土壤水分对水稻产量与品质的影响_郑桂萍

第32卷第8期

2006年8月　1261～1264页

作　物　学　报

ACTA AGR ONOMICA SINICA

Vol . 32, No . 8

pp . 1261-1264　Aug . , 2006

研究土壤水分对水稻产量与品质的影响

简报

郑桂萍　李金峰　钱永德　李红宇　郭晓红　王伯伦

12(黑龙江八一农垦大学, 黑龙江大庆163319; 沈阳农业大学, 辽宁沈阳110161)

111112

摘　要:采用上育397和绥粳3号水稻品种, 于分蘖期、长穗期、抽穗后1～10d 、11～20d 、21～30d 及1～30d , 用负压式土壤湿度计监测, 分别进行土壤水势为-30～-35kPa 、-60～-65kPa 的控水处理。结果表明, 抽穗前土壤水势控制在-30～-35kPa 时, 2个品种的产量均显著降低, 以长穗期产量最低, 进一步降低土壤水势产量不再明显下降; 分蘖期控水的减产幅度以上育397>绥粳3号, 长穗期以上育397

关键词:水稻; 土壤水分; 产量; 抗旱系数; 品质; 质量质数中图分类号:S511

Effect of Soil Moisture on Yield and Quality of Rice

ZHENG Gui -Ping , LI Jin -Feng , QI AN Yong -De , LI Hong -Yu , GUO Xiao -Hong and WANG Bo -Lun

12(Heilongjiang Au gust Firs t Land Recl amation University , Daq ing 163319, Heilongjiang ; Shen yan g Agricul tural Un iversity , Shen yan g 110161, Liaon ing , Chin a )

Abstract :A pot experiment with controllin g water treatments (CWT ) for the two cultivars , Shangyu 397and Suijing 3at -30k Pa to

-35kPa and -60kPa to -65kPa of soil water potential (SWP ) monitored b y soil negative press ure water potential tester was carried out during tillering period , panicle formation period , 110days after heading , 1120days after heading , 2130days after heading , 130days after heading , respectively . The results showed that the yield of t wo cultivars was decreased s ignificantl y before headin g stages , especially at panicle formation stage b y lowerSWP , but no longer obvious decreasewas observed when S WP continued to be decreased . The yield lower of Shangyu 397was greater than that of Suijing 3at tillering stage , however that was in reverse at panicle formation stage . The effect of CWT on grain quality of the t wo cultivars was greater at panicle formation stage than at other stages , with the lowest comprehensive index embodied q uality . Water sensitive stage of yield and q ualit y was panicle differentiation stage . Comparing drought resistance coefficient and comprehensive index of the two cultivars , the effect of CWT after heading stages on quality was greater than that on yield . Key words :Rice ; Soil moisture ; Yield ; Drou ght -resistance index ; Qualit y ; Comprehensive index embodied q uality 　　水稻是耗水量最多的农作物, 占农业用水的70%[1]。近年来, 水资源与人口、生产、经济的矛盾日益尖锐, 缺水将是我国面临的最严重问题之一。就世界范围来讲, 水稻受旱, 是所有环境逆境中仅次于病虫害的第二位产量限制因子[2-3], 干旱是影响我国水稻生产的最主要障碍之一[4]。以往的研究多从水分胁迫对产量的影响进行[5-10], 评价抗旱性的指标(抗旱系数、干旱伤害指数、敏感指数、抗旱指数

[11-13]等) 也仅仅从产量方面去考查。关于水分胁迫对稻米品

品质、营养品质等方面的单一指标进行评价, 很难对品质做出客观的综合评价。本研究探讨不同时期不同控水强度下水稻产量品质的变化, 计算抗旱系数、质量指数, 并提出“综合抗旱指数”的概念和计算方法, 旨在考查水分胁迫对水稻产量品质的综合影响, 为节水、高产、优质栽培水稻提供依据。

1　材料与方法

盆栽试验于2003年在黑龙江八一农垦大学科研所进

质的影响目前人们往往只从加工品质、外观品质、蒸煮食味

基金项目:黑龙江省科技攻关项目(GC04B305) 。

作者简介:郑桂萍(1960, 女, 博士, 黑龙江八一农垦大学教授, 长期从事作物生理生态研究。06--

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行。盆深30cm , 直径28cm , 每盆装土10kg , 施基肥二胺、尿素各0. 46g , 硫酸钾0. 28g , 每一处理16盆。盆内设供水管, 将盆放在固定式防雨棚内, 用中国科学院南京土壤研究所生产的负压式土壤湿度计监测土壤水势, 陶头中部离土表10cm , 每日早晨7:30、上午9:30及11:30、下午13:30及16:30, 3至5次读表, 根据处理要求及时补水(每天补水次数根据蒸发量大小, 一般3～5次) 。供试土壤为白浆土, 供试品种为上育397和绥粳3号。旱育中苗, 5月26日移栽, 每盆3穴, 均匀分布。6月23日施硫酸铵0. 24g 盆。于分蘖期、分蘖末—抽穗期(长穗期) 、抽穗后1～10d 、11～20d 、21～30d 及1～30d , 分别进行土壤水势为-30～-35kPa 、-60～-65kPa 的控水处理(即每个阶段设2个水势梯度, 将6个阶段分别定为处理1～处理12, 上育397表示为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12; 绥粳3号表示为Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、Y10、Y11、Y12) , 以0kPa (有水层) 为对照, 生育期间人工除草, 9月末收获, 晾干后分优势粒(上3个一次枝梗上的粒) 、弱势粒(下3个一次枝梗上所有二次枝梗上的粒) 和中位粒(其余部分) 进行考种。用SY88-TH 试验用砻谷机加工成糙米; 用浙江台州生产的CPC96-3型稻米精白机

表1

加工精米; 按《中国农业标准汇编》(粮油作物卷) 的标准测定垩白率、垩白度及碱消值[14]; 用日本静冈机械制造有限公司生产的近红外透过式PS -500食味分析仪测定不同粒位糙米蛋白质、直链淀粉含量和食味值。

2　结果与分析

2. 1　土壤水分对水稻产量的影响

　　不同生育时期不同强度控水对2个品种的产量影响不同(表1) 。2个品种经济产量基本表现为处理1～6低于CK 和其他处理, 以处理3和处理4产量最低。S1～S6及Y3～Y4处理的产量低于CK 均达到极显著水平。其次是分蘖期及抽穗后1～10d 控水处理对产量影响较大。抽穗后持续控水和抽穗10d 以后控水处理对产量的影响较小。两品种同一时期不同控水强度间产量的差异均不显著, 表明在抽穗前和抽穗后1～10d 土壤水势为-30～-35kPa 时已经对产量造成了严重影响, 再进一步降低土水势对产量影响不大。分蘖期控水减产幅度以上育397>绥粳3号, 长穗期控水减产幅度以绥粳3号>上育397。

两品种不同处理的产量(g 穴) 及抗旱系数比较

Ta ble 1

品种处理Treat ment S11S9S12Sck S8S7S10S5S6S1S2S3S4Y11Y8Y7Y12Yck Y9Y6Y10Y2Y5Y1Y4Y3

均值M ean 20. 9920. 7320. 5719. 9118. 5218. 3317. 4215. 8815. 4713. 4212. 7910. 9110. 2120. 0018. 3917. 9116. 6015. 6015. 2813. 0312. 7812. 5111. 5311. 457. 557. 47

Com pa riso n of yiel d and dro ught resista nce co efficient i n two cultiva rs in different trea tments (g hill ) 经济产量Economic yield

5%显著水平1%显著水平Si g . at 5%l evel Sig . at 1%level

a A a A a A ab AB bc ABC bc ABC cd BCD d CDE d DEF e EF G ef FGH f g GH g H a A ab A ab A abc AB bcd ABC bcd ABC cde BC de BC de BC e CD e CD f D f D

SG IG

产量抗旱系数产量抗旱系数Yield (g hole ) DC Yield (g hole ) DC 　　4. 605　　1. 251　　　　1. 732　　0. 853

4. 4231. 2022. 0551. 0124. 2131. 1452. 0461. 0083. 6791. 0002. 0321. 0003. 9631. 0771. 6540. 8153. 6360. 9882. 0431. 0063. 3400. 9081. 8720. 9223. 7911. 0301. 1550. 5693. 7541. 0200. 9930. 4893. 3160. 9010. 9420. 4642. 6860. 7301. 1940. 5883. 1290. 8500. 5030. 2482. 9570. 8030. 3320. 1642. 9421. 5823. 7991. 0762. 3831. 2813. 7571. 0642. 3361. 2563. 7051. 0492. 1181. 1393. 7381. 0591. 8641. 0003. 5341. 0001. 7060. 9173. 6331. 0291. 9661. 0572. 0010. 5671. 3740. 7383. 1550. 8942. 0571. 1062. 4760. 7011. 4980. 8052. 2820. 6471. 7480. 9402. 5780. 7301. 4560. 7830. 7210. 2041. 5950. 8580. 5710. 162

　　注:SG =优势粒; IG =弱势粒; DC =抗旱系数。Notes :SG =superior grain ; IG =inferior grain ; DC =drought resis tance coefficient .

　　目前评估作物抗旱性的指标主要有干旱伤害指数(1-Y d Y p ) 、抗旱系数(DC =Y d Y p ) 、敏感指数[SI =(1-Y d Y p )

(1-Y md Y mp ) ]。这些指标只能度量基因型与环境的互作, 不潜力。国学旱系数, 把品种的产量潜力和水分胁迫环境下基因型与环境

的互作合并到一个公式中, 提出了抗旱指数(DI =Y d Y p ×

[13]

Y d Y md ) 的概念。上述公式中Y d 为胁迫环境下的产量, Y p 量, Y 为(品系) 迫

　第8期郑桂萍等:土壤水分对水稻产量与品质的影响1263　　　

环境下的平均产量, Y mp 所有参试品种于非胁迫环境下的平均产量。并指出敏感指数、干旱伤害指数与抗旱系数的相关系数均等于1[15], 本实验采用抗旱系数来评价不同时期不同强度控水对水稻优、劣势粒产量的影响, 结果如表1。可见两品种不同粒位的抗旱系数基本以抽穗前和抽穗后1～10d 控水处理较低, 长穗期抗旱系数最小, 这在劣势粒中表现更明显; 优势粒的抗旱系数均大于劣势粒, 表明水分胁迫对劣势粒产量的影响大于优势粒; 由DC 还可以看出在本实验条件下抽穗后持续控水和抽穗10d 后控水对产量影响不大。

大, 两品种不同粒位的降幅均超过了12%,远高于其他各处理(如表2) , 表明长穗期不仅是水稻产量的水分敏感期, 也是品质的水分敏感期; 此外, 多数处理劣势粒的降低幅度略大于优势粒, 表明水分胁迫对劣势粒品质的影响也大于优势粒, 但不及对产量的影响大; 上育397对照和各处理不同粒位的质量指数均大于绥粳3号, 这与上育397品质优良是一致的。

比较两品种相同处理的抗旱系数和质量指数, 可见抽穗前控水处理对产量的影响大于对品质的影响, 尤其是劣势粒表现的更为突出; 抽穗后控水处理, 多数处理对品质的影响大于对产量的影响。

2. 2　土壤水分对水稻品质的影响

控水处理不同程度地降低了两品种不同粒位籽粒的品质, 几乎所有处理的质量指数均低于对照, 以长穗期降幅最

表2

两品种各处理不同粒位籽粒的质量指数

Ta ble 2

处理

Treat ment Sck S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11Co mprehensi ve index embodied quality o f grai ns in di fferent po sitions of two cultiva rs in di fferent treatments (%) 质量指数Comprehensive index (%) ±■%IG

76. 46

　0. 8273. 75-1. 3973. 75-12. 1666. 88-12. 1665. 21-3. 0475. 42-7. 1971. 46-2. 2175. 00-1. 6671. 88-1. 3974. 79-3. 0472. 50-2. 7774. 79处理

Treatment Yck Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11质量指数

Comprehensive index (%) ±■%IG

70. 42

-1. 7967. 290. 6069. 17-14. 5861. 88-14. 5861. 25-0. 8970. 83-1. 7969. 581. 7970. 63-2. 6867. 08-0. 8968. 13—68. 331. 4969. 79S 较Y 增加量

Increas ed amount (%) SG IG 7. 748. 5810. 619. 605. 626. 6310. 808. 0810. 806. 465. 416. 471. 822. 693. 516. 198. 877. 147. 219. 79—6. 103. 237. 16SG

75. 4276. 0474. 3866. 2566. 2573. 1370. 0073. 7574. 1774. 3873. 1373. 33±■%-3. 54

-3. 54-12. 54-14. 72-1. 36-6. 54-1. 91-6. 00-2. 18-5. 18-2. 18SG

70. 0068. 7570. 4259. 7959. 7969. 3868. 7571. 2568. 1369. 38—71. 04±■%-4. 44

-1. 78-12. 13-13. 020. 59-1. 190. 29-4. 74-3. 26-2. 96-0. 892. 3　综合抗旱指数的含义和计算方法

研究水分逆境下不同品种及不同生育时期作物的抗旱性时, 抗旱指数的含义需要拓宽为“综合抗旱指数”, 使其能涵盖产量和品质两方面内容。基于这种考虑, 我们提出了“综合抗旱指数”(C DI ) 的概念。

CDI (%)=DC 或DI ×100×K +I ×(1-K ) 公式中DC 为抗旱系数, DI 为抗旱指数, DC 或DI ×100分别为抗旱系数或抗旱指数以百分比的形式表达(%) , 何时使用DC , 何时使用DI , 要根据实验目的来决定。当进行多个品种或品系的抗旱性比较时要使用DI , 这样才能反应品种或品系的产量潜力及水分胁迫下基因型与环境的互作, 否则使用DC ; I 为品质的综合评价指标———质量指数(%) ; K 为权重系数(1≥K ≥0) , 根据试验目的来确定, K =1或K =0时是水分逆境对产量或品质影响的特例(如选用专用型材料等) , 若将产量品质视为同等重要则可确定K 为1 2。这样在抗旱性研究中, 尤其是抗旱材料鉴定中, 只有“C DI ”高的类型才能成为既高产又优质的被选择对象。本实验各处理以不同粒位籽粒参数计算的“C DI ”(K =1 2) 如表3, 两品种处理1～6以优势粒参数计算的C DI 均大于以劣势粒计算的, 基本以处理3～4最低, 尤其是以劣势粒计算时明显低于其他处理, 因此, 此期产量和品质的影响最大, 其次是对分蘖期和抽穗后1～10d 劣势粒的影响更大。

表3两品种各处理以不同粒位籽粒参数计算的综合抗旱指数

Ta ble 3Co mprehensive dro ught resista nce i ndex calcula ted

with the pa rameters o f grai ns in di fferent po sitio ns

o f two cultiv ars i n different treatments (%)

C DI (%) C DI (%) 处理处理

Treat ment SG IG Treatment SG IG Sck 87. 7188. 23Yck 85. 0085. 21S183. 0760. 07Y181. 3670. 16S273. 6966. 29Y290. 5169. 65S375. 6445. 83Y372. 7839. 02S473. 3040. 79Y469. 0440. 83S588. 0766. 15Y574. 9667. 75S686. 0060. 18Y687. 2363. 13S786. 2787. 81Y798. 4187. 78S890. 9376. 67Y898. 1286. 75S997. 2988. 01Y980. 5485. 53S1081. 9582. 35Y10—78. 86S1199. 2480. 07Y11114. 6188. 71S1294. 5486. 54Y1292. 1387. 11

3　结论与讨论

3. 1　水稻抽穗前土壤水势持续控制在-30～-35kPa 时, 产量显著降低, 长穗期最低。这是因为水稻的穗分化过程对水, 90以上

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　En glis h abs tract )

第32卷　

才能满足幼穗发育的要求[16], 尤其是在减数分裂期对水分更敏感, 缺水将导致颖花的大量退化。抽穗后1～10d 控水对产量影响也较大, 以后不同阶段控水对产量影响较小。抽穗后持续控水对产量影响不大, 黄文江等认为这是由于水稻在水分严重亏缺条件下具有较强的自我调节能力[17]。因此, 有必要对根系的形态、结构、功能及植株的生理生化方面的机制进行深入探讨。

3. 2　本试验按照2002年农业部颁布的标准计算出“质量指数”

[18]

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, 穗分化期控水的质量指数最低, 即对籽粒品质影响最

大。说明穗分化期不仅是水稻产量的水分敏感期, 也是品质的水分敏感期。这是由于水稻的品质和产量决定于生育中期, 生育中期是形成穗和籽实的基础时期, 同时也是为成熟充实茎叶和根的时期。成熟期淀粉的生产力, 穗、根的活力, 是根据生育中期的营养状态、生育状态而决定的[19]。3. 3　通过比较各品种同一处理的抗旱系数和质量指数, 发现抽穗前控水处理时只要不影响产量, 即不会影响品质; 抽穗后控水处理则应多注意对稻米品质的影响。

3. 4　目前用于作物抗旱性的指标, 只能反应水分胁迫对产量的影响, 我们提出了“综合抗旱指数”(CDI ) , 既能评价作物产量又能评价品质, 还可通过比较不同生育时期的CDI 值, 来判断不同生育时期水分胁迫对作物产量品质的影响。

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