水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)節(jié)水灌溉技術(shù)及其生理基礎(chǔ).pdf

1、水稻是我國(guó)最大的糧食作物，也是農(nóng)業(yè)上第一用水大戶。隨著人口的增長(zhǎng)、城鎮(zhèn)和工業(yè)的發(fā)展以及環(huán)境污染的加重，一方面為滿足人口的增長(zhǎng)需要不斷增加糧食產(chǎn)量，另一面在不斷增加糧食的同時(shí)需要應(yīng)對(duì)水資源的減少。因此，研究水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)節(jié)水灌溉技術(shù)，對(duì)保障我國(guó)糧食安全、提高人們的生活質(zhì)量和節(jié)約水資源，具有十分重要的意義。本研究分析了不同節(jié)水灌溉技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的形成特點(diǎn)及其生理機(jī)制。主要結(jié)果如下:
　　 1、畦溝灌溉和輕干-濕交替灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量

2、與品質(zhì)的影響
　　 以揚(yáng)稻6號(hào)（秈稻）和揚(yáng)粳4038（粳稻）為材料，自移栽至成熟設(shè)置畦溝灌溉和輕干-濕交替灌溉（土壤水勢(shì)達(dá)到-15 kPa再灌水）處理，以常規(guī)灌溉為對(duì)照，研究不同灌溉方式對(duì)產(chǎn)量與品質(zhì)的形成影響。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，畦溝灌溉和輕干-濕交替灌溉提高了分蘗成穗率和頂部3葉的葉面積比率，增加了葉長(zhǎng)、粒葉比、透光率、抽穗至成熟的干物質(zhì)積累量、抗氧化保護(hù)酶活性、葉片光合速率、根系氧化力、根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素

3、核苷含量。畦溝灌溉和輕干-濕交替灌溉的產(chǎn)量較常規(guī)灌溉增加了6.16％～11.6％。畦溝灌溉和輕干濕-交替灌溉還顯著提高了稻米的糙米率、精米率、整精米率、清蛋白、谷蛋白以及稻米淀粉黏滯譜( RVA)的最高黏度和崩解值，降低了堊白米率、堊白大小、堊白度、醇溶蛋白含量和消減值。兩品種結(jié)果趨勢(shì)一致。上述結(jié)果表明，畦溝灌溉和輕干-濕交替灌溉可以顯著提高產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì)，根系和冠層性能的改善是上述兩種灌溉方式增加產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì)的重要原因。

4、r>　　 2、重干-濕交替灌溉對(duì)節(jié)水抗旱水稻品種產(chǎn)量和品質(zhì)的影響
　　 以節(jié)水抗旱品種旱優(yōu)113、旱優(yōu)3、和旱優(yōu)8號(hào)為材料，以常規(guī)高產(chǎn)品種揚(yáng)輻粳8號(hào)為對(duì)照品種，在全生育期設(shè)置常規(guī)灌溉和重干-濕交替灌溉（土壤水勢(shì)達(dá)到-30 kPa再灌水）兩種方式，分析了在重干-濕交替灌溉條件下節(jié)水抗旱品種產(chǎn)量和品質(zhì)形成的特點(diǎn)。結(jié)果表明:與常規(guī)灌溉下的產(chǎn)量相比，節(jié)水抗旱品種在重干-濕交替灌溉下的產(chǎn)量增減幅度為-3.2％～+3％，兩種灌溉方式下的產(chǎn)

5、量差異不顯著，而對(duì)照品種在重干-濕交替灌溉下的產(chǎn)量較常規(guī)灌溉減產(chǎn)21.4％，顯著降低。重干-濕交替灌溉顯著增加了旱優(yōu)113的整精米率和崩解值，降低了堊白度和消減值，對(duì)旱優(yōu)3號(hào)和旱優(yōu)8號(hào)的加工和外觀品質(zhì)無顯著影響，除膠稠度降低外，重干-濕交替灌溉對(duì)節(jié)水抗旱品種的蒸煮食味品質(zhì)無顯著影響;在重干-濕交替灌溉條件下，灌漿中后期節(jié)水抗旱品種葉片光合速率、根干重、根冠比和根系氧化力、根系中細(xì)胞分裂素含量及籽粒中蔗糖-淀粉代謝途徑關(guān)鍵酶活性均顯著高于

6、對(duì)照品種。這是節(jié)水抗旱品種在重干-濕交替灌溉條件下獲得較高產(chǎn)量和較好稻米品質(zhì)的重要生理基礎(chǔ)。
　　 3、施氮量和灌溉方式相互作用對(duì)水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及其氮肥利用效率的影響
　　 以兩優(yōu)培九（秈稻）和揚(yáng)粳4038（粳稻）為材料，設(shè)置常規(guī)灌溉(CI)、輕干-濕交替灌溉( WMD)和重干-濕交替灌溉(WSD)3種灌溉方式及0氮（0N，0kg hm-2），中氮(MN，240 kg hm-2)和高氮（HN，360 kg hm-2）3種

7、氮水平，研究不同灌溉方式下氮肥對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率的影響。結(jié)果表明:灌溉方式與施氮量存在明顯的互作效應(yīng)。各品種均以WMD+HN處理組合的產(chǎn)量最高，但與WMD+MN處理組合的產(chǎn)量差異不顯著;輕干-濕交替灌溉條件下，中氮或高氮顯著改善了稻米的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和食味性，在重干-濕交替灌溉條件下，中氮處理后，稻米品質(zhì)變劣，高氮處理后稻米品質(zhì)與常規(guī)灌溉差異不顯著。氮肥利用效率均以WMD+MN處理組合最高。在WMD+MN處理組合

8、下，根系氧化力、劍葉光合速率、籽粒中ATP酶活性及根系中IAA，Z+ZR和ABA的含量的增加是其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的重要原因。
　　 4、覆蓋旱種對(duì)移栽水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響
　　 以超級(jí)稻武粳15（粳稻）和兩優(yōu)培九（秈稻）為材料，從移栽至成熟進(jìn)行覆膜旱種(PM)、覆草旱種(SM)和裸地旱種(NM)處理，以水種(TF)為對(duì)照。結(jié)果表明，與TF相比，旱種水稻產(chǎn)量都有不同程度的降低，NM、PM和SM的減產(chǎn)率分別為38.7％～46.5

9、％，9.8％～17.4％和1.7％～7.0％，NM和PM的產(chǎn)量與TF有顯著差異，SM的產(chǎn)量與TF差異不顯著。SM改善了稻米的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)，NM和PM則降低了稻米這些品質(zhì);SM還提高了稻米的最高黏度和崩解值，降低了消減值，NM和PM的結(jié)果則反。兩品種的結(jié)果趨勢(shì)一致。SM提高了灌漿期的根系氧化力、葉片光合速率和籽粒中蔗糖-淀粉代謝途徑關(guān)鍵酶活性，NM和PM則降低了上述生理指標(biāo)值。上述結(jié)果說明，覆草旱種不僅能獲得較高的產(chǎn)量，而

10、且還可以改善稻米品質(zhì)。覆膜旱種則降低了產(chǎn)量和品質(zhì)。在SM條件下，結(jié)實(shí)期較高的根系氧化力、葉片光合速率和籽粒中蔗糖-淀粉代謝途徑關(guān)鍵酶活性是獲取較高產(chǎn)量和較好稻米品質(zhì)的重要生理基礎(chǔ)。
　　 5、覆蓋旱種條件下水稻籽粒中脫落酸和乙烯的變化及其與籽粒灌漿的關(guān)系
　　 以粳稻鎮(zhèn)稻88和秈稻汕優(yōu)63為材料，從移栽至成熟設(shè)置4個(gè)處理:覆膜旱種(PM)，覆草旱種(SM)和裸地旱種(NM)，以常規(guī)灌溉(TF)為對(duì)照，結(jié)果表明，同TF相比

11、，PM，NM產(chǎn)量分別降低了21.0％～23.1％和50.9％～55.4％，達(dá)顯著差異，SM產(chǎn)量降低1.4％～1.8％，與對(duì)照差異不顯著。PM和SM結(jié)實(shí)率和千粒重的顯著降低與籽粒灌漿速率降低密切相關(guān)，SM顯著增加了灌漿速率。籽粒中ABA濃度在灌漿初期很低，當(dāng)灌漿速率達(dá)到最大時(shí)，ABA含量也達(dá)到最大值，SM和PM與對(duì)照差異不顯著，NM顯著增加。同ABA相反，籽粒中的乙烯釋放速率和ACC含量在灌漿初期很高，然后在活躍灌漿期迅速降低。PM和NM

12、顯著增加了乙烯釋放速率和ACC含量，SM則顯著降低。SM顯著增加了ABA/ACC的比值，PM和NM則降低了ABA/ACC值，表明PM和NM條件下乙烯的增加超過了ABA的增加。籽粒ABA含量與籽粒灌漿速率呈漸近線函數(shù)關(guān)系，乙烯釋放速率與籽粒灌漿速率呈衰減的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，ABA/ACC比值與灌漿速率則呈直線相關(guān)。在灌漿初期對(duì)TF或PM稻穗噴施乙烯合成抑制物質(zhì)氨基-乙氧基乙烯基甘氨酸(AVG)或ABA，顯著提高了籽粒中蔗糖-淀粉代謝途徑關(guān)鍵酶

13、SuSase、AGPase和可溶性StSase的活性，增加了灌漿速率和粒重;噴施乙烯合成促進(jìn)物質(zhì)乙烯利或ABA合成抑制物質(zhì)氟草酮，結(jié)果則相反。表明在覆蓋旱種條件下，ABA和乙烯的拮抗作用調(diào)控了籽粒灌漿，較高的ABA/ACC提高了灌漿速率。
　　 6、直播覆草旱種對(duì)水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響
　　 水稻品種揚(yáng)稻6號(hào)（秈）和揚(yáng)粳4038（粳）進(jìn)行直播，設(shè)置覆草（麥秸稈）旱種、無覆蓋旱種和無覆蓋水種（出苗后保持淺水層）處理，研究了在

14、水稻直播條件下旱種對(duì)水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響及其生理原因。結(jié)果表明，與無覆蓋水種（對(duì)照）相比，兩旱種處理的產(chǎn)量都有不同程度的降低，覆草旱種的減產(chǎn)率分別為1.9％～6.6％，差異不顯著，無覆蓋旱種減產(chǎn)率為18.0％～27.6％，差異顯著。覆蓋旱種顯著提高了稻米的整精米率、膠稠度、清蛋白和谷蛋白含量，顯著降低了堊白米率、堊白度和醇溶蛋白含量，還改善了稻米的食味性。無覆蓋旱種直播結(jié)果則相反。覆草旱種可以獲得較高的產(chǎn)量并可顯著改善稻米品質(zhì)重要生理原

15、因是增加了結(jié)實(shí)期劍葉中膜質(zhì)過氧化酶活性、光合速率、根系氧化力以及根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素的含量。無覆蓋旱種降低了上述指標(biāo)值，致產(chǎn)量顯著下降、米質(zhì)變劣。
　　 7、直播旱種和秸稈還田方式對(duì)直播稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響
　　 以揚(yáng)稻6號(hào)（秈稻）和揚(yáng)粳4038（粳稻）為材料進(jìn)行直播，設(shè)置麥秸稈掩埋水種、麥秸稈覆蓋旱種，麥秸稈掩埋旱種和常規(guī)水種（秸稈不還田，對(duì)照）4種處理。結(jié)果表明:同常規(guī)水種相比，掩埋水種產(chǎn)量增加，增加幅

16、度為10.19％～11.48％，同對(duì)照差異顯著;掩埋旱種和覆蓋旱種產(chǎn)量都有不同程度的降低，降低幅度為2.96％～6.61％，與對(duì)照差異不顯著。掩埋水種、掩埋旱種和覆蓋旱種均改善了稻米的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)及RVA最高粘度和崩解值。秸稈還田后籽粒灌漿中后期劍葉光合速率、根系氧化力和籽粒中淀粉分枝酶活性的提高可能是掩埋旱種、掩埋水種和覆蓋旱種獲得較高產(chǎn)量和品質(zhì)的重要原因。
　　 8、直播旱種和秸稈還田方式對(duì)直播稻溫室氣體

17、排放的影響
　　 以揚(yáng)稻6號(hào)（秈稻）和揚(yáng)粳4038（粳稻）為材料進(jìn)行直播，設(shè)置麥秸稈掩埋水種(SIF)、麥秸稈覆蓋旱種(NSM)，麥秸稈掩埋旱種(NSI)和常規(guī)水種（TF,秸稈不還田，對(duì)照）4種處理。利用靜態(tài)箱-氣象色譜法測(cè)定稻田溫室氣體。結(jié)果表明:TF和SIF處理的CH4排放通量呈單一的峰值曲線，NSI和NSM變化范圍較小，各處理N2O排放通量呈多峰曲線。同TF相比，SIF顯著增加了CH4和CO2的平均排放通量，降低了N2O的

18、排放速率，而NSI和NSM顯著降低了CH4的平均排放通量，增加了N2O和CO2的排放通量。同TF相比，NSI排放的CH4、N2O和CO2所產(chǎn)生的全球增溫潛勢(shì)(GWP)和單位產(chǎn)量的GWP分別增加45.2％～51.6％，30.0％～38.3％，NSI和NSM的GWP分別降低了17.7％～25.9％，24.2％～30.2％，單位產(chǎn)量的GWP分別降低15.0％～23.6％，18.4％～25.4％。NSI和NSM在維持較高產(chǎn)量的同時(shí)，顯著降低了C

19、O2、 CH4和N2O形成的溫室效應(yīng)。
　　 以上結(jié)果表明，畦溝灌溉和輕干-濕交替灌溉可以提高產(chǎn)量和品質(zhì)，覆草旱種可以保持較高的產(chǎn)量和品質(zhì);在輕干-濕交替灌溉條件下施氮量為240 kg hm-2時(shí)可以獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)與氮肥高效利用的效果;葉片光合速率、根系氧化力、根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素核苷含量的增加，籽粒中蔗糖-淀粉關(guān)鍵酶和ATP酶活性增強(qiáng)及ABA與乙烯比值的提高是在畦溝灌溉、輕干-濕交替灌溉和覆草旱種條件下獲得高產(chǎn)