張宏路 朱安 胡昕 姚磊 方燁琦 夏仕明 劉立軍

（揚(yáng)州大學(xué)/江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游作物生理生態(tài)與栽培重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，江蘇揚(yáng)州225009；* 通訊作者∶ljliu＠yzu．edu．cn）

水稻是沼澤類作物，水分管理方式對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)會(huì)產(chǎn)生重要影響。我國(guó)是水稻主要生產(chǎn)國(guó)，種植面積約占全球的23%，稻谷產(chǎn)量占全球的30%以上[1]。目前，我國(guó)稻作生產(chǎn)常用水分管理方式多為淹水灌溉，其用水量約占農(nóng)業(yè)用水量的60%，耗水量巨大，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。另一方面，我國(guó)人口占世界人口總量的22%，而可利用的淡水資源僅占世界總量的8%，人均占有量?jī)H為2 500 m3，約為世界人均可利用水量的四分之一，是13個(gè)貧水國(guó)家之一[2]。因此，發(fā)展水稻節(jié)水栽培，實(shí)現(xiàn)稻作可持續(xù)發(fā)展對(duì)我國(guó)糧食安全供應(yīng)和社會(huì)穩(wěn)定具有十分重要的意義。近年來(lái)，水稻節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展較快，出現(xiàn)了濕潤(rùn)灌溉、干濕交替灌溉以及旱種旱管等節(jié)水灌溉方式。水分管理方式發(fā)生改變必然會(huì)引起稻田土壤性狀的變化，進(jìn)而直接或間接導(dǎo)致地下部根系生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生變化，從而影響地上部生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和稻米品質(zhì)形成。本文圍繞當(dāng)前常用的幾種稻田節(jié)水灌溉方式，以常規(guī)淹水灌溉作為對(duì)比，探討前人在不同節(jié)水灌溉方式上對(duì)水稻產(chǎn)量以及米質(zhì)影響的研究結(jié)果，旨在為發(fā)展稻田節(jié)水灌溉提供參考。

1 稻田常用節(jié)水灌溉方式及其對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

1.1 濕潤(rùn)灌溉及其對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

濕潤(rùn)灌溉是一項(xiàng)節(jié)水效果顯著、簡(jiǎn)單易懂、可操作性強(qiáng)的稻田灌溉方式。其技術(shù)要點(diǎn)是在分蘗期持續(xù)建立水層，其他時(shí)期則以土壤濕潤(rùn)為標(biāo)準(zhǔn)，滿足水稻的生理需水即可。該技術(shù)可大幅度減少灌溉用水量，減少能耗，降低灌溉成本，還可增加產(chǎn)量[3]。有資料顯示，此技術(shù)用水量較常規(guī)淹灌節(jié)水22%～36%[4]。韋盛敏等[5-6]通過研究發(fā)現(xiàn)，濕潤(rùn)灌溉可適當(dāng)降低土壤含水量，調(diào)節(jié)土壤水勢(shì)和蒸騰速率，提高自然降水的利用率，節(jié)水效果顯著。可見，濕潤(rùn)灌溉技術(shù)在稻田節(jié)水方面的貢獻(xiàn)較為顯著，有較好的應(yīng)用前景。

王瑞等[7]以多個(gè)粳稻品種為材料研究發(fā)現(xiàn)，濕潤(rùn)灌溉可加快水稻返青分蘗，分蘗成穗數(shù)提高2.1%～11.6%，產(chǎn)量增加 9.1%～18.7%。朱士江等[8]發(fā)現(xiàn)，濕潤(rùn)灌溉較常規(guī)淹灌和間歇灌溉增產(chǎn)。但李軻等[9]研究認(rèn)為，濕潤(rùn)灌溉條件下水稻產(chǎn)量要低于常規(guī)淹灌處理。此外，耿艷秋等[10]的研究結(jié)果顯示，在蘇打鹽堿地濕潤(rùn)灌溉可提高水稻結(jié)實(shí)率和千粒重，從而達(dá)到增產(chǎn)的目的。從上述研究可見，針對(duì)濕潤(rùn)灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量的影響研究較少，并且結(jié)論不一，具體原因還有待進(jìn)一步探討。

1.2 干濕交替灌溉及其對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

干濕交替灌溉是一項(xiàng)水稻高產(chǎn)節(jié)水灌溉技術(shù)，其技術(shù)要點(diǎn)有∶從秧苗移栽至返青建立2～3 cm淺水層；返青至有效分蘗臨界葉齡期進(jìn)行間隙濕潤(rùn)灌溉；拔節(jié)期適當(dāng)排水?dāng)R田，此后田間灌水層2～3 cm，然后自然落干，再灌水，再落干，如此循環(huán)；抽穗后45 d田間斷水，土壤落干直至收獲[11]。有研究顯示，干濕交替灌溉灌水量約700 mm左右，較常規(guī)淹水灌溉降低16%～18%，水分利用效率提高25%～29%[12-13]。針對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用情況，Mushtap等[14]在湖北漳河灌區(qū)的調(diào)查研究表明，采用干濕交替灌溉技術(shù)并非農(nóng)戶本意，而是缺水條件下的無(wú)奈之舉，并且好的耕地質(zhì)量有利于該技術(shù)的采用，但耕地規(guī)模越大，應(yīng)用此技術(shù)產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)越明顯。Kurschner等[15]在孟加拉國(guó)對(duì)干濕交替灌溉技術(shù)推廣的評(píng)估報(bào)告中指出，盡管很多農(nóng)戶節(jié)水意向明確，對(duì)此技術(shù)有需求，但實(shí)際采用比例卻很低。造成這種現(xiàn)象的原因，主要是由于干濕交替灌溉技術(shù)管理過程復(fù)雜，技術(shù)難度相對(duì)較高。

Gareth等[16]的研究結(jié)果表明，干濕交替灌溉可提高水稻有效分蘗數(shù)，從而導(dǎo)致產(chǎn)量增加。然而，不同程度的干濕交替對(duì)水稻產(chǎn)量的影響也存在差異。劉立軍等[17]的研究結(jié)果表明，結(jié)實(shí)期輕干濕交替灌溉較常規(guī)灌溉顯著提高了水稻結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量，而在重干濕交替灌溉條件下水稻結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量卻表現(xiàn)出明顯的降低趨勢(shì)。徐芬芬等[18]在探討干濕交替灌溉的節(jié)水增產(chǎn)機(jī)理中發(fā)現(xiàn)，與田間土壤落干強(qiáng)度較高相比，土壤適度落干后復(fù)水對(duì)水稻產(chǎn)量的提高具有較好的效用。褚光等[12]的研究認(rèn)為，適宜的干濕交替灌溉可以顯著提高水稻產(chǎn)量以及水分利用效率。上述這些結(jié)果表明，輕度且適宜的干濕交替灌溉可提高水稻產(chǎn)量，而在重度干濕交替灌溉條件下，則會(huì)對(duì)產(chǎn)量表現(xiàn)出明顯的負(fù)效應(yīng)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)掌握好適宜的干濕交替程度，避免因土壤過分落干而導(dǎo)致減產(chǎn)。

1.3 旱種旱管及其對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

水稻旱種旱管通常是指苗期在干旱條件下生長(zhǎng)，生育中期及后期以雨水為主，遇旱時(shí)輔以人工灌溉，使水稻在土壤較為濕潤(rùn)狀態(tài)下正常生長(zhǎng)直至開花結(jié)實(shí)，是一項(xiàng)節(jié)約農(nóng)業(yè)用水，提高灌溉效益，增強(qiáng)水稻抗性，管理方式簡(jiǎn)單輕便的水稻栽培技術(shù)[19]。水稻旱種方式多種多樣，主要有裸地旱種、覆膜旱種以及覆草旱種等[20]。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其所表現(xiàn)出的弊端也較為明顯。已有研究表明，水稻旱種通常存在3個(gè)問題∶一是低溫生育期延長(zhǎng)，抽穗期推遲，影響成熟，加之旱作不形成水面，易受晚霜危害，既不能提前播種，又不能采用中晚熟高產(chǎn)品種；二是易受干旱的影響，生產(chǎn)不穩(wěn)定，并且常受稻瘟病的威脅；三是雜草危害嚴(yán)重，產(chǎn)量不高[21]。并且，楊建昌等[22-23]研究發(fā)現(xiàn)，水稻旱種后，由于物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率較高，致使水稻莖鞘物質(zhì)被過多利用，易發(fā)生倒伏。針對(duì)旱種在實(shí)際應(yīng)用中存在的不同隱患，人們不斷探索并研究出各種旱種方式以求改進(jìn)，其中以覆蓋旱種技術(shù)最為廣大研究人員所接受。

關(guān)于覆蓋旱種水稻產(chǎn)量效應(yīng)的研究存在較大差異，有的報(bào)道增產(chǎn)[22，24-26]，有的報(bào)道減產(chǎn)[27-29]。劉芳等[20]的研究結(jié)果顯示，該方式可使水稻分蘗提前，增加分蘗數(shù)，但水稻產(chǎn)量要略低于或顯著低于常規(guī)灌溉田。與上述結(jié)果不同，王先華等[30]通過研究指出，覆蓋旱種能使水稻成穗率提高，減少水稻空殼現(xiàn)象發(fā)生，并且在水資源短缺的地區(qū)，此技術(shù)是提高水稻產(chǎn)量和保持生態(tài)環(huán)境的首選。此外，不同覆蓋方式對(duì)水稻產(chǎn)量的影響也不相同。邱愈紅等[31]以水稻農(nóng)學(xué)性狀和產(chǎn)量變化為基礎(chǔ)，探索不同覆蓋方式的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)覆草旱種的方式最優(yōu)，不僅大大減少水稻生產(chǎn)中的耗水量，還能在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)亦可為保護(hù)生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。由此看出，旱種水稻的主要優(yōu)勢(shì)在于其可大幅減少稻田耗水量，栽培管理方式輕簡(jiǎn)，但其對(duì)水稻產(chǎn)量和性狀的影響方面優(yōu)缺并存。而隨著人們?cè)诤捣N技術(shù)上的探索與改進(jìn)，適宜的覆蓋旱種方式也可作為一種優(yōu)良可行的水稻栽培技術(shù)。

2 稻田常用節(jié)水灌溉方式對(duì)稻米品質(zhì)的影響

2.1 濕潤(rùn)灌溉對(duì)稻米品質(zhì)的影響

有研究表明，常規(guī)淹水灌溉和濕潤(rùn)灌溉稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)無(wú)明顯差異[32]。但呂銀斐等[33]認(rèn)為，濕潤(rùn)灌溉在一定程度上降低了稻米的外觀品質(zhì)，增大了稻米的堊白粒率和堊白度。占新春等[34]研究表明，與常規(guī)灌溉相比，濕潤(rùn)灌溉使稻米的直鏈淀粉含量增加，膠稠度提高，總體上改善了稻米的蒸煮食味品質(zhì)。劉奇華等[35]研究發(fā)現(xiàn)，濕潤(rùn)灌溉下稻米蛋白質(zhì)含量要顯著低于常規(guī)灌溉，而米粉RVA譜的最高黏度和熱漿黏度值則以濕潤(rùn)灌溉最高。李艷紅等[36]的結(jié)果也表明，濕潤(rùn)灌溉條件下蛋白質(zhì)含量要顯著低于常規(guī)水層灌溉。但鄧定武等[32]認(rèn)為，濕潤(rùn)灌溉條件下稻米蛋白質(zhì)含量及蒸煮品質(zhì)較常規(guī)灌溉雖略有下降，但差異不顯著。綜上可以看出，濕潤(rùn)灌溉對(duì)稻米品質(zhì)的影響研究較少，且不同研究者結(jié)果并不相同，甚至相互矛盾。因此，濕潤(rùn)灌溉對(duì)稻米品質(zhì)的影響及其內(nèi)在機(jī)制仍需進(jìn)一步深入研究。

2.2 干濕交替灌溉對(duì)稻米品質(zhì)的影響

有研究表明，干濕交替灌溉可以改善稻米品質(zhì)[13，37-38]。但不同強(qiáng)度的干濕交替也會(huì)對(duì)稻米加工品質(zhì)帶來(lái)不同程度的影響。劉立軍等[39]研究表明，輕度干濕交替處理能夠改善稻米加工品質(zhì)，而重度干濕交替處理則會(huì)降低稻米的加工品質(zhì)。同樣，楊建昌等[40]在盆栽條件下的研究結(jié)果也顯示，重度干濕交替處理下稻米的出糙率、精米率和整精米率要顯著低于輕度干濕交替處理?？聜饔碌萚41]的結(jié)果也表明，適度的干濕交替灌溉在一定程度上可以提高稻米的精米率和整精米率。

在外觀品質(zhì)方面，有研究指出，與常規(guī)淹水灌溉相比，干濕交替灌溉降低了稻米的堊白粒率、堊白大小以及堊白度[13]，這與呂銀斐等[33，41]的研究結(jié)果一致。蔡一霞等[42]認(rèn)為，水分脅迫對(duì)稻米堊白粒率與堊白度的影響趨勢(shì)相近，受灌漿特性的影響，堊白粒率、堊白度都顯著提高，這與王成瑗等[43]的研究結(jié)果大致相同。

在蒸煮食味及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)方面，干濕交替灌溉較常規(guī)灌溉提高了稻米淀粉黏滯譜的最高黏度和崩解值[13]。此外，稻米蒸煮及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)也因不同程度的干濕交替處理而產(chǎn)生變化。唐成等[44]認(rèn)為，與常規(guī)水層灌溉相比，輕干濕交替灌溉會(huì)降低稻米直鏈淀粉含量，膠稠度略高但差異不顯著，重干濕交替灌溉下直鏈淀粉含量增加，而膠稠度顯著降低。而在水氮耦合管理模式下，顧俊榮等[45]認(rèn)為，輕干濕交替技術(shù)與氮肥的耦合管理有效提高了水稻的蒸煮食味品質(zhì)，穆永紅等[46]的研究也證明了這一點(diǎn)。針對(duì)稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，有研究指出，干濕交替灌溉提高了稻米清蛋白和谷蛋白的含量，降低了醇溶蛋白含量[13]。但也有研究認(rèn)為，結(jié)實(shí)期常規(guī)水層灌溉和干濕交替灌溉對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量的影響差異不顯著[39，44]。

而針對(duì)衛(wèi)生品質(zhì)，較多研究認(rèn)為，干濕交替灌溉可降低水稻中砷的活化，從而減少水稻對(duì)砷的吸收及其在籽粒中的積累[47-50]，但是會(huì)增加鎘的吸收[16，51-53]。

綜上所述，適宜的干濕交替灌溉可以改善米質(zhì)。但就蒸煮食味和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)而言，不同研究者觀點(diǎn)不同，結(jié)論尚未統(tǒng)一。在稻米衛(wèi)生品質(zhì)上，大多研究表明不可在有鎘污染的稻田中采用干濕交替灌溉。

2.3 旱種旱管對(duì)稻米品質(zhì)的影響

徐國(guó)偉等[54]的研究指出，在旱種模式下，稻米糙米率、精米率和整精米率要高于水種模式，但差異不顯著。但武立權(quán)等[55]發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)淹水灌溉相比，旱種秈稻的加工品質(zhì)略有下降。而李克武等[56]研究認(rèn)為，水稻的加工品質(zhì)在覆膜旱種后會(huì)有所提高。

旱種旱管條件下，水稻不可避免會(huì)發(fā)生水分脅迫。有研究表明，干旱對(duì)粒形影響不大，但堊白粒率和堊白度顯著提高，降低了稻米的外觀品質(zhì)[57]。與上述結(jié)果不同，蔣鵬等[58]在研究分蘗期干旱對(duì)稻米品質(zhì)的影響中指出，分蘗期干旱處理的稻米堊白粒率和堊白度要顯著低于常規(guī)灌溉處理。

有研究表明，旱種秈稻的蒸煮品質(zhì)要好于常規(guī)淹水灌溉[55]。覆草旱種與常規(guī)水種對(duì)稻米直鏈淀粉含量和膠稠度等的影響無(wú)明顯差異，而覆草旱種和常規(guī)水種下稻米的膠稠度要顯著高于覆膜旱種[54]。覆膜旱種條件下稻米直鏈淀粉含量與常規(guī)灌溉相比差異不顯著，但膠稠度變小，且糊化溫度因品種差異而有所不同，常規(guī)粳稻略低，雜交稻略高[56]。旱管期間，分蘗期干旱處理的稻米直鏈淀粉含量要顯著高于常規(guī)灌溉處理[58]。

有研究指出，稻米籽粒蛋白質(zhì)含量在常規(guī)水種、覆膜和覆草旱種三者之間差異不顯著[54]。但也有研究結(jié)果表明，覆膜旱種可使稻米蛋白質(zhì)含量增加[56]。張其芳等[59]認(rèn)為，旱種能顯著提高水稻籽粒中植酸的含量，干旱脅迫對(duì)直立密穗型品種粒位間粗蛋白和蛋白組分的影響較大。

對(duì)于衛(wèi)生品質(zhì)，張麗娜[53]等針對(duì)鎘（Cd）污染的土壤進(jìn)行不同水分管理方式對(duì)水稻不同器官鎘積累影響的研究發(fā)現(xiàn)，旱種條件下水稻糙米中鎘含量最高，比常規(guī)淹水灌溉增加166.3%，其認(rèn)為水稻旱種要考慮土壤環(huán)境條件，在重金屬污染的土壤上進(jìn)行水稻節(jié)水旱種風(fēng)險(xiǎn)較大。

總體而言，不同研究者就旱種對(duì)稻米品質(zhì)影響的研究結(jié)論不一，但適宜的旱種方式可以改善稻米品質(zhì)，并且在水稻重要生育時(shí)期輔以旱作也可達(dá)到改善米質(zhì)的效果。因此，在生產(chǎn)中需根據(jù)不同水稻生育時(shí)期特性選擇適宜的旱種方式，并且要避免在有重金屬污染的稻田進(jìn)行旱作。

3 小結(jié)與討論

水分管理方式對(duì)稻米品質(zhì)的影響是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，不同節(jié)水灌溉方式對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響存在差異。針對(duì)節(jié)水灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的研究應(yīng)從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，既要達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的，也應(yīng)適應(yīng)種植方式和環(huán)境的改變。并且目前大多研究?jī)H注重稻米品質(zhì)表觀層面，往往忽略整個(gè)水分管理期間（即成熟之前）與籽粒品質(zhì)相關(guān)理化特性的動(dòng)態(tài)變化過程。因此，未來(lái)對(duì)水分管理方式影響稻米品質(zhì)應(yīng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究。

3.1 水分管理方式影響稻米品質(zhì)的分子機(jī)理

目前關(guān)于不同灌溉方式對(duì)稻米品質(zhì)的影響仍多停留于稻米品質(zhì)的表觀層面，而對(duì)水分管理方式影響稻米品質(zhì)的內(nèi)在機(jī)理，尤其是水分管理影響稻米品質(zhì)的內(nèi)在分子機(jī)制缺乏深入研究。加強(qiáng)水分管理對(duì)稻米品質(zhì)的影響及其生理與分子機(jī)理研究，對(duì)進(jìn)一步深入理解稻米品質(zhì)的形成機(jī)制與調(diào)控具有重要意義。

3.2 適應(yīng)于水稻機(jī)械化輕簡(jiǎn)化高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的節(jié)水灌溉技術(shù)

目前，我國(guó)水稻生產(chǎn)機(jī)械化、輕簡(jiǎn)化（主要指機(jī)插秧、直播和拋秧等）發(fā)展迅速，這為我國(guó)水稻生產(chǎn)節(jié)約了大量人力物力成本。然而，機(jī)械化輕簡(jiǎn)化水稻栽培灌溉方式仍多沿用原來(lái)的常規(guī)水層灌溉，缺乏與之相配套的節(jié)水灌溉方式。加強(qiáng)機(jī)械化輕簡(jiǎn)化條件下水稻節(jié)水灌溉方式及其對(duì)稻米產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究，對(duì)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、水資源高效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3.3 節(jié)水灌溉對(duì)稻田土壤性狀的影響及其與產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系

針對(duì)節(jié)水灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，已有大量研究且成果顯著，而在節(jié)水灌溉對(duì)稻田土壤性狀影響方面的研究相對(duì)較少，其與水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系研究則更少。因此，需加強(qiáng)不同節(jié)水灌溉方式對(duì)土壤性狀、水稻根系形態(tài)生理影響的研究，并探尋其與水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)系，研究結(jié)果可為稻田土壤定向調(diào)控提供參考。

3.4 加強(qiáng)節(jié)水灌溉方式對(duì)稻田土壤衛(wèi)生狀況及稻米衛(wèi)生品質(zhì)的研究

在水稻衛(wèi)生品質(zhì)方面，現(xiàn)有研究涉及較少，且多集中于鎘、砷等有害物質(zhì)的探討。而在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，稻田農(nóng)藥（如各種除草劑、殺蟲劑等）、污水灌溉及其他各種化學(xué)藥劑的使用較為普遍，這些都會(huì)對(duì)水稻衛(wèi)生品質(zhì)及稻田衛(wèi)生狀況帶來(lái)不同程度的不利影響。因此，需注重農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)藥劑的使用對(duì)稻米品質(zhì)影響的研究，并致力于探尋能夠有效改善水稻衛(wèi)生品質(zhì)和稻田衛(wèi)生狀況的節(jié)水灌溉方式。