鄱阳湖流域主要早稻品种耐淹试验研究

汪西圣，赵新宇，刘方平，朱绿丹，付桃秀，刘继超

（1.南昌工程学院，江西 南昌 330099；
2.江西省灌溉试验中心站，江西 南昌 330201；
3.广西万纵建设工程有限公司，广西 柳州 545000）

洪涝灾害是我国主要的农业灾害之一［1，2］，对农业生产带来巨大的影响和危害。鄱阳湖流域是我国的主要水稻产区之一，根据中国气象数据网近30年数据，流域每年4-6月的降水较多，降水量占全年的46.5%。6月份的月平均降水量为218.3 mm，日降水量≥10.0 mm 的平均日数为11.6 d，日降水量≥25.0 mm的平均日数为3.7 d，此时正值早稻的抽穗开花期，易遭受涝灾，是影响早稻产量的重要原因之一［3］。研究表明，淹水胁迫对水稻的生长发育有着明显的抑制作用。水稻植株在淹水后叶面积指数LAI逐渐降低，净光合速率Pn先升高后降低，干物质质累积量先减小后增大［4］。在水稻的孕穗期，随着淹水深度和历时的加大水稻分蘖的幅度加大，淹水胁迫会导致水稻减产；
水稻在全淹1 d 处理后，SPAD值、产量、千粒重以及结实率等指标较对照均有增加，短历时淹水后表现出明显的生态补偿效应［5］。为了确定鄱阳湖流域早稻关键生育期（抽穗开花期）的耐淹水深和耐淹历时，为农业生产和工程设计服务，选用流域内近期种植的主要4 个早稻品种进行了耐淹试验，研究了不同淹水条件对早稻产量的影响。

1.1 试验区概况

鄱阳湖流域面积16.22 万km2，其中15.67 万km2位于江西省境内，与江西省省域高度重合，占江西国土面积的94%。根据江西省种子管理局发布的近5年江西省水稻种植面积资料，选用“泰优398”、“株两优171”、“湘早籼45”、“中嘉早17”等4个江西目前种植的主要早稻品种（种植面积均超过100 万亩），在水稻对淹水敏感，而且当地降水相对较多的抽穗开花期进行淹水试验。试验在江西省灌溉试验中心站试验基地进行，其位于江西省南昌市高田村（116°00′E，28°26′N），属亚热带湿润季风性气候区，年平均气温17.5 ℃，年平均日照时间1 720.8 h。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，盆尺寸：长×宽×高=40 cm×30 cm×20 cm。水稻采用移栽方式，每盆均匀栽插6 穴，每穴选定2 株长势均匀秧苗进行栽插。所有品种于4月4日播种，4月27日移栽，7月14日收割测产。

试验在水稻受涝试验区进行，共40 个可升降平台，均可以上下内自由移动且可固定高度，每个可升降平台上放置3 盆水稻样品进行试验，试验区纵剖面如图1所示。

图1 水稻受淹区纵剖面图（单位：mm）Fig.1 Longitudinal section of flooded area of rice

试验主要针对5 下旬至6 中旬鄱阳湖流域的雨季进行水稻耐淹试验，此时正值早稻抽穗开花期，是早稻的淹水敏感时期。淹水池中采用渠道灌溉用水，试验因素设置2 个：淹水深度、淹水时间。淹水深度设3 个水平，分别为水稻植株高度的1/2（H1：30 cm）、2/3（H2：40 cm）、3/3（H3：60 cm）；
淹水时间设3 个水平，分别为3 d（T1）、6 d（T2）、9 d（T3）。将两种因素进行组合设9 个处理，另外设置一个参照处理CK（全生育期不淹水），每种水稻共计10个处理，每个处理设置3个重复。

1.3 观测项目

（1）水稻生长指标：在水稻的生长期观测其分蘖数、株高、叶长、叶宽、叶面积。

（2）水稻的产量及其构成要素：水稻成熟后，以盆为单位，每个处理记录一盆水稻的穗长、穗数、穗粒数、空粒数、千粒重以及产量，每个处理选1盆进行实收测产。

2.1 淹水对各品种水稻株高的影响

如图2各品种水稻在不同淹水处理后各处理的株高变化规律所示，各处理受到淹涝胁迫后株高均高于对照组。以“泰优398”的株高变化为例［图2（a）］，当淹水深度为H1 时，淹水历时每增加3 d，株高较对照组分别增长6.1%、23.79%、35.99%；
当淹水深度为H2 时，淹水历时每增加3 d，株高较对照组分别增长13.77%、31.3%、34.9%；
当淹水深度为H3 时，淹水历时每增加3 d，株高较对照组分别增长1.72%、7.2%、12.68%。由此可知，在同一淹水深度条件下，株高随着淹水时间的延长而增大。其他品种也表现出类似的规律，如“株两优171”的H1 及H2 处理、“湘早籼45”和“中嘉早17”的H1 处理，株高均与淹水历时呈正相关。而不同的是，在长淹水历时的条件下，部分处理株高不再增长，如“株两优171”的H3T3 处理、“湘早籼”的H2T3 处理等。这说明在适度的淹水胁迫下，水稻的抗逆反应促进了株高的增长，但随着淹水胁迫程度的加强，超过了水稻的耐受极限，品种之间的差异取决于各品种水稻的耐淹能力。

图2 淹水胁迫对各品种水稻株高的影响Fig.2 Effects of flooding stress on plant height of rice varieties

2.2 淹水对“泰优398”的产量及构成要素的影响

“泰优398”水稻在淹水深度H1 且淹水3 d、6 d 的处理条件下出现一定的增产现象，说明该品种水稻对一定深度的淹水存在较强的适应能力。随着淹水历时的延长和深度的增加，在H1T3 处理和H2T2 处理的产量有所下降，不同处理之间的产量产生显著差异；
当淹水深度进一步加深，H3T1 处理的产量仅为对照组的44.1%。

从产量构成因素方面看（表1），“泰优398”淹水深度为H1和H2 处理的穗长均显著高于对照，但H3 处理均显著低于对照，这说明该品种水稻在一定的淹水条件下存在生态补偿效应。除H2T1 处理外，该品种H1 和H2 处理千粒重与对照组无显著差异，但完全淹没的各处理千粒重均显著低于对照组。由此可见“泰优398”在淹水深度为H1乃至H2 的条件下均有较强的适应能力，但随着淹水深度的加深，结实率和千粒重显著降低，最终导致产量大幅度减少。

表2 抽穗开花期淹水胁迫对“株两优171”品种水稻产量及其构成要素的影响Tab.2 Effects of flooding stress on yield and components of Zhuliangyou 171 at heading and flowering stage

表3 抽穗开花期淹水胁迫对“湘早籼45”品种水稻产量及其构成要素的影响Tab.3 Effects of flooding stress on yield and components of Xiangzaoxian 45 at heading and flowering stage

表4 抽穗开花期淹水胁迫对“中嘉早17”品种水稻产量及其构成要素的影响Tab.4 Effects of flooding stress on yield and components of Zhongjiazao 17 at heading and flowering stage

2.3 淹水对“株两优171”的产量及构成要素的影响

品种为“株两优171”的早稻在受到淹水胁迫后减产严重，在H1 深度下，淹水历时3 d、6 d 和9d 处理的产量较对照组分别减少20.15%、28.43%和38.62%；
在H2 深度下，淹水历时3、6 和9 d 处理的产量较对照组分别减少18.66%、40.16%和37.21%；
在H3 深度下下，淹水历时3 d 和6 d 处理的产量较对照组分别减少18.37%和59.84%。所有处理实际产量均与对照组产生显著差异（P＜0.05）。产量构成因素方面，除H1T1 处理外，各处理秕粒数均显著高于对照；
所有处理总粒数和结实率均显著低于对照；
各淹水处理千粒重均高于对照。实验表明，株两优171在淹水胁迫后虽然千粒重有一定程度的增加，但由于总穗粒数显著减少以及结实率显著降低，最终导致减产，且随着淹水深度淹水时间的增加影响程度增大。

2.4 淹水对“湘早籼45”的产量及构成要素的影响

“湘早籼45”在H1深度下，淹水3 d 处理实际产量相较于对照有一定程度的增产，而同样是H1 的6 d 和9 d 处理实际产量与对照基本一致，无显著差异，但H2 和H3 深度下的所有处理均较对照显著降低。在H2 深度下淹水3 d、6 d 和9 d 处理相较于对照分别减产24.84%、32.92%和64.72%；
完全淹没条件下减产更为严重，淹水3 d、6 d 和9 d 处理较对照分别减产40.16%、73.33%和91.32%。产量构成方面，H1深度的总粒数、结实率和千粒重均无显著差异。除H2T2 处理外，各处理穗长与淹水深度和淹水时间呈显著正相关，淹水处理促进了穗长的增长。试验结果表明，该品种对一定程度的淹水深度具有适应能力，但随着淹水深度和历时的增加，产量显著减少。

2.5 淹水对“中嘉早17”的产量及构成要素的影响

“中嘉早17”品种水稻在受淹水深为H1时，受淹3、6和9 d的产量较对照分别减少8.14%、19.29%和23.31%；
受淹水深为H2时，受淹3、6 和9 d 处理的产量较对照分别减少53.81%、73.50%和67.43%；
受淹水深为H3 时，受淹3、6 和9 d 处理的产量较对照分别减少73.81%、90.44%和78.52%。所有处理较对照之间差异均达到显著水平。试验说明，淹水深度和淹水历时的增加对该品种水稻产量的影响增大。各处理秕粒数均显著高于对照，除H1T1 处理外总粒数均显著低于对照，结实率和千粒重均显著低于对照，有效穗数与淹水深度H呈极显著负相关（表5）。

表5 淹水时间和深度与各品种水稻产量及其构成指标的相关性Tab.5 Correlations of tolerable submergence duration and water depth with yield and the respective compositions of different rice varieties

2.6 淹水累积深度与早稻产量及构成指标的关系

淹水累积深度（SFW）与产量及其构成指标之间进行相关性分析得到表5，公式如下：

式中：hi为第i天的淹水深度，cm；
T为淹水历时，d。

由淹水时间和深度与各品种水稻产量及其构成指标的相关性（表5）可知，各品种的实际产量与淹水深度H和淹水累积深度SFW之间均达到显著负相关水平，与淹水时间T之间的相关性均不显著，说明水稻受淹水深度与淹水历时交互作用的影响更严重；
除“株两优171”的千粒重和中嘉早的穗长外，其他各品种的各产量构成因素与累计地表水深均达到负相关水平。以实际产量（Ry）为参数建立的回归方程展示了实际产量与淹水深度（H）、淹水时间（T）和淹水累积深度（SFW）之间的关系（表6），综合考虑各影响因子与水稻产量及产量构成的相关性，“泰优398”和“中嘉早17”可选取Ry与淹水深度H和淹水历时T之间的回归模型作为该品种水稻抽穗开花期受涝产量损失的预测模型；
“株两优171”和“湘早籼45”可选取Ry与淹水累积深度SFW之间的回归模型作为该品种水稻抽穗开花期受涝产量损失的预测模型。

表6 淹水胁迫下早稻产量与影响因子之间的回归关系Tab.6 Regression relationship between early rice yield and influencing factors under flooding stress

水稻受到淹水胁迫后，生长发育将受到抑制，淹涝对根系造成了最直接的危害。气体交换受阻和土壤因子的改变导致了无氧代谢产生的有毒物质和有毒矿质离子的积累，从而加速了根系缺氧的伤害［6］；
淹涝除对根系造成直接危害外，对植株生理代谢也产生了明显的影响［7，8］。无机养分在植株体内重新分布，总糖量和淀粉酶活性降低，叶片细胞膜脂过氧化加剧，丙二醛（MDA）升高，离子渗漏量增加，体内保护酶系统受损，光合作用降低，蒸腾作用减弱，严重时蛋白质分解，原生质结构破坏而致死，这些影响最终表现在产量上。在试验中发现淹水胁迫对不同品种的水稻有着不同的影响［9］。其中“株两优171”和“中嘉早17”两个品种经淹水处理后产量显著降低，前人的研究也大都得到相似结果［10，11］。而“泰优398”在淹水深度为H1 和H2 条件下，淹水3 d 时产量较对照组有所提升；
“湘早籼45”在淹水深度为H1，淹水历时3 d 的条件下也出现增产的现象。这表明部分品种水稻对短历时的淹水胁迫有一定的适应能力，这与王振省［12］和王矿［13］等研究一致。产量构成因素方面，“泰优398”、“湘早籼45”和“中嘉早17” 3个品种在抽穗花开期淹水胁迫导致减产的主要原因是有效穗、结实率和千粒重的下降［14，15］。而“株两优171”在受到淹水胁迫后虽然千粒重有所增加，但总穗粒数和结实率的显著降低，最终导致减产，这与周永进［16］等研究一致。

以水稻减产不超过10%为评价标准，不同品种水稻的耐淹水深和耐淹历时存在差异。“株两优171”和“中嘉早17”在抽穗开花期的耐淹水深均为1/2 植株高度，耐淹历时均为1～3 d；
“湘早籼45”的耐淹水深与“株两优171”和“中嘉早17”相比有所增加，为2/3 植株高度，耐淹历时同样为1～3 d；
“泰优398”的耐淹能力较强，耐淹水深为2/3 植株高度，耐淹历时达到3～6 d。确定鄱阳湖流域主要水稻品种在抽穗开花的淹水敏感期的耐淹水深和耐淹历时的推荐值如表7所示。

表7 各品种水稻的耐淹水深和耐淹历时Tab.7 Water depth and duration of submergence tolerance of rice varieties

（1）在抽穗开花期淹水胁迫将促进水稻株高的增长，且在适度淹水条件下，株高随着淹水深度的增加和淹水历时延长而增加。

（2）抽穗开花期不同淹水胁迫处理的水稻产量的变化与对照组存在显著差异，随着淹水深度的增加和淹水历时的延长，水稻减产愈发严重。

（3）各个品种淹水深度和淹水历时均与有效穗数、结实率和千粒重负相关。除“株两优171”千粒重略有增加外，不同淹水环境导致产量减少的主要原因是有效穗、结实率以及千粒重的下降。

（4）不同品种的耐淹能力有所不同，4 个品种“中泰优398”的耐淹能力较强，“湘早籼45”次之，“株两优171”和“中嘉早17”对淹水胁迫响应最为敏感。“泰优398”在抽穗开花期耐淹水深为2/3 植株高度，耐淹历时为3～6 d；
“湘早籼45”的耐淹水深为2/3植株高度，耐淹历时为1～3 d；
“株两优171”和“中嘉早17”的耐淹水深均为1/2植株高度，耐淹历时均为1～3 d。

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