水分調(diào)控對膜下滴灌水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的影響.pdf

1、隨著淡水資源的減少以及工業(yè)用水和城市生活用水逐年增加，農(nóng)業(yè)用水總量及其所占淡水資源比例呈現(xiàn)逐年降低的趨勢。與此同時，人們對水稻需求量不斷增加。這一現(xiàn)狀使得水稻當前生產(chǎn)面臨的最大挑戰(zhàn)是如何在有限的淡水資源內(nèi)生產(chǎn)出更多的谷物。特別對干旱區(qū)域而言，由于生育期內(nèi)耗水量巨大（以中國新疆為例，水稻生育期內(nèi)的蒸散量為1200 mm，降雨量不足170 mm，水稻的總耗水量高達3000 mm，水分利用效率僅為0.2~0.3 kg m-3），水稻生產(chǎn)將面臨

2、淡水資源虧缺帶來的極大壓力。因此，在干旱區(qū)開展水稻高產(chǎn)節(jié)水栽培研究，對緩解水資源危機、糧食安全危機以及走農(nóng)業(yè)可持續(xù)化發(fā)展道路都具有重要意義。膜下滴灌水稻作為一種新型的水稻旱作栽培技術(shù)，其產(chǎn)量水平以及節(jié)水能力尚不清楚。本研究假設(shè)膜下滴灌水稻是當前生態(tài)區(qū)域較優(yōu)越的水稻旱作栽培系統(tǒng)，通過開展為期3年的小區(qū)試驗并結(jié)合大田調(diào)查，與當前主要的水稻旱作栽培系統(tǒng)（水分供應(yīng)基于漫灌或噴灌技術(shù)）如覆膜旱作栽培系統(tǒng)以及裸地旱作栽培系統(tǒng)（aerobic ric

3、e）作對比研究。旨在探明膜下滴灌水稻在當前生態(tài)條件下的生產(chǎn)潛力以及旱作水稻（膜下滴灌、覆膜漫灌以及裸地漫灌）在干旱區(qū)的生長發(fā)育特性和適應(yīng)機制；同時，設(shè)置了膜下滴灌水稻階段性控制灌溉處理，旨在探明膜下滴灌水稻實現(xiàn)高產(chǎn)高效的水分需求特性及群體結(jié)構(gòu)特征。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴群體整齊度以1膜4管8行配置（R1）最優(yōu)，其次是1膜2管8行配置（R2），1膜1管8行配置（R3）最差。R2模式通過促進近滴灌帶行位株穴的生長發(fā)育來彌補遠滴灌

4、帶行位株穴生長發(fā)育的輕微降低。最終產(chǎn)量、水分利用效率及經(jīng)濟效益與R1差異不顯著。由于R3模式下距滴灌帶第3行位和第4行位的株穴生長嚴重受限，進而導(dǎo)致R3模式的產(chǎn)量、水分利用效率及經(jīng)濟效益顯著低于R1和 R2模式。綜上所述，在沙壤土質(zhì)條件下，膜下滴灌水稻為獲得較高的谷物產(chǎn)量，毛管間距維持在40~80 cm為宜，即每條滴灌帶在水平方向的濕潤距離應(yīng)控制在20~40 cm范圍內(nèi)。
　　⑵膜下滴灌水稻（R2模式）開花期根系分布量在行位間存在

5、差異，距滴灌帶遠行處的根系分布量明顯低于近行位處，差異隨灌量的增加而明顯降低。膜下滴灌水稻根長密度和根重密度均顯著低于淹灌處理，主要與0~20 cm土層根系生長發(fā)育受限有關(guān)。相關(guān)分析表明：促進0~20 cm土層內(nèi)以穴位為中心直徑為10 cm范圍內(nèi)的根系分布是提高膜下滴灌水稻產(chǎn)量的重要保障。
　?、莻鹘y(tǒng)淹灌（CF）處理的產(chǎn)量水平較膜下(覆膜)滴灌（DI）、覆膜漫灌（FIM）及裸地漫灌（FIN）處理分別高出31.76~52.19％、5

6、7.16~61.02%、74.4~75.73%，旱作水稻產(chǎn)量的大幅降低主要受“源”限制的影響，特別是與花后光合生產(chǎn)能力降低所引起的地上部生物量累積受限有關(guān)。水分利用效率以DI處理最大，較FIM、CF及FIN處理依次高出1.35~1.89倍、1.52~2.12倍、2.37~3.78倍。在CF栽培條件下，分蘗穗對產(chǎn)量的貢獻度為50.65~68.57%，而旱作栽培處理僅為12.07~20.62%，旱作水稻分蘗穗對產(chǎn)量較低的貢獻度主要歸因于分蘗

7、成穗能力顯著降低以及有效分蘗穗的收獲指數(shù)大幅下降。在旱作栽培條件下，DI處理較FIM和FIN處理更有利于構(gòu)建適宜于水稻生長發(fā)育的微生態(tài)環(huán)境（如地溫、冠層溫濕度），最終DI處理的水分利用效率、產(chǎn)量水平及經(jīng)濟效益均顯著高于FIM和FIN處理。
　　⑷對于旱作水稻而言，花后（灌漿期）光合受限因葉片新陳代謝受阻（即非氣孔因素限制）所致，其中葉片全氮含量降低是光合生產(chǎn)能力降低的主要原因。在非飽和土壤含水量條件下，旱作水稻葉片在灌漿期間遭受不

8、同程度的水分脅迫和光抑制，其中DI處理受脅迫程度較FIM和FIN處理輕，且DI處理發(fā)生光抑制現(xiàn)象時所對應(yīng)的土壤水勢明顯低于FIM和FIN處理。復(fù)水到飽和土壤含水量后，DI和FIM處理水分脅迫因子和光抑制效應(yīng)消除，而FIN處理則遭受永久性環(huán)境脅迫的威脅。在整個觀測期間，DI處理的光合生產(chǎn)能力顯著高于FIM和FIN處理。當旱作水稻遭受環(huán)境脅迫后，PSII光系統(tǒng)通過加強熱耗散途徑來緩解環(huán)境脅迫對葉片光合器官的損傷。
　　⑸旱作水稻各器官

9、生長發(fā)育自拔節(jié)后均受限，在各處理間，DI處理(特別是寧粳28品種)各器官生長發(fā)育受限程度最輕，而FIN處理受限程度最嚴重。對FIM和FIN處理，根長密度和葉干重較根干重和莖鞘干重對環(huán)境的變化更敏感；對DI處理，根長密度和莖鞘干重較根干重和葉干重對環(huán)境的變化更敏感。當旱作水稻生長發(fā)育受限時，增加根冠比和20~40 cm土壤的根系分布量以及降低0~20 cm土層內(nèi)根系的比根長是旱作水稻適應(yīng)外界環(huán)境脅迫的重要機制。寧粳28品種較新稻17品種更

10、適宜于旱作栽培環(huán)境。
　?、试陂_花期前，旱作水稻的根長密度（RLD）決定著地上部各器官的生長發(fā)育；而開花后，0~20 cm土層內(nèi)RLD（RLD20）直接影響著葉片的衰老進程及穗部的增重過程。從各農(nóng)藝參數(shù)對產(chǎn)量的影響程度來看，根系活力，分蘗期RLD20和RLD40；拔節(jié)期RLD20；開花期RLD20以及拔節(jié)期和灌漿期的葉干重均顯著影響產(chǎn)量形成，其中根系活力，拔節(jié)期和灌漿期的葉干重及開花期RLD20是決定旱作水稻產(chǎn)量的主要因素。表明旱

11、作水稻RLD20及根系活力對地上部生長發(fā)育及產(chǎn)量形成（特別是開花期至成熟期RLD20及根系活力）起著重要的調(diào)控作用。
　?、嗽诤底髟耘鄺l件下，結(jié)實率降低主要與空粒大量形成有關(guān)。灌漿期間光合生產(chǎn)能力降低和（或）開花后第15天起（特別是15~21天）儲存于莖鞘器官的物質(zhì)朝籽粒的轉(zhuǎn)運能力受限是導(dǎo)致旱作水稻灌漿勢較CF處理降低的主要原因。旱作栽培強弱灌漿時間較CF處理延長，且灌漿速率不及CF處理。其中，強勢粒灌漿時間的延遲以及灌漿速率的降

12、低是引起旱作水稻籽粒重和結(jié)實率明顯下降的主要制約因子。在適宜的品種條件下(如寧粳28品種)，膜下滴灌水稻在適宜的水分管理制度下通過促進莖鞘物質(zhì)的轉(zhuǎn)運能力彌補灌漿期光合生產(chǎn)力不足，從而灌漿勢僅輕微的低于傳統(tǒng)淹灌水稻。
　?、虨檫M一步提高膜下滴灌水稻的產(chǎn)量和水分利用效率，幼穗分化前，土壤水勢降低到-30 KPa時進行補充灌溉較-10 KPa進行補充灌溉和CF處理皆有利于根系和地上部各器官的生長發(fā)育，分蘗及有效穗數(shù)的形成；而幼穗分化之后

13、，當土壤水勢降低到-10 KPa時進行補充灌溉較-30 KPa時進行補充灌溉更有利于促進穗粒數(shù)，結(jié)實率及千粒重的形成，但各參數(shù)較CF處理輕微降低。最終膜下滴灌水稻（-30 KPa~-10 KPa：幼穗分化前，土壤水勢降低到-30 KPa時進行補充灌溉；幼穗分化后，土壤水勢降低到-10 KPa時進行補充灌溉）產(chǎn)量與傳統(tǒng)淹灌處理持平或更高，水分利用效率是CF處理的2.5倍。在適宜的品種條件下，膜下滴灌水稻在-30 KPa~-10 KPa的水

14、分管理制度下通過增加單位面積內(nèi)的有效穗數(shù)以促進群體生產(chǎn)力來彌補個體性狀（穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重）不足。
　?、蛯τ谀は碌喂嗨径裕姿敕只皩Φ販剌^土壤水分含量敏感，而幼穗分化后，膜下滴灌水稻對土壤水分較地溫敏感。膜下滴灌水稻實現(xiàn)高產(chǎn)高效的群體結(jié)構(gòu)特征主要表現(xiàn)為：1、0~20 cm土層內(nèi)RLD大且根系活力強；2、較高的粒葉比（穎花數(shù)，實粒數(shù)與最大葉面積時期之比為0.9，粒重與最大葉面積時期之比為0.02）；3、分蘗成穗能力強及分