汪西圣，趙新宇，劉方平，朱綠丹，付桃秀，劉繼超

（1.南昌工程學(xué)院，江西 南昌 330099；2.江西省灌溉試驗(yàn)中心站，江西 南昌 330201；3.廣西萬(wàn)縱建設(shè)工程有限公司，廣西 柳州 545000）

0 引言

洪澇災(zāi)害是我國(guó)主要的農(nóng)業(yè)災(zāi)害之一［1，2］，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的影響和危害。鄱陽(yáng)湖流域是我國(guó)的主要水稻產(chǎn)區(qū)之一，根據(jù)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)近30年數(shù)據(jù)，流域每年4-6月的降水較多，降水量占全年的46.5%。6月份的月平均降水量為218.3 mm，日降水量≥10.0 mm 的平均日數(shù)為11.6 d，日降水量≥25.0 mm的平均日數(shù)為3.7 d，此時(shí)正值早稻的抽穗開(kāi)花期，易遭受澇災(zāi)，是影響早稻產(chǎn)量的重要原因之一［3］。研究表明，淹水脅迫對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育有著明顯的抑制作用。水稻植株在淹水后葉面積指數(shù)LAI逐漸降低，凈光合速率Pn先升高后降低，干物質(zhì)質(zhì)累積量先減小后增大［4］。在水稻的孕穗期，隨著淹水深度和歷時(shí)的加大水稻分蘗的幅度加大，淹水脅迫會(huì)導(dǎo)致水稻減產(chǎn)；水稻在全淹1 d 處理后，SPAD值、產(chǎn)量、千粒重以及結(jié)實(shí)率等指標(biāo)較對(duì)照均有增加，短歷時(shí)淹水后表現(xiàn)出明顯的生態(tài)補(bǔ)償效應(yīng)［5］。為了確定鄱陽(yáng)湖流域早稻關(guān)鍵生育期（抽穗開(kāi)花期）的耐淹水深和耐淹歷時(shí)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)服務(wù)，選用流域內(nèi)近期種植的主要4 個(gè)早稻品種進(jìn)行了耐淹試驗(yàn)，研究了不同淹水條件對(duì)早稻產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

鄱陽(yáng)湖流域面積16.22 萬(wàn)km2，其中15.67 萬(wàn)km2位于江西省境內(nèi)，與江西省省域高度重合，占江西國(guó)土面積的94%。根據(jù)江西省種子管理局發(fā)布的近5年江西省水稻種植面積資料，選用“泰優(yōu)398”、“株兩優(yōu)171”、“湘早秈45”、“中嘉早17”等4個(gè)江西目前種植的主要早稻品種（種植面積均超過(guò)100 萬(wàn)畝），在水稻對(duì)淹水敏感，而且當(dāng)?shù)亟邓鄬?duì)較多的抽穗開(kāi)花期進(jìn)行淹水試驗(yàn)。試驗(yàn)在江西省灌溉試驗(yàn)中心站試驗(yàn)基地進(jìn)行，其位于江西省南昌市高田村（116°00′E，28°26′N(xiāo)），屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候區(qū)，年平均氣溫17.5 ℃，年平均日照時(shí)間1 720.8 h。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，盆尺寸：長(zhǎng)×寬×高=40 cm×30 cm×20 cm。水稻采用移栽方式，每盆均勻栽插6 穴，每穴選定2 株長(zhǎng)勢(shì)均勻秧苗進(jìn)行栽插。所有品種于4月4日播種，4月27日移栽，7月14日收割測(cè)產(chǎn)。

試驗(yàn)在水稻受澇試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行，共40 個(gè)可升降平臺(tái)，均可以上下內(nèi)自由移動(dòng)且可固定高度，每個(gè)可升降平臺(tái)上放置3 盆水稻樣品進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)縱剖面如圖1所示。

圖1 水稻受淹區(qū)縱剖面圖（單位：mm）Fig.1 Longitudinal section of flooded area of rice

試驗(yàn)主要針對(duì)5 下旬至6 中旬鄱陽(yáng)湖流域的雨季進(jìn)行水稻耐淹試驗(yàn)，此時(shí)正值早稻抽穗開(kāi)花期，是早稻的淹水敏感時(shí)期。淹水池中采用渠道灌溉用水，試驗(yàn)因素設(shè)置2 個(gè)：淹水深度、淹水時(shí)間。淹水深度設(shè)3 個(gè)水平，分別為水稻植株高度的1/2（H1：30 cm）、2/3（H2：40 cm）、3/3（H3：60 cm）；淹水時(shí)間設(shè)3 個(gè)水平，分別為3 d（T1）、6 d（T2）、9 d（T3）。將兩種因素進(jìn)行組合設(shè)9 個(gè)處理，另外設(shè)置一個(gè)參照處理CK（全生育期不淹水），每種水稻共計(jì)10個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目

（1）水稻生長(zhǎng)指標(biāo)：在水稻的生長(zhǎng)期觀測(cè)其分蘗數(shù)、株高、葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積。

（2）水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成要素：水稻成熟后，以盆為單位，每個(gè)處理記錄一盆水稻的穗長(zhǎng)、穗數(shù)、穗粒數(shù)、空粒數(shù)、千粒重以及產(chǎn)量，每個(gè)處理選1盆進(jìn)行實(shí)收測(cè)產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水對(duì)各品種水稻株高的影響

如圖2各品種水稻在不同淹水處理后各處理的株高變化規(guī)律所示，各處理受到淹澇脅迫后株高均高于對(duì)照組。以“泰優(yōu)398”的株高變化為例［圖2（a）］，當(dāng)淹水深度為H1 時(shí)，淹水歷時(shí)每增加3 d，株高較對(duì)照組分別增長(zhǎng)6.1%、23.79%、35.99%；當(dāng)淹水深度為H2 時(shí)，淹水歷時(shí)每增加3 d，株高較對(duì)照組分別增長(zhǎng)13.77%、31.3%、34.9%；當(dāng)淹水深度為H3 時(shí)，淹水歷時(shí)每增加3 d，株高較對(duì)照組分別增長(zhǎng)1.72%、7.2%、12.68%。由此可知，在同一淹水深度條件下，株高隨著淹水時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。其他品種也表現(xiàn)出類(lèi)似的規(guī)律，如“株兩優(yōu)171”的H1 及H2 處理、“湘早秈45”和“中嘉早17”的H1 處理，株高均與淹水歷時(shí)呈正相關(guān)。而不同的是，在長(zhǎng)淹水歷時(shí)的條件下，部分處理株高不再增長(zhǎng)，如“株兩優(yōu)171”的H3T3 處理、“湘早秈”的H2T3 處理等。這說(shuō)明在適度的淹水脅迫下，水稻的抗逆反應(yīng)促進(jìn)了株高的增長(zhǎng)，但隨著淹水脅迫程度的加強(qiáng)，超過(guò)了水稻的耐受極限，品種之間的差異取決于各品種水稻的耐淹能力。

圖2 淹水脅迫對(duì)各品種水稻株高的影響Fig.2 Effects of flooding stress on plant height of rice varieties

2.2 淹水對(duì)“泰優(yōu)398”的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

“泰優(yōu)398”水稻在淹水深度H1 且淹水3 d、6 d 的處理?xiàng)l件下出現(xiàn)一定的增產(chǎn)現(xiàn)象，說(shuō)明該品種水稻對(duì)一定深度的淹水存在較強(qiáng)的適應(yīng)能力。隨著淹水歷時(shí)的延長(zhǎng)和深度的增加，在H1T3 處理和H2T2 處理的產(chǎn)量有所下降，不同處理之間的產(chǎn)量產(chǎn)生顯著差異；當(dāng)淹水深度進(jìn)一步加深，H3T1 處理的產(chǎn)量?jī)H為對(duì)照組的44.1%。

從產(chǎn)量構(gòu)成因素方面看（表1），“泰優(yōu)398”淹水深度為H1和H2 處理的穗長(zhǎng)均顯著高于對(duì)照，但H3 處理均顯著低于對(duì)照，這說(shuō)明該品種水稻在一定的淹水條件下存在生態(tài)補(bǔ)償效應(yīng)。除H2T1 處理外，該品種H1 和H2 處理千粒重與對(duì)照組無(wú)顯著差異，但完全淹沒(méi)的各處理千粒重均顯著低于對(duì)照組。由此可見(jiàn)“泰優(yōu)398”在淹水深度為H1乃至H2 的條件下均有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，但隨著淹水深度的加深，結(jié)實(shí)率和千粒重顯著降低，最終導(dǎo)致產(chǎn)量大幅度減少。

表2 抽穗開(kāi)花期淹水脅迫對(duì)“株兩優(yōu)171”品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響Tab.2 Effects of flooding stress on yield and components of Zhuliangyou 171 at heading and flowering stage

表3 抽穗開(kāi)花期淹水脅迫對(duì)“湘早秈45”品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響Tab.3 Effects of flooding stress on yield and components of Xiangzaoxian 45 at heading and flowering stage

表4 抽穗開(kāi)花期淹水脅迫對(duì)“中嘉早17”品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響Tab.4 Effects of flooding stress on yield and components of Zhongjiazao 17 at heading and flowering stage

2.3 淹水對(duì)“株兩優(yōu)171”的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

品種為“株兩優(yōu)171”的早稻在受到淹水脅迫后減產(chǎn)嚴(yán)重，在H1 深度下，淹水歷時(shí)3 d、6 d 和9d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照組分別減少20.15%、28.43%和38.62%；在H2 深度下，淹水歷時(shí)3、6 和9 d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照組分別減少18.66%、40.16%和37.21%；在H3 深度下下，淹水歷時(shí)3 d 和6 d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照組分別減少18.37%和59.84%。所有處理實(shí)際產(chǎn)量均與對(duì)照組產(chǎn)生顯著差異（P＜0.05）。產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，除H1T1 處理外，各處理秕粒數(shù)均顯著高于對(duì)照；所有處理總粒數(shù)和結(jié)實(shí)率均顯著低于對(duì)照；各淹水處理千粒重均高于對(duì)照。實(shí)驗(yàn)表明，株兩優(yōu)171在淹水脅迫后雖然千粒重有一定程度的增加，但由于總穗粒數(shù)顯著減少以及結(jié)實(shí)率顯著降低，最終導(dǎo)致減產(chǎn)，且隨著淹水深度淹水時(shí)間的增加影響程度增大。

2.4 淹水對(duì)“湘早秈45”的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

“湘早秈45”在H1深度下，淹水3 d 處理實(shí)際產(chǎn)量相較于對(duì)照有一定程度的增產(chǎn)，而同樣是H1 的6 d 和9 d 處理實(shí)際產(chǎn)量與對(duì)照基本一致，無(wú)顯著差異，但H2 和H3 深度下的所有處理均較對(duì)照顯著降低。在H2 深度下淹水3 d、6 d 和9 d 處理相較于對(duì)照分別減產(chǎn)24.84%、32.92%和64.72%；完全淹沒(méi)條件下減產(chǎn)更為嚴(yán)重，淹水3 d、6 d 和9 d 處理較對(duì)照分別減產(chǎn)40.16%、73.33%和91.32%。產(chǎn)量構(gòu)成方面，H1深度的總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均無(wú)顯著差異。除H2T2 處理外，各處理穗長(zhǎng)與淹水深度和淹水時(shí)間呈顯著正相關(guān)，淹水處理促進(jìn)了穗長(zhǎng)的增長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該品種對(duì)一定程度的淹水深度具有適應(yīng)能力，但隨著淹水深度和歷時(shí)的增加，產(chǎn)量顯著減少。

2.5 淹水對(duì)“中嘉早17”的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

“中嘉早17”品種水稻在受淹水深為H1時(shí)，受淹3、6和9 d的產(chǎn)量較對(duì)照分別減少8.14%、19.29%和23.31%；受淹水深為H2時(shí)，受淹3、6 和9 d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照分別減少53.81%、73.50%和67.43%；受淹水深為H3 時(shí)，受淹3、6 和9 d 處理的產(chǎn)量較對(duì)照分別減少73.81%、90.44%和78.52%。所有處理較對(duì)照之間差異均達(dá)到顯著水平。試驗(yàn)說(shuō)明，淹水深度和淹水歷時(shí)的增加對(duì)該品種水稻產(chǎn)量的影響增大。各處理秕粒數(shù)均顯著高于對(duì)照，除H1T1 處理外總粒數(shù)均顯著低于對(duì)照，結(jié)實(shí)率和千粒重均顯著低于對(duì)照，有效穗數(shù)與淹水深度H呈極顯著負(fù)相關(guān)（表5）。

表5 淹水時(shí)間和深度與各品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成指標(biāo)的相關(guān)性Tab.5 Correlations of tolerable submergence duration and water depth with yield and the respective compositions of different rice varieties

2.6 淹水累積深度與早稻產(chǎn)量及構(gòu)成指標(biāo)的關(guān)系

淹水累積深度（SFW）與產(chǎn)量及其構(gòu)成指標(biāo)之間進(jìn)行相關(guān)性分析得到表5，公式如下：

式中：hi為第i天的淹水深度，cm；T為淹水歷時(shí)，d。

由淹水時(shí)間和深度與各品種水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成指標(biāo)的相關(guān)性（表5）可知，各品種的實(shí)際產(chǎn)量與淹水深度H和淹水累積深度SFW之間均達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)水平，與淹水時(shí)間T之間的相關(guān)性均不顯著，說(shuō)明水稻受淹水深度與淹水歷時(shí)交互作用的影響更嚴(yán)重；除“株兩優(yōu)171”的千粒重和中嘉早的穗長(zhǎng)外，其他各品種的各產(chǎn)量構(gòu)成因素與累計(jì)地表水深均達(dá)到負(fù)相關(guān)水平。以實(shí)際產(chǎn)量（Ry）為參數(shù)建立的回歸方程展示了實(shí)際產(chǎn)量與淹水深度（H）、淹水時(shí)間（T）和淹水累積深度（SFW）之間的關(guān)系（表6），綜合考慮各影響因子與水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的相關(guān)性，“泰優(yōu)398”和“中嘉早17”可選取Ry與淹水深度H和淹水歷時(shí)T之間的回歸模型作為該品種水稻抽穗開(kāi)花期受澇產(chǎn)量損失的預(yù)測(cè)模型；“株兩優(yōu)171”和“湘早秈45”可選取Ry與淹水累積深度SFW之間的回歸模型作為該品種水稻抽穗開(kāi)花期受澇產(chǎn)量損失的預(yù)測(cè)模型。

表6 淹水脅迫下早稻產(chǎn)量與影響因子之間的回歸關(guān)系Tab.6 Regression relationship between early rice yield and influencing factors under flooding stress

3 討 論

水稻受到淹水脅迫后，生長(zhǎng)發(fā)育將受到抑制，淹澇對(duì)根系造成了最直接的危害。氣體交換受阻和土壤因子的改變導(dǎo)致了無(wú)氧代謝產(chǎn)生的有毒物質(zhì)和有毒礦質(zhì)離子的積累，從而加速了根系缺氧的傷害［6］；淹澇除對(duì)根系造成直接危害外，對(duì)植株生理代謝也產(chǎn)生了明顯的影響［7，8］。無(wú)機(jī)養(yǎng)分在植株體內(nèi)重新分布，總糖量和淀粉酶活性降低，葉片細(xì)胞膜脂過(guò)氧化加劇，丙二醛（MDA）升高，離子滲漏量增加，體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)受損，光合作用降低，蒸騰作用減弱，嚴(yán)重時(shí)蛋白質(zhì)分解，原生質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞而致死，這些影響最終表現(xiàn)在產(chǎn)量上。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)淹水脅迫對(duì)不同品種的水稻有著不同的影響［9］。其中“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”兩個(gè)品種經(jīng)淹水處理后產(chǎn)量顯著降低，前人的研究也大都得到相似結(jié)果［10，11］。而“泰優(yōu)398”在淹水深度為H1 和H2 條件下，淹水3 d 時(shí)產(chǎn)量較對(duì)照組有所提升；“湘早秈45”在淹水深度為H1，淹水歷時(shí)3 d 的條件下也出現(xiàn)增產(chǎn)的現(xiàn)象。這表明部分品種水稻對(duì)短歷時(shí)的淹水脅迫有一定的適應(yīng)能力，這與王振?。?2］和王礦［13］等研究一致。產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，“泰優(yōu)398”、“湘早秈45”和“中嘉早17” 3個(gè)品種在抽穗花開(kāi)期淹水脅迫導(dǎo)致減產(chǎn)的主要原因是有效穗、結(jié)實(shí)率和千粒重的下降［14，15］。而“株兩優(yōu)171”在受到淹水脅迫后雖然千粒重有所增加，但總穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率的顯著降低，最終導(dǎo)致減產(chǎn)，這與周永進(jìn)［16］等研究一致。

以水稻減產(chǎn)不超過(guò)10%為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不同品種水稻的耐淹水深和耐淹歷時(shí)存在差異。“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”在抽穗開(kāi)花期的耐淹水深均為1/2 植株高度，耐淹歷時(shí)均為1～3 d；“湘早秈45”的耐淹水深與“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”相比有所增加，為2/3 植株高度，耐淹歷時(shí)同樣為1～3 d；“泰優(yōu)398”的耐淹能力較強(qiáng)，耐淹水深為2/3 植株高度，耐淹歷時(shí)達(dá)到3～6 d。確定鄱陽(yáng)湖流域主要水稻品種在抽穗開(kāi)花的淹水敏感期的耐淹水深和耐淹歷時(shí)的推薦值如表7所示。

表7 各品種水稻的耐淹水深和耐淹歷時(shí)Tab.7 Water depth and duration of submergence tolerance of rice varieties

4 結(jié)論

（1）在抽穗開(kāi)花期淹水脅迫將促進(jìn)水稻株高的增長(zhǎng)，且在適度淹水條件下，株高隨著淹水深度的增加和淹水歷時(shí)延長(zhǎng)而增加。

（2）抽穗開(kāi)花期不同淹水脅迫處理的水稻產(chǎn)量的變化與對(duì)照組存在顯著差異，隨著淹水深度的增加和淹水歷時(shí)的延長(zhǎng)，水稻減產(chǎn)愈發(fā)嚴(yán)重。

（3）各個(gè)品種淹水深度和淹水歷時(shí)均與有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重負(fù)相關(guān)。除“株兩優(yōu)171”千粒重略有增加外，不同淹水環(huán)境導(dǎo)致產(chǎn)量減少的主要原因是有效穗、結(jié)實(shí)率以及千粒重的下降。

（4）不同品種的耐淹能力有所不同，4 個(gè)品種“中泰優(yōu)398”的耐淹能力較強(qiáng)，“湘早秈45”次之，“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”對(duì)淹水脅迫響應(yīng)最為敏感?！疤﹥?yōu)398”在抽穗開(kāi)花期耐淹水深為2/3 植株高度，耐淹歷時(shí)為3～6 d；“湘早秈45”的耐淹水深為2/3植株高度，耐淹歷時(shí)為1～3 d；“株兩優(yōu)171”和“中嘉早17”的耐淹水深均為1/2植株高度，耐淹歷時(shí)均為1～3 d。