冷凉地区节水灌溉对水稻苗期的生理响应

宋桂云，孙德智，王云，萨如拉，苏雅乐其其格，李宝昕

（1.内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽028043；2.内蒙古兴安盟扎赉特旗现代农业产业园管理中心，内蒙古 乌兰浩特137600）

水稻是我国种植面积和产量最大的粮食作物，也是耗水量最多的作物之一，其耗水量占我国总用水量的54%左右，占农业总用水量的65%以上［1-2］，每年在全国各地均有因缺水而导致水稻种植受到影响的现象发生［3］.因此，在节水条件下实现更高产量水平对中国乃至全球水稻安全高效生产都具有重要意义.研究表明，一定时期和一定程度的水分亏缺不会对经济产量造成很大影响，但能提高水分利用效率，水分利用效率的最高值一般不是在供水充分时获得［4-7］.韩羽等［8］指出，分蘖期、抽穗期、乳熟期轻度水分亏缺可显著增加气孔限制值和水分利用效率；而重度水分亏缺使抽穗、乳熟期的气孔限制值显著降低，对水分利用效率影响不显著.王志军等［9］指出，节水灌溉下水稻的光合色素含量、光合速率、气孔导度、饱和光强和饱和CO2浓度下的最大净光合速率及光饱和点均低于淹灌.与淹灌相比，节水灌溉水稻叶面积指数大，叶片叶绿素含量增加，蒸腾速率降低，叶片脯氨酸含量、丙二醛含量和过氧化物酶活性提高［10-12］.杨波等［13］指出，节水灌溉下，水稻幼苗可溶糖、可溶性蛋白质及游离脯氨酸含量增加.陈伟等［14］指出，干湿交替灌溉比常规淹灌叶面积指数和产量均有所提高.

综上述，水稻对水分亏缺具有一系列的适应机制，能够对水分亏缺作出保护性反应，如气孔关闭，减少蒸腾，调整激素水平，甚至出现暂时萎蔫等来适应水分亏缺，避免因水分亏缺而大幅度减产.因此，研究了冷凉地区水稻苗期对节水灌溉的生理响应，为水稻节水灌溉及水稻高产栽培提供一定的理论依据和实践指导.

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年在内蒙古民族大学农学院遮雨棚（44°35'N、123°23'E，海拔180.5 m）中进行，该试验田年平均日照时数3 000 h，年平均气温6.4℃，≥10℃的年积温为3 184℃，无霜期为150 d，多年平均降水量为399.1 mm，多集中在7—9月，年均蒸发量1 800~2 000 mm.

1.2 试验品种

供试水稻品种为稻花香2号和白粳1号，2个品种均为内蒙古东部灌区常用的水稻品种，年均栽培面积3 330 hm2以上.

白粳1号为白城市农科院1998年育成，2006年吉林省审定的长粒粳稻品种，生育期131 d左右，需≥10℃活动积温2 650℃，属中早熟粳稻品种.

稻花香2号为黑龙江五常市利元种子有限公司1999年育成，2009年黑龙江省审定，生育期143 d，需≥10℃活动积温2 850℃左右，属中晚熟粳稻品种.

1.3 试验设计方案

2018年4月15日开始育苗，5月30日移栽，移栽7 d待幼苗返青后开始水分处理.试验设3个处理，分别为淹水灌溉（CK）、湿润灌溉（W1）和干湿交替灌溉（W2），其中，W1和W2处理为节水灌溉.每个处理重复3次，每盆4穴，每穴10株幼苗.淹水灌溉保证盆中水层高度3~4 cm，湿润灌溉保证盆中土表层湿润，干湿交替灌溉为湿时盆表土层湿润，干时盆中土不出现裂缝.每天18：00用称重法测量各处理土壤含水量，补充失去的水分，控制不同处理土壤水分条件恒定.土壤含水量达到设定值后持续处理10 d，取样待测.

1.4 试验样品采集及测定方法

1.4.1 样品采集

2018年6月17日分别在每盆中随机取长势一致的植株，测定水稻苗期的干重、叶绿素、可溶性蛋白质、可溶性糖、丙二醛等的含量和根系活力等生理指标.

1.4.2 测试方法

水稻干重的测定：将新鲜的植物样品置于烘箱中经105℃杀青，再80℃烘干至恒重后称重［15］；叶绿素a和叶绿素b含量的测定采用丙酮比色法［16］；丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸法［17］；可溶糖含量的测定采用蒽酮法［18］；可溶性蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝法［19］；根系活力的测定采用甲烯蓝法［20］.

1.5 数据分析和方法

本试验数据采用Excel2003和DPS软件进行统计分析.

2 结果与分析

2.1 节水灌溉对冷凉地区水稻苗期干重和丙二醛含量的影响

节水灌溉下，2个水稻品种的干重均下降；与CK相比，白粳1号和稻花香2号的W1处理的干重分别下降了1.69%和10.32%，W2处理分别下降了26.88%和21.18%；白粳1号的CK和W1处理与W2处理之间干重差异达到极显著水平（P<0.01），稻花香2号的CK和W2处理之间干重差异达到极显著水平（P<0.01）（图1a）.节水灌溉下，2个水稻品种丙二醛含量均提高；与CK相比，W1处理的白粳1号和稻花香2号的丙二醛含量分别提高了23.44%和31.40%，W2处理2个水稻品种分别增加了60.07%和34.30%，其中，白粳1号的CK、W1和W2处理之间丙二醛差异均达到极显著水平（P<0.01），稻花香2号的CK与W1、W2处理之间丙二醛差异达到显著水平（P<0.05）（图1b）.丙二醛含量是膜脂过氧化产物受伤害程度的体现，说明干湿交替处理使水稻苗期受损害程度较大.

图1 节水灌溉对冷凉地区水稻苗期干重和丙二醛含量的影响Fig.1 Effects of water-saving irrigation on dry weight and MDA content of rice seedling in cold region

2.2 节水灌溉对冷凉地区水稻苗期叶绿素含量的影响

节水灌溉均使2个水稻品种的叶绿素a和叶绿素b含量下降；白粳1号的叶绿素a含量W1和W2处理分别比CK处理降低了10.86%和27.86%，稻花香2号则分别下降了4.18%和8.73%；其中，白粳1号的CK、W1和W2处理之间叶绿素a含量差异均达到极显著水平（P<0.01），稻花香2号的CK和W2处理之间差异达到极显著水平（P<0.01）（图2a）；与CK相比，白粳1号的W1和W2处理叶绿素b含量分别降低了18.07%和34.77%，稻花香2号则分别降低了13.62%和16.89%；白粳1号的CK、W1和W2处理之间叶绿素b含量差异均达到显著水平（P<0.05），稻花香2号的CK处理与W1和W2处理之间差异达显著水平（P<0.05）（图2b）.

图2 节水灌溉对冷凉地区水稻苗期叶绿素a和叶绿素b含量的影响Fig.2 Effects of water-saving irrigation on chlorophyll a and chlorophyll b content of rice seedling in cold region

2.3 节水灌溉对冷凉地区水稻苗期可溶性糖和可溶性蛋白质含量的影响

节水灌溉下，2个水稻品种的可溶性糖含量变化趋势和可溶性蛋白质含量基本一致，呈现上升趋势.白粳1号和稻花香2号的可溶性蛋白质含量W1处理和W2处理分别比CK处理提高了0.37%和1.12%、2.05%和2.25%，2个水稻品种的可溶性蛋白质含量不同处理之间差异达到极显著水平（P<0.01）（图3a）；W1处理白粳1号和稻花香2号的可溶性糖含量分别比CK处理提高了2.27%和2.44%，W2处理2个水稻品种分别比CK处理增加了6.82%和7.32%，2个水稻品种的可溶糖含量各处理之间差异均达到极显著水平（P<0.01）（图3b）.

图3 节水灌溉对冷凉地区水稻苗期可溶性蛋白质和可溶性糖含量的影响Fig.3 Effects of water-saving irrigation on soluble protein and sugar content of rice seedling in cold region

2.4 节水灌溉对冷凉地区水稻苗期根系活力的影响

2个水稻品种根系总吸收面积表现为CK处理最高，其次是W2处理，W1处理最低，差异未达到显著水平；W1处理白粳1号和稻花香2号的根系总吸收面积分别比CK处理降低了1.57%和1.90%，W2处理2个水稻品种该指标分别比CK处理降低了0.94%和0.63%；2个水稻品种的根系活跃吸收面积和比表面积则表现为CK处理最高，W1处理次之，W2处理最低；与CK相比，W1处理白粳1号和稻花香2号的根系活跃吸收面积分别降低了0.63%和0.64%，W2处理2个水稻品种分别降低了1.90%和1.27%；白粳1号的根系比表面积W1和W2处理分别比CK处理低0.63%和1.89%，CK与W2处理之间差异达到显著水平（P<0.05）；稻花香2号的根系比表面积W1处理和W2处理分别比CK处理低1.90%和2.53%，CK与W1和W2处理之间差异均达到显著水平（P<0.05）；2个水稻品种的根系活跃吸收面积比则表现为W1处理最高，W2处理最低；W1处理白粳1号和稻花香2号幼苗的根系活跃吸收面积比分别比CK处理高0.10%和1.29%，W2处理2个水稻品种分别比CK处理低0.54%和0.62%，其中，稻花香2号的CK和W2处理之间差异达到显著水平（P<0.05）（表1）.

表1 节水灌溉对冷凉地区水稻苗期根系活力的影响Tab.1 Effects of water-saving irrigation on root activity of rice seedling in cold region

3 讨论与结论

内蒙古东部地区水资源相对丰富，是内蒙古水稻生产的主要地区.目前，大水淹灌是该地区水稻的主要灌溉方式.稻田传统淹灌方式所产生巨大耗水量不仅加剧了中国日益紧缺的农业水资源问题，而且还加重了稻田养分的渗漏、径流和挥发，造成地表水和地下水环境污染［21-23］.为保证中国粮食安全和农业可持续发展，必须采取有效的节水灌溉措施来减少田间灌溉用水量，提高稻田水分利用率.另外，节水灌溉还可以改善根系生长环境，提高根系活力，提高自然降水利用率.研究表明，相对于常规淹灌，节水灌溉技术均能不同程度地节约灌溉用水，减少田间用水量［24］.水稻湿润灌溉是一种节水灌溉模式，可以减轻病虫害，减少土壤养分的损失，降低成本，增加效益，提高水分的利用率［25］.干湿交替灌溉比淹水灌溉水稻产量更高［26］.

本研究探索了节水灌溉对冷凉地区水稻苗期生理特性的影响，发现不同灌溉方式对水稻苗期生长影响较大.灌溉量大，可以促进水稻苗期的生长，提高干物重.但在2种节水灌溉方式中，湿润灌溉使水稻苗期干重、叶绿素a和叶绿素b含量下降幅度较少，干湿交替灌溉使这3项指标下降相对较多.另外，节水灌溉降低了水稻苗期根系总吸收面积、活跃吸收面积和比表面积，但湿润灌溉提高了2个水稻品种的根系活跃吸收面积比.湿润灌溉降低2个水稻品种根系的活跃吸收面积和比表面积幅度小于干湿交替灌溉，2个水稻品种的根系总吸收面积降低呈现出相反的趋势.因此，在内蒙古东部灌区，采取湿润灌溉方式，可以表现出较好的节水效果.