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分蘗期水分脅迫對不同栽培方式水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響

2014-12-05 02:57鄭華斌劉建霞
作物研究 2014年5期
關(guān)鍵詞:分蘗期葉面積分蘗

姚 林,鄭華斌,劉建霞,賀 慧,黃 璜*

(1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,長沙410128;2農(nóng)業(yè)部華中地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測實驗站,湖南長沙410128;3湖南省作物多熟制工程技術(shù)研究中心,長沙410128;4湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,長沙410128)

水稻在不同的生育階段對水分的需求不一,承受一定程度的水分脅迫后其反應(yīng)也不相同,不同生育期對其敏感性不同,在反應(yīng)敏感的階段進(jìn)行水分脅迫,會造成光合作用減弱,生長發(fā)育受阻,甚至嚴(yán)重影響產(chǎn)量[1~5]。而水稻全生育期中,分蘗期對水分反應(yīng)遲鈍、抗旱性強(qiáng),節(jié)水潛力大[6]。

壟作梯式栽培是將傳統(tǒng)的淹水栽培改為半濕潤栽培的一種種植方式,改平作為壟作,改變了田間原有地形,加厚了水稻生長的熟土層,地下水位相對降低,擴(kuò)大了水稻的營養(yǎng)面積,有利于水稻根系的生長[7];增加了群體有效受光面積,能充分利用邊際效應(yīng),優(yōu)化群體結(jié)構(gòu),協(xié)調(diào)群體與個體間的矛盾,增強(qiáng)田間通風(fēng)透光性,降低土壤濕度,提高土壤溫度,有利于有益微生物的繁殖,有效養(yǎng)分增加,從而增加分蘗數(shù)、成穗率、結(jié)實率和千粒重[8]。壟作增加入滲,提供貯水源泉,壟作下土壤孔隙發(fā)育較好而入滲較大。此外壟作栽培可有效防止水土流失,增加貯水載體。壟作栽培提高作物對土壤水分的利用率,壟體表面土層疏松,而壟體下層緊實,上虛下實的耕層有利于調(diào)節(jié)土壤水分。水稻在改平作為壟作后,徹底改變了淹水平作時以重力下滲為主的水分運動形式,溝內(nèi)始終保持著穩(wěn)定而又可調(diào)的水層,在土壤毛細(xì)管引力和吸水力的作用下,壟溝內(nèi)的水分源源不斷地輸向壟頂,使壟體土壤較穩(wěn)定地保持毛管水狀況,有利于水分的輸送[9,10]。

前人對壟作栽培和水分脅迫對水稻影響單獨研究的較多,但有關(guān)不同栽培方式下水稻進(jìn)行水分脅迫處理對植株耗水量、水分利用效率的影響研究較少。本試驗研究了不同栽培方式下,分蘗期水分脅迫對水稻的生長特性、產(chǎn)量和水分利用效率的影響,旨在探討在壟作梯式栽培下,水稻對土壤水分的適應(yīng)性,以期為水稻的節(jié)能節(jié)水高產(chǎn)栽培提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2013年6月開始,在湖南省農(nóng)科院試驗大棚內(nèi)進(jìn)行盆栽試驗。供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的紅黃泥水稻土,土壤有機(jī)質(zhì)33.51 g/kg,全氮1.52 g/kg,全磷0.94 g/kg,全鉀12.68 g/kg,水解氮120.12 mg/kg,有效磷34.78 mg/kg,速效鉀130.71 mg/kg。供試水稻材料為湘晚秈13號。

1.2 試驗方法

隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。試驗設(shè)2種栽培方式處理和4種水分處理,各3次重復(fù),每個重復(fù)7盆。栽培方式為傳統(tǒng)栽培(對照,C1)和壟作栽培(C2);水分脅迫處理分別為對照(W1:灌水深度5 cm,C2的灌水量與C1相同)、輕度脅迫(W2:灌溉量為 W1的70%)、中度脅迫(W3:灌溉量為W1的50%)、重度脅迫(W4:灌溉量為W1的30%)。當(dāng)C1W1中的水層低于1 cm時,再灌水至5 cm,其它處理同時定量灌溉。

采用盆栽試驗方法。盆的規(guī)格為直徑28 cm,高33 cm,盆底有直徑為1 cm的小圓孔。每盆裝風(fēng)干土10 kg,在盆內(nèi)模擬起壟,壟高15 cm,寬20 cm。施肥按 N 180 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2計算,其中P以底肥一次性施入,K按基、蘗肥各50%分2次施入,N按基肥∶蘗肥∶穗肥=5∶3∶2分3次施入。6月17日播種,7月9日移栽,每盆栽2叢,株距22 cm。移栽后12 d開始進(jìn)行水分脅迫處理,共脅迫25 d。8月15日脅迫結(jié)束時,取樣測定葉面積與根系特性。

1.3 測定項目與方法

(1)分蘗動態(tài)。移栽后12 d開始,定點6叢觀察水稻分蘗情況,每隔3 d觀測一次植株的分蘗數(shù)。

(2)葉面積指標(biāo)。取4株代表性植株,直接測量葉長與寬,葉面積=長×寬×0.75。

(3)根系特性測定。取樣2株,測定單株總根數(shù)、最長根長、白根數(shù)、根體積(排水法)和根直徑、根系干重和地上部干重;根系吸收面積和活躍吸收面積的測定:用甲烯藍(lán)法[7];根系活力測定用α-萘胺法[8]。

(4)產(chǎn)量。谷粒成熟時,取5盆測定水稻經(jīng)濟(jì)性狀,包括單株有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、每穗空粒數(shù)和千粒重。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對水稻分蘗的影響

從圖1可知,兩種栽培方式下,不同水分處理對水稻分蘗數(shù)量均有影響,且影響程度與水分脅迫一致,即輕度水分脅迫對水稻分蘗影響不大,中度、重度水分脅迫則嚴(yán)重降低分蘗數(shù)。壟作梯式栽培下水稻的分蘗數(shù)及分蘗率均高于傳統(tǒng)栽培,但差異不顯著。

圖1 各處理的水稻分蘗動態(tài)Fig.1 Tillering dynamics of rice in different treatments

2.2 水分脅迫對水稻成穗率和葉面積的影響

栽培方式和水分脅迫對水稻成穗率有顯著影響,表現(xiàn)為C2>C1,W4>W(wǎng)3>W(wǎng)2>W(wǎng)1,同時 C因素(栽培方式)和W因素(水分處理)之間的互作效應(yīng)對水稻成穗率影響顯著(表1)。

表1 分蘗期水分脅迫處理的水稻成穗率及葉面積差異Table 1 Difference in earing rate and leaf area of rice among water stress treatments

水分脅迫會制約水稻葉面積的擴(kuò)展,隨著水分脅迫的加重,葉面積降低。從表1可見,水分脅迫對水稻葉面積影響顯著,表現(xiàn)為W2>W(wǎng)1>W(wǎng)3>W(wǎng)4,栽培方式對葉面積的影響不顯著,但栽培方式與水分脅迫之間的互作效應(yīng)對水稻葉面積影響顯著。

2.3 水分脅迫對水稻根系的影響

2.3.1 對根系活力的影響

從表2可見,不同栽培方式和水分脅迫程度對水稻的根系氧化活力影響極顯著,表現(xiàn)為C2>C1,平均提高了20.5%;W2>W(wǎng)3>W(wǎng)4>W(wǎng)1,水分脅迫處理較對照W1分別提高了36% ~74.9%(C2)和27.9% ~59.7%(C1),但隨著水分脅迫的加重,根系活力增強(qiáng)的就越少,且處理間差異顯著。

水分脅迫對水稻根系活躍吸收面積影響顯著,對總吸收面積有影響但不顯著,栽培方式對根系吸收面積影響不顯著(表2)。其中處理W2和W3對根系總吸收面積效果最好,處理W2、W3和W4的根系活躍吸收面積較W1均增加。在4種水分處理下,壟作栽培均比傳統(tǒng)栽培根系吸收面積大,且根系活躍吸收面積之間差異顯著。同時C因素(栽培方式)和W因素(水分處理)之間的互作效應(yīng)對水稻根系活力及吸收面積影響顯著。

表2 不同水分脅迫下水稻根系活力及吸收面積比較Table 2 Comparison on activity and the absorption area of rice roots among different water stress treatments

2.3.2 對根系生長的影響

從表3可見,分蘗期水分脅迫對水稻總根數(shù)影響顯著,其中W2的總根數(shù)最多,W4最少,說明一定的水分脅迫有利于水稻根系的生長,但重度脅迫會削弱水稻根系生長。不同栽培方式對水稻總根數(shù)有影響,但差異不明顯,其中C2比C1平均增加了13.7%,說明壟作栽培較傳統(tǒng)栽培更有利于水稻根系的生長。

表3 不同水分脅迫下水稻的根系特征Table 3 Rice root characteristics under different water stress treatments

不同栽培方式及水分脅迫處理對水稻的白根數(shù)有影響但不顯著;不同栽培方式間也有差異,C2比C1的白根數(shù)平均增加了30.0%。說明一定的水分脅迫有利于延遲水稻根系的衰老,且壟作栽培比傳統(tǒng)栽培的效果更明顯。但水分脅迫過重,會加快水稻根系的衰老。

在不同水分脅迫處理下,水稻根體積變化為W2>W(wǎng)3>W(wǎng)1>W(wǎng)4,說明輕度、中度水分脅迫可以增加水稻根體積,重度脅迫則會降低根體積。兩種栽培方式下,C2比 C1的根體積平均增加了26.9%。

不同水分處理間的水稻根冠比為W1>W(wǎng)2>W(wǎng)3>W(wǎng)4;兩種栽培方式下,C2比C1的根冠比平均降低了29.7%。

不同水分處理間的水稻根直徑為W1>W(wǎng)2>W(wǎng)3>W(wǎng)4,說明水分脅迫能減小水稻的根直徑,且水分脅迫越重根直徑越小。兩種栽培方式下,C2比C1根直徑平均降低了1.0%。這是因為在逆境脅迫時細(xì)根是根系吸收的活性位點[12],它可以擴(kuò)大根系與土壤的接觸面積來獲取更多的養(yǎng)分和水分[13~15]。而壟作使耕作層增厚,擴(kuò)大了水稻根系的營養(yǎng)面積,有利于水稻向下生長[7],使根系直徑相對減小。

栽培方式和水分脅迫均對水稻最長根長影響顯著,表現(xiàn)為C2>C1,平均增加了14.2%;W2>W(wǎng)3>W(wǎng)4>W(wǎng)1,水分脅迫處理較對照分別提高了1.0% ~22.6%和4.4%~20.9%。

栽培方式與水分脅迫之間的互作效應(yīng)對水稻總根數(shù)、白根數(shù)及根體積的影響顯著,對根冠比、根直徑及最長根長的影響則未達(dá)到顯著水平。

2.4 水分脅迫對水稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響

表4可知,壟作栽培和水分脅迫對水稻的有效穗數(shù)影響顯著,表現(xiàn)為 C2>C1,W2>W(wǎng)1>W(wǎng)3>W(wǎng)4。其中有效穗數(shù)以W2最多,明顯高于W3和W4,說明輕度水分脅迫有利于提高水稻的有效穗數(shù),而中度和重度水分脅迫則降低了水稻的有效穗數(shù);實粒數(shù)也表現(xiàn)為W2>W(wǎng)1>W(wǎng)3>W(wǎng)4,說明分蘗期適度的水分脅迫對穎花分化沒有影響,相反可提高水稻的實粒數(shù);水分脅迫對水稻的結(jié)實率有影響,輕度和中度脅迫提高了水稻的結(jié)實率,重度脅迫則會降低水稻的結(jié)實率;輕度的水分脅迫可提高水稻千粒重增加水稻產(chǎn)量,產(chǎn)量分別提高14.2%和16.1%,中度、重度脅迫則降低水稻產(chǎn)量,分別降低了23.5%和21.3%、41.6%和45.4%。分蘗期水分脅迫造成水稻產(chǎn)量低的原因主要是有效穗數(shù)和結(jié)實率降低所致。

表4 不同水分脅迫處理下的水稻產(chǎn)量及水分利用效率Table 4 Yield and water use efficiency of rice under different water stress treatments

不同的水分脅迫強(qiáng)度下水分利用效率以W2最高,顯著高于其它處理,這是因為W2的產(chǎn)量較W1、W3和W4高,W2耗水量低于W1處理10.4%和10.3%,W3的耗水量低于 W1處理 12.3%和11.4%,W4的耗水量低于 W1處理 15.6%和16.1%,但其水分的節(jié)省幅度低于產(chǎn)量下降的幅度,所以其水分利用效率較低。因此,輕度的水分脅迫可以提高水稻產(chǎn)量,提高水分利用率,達(dá)到節(jié)本增效的目的。

不同栽培方式下,壟作栽培比傳統(tǒng)栽培表現(xiàn)更好,其中產(chǎn)量平均提高15.2%,水分利用率平均提高17.3%,說明壟作栽培有利于提高水稻的產(chǎn)量及水分利用效率。

同時C因素(栽培方式)和W因素(水分處理)之間的互作效應(yīng)對水稻產(chǎn)量和實粒數(shù)的影響達(dá)到顯著水平,對有效穗數(shù)、結(jié)實率、千粒重、耗水量及水分利用效率的影響則未達(dá)到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

分蘗期水分脅迫影響水稻分蘗數(shù)、葉齡和葉面積等生育指標(biāo),從而影響水稻產(chǎn)量性狀,影響的程度隨水分脅迫發(fā)生的階段、程度及持續(xù)時間而異。余叔文等[16]研究認(rèn)為,分蘗后期和拔節(jié)期受重度干旱后沒有減產(chǎn)甚至有增產(chǎn)的趨勢;徐富賢等[17]認(rèn)為,水稻分蘗期受干旱影響水稻產(chǎn)量的土壤含水量臨界值約為相對含水量的36%;陳國林[18]研究表明,適當(dāng)?shù)墓?jié)水灌溉可使植株體內(nèi)水分狀態(tài)得到調(diào)節(jié),又能延緩下位葉的衰老,增加光合作用的時間,生育后期根系活力得到提高,協(xié)調(diào)了水稻高產(chǎn)與根系早衰的矛盾,生殖生長期干物質(zhì)積累增加,有利于子粒的形成,最終獲得高產(chǎn);水分脅迫對水稻分蘗的影響貫穿于整個生長期,適度的水分虧缺有利于水稻的分蘗,甚至結(jié)實率、千粒重等都較高,但過度的缺水則會抑制分蘗,影響有效分蘗數(shù),從而導(dǎo)致減產(chǎn)。

壟作梯式栽培改變了土壤的微地形,可以改善土壤透氣性,促上控下的作用增強(qiáng),使水稻根系發(fā)達(dá),根系活力增強(qiáng),吸收能力增強(qiáng);擴(kuò)大了葉片總受光面積,提高土壤溫度,促進(jìn)有益微生物的活動,增加有效養(yǎng)分,土體水、肥、氣、熱協(xié)調(diào),從而能提高水稻的抗逆性[8,19~21]。

3.2 結(jié)論

本試驗研究表明,分蘗期輕度水分脅迫有利于水稻的生長,能有效增加水稻的有效分蘗數(shù)、根系氧化活力、吸附面積,促進(jìn)根系生長,中度水分脅迫對水稻的影響較常規(guī)灌溉有較小幅度的下降或者上升,但影響不顯著,而重度脅迫則影響顯著。分蘗期輕度水分脅迫對水稻的株高及葉面積指數(shù)影響不大,而中度和重度脅迫則嚴(yán)重制約著水稻株高的生長和葉面積的擴(kuò)展。輕度水分脅迫可增加水稻的實粒數(shù)、千粒重及結(jié)實率,水稻產(chǎn)量提高14.2%和16.1%,耗水量降低10.4%和10.3%,水分利用率提高21.8%和22.7%,而中度水分脅迫則水稻產(chǎn)量降低23.5%和21.3%,耗水量降低12.3%和11.4%,水分利用率下降12.2%和11.8%,重度水分脅迫則水稻產(chǎn)量降低41.6%和45.4%,耗水量降低15.6%和16.1%,水分利用率下降30.4%和35.3%,產(chǎn)量下降幅度高于耗水節(jié)約幅度。兩種栽培方式下,壟作梯式栽培較傳統(tǒng)栽培水稻的千粒重、結(jié)實率、產(chǎn)量、耗水量及水分利用率要高,說明壟作栽培更有利于水稻的生長。因此,分蘗期輕度控水和采用壟作栽培有利于水稻生長和產(chǎn)量的提高。

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