拔節(jié)孕穗期(處理5);受澇時間為 7 d 的先旱后澇處理的水分利用效率由大到小依次為抽穗開花期(處理9)>分蘗期(處理3)>乳熟期(處理12)>拔節(jié)孕穗期(處理6)。
由此可知,分蘗期先旱后澇處理會降低水分利用效率,且受澇時間越長,對產(chǎn)量的影響越大,水分利用效率越低。拔節(jié)孕穗期旱澇交替脅迫會造成嚴(yán)重的減產(chǎn),導(dǎo)致水分利用效率大幅降低;先旱后澇處理造成的減產(chǎn)最為嚴(yán)重,受澇時間對產(chǎn)量的影響不大。抽穗開花期先旱后澇處理會顯著降低水分利用效率,但是隨著受澇時間的延長,水分利用效率有所升高。乳熟期先澇后旱處理的水分利用效率高于先旱后澇處理,并且水分利用效率因受澇時間的延長而降低。
3 結(jié)論
分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期旱澇交替脅迫條件下的水稻最終株高有所增加,2年平均最終株高增加2.61%,且受澇時間越長,株高越高。拔節(jié)孕穗期進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃徽{(diào)控可以控制植株旺長,達(dá)到優(yōu)化株型的目的。
旱澇交替脅迫過程均不同程度地降低水稻需水量,分蘗期旱澇交替會顯著降低全生育期的需水量,且先旱后澇處理影響大于先澇后旱處理,受澇時間越短,需水量越?。话喂?jié)孕穗期、抽穗開花期及乳熟期受澇均有利于日需水量的增加,受旱則會降低(乳熟期無顯著影響)。各生育期日需水量與對照的差異隨著水分脅迫時間的延長而增加。
水稻4個主要生育期旱澇交替脅迫會降低水分利用效率,先旱后澇處理的水分利用效率整體低于先澇后旱處理。拔節(jié)孕穗期先旱后澇處理的水分利用效率最低,拔節(jié)孕穗期、乳熟期先澇后旱處理的水分利用效率高于先旱后澇處理。
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