錢(qián)銀飛，關(guān)賢交，邵彩虹，邱才飛，陳先茂，陳 金，謝 江，鄧國(guó)強(qiáng)，彭春瑞

(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330200)

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不同生育期干旱脅迫對(duì)雙季稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響

錢(qián)銀飛，關(guān)賢交，邵彩虹，邱才飛，陳先茂，陳 金，謝 江，鄧國(guó)強(qiáng)，彭春瑞*

(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330200)

摘要：通過(guò)盆栽試驗(yàn)，研究了不同生育期干旱對(duì)雙季稻產(chǎn)量及其水分利用效率的影響，結(jié)果表明：所有干旱處理的產(chǎn)量均低于CK，各生育階段的雙季稻產(chǎn)量均隨著土壤干旱的加劇而下降嚴(yán)重，而蒸發(fā)蒸騰量反之。雙季超級(jí)稻產(chǎn)量和水分利用效率受干旱影響敏感程度排序表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，早稻：拔節(jié)孕穗期>有效分蘗期>抽穗開(kāi)花期>無(wú)效分蘗期>乳熟期，晚稻：拔節(jié)孕穗期>抽穗開(kāi)花期>有效分蘗期>乳熟期>無(wú)效分蘗期。

關(guān)鍵詞：雙季超級(jí)稻；干旱脅迫；產(chǎn)量；水分利用效率

水稻是典型的沼澤作物[1]，生長(zhǎng)期中絕大部分時(shí)間需要水層，田間耗水量很大。干旱缺水會(huì)對(duì)水稻生長(zhǎng)產(chǎn)生較大的不利影響。我國(guó)南方是典型的雙季稻區(qū)[2]，雙季稻是該區(qū)主要灌溉作物，為保障我國(guó)糧食安全做出了巨大貢獻(xiàn)。南方雨量雖充沛但分布不均，在雙季稻生長(zhǎng)季節(jié)常會(huì)遭遇長(zhǎng)短不同的干旱天氣，造成不同程度的旱害和歉收。受全球氣候變化影響，我國(guó)南方地區(qū)的旱災(zāi)呈現(xiàn)頻繁和加劇的趨勢(shì)，對(duì)雙季稻生產(chǎn)造成極大危害。因此研究雙季稻的旱害及抗旱栽培對(duì)穩(wěn)定南方雙季稻產(chǎn)量和開(kāi)展節(jié)水灌溉具有重要意義。

水稻在不同生育期對(duì)干旱的反應(yīng)不同，抗旱性也隨著個(gè)體發(fā)育的進(jìn)程而發(fā)生變化[3-4]。研究水稻在發(fā)育進(jìn)程過(guò)程中對(duì)干旱的反應(yīng)及其抗旱性的變化，分析旱災(zāi)在不同生育期對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響，有助于敏感時(shí)期的確定，有利于在生產(chǎn)當(dāng)中針對(duì)性地制定抗旱、防旱措施，同時(shí)對(duì)于提高水資源的利用效率，減少季節(jié)性干旱對(duì)水稻生長(zhǎng)的不利影響，對(duì)促進(jìn)雙季稻的持續(xù)豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要作用。關(guān)于水稻不同生育期干旱對(duì)水稻影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的研究工作[5-10]，也得出了許多重要的結(jié)論。周廣生等[5]研究認(rèn)為，分蘗盛期輕度干旱，可增加地上部分干物質(zhì)積累量，提高產(chǎn)量；王成瑗等[6]研究認(rèn)為,分蘗期干旱導(dǎo)致有效穗數(shù)降低過(guò)多而顯著降低產(chǎn)量。趙正宜等[7]則認(rèn)為，分蘗初盛期水稻受到短期水分輕度虧缺，對(duì)水稻產(chǎn)量的影響并不十分嚴(yán)重；汪妮娜等[8]研究認(rèn)為，在抽穗揚(yáng)花期輕度干旱造成的減產(chǎn)不顯著，但是重度則減產(chǎn)顯著。也有研究[7]認(rèn)為孕穗至抽穗開(kāi)花期，干旱的時(shí)間長(zhǎng)短和程度高低，產(chǎn)量會(huì)有不同程度的影響；灌漿乳熟期，除嚴(yán)重的干旱外，對(duì)產(chǎn)量的影響不會(huì)十分明顯。鄭家國(guó)等[9]認(rèn)為水稻齊穗后25 d內(nèi)是水稻產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，這一時(shí)期干旱缺水，將嚴(yán)重降低稻谷產(chǎn)量；齊穗25 d以后斷水，對(duì)產(chǎn)量的影響減弱；Boonjung等[10]指出，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的干旱脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量的影響小，在幼穗分化期的干旱脅迫則減產(chǎn)幅度最大。由此可見(jiàn)，由于試驗(yàn)地點(diǎn)、品種、土壤類(lèi)型、水分處理(干旱歷期、處理方式和程度)的不同而眾說(shuō)紛紜，各有見(jiàn)地。本研究立足南方雙季稻，通過(guò)盆栽試驗(yàn)，采取嚴(yán)格的水分控制，控制相同的干旱歷期，研究了不同生育期干旱脅迫對(duì)雙季超級(jí)稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響，以期為南方雙季稻節(jié)水抗旱提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)及品種

試驗(yàn)于2013～2014年在江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所玻璃網(wǎng)室內(nèi)進(jìn)行。大田育秧；早稻4月10日播種，4月30日移栽至盆缽；晚稻6月20日播種，7月25日移栽至盆缽，移栽秧苗生長(zhǎng)基本一致。塑料盆規(guī)格：直徑25 cm，高30 cm，盆缽內(nèi)裝過(guò)篩的耕作層土約18 kg，土壤為紅壤土，質(zhì)地黏性，土壤肥力為pH值5.32，堿解氮144 mg/kg、速效磷33.5 mg/kg、速效鉀76.5 mg/kg。早稻移栽前每盆施尿素2.0 g，氯化鉀0.88 g，鈣鎂磷肥3.8 g；晚稻用肥量為早稻的1.25倍。早稻供試品種為超級(jí)雜交稻品種金優(yōu)458，江西省農(nóng)科院水稻所育成，2009年被審定為超級(jí)稻。晚稻為淦鑫688，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)育成，2008年被審定為超級(jí)稻。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水稻移栽后7 d，盆內(nèi)保持淺水層活棵，水稻黃熟后盆內(nèi)斷水收獲。在栽后8 d至水稻黃熟期，將水稻生育期分成5個(gè)階段：有效分蘗期(S1)、無(wú)效分蘗期(S2)、拔節(jié)孕穗期(S3)、抽穗開(kāi)花期(S4)、乳熟期(S5)；每個(gè)生育期分別進(jìn)行3種不同程度的土壤干旱處理：輕度干旱(L，下限的土壤含水率為飽和含水率的85%)、中度干旱(M，下限的土壤含水率為飽和含水率的70%)、重度干旱(H，下限的土壤含水率為飽和含水率的55%)。每個(gè)生育期處理7 d后復(fù)水。除水分處理時(shí)期外，各處理其余時(shí)間均采用淺水充分灌溉。全生育期以常規(guī)淺水充分灌溉作為對(duì)照(CK，飽和含水率)。每處理5盆，每盆3穴，每穴2苗。全程采用量筒精確計(jì)量每次加水量，利用稱(chēng)重法結(jié)合英國(guó)產(chǎn)WET-2型土壤三參數(shù)儀測(cè)定土壤含水率來(lái)監(jiān)測(cè)土壤5 cm處土壤水分的變化。在水分處理期利用稱(chēng)重法進(jìn)行加水操作，以控制各盆的土壤含水量在很小范圍內(nèi)波動(dòng)。

1.3測(cè)定內(nèi)容與方法

成熟期各處理實(shí)收計(jì)產(chǎn)，分盆計(jì)穗數(shù)，曬干，脫粒計(jì)產(chǎn)，以清水漂選谷粒，分別計(jì)數(shù)實(shí)粒數(shù)與秕粒數(shù)，計(jì)算實(shí)粒千粒重。水分利用效率(WUE)是指每消耗1 mL水所形成的籽粒產(chǎn)量Y(mg),單位為mg/mL或kg/m3。

1.4數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2003和DPS 7.05完成。

2結(jié)果與分析

2.1不同生育期干旱對(duì)雙季超級(jí)稻產(chǎn)量的影響

不同生育期土壤干旱對(duì)雙季超級(jí)稻產(chǎn)量的影響見(jiàn)圖1。所有干旱處理的產(chǎn)量均低于淺水充分灌溉(CK)。各生育階段的雙季稻產(chǎn)量均隨著土壤干旱的加劇而下降幅度增大。早稻受干旱影響排序?yàn)镾3>S1>S4>S2>S5，晚稻受干旱影響排序?yàn)镾3>S4>S1>S5>S2。

圖1　不同生育期干旱對(duì)雙季超級(jí)稻產(chǎn)量的影響

分析不同生育期干旱程度與產(chǎn)量關(guān)系可知(表1)。除晚稻S3和S4期外，土壤含水率和產(chǎn)量呈直線(xiàn)相關(guān)外，其余生育期均呈二次曲線(xiàn)關(guān)系。本試驗(yàn)中晚稻S3和S4產(chǎn)量表現(xiàn)為隨著土壤含水率的增加而增加，其余生育期則表現(xiàn)為產(chǎn)量隨著含水率的增加呈一元二次曲線(xiàn)關(guān)系，存在最適值，不及或超之均會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

表1　不同生育期干旱對(duì)雙季超級(jí)稻產(chǎn)量影響的函數(shù)

2.2不同生育期干旱對(duì)雙季超級(jí)稻蒸騰蒸發(fā)量的影響

不同生育期土壤干旱對(duì)雙季超級(jí)稻蒸騰蒸發(fā)量的影響見(jiàn)表2。無(wú)論早稻還是晚稻，所有干旱處理的蒸騰蒸發(fā)量均低于淺水充分灌溉(CK)。且各生育階段的雙季稻蒸騰蒸發(fā)量均表現(xiàn)為隨著土壤干旱的加劇而蒸騰蒸發(fā)量減少。晚稻的蒸騰蒸發(fā)量高于早稻，這可能與晚稻生長(zhǎng)季生育期較長(zhǎng)、氣溫較高有關(guān)。雙季超級(jí)稻均以拔節(jié)孕穗期(S3期)蒸騰蒸發(fā)量最大，這可能與這個(gè)時(shí)期水稻生長(zhǎng)最為旺盛、需水量最大有關(guān)。

2.3不同生育期干旱對(duì)雙季超級(jí)稻水分利用效率的影響

不同生育期干旱對(duì)雙季超級(jí)稻水分利用效率(WUE)的影響見(jiàn)圖2。除無(wú)效分蘗期(S2期)外，早晚稻的WUE基本表現(xiàn)為隨著干旱的加劇而減少，這表明良好的水分供應(yīng)可以提高水分的利用效率。早稻S2期的水分輕度虧缺和中度虧缺處理的WUE相同，高于重度虧缺處理，晚稻S2期的WUE隨著干旱的加劇而增加。這可能與S2期為無(wú)效分蘗期有關(guān)，這個(gè)時(shí)期干旱能有效抑制無(wú)效分蘗的發(fā)生，從而改善分蘗群體，取得較高的產(chǎn)量，提高水分利用效率。晚稻季的WUE隨著干旱的加劇而增加說(shuō)明了這一現(xiàn)象，但干旱程度也存在一定的閥值，當(dāng)超過(guò)一定程度的干旱時(shí)會(huì)造成有效分蘗的死亡，從而導(dǎo)致減產(chǎn)，降低了水分利用效率，早稻季的結(jié)果證明了這一點(diǎn)。早、晚稻絕大多數(shù)處理的WUE低于CK，只有早稻S4L、S5L、S5M和晚稻S2L、S2M、S2H處理的WUE高于CK，這表明早稻的抽穗開(kāi)花期輕度干旱和乳熟期的輕中度干旱能提高水分的利用效率。而晚稻無(wú)效分蘗期3種程度的干旱均可提高WUE，且虧缺程度越重，WUE越大，這表明在晚稻季無(wú)效分蘗期進(jìn)行控水是提高WUE的一種有效手段，且干旱程度越重越好。早稻W(wǎng)UE受干旱影響敏感程度排序?yàn)镾3>S1>S4>S2>S5，晚稻W(wǎng)UE受干旱影響敏感程度排序?yàn)镾3>S4>S1>S5>S2，與產(chǎn)量的排序基本相同。

表2不同生育期干旱對(duì)雙季超級(jí)稻蒸騰蒸發(fā)量的影響

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3小結(jié)與討論

關(guān)于水稻不同生育期干旱對(duì)水稻影響，余叔文[11]、朱慶森[12-14]、徐林娟[15]等曾先后做過(guò)相關(guān)研究，他們以土壤含水量、土水勢(shì)、葉水勢(shì)等為指標(biāo)進(jìn)行研究，這對(duì)當(dāng)時(shí)節(jié)水技術(shù)的研究有重要的指導(dǎo)意義，但這些水分指標(biāo)又具有明顯的缺陷，如觀測(cè)手續(xù)煩、反應(yīng)時(shí)間慢等，不能適時(shí)準(zhǔn)確地反映土壤水分的連續(xù)變化，實(shí)用性不佳。本試驗(yàn)采用英國(guó)產(chǎn)WET-2型土壤三參數(shù)儀測(cè)定含水率進(jìn)行土壤水分調(diào)節(jié)，該法測(cè)定速度快、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、便攜性好、可操作性更強(qiáng)，值得在今后的土壤水分研究中進(jìn)一步應(yīng)用。

圖2　不同生育期干旱處理對(duì)雙季超級(jí)稻W(wǎng)UE的影響

關(guān)于不同生育期干旱對(duì)水稻產(chǎn)量的影響，已有不少的研究。如余叔文[11]、杉本[16]等的研究表明，孕穗期或更正確地說(shuō)是從四分子體到花粉粒的形成過(guò)程中受缺水為害最嚴(yán)重。并提出了生殖生長(zhǎng)的直接受害是減產(chǎn)的原因。此外在生長(zhǎng)后期經(jīng)受短期干旱，在恢復(fù)淹灌層后營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)反而受到促進(jìn)。破壞了營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)之間的正常及其相關(guān)的生長(zhǎng)過(guò)程，也是一個(gè)減產(chǎn)的主要因素。在本試驗(yàn)中也得到了類(lèi)似的結(jié)論，無(wú)論是早稻還是晚稻均以拔節(jié)孕穗期受干旱脅迫影響程度最大，這可能與拔節(jié)孕穗期為水稻的臨界水分生長(zhǎng)期有關(guān)，這一時(shí)期雙季稻為滿(mǎn)足水稻生殖生長(zhǎng)的需要，大量吸收環(huán)境中的水，缺水則造成嚴(yán)重減產(chǎn)，這時(shí)的水分蒸發(fā)蒸騰量為全生育期最大，也證明了這一點(diǎn)。這一點(diǎn)與朱慶森等[12]認(rèn)為抽穗前各生育期持續(xù)10 d水勢(shì)低于-25 kPa即引起顯著減產(chǎn)，以分蘗盛期最為敏感，其次是生殖細(xì)胞形成期、枝梗分化期、分蘗末期和花粉充實(shí)期的結(jié)果有所不同。這可能與試驗(yàn)品種、氣候差異等不同有關(guān)。

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明：在雙季稻不同生育期，對(duì)干旱脅迫影響的敏感性不同。在雙季稻的無(wú)效分蘗期和乳熟期進(jìn)行輕度甚至中度的干旱脅迫，對(duì)產(chǎn)量的影響較小，還能提高水分利用效率。因此可以依此來(lái)指導(dǎo)水稻生產(chǎn)上適時(shí)、適度地控水，避開(kāi)水稻對(duì)水分最敏感的時(shí)期(分蘗盛期和減數(shù)分裂期)，對(duì)無(wú)效分蘗期和乳熟期進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐寥浪置{迫，從而達(dá)到節(jié)水而不減產(chǎn)的目的。

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(責(zé)任編輯：曾小軍)

Effects of Drought Stress at Different Growth Stages on Yield and Water Use Efficiency of Double-cropping Rice

QIAN Yin-fei, GUAN Xian-jiao, SHAO Cai-hong, QIU Cai-fei, CHEN Xian-mao,CHEN Jin, XIE Jiang, DENG Guo-qiang, PENG Chun-rui*

(Institute of Soil and Fertilizer and Resources and Environment, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences/ Key Laboratory of Crop Eco-physiology and Farming System for Middle and Lower Reaches of Yangtze River, Ministry of Agriculture/ National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Nanchang 330200, China)

Abstract：The effect of drought stress at different growth stages on the yield and water use efficiency(WUE) of the double-cropping super rice was studied through the pot experiment. The results indicated that the yield of the double-cropping super rice under the drought stress were lower than the CK, the seriously the drought stress lowed the yield in different growth stage, while the evaporation in the otherwise. The sort of the sensitive degree of yield affected by the drought stress of the different growing stage appeared the same as the WUE, the sort of the early rice appeared: the jointing-booting stage>effective tillering stage>heading-florescence stage>invalid tillering stage>milky stage, while the late rice appeared the jointing-booting stage>heading-florescence stage>effective tillering stage>milky stage>invalid tillering stage.

Key words：Double-cropping super rice; Drought stress; Yield; Water use efficiency

收稿日期：2015-11-01

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD16B04、2013BAD07B12、2012BAD15B03)；江西省優(yōu)勢(shì)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目(20113B

作者簡(jiǎn)介：錢(qián)銀飛(1980─),男,江蘇如東人,副研究員，博士，從事作物栽培與耕作及農(nóng)業(yè)資源利用。*通訊作者:彭春瑞。

中圖分類(lèi)號(hào)：S511

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-8581(2016)06-0006-04

CB24014)；江西省青年科學(xué)基金(20132BAB214012)；江西省“贛鄱英才555工程”領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計(jì)劃(雙季稻清潔生產(chǎn))；江蘇省作物栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(K11008)。