增氧灌溉对杂交水稻分蘖期的影响研究

1 材料与方法

1.1 试验概况
试验于 2012 年-2013 年在湖南省长沙市湖南农业大学耘园实验基地进行，盆栽试验在基地玻璃大棚内进行，模拟微区试验是在基地露天格田中进行，两年试验规律一致，本文采用数据为 2013 年模拟微区试验数据。试验基地所处地理位置属亚热带季风性湿润气候区。历年平均气温 17.6℃，年平均无霜期 280.5 天，年平均降雨量 1394.6mm，年平均气压101216.7Pa，年平均相对湿度 80%。

1.2 试验方案
试验采用模拟微区试验，供试水稻品种为杂交水稻深优 9586，全生育期 112 天。供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥，肥力中等，主要农化性状为:有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为 24.75, 1.77, 1.36, 15.5g/kg，碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为 127.5, 64.5, 53.7mg/kg。每块格田尺寸为 1.5m×6.0m，田埂高度为 30cm，每块格田分三个微区，采用10mm 厚的ＰＶＣ板封隔。泡田过程中预埋增氧灌溉管路系统、网兜（便于取根样）。每个微区中插秧 30 穴。施肥：采用化肥与有机肥相结合的方式，并于移栽前以基肥形式施加，有机肥采用熟化的猪粪堆肥（纯 N：1.6%，K2O4：4.2%，P2O5：1.97%），每微区施用有机肥 5公斤，复合肥（N:P:K 为 15%:10%:15%）80 克。水分管理采用淹灌（全生育期内保持 3-lOcm浅水层，不进行中期晒田，成熟前 1 周左右断水，待其自然落干）, 适时进行病虫害防治。
试验共分 7 个处理，白天增氧灌溉处理组（A 组）、夜间增氧灌溉处理组（B 组）和常规对照（CK），A 组与 B 组根据增氧频率的不同分别再分 3 个处理，见表 1，每个处理设三个重复。


增氧灌溉处理采用自行研制的微泡发生装置，使气体以微小气泡形式存在于灌溉水中而处于氧的超饱和状态，经试验检测灌溉水中含氧量达到 8-9mg/l，再通过预埋的增氧灌溉系统向根际土壤输送。根据土壤含水量和灌溉定额确定每个处理当天需要灌溉水量，灌溉水经过微泡发生装置，再通过增氧灌溉系统进行灌溉。如果通过计算当天不需要灌水，就用加气泵直接通过增氧灌溉系统向根际土壤输送，每次通气时间根据公式（1）来估算确定。

6 月 18 日播种，7 月 1 日移栽，每穴移栽 1 株，并于 10 月 13 日收割。增氧灌溉实施时间：7 月 12 日-10 月 1 月。

1．3 测定项目及方法
分蘖动态观察主要是针对杂交水稻分蘖期，从移栽后第 14 天分蘖开始，每个处理按梅花状布置选定 5 穴挂牌，每隔 3-7 天对挂牌植株进行分蘖计算记录, 并在成熟期调查各处理的成穗情况，计算各自成穗率。于分蘖期末 8 月 16 日进行取根样实验，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）还原法测定根系活力，采用 WinRHIZO 根系分析系统扫描并分析根系生长特征指标。植株及洗净的根置于烘箱 110℃杀青 30min 后、以 70-80℃烘至恒重后称重，采用PL602-S METTLER 电子天平分别测量根与冠的鲜重与干重。采用 LI-6400 便携式光合作用测定系统测定第一片完全展开叶的光合指标，测定时间为上午 9:00-11:00，每处理检测 5 片叶，每片叶测定３个点。采用直尺测量根长、株高。
试验数据采用 Microsoft Excel 和 SPSS17.0 进行分析与作图

2结果与分析

2.1 不同增氧灌溉处理对杂交水稻分蘖动态的影响
由分蘖动态曲线图中可见各处理可见：插秧两周后开始分蘖，在第七周达到分蘖高峰之后，再缓慢减少，直到稳定。不同增氧灌溉处理的单穴最大分蘖数和单穴有效分蘖均明显高于常规对照处理 CK。相比 CK，增氧灌溉处理能促进分蘖的早发快长，提高分蘖的发生速度，有利于低节位分蘖数的比例。A3 处理单穴最大分蘖数高达 55 条，相比对照组 CK 处理提高 37.5%。A1 处理单穴有效分蘖数高达 45 条，相比 CK 处理提高 40.6%，且低节位分蘖比例提高了 28.2%。从（a）和（b）图中可以得出，单穴最大分蘖数的规律为：A3﹥A2﹥A1﹥CK 和 B3﹥B2﹥B1﹥CK，即单穴最大分蘖数随增氧灌溉处理频率降低而增加，且都显著高于 CK 处理；单穴有效分蘖数规律：A1﹥A3﹥A2﹥CK 和 B1﹥B2﹥B3﹥CK，A1 和B1 的单穴有效分蘖数显著高于其他频率处理。从（c）-（e）图可以得到一致的规律，同样的增氧灌溉频率下，白天增氧灌溉处理相对于夜间增氧灌溉处理更有利于提高最大分蘖数和有效分蘖数。

从图 2 可见，不管是白天处理 A 组还是夜间处理 B 组，成穗率都是随着增氧灌溉频率的提高而增加，表现为 A1﹥A2﹥A3 和 B1﹥B2﹥B3，恰好与单穴最大分蘖数的规律相反。成穗率最高处理是 A1，高达 90%，比 CK 高 12.5%。所有增氧灌溉处理的结实率差别不大，都在 84%～86 %之间，且明显高于 CK 的 77%。通过相关性分析，得出最大分蘖数与成穗率的相关系数为-0.586，呈负相关，最大分蘖数与结实率相关系数为 0.564，呈正相关。


2.2 不同增氧灌溉处理对杂交水稻分蘖期根系的影响
在分蘖末期，对于增氧灌溉处理根系 TTC 还原强度由弱到强的规律为：CK﹤A1﹤A2﹤A3﹤B1﹤B2﹤B3，如表 2，这说明增氧灌溉处理有利于提高杂交水稻的根系活力，根系活力随增氧处理频率的降低而提高，且相比白天增氧灌溉处理，夜间增氧灌溉处理在分蘖末期更有利于提高根系活力。对白天增氧处理组，总根长和根尖数是随增氧频率的降低，先降低后升高，但是总根表面积、平均根粗和根体积的规律恰好相反，最长根长随频率降低而提高，其中 A2 处理的总根表面积和总根体积最大，相比 CK，分别提高 80.8%和 130.6%。夜间增氧处理组中，总根长、总根表面积、总根体积和根尖数都是随增氧频率降低而升高。相比夜间增氧处理组，白天增氧处理组更有利于提高总根长，总根表面积和总根体积等指标，因此从根系发达程度来看，对同一频率的增氧灌溉处理，白天增氧处理更能促进根系的生长。各增氧灌溉处理中的最值与 CK 相比，增氧处理中 A3 总根长提高了 50.2%，B1 的平均根粗提高了 27.1%，B3 根尖数提高了 82.9%，B3 根系活力相比 CK 提高了 84.5%，B3 最长根长提高了 9.8%。相比 CK 处理，增氧灌溉处理有利于促进根系生长，提高根系活力。


2.3 不同增氧灌溉处理对杂交水稻分蘖期株高的影响规律
从株高动态来看，总体规律是增氧灌溉处理在分蘖期株高均显著高于常规对照处理 CK，除了一日两次白天增氧频率在移栽后 6 周赶超夜间处理之外，其余增氧频率处理，均是夜间增氧处理的株高明显高于白天增氧处理，所以夜间增氧灌溉处理有利于植株株高的增长。


2.4 不同增氧灌溉处理对杂交水稻分蘖期光合特性的影响
在杂交水稻分蘖高峰时，对白天增氧灌溉处理第一片全展开叶的光合速率 Pn 和气孔导度 Cond 的规律均为随着增氧处理的频率减少而逐渐增加，表现为 A1<A2<A3，但是胞间CO2浓度 Ci 值的规律却与之相反，A1﹥A2﹥A3，这说明在试验范围内杂交水稻同化 CO2的能力随着频率降低而增强。其中 A3 处理的光合特性最优，相比 CK 处理，Pn 值提高 36.5%。对于夜间增氧灌溉处理，光合速率 Pn、气孔导度 Cond 和蒸腾速率 Tr 都是随着频率先升高再降低，其胞间 CO2浓度 Ci 值的规律与之相反。各处理蒸腾速度都在 10-12umolH2Om-2s-1之间，其主要原因是检测当天气温为 36℃高温，植株通过增加蒸腾速率来提高对高温的抗性，CK 处理的蒸腾速率大于所有的增氧灌溉处理组，说明在高温情况下，增氧灌溉处理能有效降低植株的蒸腾量，达到节水的目的。


2.5 不同增氧灌溉处理对杂交水稻分蘖期其他农艺性状的影响
在分蘖期的农艺性状对获得“大穗足穗”，显著对提高水稻产量来说至关重要。相比 CK处理，增氧灌溉处理的剑叶指标、冠干重、根干重和总干物质积累显著优于 CK，说明增氧灌溉处理根系发达，生物量积累大。其中表现最突出的是 A3 处理，其根干重、冠干重以及分蘖高峰期的干物质积累相比 CK 分别提高了 75.3%，48.3%和 51.7%。根冠比最小的处理是 A2 和 B2，说明在吸收相同的水肥情况下，更有利于营养物质向地面转移。增氧灌溉处理第一片全展开叶的长与宽均显著大于常规对照处理 CK。


3.讨论与结论

水稻产量只有在提高成穗率，保证足够有效穗的基础上，再提高结实率，获得“大穗足穗”，才能显著提高产量。因此，高有效分蘖数，高成穗率及高结实率是高产的前提。对杂交水稻在分蘖期实施根际增氧灌溉，能促进分蘖早生快发，提高成穗率，增加有效分蘖数，提高低节位分蘖比率跟刘学的研究结果是一致的。试验表明各增氧灌溉处理分蘖数均明显高于 CK，尤其是在分蘖末期，但由于有效分蘖穗的形成大多依靠中低节位分蘖，说明增氧灌溉对分蘖前、中期分蘖动态是有利的，但是对分蘖末期而言，茎蘖增长幅度显著高于CK 处理，导致分蘖数增长过快，由于后期分蘖主要是无效分蘖，所以对成穗率造成一定的影响，因此，说明分蘖末期应该暂停增氧灌溉并通过控水来控蘖。
通过试验数据的相关性分析，得出最大分蘖数与成穗率呈负相关，最大分蘖数与结实率呈正相关，说明高分蘖数是高结实率的物质基础，是灌浆结实期的营养物质库之一，与毛礼钟的研究结果是一致的，但是由于无效分蘖的存在对有效分蘖形成竞争，成为影响个体正常发育、阻碍和限制后期群体光合作用的一个重要因素，影响了整个田间微环境，所以在水稻生产中要尽可能的抑制无效分蘖的发生。试验结果表明最大分蘖数在试验设计范围内是随增氧灌溉频率增加而增加 A3﹥A2﹥A1﹥CK 和 B3﹥B2﹥B1﹥CK，但有效穗数和成穗率的规律恰好相反，随着增氧灌溉频率的提高而增加 A1﹥A3﹥A2﹥CK 和 B1﹥B2﹥B3﹥CK。从对产量的贡献来考虑， A1 处理最为理想，因为 A1 最大分蘖数最小，有效分蘖数最大，表明无效分蘖数最少，不仅利于营养物质的有效转移，也有利于田间微环境的通气与采光。
根系是杂交水稻最活跃的吸收器官和合成器官，根系的生长情况和活力水平直接影响地上部的生长和营养状况及产量水平。试验结果表明增氧灌溉对根系活力、根系发达程度都明显优于 CK 处理，与徐春梅通过增氧处理对水稻苗期根系生长有显著影响的结论一致。因此通过增氧灌溉处理提高分蘖期根系活力，促进根系生长，来实现水稻的早生快发，提高成穗率是可行的。实验结果表明，增氧灌溉处理根系活力规律为：CK﹤A1﹤A2﹤A3﹤B1﹤B2﹤B3。增氧灌溉处理根系活力及根系生长情况都明显优于 CK，有利于促进水肥吸收，提高营养物质的利用与转化，为后期提高结实率提供物质保障。同时也表明夜间增氧灌溉处理，虽然根系发达程度不如白天增氧处理，但更有利于提高根系活力和株高。
实验结果表明杂交水稻在分蘖期实施根际增氧灌溉措施，提高功能叶的光合速率，但是CK 处理的蒸腾速率大于所有的增氧灌溉处理组，说明在高温情况下，增氧灌溉处理能有效降低植株的蒸腾量，达到节水的目的，同时有利于干物质积累，从而保证后期稻穗的结实率，是提高产量的物质基础。
此外，本实验过程中由于施加的熟化程度不够有机肥过多，且移栽期间气温过高，造成一定程度的“烧苗”，导致移栽后返青期过长，影响了各处理分蘖初期的分蘖速度。
参考文献（略）