郭群善， 賀 瑋

(1.新鄉(xiāng)市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 新鄉(xiāng) 453000；2. 新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453006)

水稻是我國(guó)第一大高產(chǎn)糧食作物，其播種面積雖然僅占全國(guó)糧食種植總面積的30%左右，但稻谷產(chǎn)量卻占全國(guó)糧食總產(chǎn)的40%左右，全國(guó)有60%以上的人口以稻米為主食，84%的稻米是直接消費(fèi)的口糧[1-3]。河南省常年水稻種植面積67萬(wàn)hm2左右，其中秈稻種植面積50萬(wàn)hm2左右[4]。

河南省是農(nóng)業(yè)大省，人均水量和畝均水量只相當(dāng)全國(guó)的1/5和1/6，且時(shí)空分布很不均勻，其中農(nóng)業(yè)用水占全省年平均用水量的70%以上[5]。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)用水、居民生活用水和農(nóng)業(yè)用水之間的矛盾日益突出，加上氣候異常，旱、澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，水資源短缺已嚴(yán)重影響了我省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。水稻作為農(nóng)業(yè)用水大戶，在其生產(chǎn)過(guò)程中，傳統(tǒng)的灌溉方式造成水分生產(chǎn)效率低下、水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象仍較普遍，嚴(yán)重制約著水稻生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅[6,7]。因此,開展水稻高效用水研究迫在眉睫。以肥、水高投入為主要特征的現(xiàn)代稻作方式在實(shí)現(xiàn)水稻增產(chǎn)的同時(shí)，對(duì)稻米品質(zhì)也產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響[8]。開展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)的稻作理論與技術(shù)研究對(duì)于提升我國(guó)稻作水平，增加優(yōu)質(zhì)米供應(yīng)具有重要意義。

有關(guān)水肥的耦合特別是土壤水分與氮肥的協(xié)同作用對(duì)水稻生理特性、產(chǎn)量形成、物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)以及籽粒灌漿特性的影響方面的研究較多，涉及到稻米品質(zhì)也多集中于外觀品質(zhì)和碾磨品質(zhì)方面[9-11]，而從水分利用的角度解析稻米品質(zhì)形成機(jī)理方面的研究?jī)?nèi)容卻少有報(bào)道?；诖耍卷?xiàng)目通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)，設(shè)置不同灌溉方式和施氮水平處理，從水分利用的角度研究水、氮互作對(duì)水稻水分利用及產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響，為發(fā)展水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為鄭稻18和信粳18，5月16日播種，旱育秧，6月17日單苗移栽，株行距為20 cm×20 cm，移栽葉齡為四葉一心，10月13日收獲，全生育期152 d。

試驗(yàn)設(shè)置常規(guī)灌溉(CI)、濕潤(rùn)灌溉(SI)和控制灌溉(KI)3種灌溉方式，控制灌溉除返青期保持0～25 mm的水層和黃熟期自然落干以外，其他各生育期均無(wú)灌溉水層，土壤含水率上限為飽和含水率，分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期及乳熟期的根層土壤含水率下限取飽和含水率的60%和70%進(jìn)行組合；濕潤(rùn)灌溉抽穗后干濕交替，即當(dāng)土壤含水率降至飽和含水率的90%時(shí)灌溉至薄水層，黃熟期自然落干，抽穗前按常規(guī)灌溉管理；常規(guī)灌溉返青期保持0～25 mm的水層，分蘗后期曬田，黃熟期自然落干，其他各生育期建立0～40 mm水層。氮肥施用尿素，設(shè)中等施肥量(MN，225 kg/hm2)和高施肥量(HN，300 kg/hm2)，以不施肥(CK)為對(duì)照。小區(qū)筑埂并用塑料薄膜包裹以防串水串肥，面積28 m2，3次重復(fù)。

1.2 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

(1)土壤含水率。利用烘干法分層(每20 cm一層)觀測(cè)稻田0～100 cm土層土壤含水率；

(2)株高。在水稻生育期內(nèi)利用0.1 cm的直尺掛牌定點(diǎn)測(cè)量各處理的植株高度，每處理的3個(gè)小區(qū)分別選5穴測(cè)量；

(3)莖蘗動(dòng)態(tài)。在生育期內(nèi)每小區(qū)選5穴每隔10 d測(cè)定單穴分蘗數(shù)；

(4)葉面積。分別于分蘗、拔節(jié)孕穗、齊穗、乳熟和黃熟期，按每小區(qū)莖蘗平均數(shù)取50 cm×50 cm面積的植株，采用比重法測(cè)定葉面積指數(shù)；

(5)植株地上部干物質(zhì)。分別于分蘗、拔節(jié)孕穗、齊穗、乳熟和黃熟期取3穴長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，分莖、鞘和葉片分別測(cè)定地上部干物質(zhì)質(zhì)量；

(6)籽粒品質(zhì)指標(biāo)。按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T17891-1999 優(yōu)質(zhì)稻谷》測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2007和SPASS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮互作對(duì)水稻產(chǎn)量及灌溉水利用效率的影響

3種灌溉方式對(duì)信粳18產(chǎn)量的影響未達(dá)顯著水平(見表1)，控制灌溉、濕潤(rùn)灌溉和常規(guī)灌溉下產(chǎn)量分別為5 415.0、5 479.5和5 374.5 kg/hm2。與CK相比，施氮顯著增加了產(chǎn)量。3種灌溉方式下均表現(xiàn)為中等施氮量產(chǎn)量最高，高施氮量產(chǎn)量有所下降，濕潤(rùn)灌溉達(dá)顯著水平。進(jìn)一步分析產(chǎn)量構(gòu)成因素發(fā)現(xiàn)，3種灌溉方式對(duì)千粒重?zé)o顯著影響。與常規(guī)灌溉相比，控制灌溉和濕潤(rùn)灌溉下產(chǎn)量較高，主要是由于穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率顯著增加。

水氮互作對(duì)鄭稻18產(chǎn)量的影響見表2?？刂乒喔?、濕潤(rùn)灌溉和常規(guī)灌溉下產(chǎn)量分別為6 918.0、6 595.5和6 048.0 kg/hm2，差異不顯著。與CK相比，施氮顯著增加了產(chǎn)量?？刂乒喔认拢械仁┑慨a(chǎn)量最高，各產(chǎn)量構(gòu)成因素與高施氮量相比無(wú)顯著差異；濕潤(rùn)灌溉和常規(guī)灌溉下，產(chǎn)量及穗粒數(shù)隨施氮量增加而增加。

表1 水氮互作對(duì)信粳18產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

注：對(duì)同一參數(shù)標(biāo)以不同字母的值表示在0.05水平上差異顯著，下同。

3種灌溉方式對(duì)信粳18的產(chǎn)量無(wú)顯著影響，而控制灌溉和濕潤(rùn)灌溉顯著提高了鄭稻18的產(chǎn)量?？刂乒喔群蜐駶?rùn)灌溉下2個(gè)品種的畝穗數(shù)下降，但穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率不同程度的增加，產(chǎn)量較常規(guī)灌溉有所提高，表明適宜的灌溉方式可以優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高產(chǎn)量。與CK相比，施氮顯著增加了產(chǎn)量，但隨著施氮量的增加，不同灌溉方式下2品種對(duì)氮肥的響應(yīng)有所差異，中等施氮量225 kg/hm2時(shí)，信粳18在3種灌溉方式下產(chǎn)量均最高，而鄭稻18在高施氮量300 kg/hm2時(shí)濕潤(rùn)灌溉和常規(guī)灌溉下產(chǎn)量最高，控制灌溉下仍為中等施氮量高于高施氮量。此外，3種灌溉方式整個(gè)生育期的灌溉水量分別為285.5 m3(KI)、381.4 m3(SI)和437.6 m3(CI)，鄭稻18灌溉水利用效率平均分別為1.62、1.15和0.92，信粳18平均分別為1.26、0.96和0.82，進(jìn)一步表明采用控制灌既方式在減少氮肥用量同時(shí)，一定程度上提高了產(chǎn)量和灌溉水利用效率，達(dá)到節(jié)水省肥的目的。

2.2 水氮互作對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

2.2.1水氮互作對(duì)水稻株高的影響

水氮互作對(duì)信粳18和鄭稻18株高的影響見圖1和圖2。

表2 水氮互作對(duì)鄭稻18產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

圖1 水氮互作下信粳18株高變化

圖2 水氮互作下鄭稻18株高變化

圖1中可以看出，分蘗至拔節(jié)孕穗期和齊穗至乳熟期株高增長(zhǎng)較快，拔節(jié)孕穗至齊穗期和乳熟至黃熟期株高增長(zhǎng)較為緩慢。成熟時(shí)，控制灌溉下平均株高為101.0 cm，濕潤(rùn)灌溉為100.8 cm，常規(guī)灌溉則為94.8 cm。KI-MN和SI-MN下株高較CK和HN低，在常規(guī)灌溉下株高隨施氮量增加而增加。

水氮互作對(duì)鄭稻18株高的影響與信粳18有所差異，整個(gè)生育期株高的增長(zhǎng)均較快。成熟時(shí)，濕潤(rùn)灌溉下平均株高最大為99.0 cm，常規(guī)灌溉最小為86.5 cm，控制灌溉為90.3 cm。3種灌溉方式均表現(xiàn)為隨施氮量增加株高增大。

2.2.2水氮互作對(duì)水稻莖蘗動(dòng)態(tài)的影響

水氮互作下2品種莖蘗動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)基本一致(見圖3和圖4)，移栽后30 d時(shí)(分蘗盛期)達(dá)最大，其后開始下降，分蘗末期曬田后趨于穩(wěn)定。不同灌溉方式對(duì)2品種莖蘗數(shù)無(wú)顯著影響。與CK相比，施氮顯著提高了分蘗數(shù)，3種灌溉方式均表現(xiàn)為MN條件下分蘗數(shù)略高于HN條件下。

圖3 水氮互作下信粳18莖蘗動(dòng)態(tài)

圖4 水氮互作下鄭稻18莖蘗動(dòng)態(tài)

2.2.3水氮互作對(duì)水稻葉面積指數(shù)的影響

分蘗至黃熟期2品種的葉面積指數(shù)變化規(guī)律不同(見圖5和圖6)，信粳18葉面積指數(shù)隨生育期變化較為平緩，齊穗期時(shí)達(dá)最大，之后逐漸減小。鄭稻18葉面積指數(shù)分蘗至齊穗期快速增加，齊穗至黃熟期快速下降。不同灌溉方式間葉面積指數(shù)無(wú)顯著差異。與CK相比，施氮顯著提高了葉面積指數(shù)。信粳18葉面積指數(shù)在KI-MN下較高，而在SI-HN和CI-HN下較低。鄭稻18葉面積指數(shù)在3種灌溉方式下均表現(xiàn)為MN下較高。

圖5 水氮互作下信粳18葉面積變化

圖6 水氮互作下鄭稻18葉面積變化

2.2.4水氮互作對(duì)水稻地上部干物重的影響

2品種地上部干物重的變化見圖7和圖8?？梢钥闯觯R穗至乳熟期地上部干物重積累最快，其次為分蘗至齊穗期，到了灌漿末期趨于平緩，2品種變化規(guī)律基本一致。2品種各生育期地上部干物重表現(xiàn)為控制灌溉>濕潤(rùn)灌溉>常規(guī)灌溉。與CK相比，施氮顯著增加了地上部干物重。信粳18和鄭稻18地上部干物重在3種灌溉方式下均表現(xiàn)為MN下較高。

圖7 水氮互作下信粳18地上部干物重

圖8 水氮互作下鄭稻18地上部干物重

2.3 水氮互作對(duì)稻米品質(zhì)的影響

水氮互作對(duì)稻米品質(zhì)各指標(biāo)影響的方差分析見表3。從表3中可以看出，稻米品質(zhì)各指標(biāo)的氮肥效應(yīng)大于灌溉方式，施氮對(duì)2品種出糙率、精米率、堊白粒率、堊白度、膠稠度、直鏈淀粉、蛋白質(zhì)和氨基酸等指標(biāo)有顯著或極顯著的影響，灌溉方式對(duì)信粳18精米率、堊白粒率、膠稠度和氨基酸有顯著影響，對(duì)鄭稻18精米率、堊白度影響顯著。水氮互作對(duì)信粳18各品質(zhì)指標(biāo)無(wú)顯著影響，而對(duì)鄭稻18膠稠度、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)和氨基酸含量有極顯著影響。

不同灌溉方式對(duì)信粳18精米率有極顯著影響(見表4)，濕潤(rùn)灌溉下平均達(dá)67.6%，控制灌溉為66%，常規(guī)灌溉為65.6%?？刂乒喔认聢装琢Ｂ瘦^高，稻米外觀品質(zhì)一定程度上變差，膠稠度和氨基酸含量在控制灌溉和濕潤(rùn)灌溉下顯著高于常規(guī)灌溉，而蛋白質(zhì)含量顯著低于常規(guī)灌溉。施氮能夠顯著提高籽粒中蛋白質(zhì)和氨基酸含量，3種灌溉方式下MN和HN處理間差異顯著。與CK相比，MN處理增加了稻米的堊白粒率和堊白度，但隨著施肥量的增加，HN處理下堊白粒率和堊白度反而有所下降，3種灌溉方式下MN和HN處理間差異顯著。

與濕潤(rùn)灌溉和常規(guī)灌溉相比，控制灌溉顯著降低了鄭稻18的精米率和整精米率(見表5)。與控制灌溉和常規(guī)灌溉相比，濕潤(rùn)灌溉顯著提高了稻米堊白度，降低了蛋白質(zhì)和氨基酸含量。3種灌溉方式下，增施氮肥顯著提高了蛋白質(zhì)和氨基酸含量。與CK相比，KI-MN處理和SI-MN顯著增加了稻米的堊白粒率和堊白度，但隨著施肥量的增加，HN處理下堊白粒率和堊白度反而有所下降，MN和HN處理間差異顯著。與CK相比，KI-MN處理稻米膠稠度顯著增加，KI-HN處理稻米直鏈淀粉含量顯著增加。

表3 稻米品質(zhì)的水氮互作效應(yīng)方差分析

注：A因素為灌溉方式，B因素為氮肥處理，A×B表示水氮互作效應(yīng)；表中數(shù)值為均方值；“*”和“**”表示0.05和0.01顯著水平。

表4 水氮互作對(duì)信粳18稻米品質(zhì)的影響

表5 水氮互作對(duì)鄭稻18稻米品質(zhì)的影響

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)條件下，控制灌溉和中等施肥量225 kg/hm2(KI-MN)條件下2品種單株莖蘗數(shù)、葉面積指數(shù)和地上部干物重等指標(biāo)均高于其余處理；KI-MN條件下顯著提高了灌溉水生產(chǎn)效率，2品種產(chǎn)量較高，水氮互作對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響主要是增加了穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率。

稻米品質(zhì)各指標(biāo)的氮肥效應(yīng)大于灌溉方式，水氮互作對(duì)2品種加工、外觀及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響存在基因型差異，即對(duì)鄭稻18米質(zhì)的影響大于信粳18。隨施氮量的增加，籽粒中蛋白質(zhì)和氨基酸含量增加，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)一定程度上得到改善，但外觀品質(zhì)隨之變差，主要表現(xiàn)為整精米率下降、堊白粒率和堊白度增加，中等施氮量225 kg/hm2較CK和高施氮量更有利于提高稻米品質(zhì)。不同灌溉方式對(duì)稻米品質(zhì)的影響較小，但綜合而言，在控制灌溉和濕潤(rùn)灌溉方式下，稻米加工、外觀和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)仍略優(yōu)于常規(guī)灌溉。

稻米品質(zhì)的形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受自身遺傳及外界環(huán)境因素(溫度、水分、肥料等)的影響[12,13]，本研究利用一個(gè)生長(zhǎng)季的試驗(yàn)資料，僅從栽培措施的角度考慮土壤水分和氮肥對(duì)稻米品質(zhì)(表觀現(xiàn)象)的影響，其生理機(jī)理還需通過(guò)多年的精細(xì)試驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充完善。

[1] 凌啟鴻. 論水稻生產(chǎn)在我國(guó)南方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展中的不可替代作用[J]. 科技導(dǎo)報(bào)，2004，(3)：42-45.

[2] 黃發(fā)松，孫宗修，胡培松，等. 食用稻米品質(zhì)形成的現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)水稻科學(xué)，1998，12(3)：172-176.

[3] 梁永超，胡 峰，楊茂成，等. 水稻覆膜旱作高產(chǎn)機(jī)理研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1999，32(1)：26-32.

[4] 田志強(qiáng). 河南省水稻生產(chǎn)潛力及增產(chǎn)技術(shù)途徑研究[D]. 鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[5] 余承忠. 豫南稻區(qū)水稻節(jié)水灌溉方式研究[J]. 信陽(yáng)農(nóng)業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2005,15(3):73-75.

[6] 康紹忠. 新的農(nóng)業(yè)科技革命與21世紀(jì)我國(guó)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1998，16(1)：11-17.

[7] 劉 明，楊士紅，徐俊增，等. 控釋氮肥對(duì)節(jié)水灌溉水稻產(chǎn)量及水肥利用效率的影響[J]. 節(jié)水灌溉，2014，(5)：7-10.

[8] 程旺大，趙國(guó)平，王岳均，等．浙江省發(fā)展水稻節(jié)水高效栽培技術(shù)的探討[J]．農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2000，21(3)：197-200.

[9] 馬 群，張洪程，戴其根，等. 生育類型與施氮水平對(duì)粳稻碾磨品質(zhì)的影響[J]. 作物學(xué)報(bào)，2009，35(7)：1 282-1 289.

[10] 龐桂斌，楊士紅，徐俊增. 節(jié)水灌溉稻田水肥調(diào)控技術(shù)試驗(yàn)研究[J]. 節(jié)水灌溉，2015，(9):44-47.

[11] 周麗慧，劉巧泉，顧銘洪. 不同粒型稻米碾磨特性及蛋白質(zhì)分布的比較[J]. 作物學(xué)報(bào)，2009，(9)：317-323.

[12] 蔡一霞，朱慶森，王志琴，等．結(jié)實(shí)期土壤水分對(duì)稻米品質(zhì)的影響[J]．作物學(xué)報(bào)，2002，28(5)：601-608.

[13] 劉立軍，李鴻偉，趙步洪，等. 結(jié)實(shí)期干濕交替處理對(duì)稻米品質(zhì)的影響及其生理機(jī)制[J]. 中國(guó)水稻科學(xué)，2012，26(1)：77-84.