全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(1): 84−92 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB118603), 国家自然科学基金重大国际合作交流项目(31061140457), 国家
自然科学基金项目(31071360, 31271641), 中央级科研院所基本科研业务费专项基金项目(农业) (201103003, 201203079), 国家“十二
五”科技支撑计划项目(2011BAD16B14, 2012BAD04B08)和江苏高校优势学科建设工程专项经费资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 杨建昌, E-mail: jcyang@yzu.edu.cn, Tel: 0514-87979317
第一作者联系方式: E-mail: zfe915@163.com
Received(收稿日期): 2012-05-22; Accepted(接受日期): 2012-09-05; Published online(网络出版日期): 2012-11-14.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20121114.1643.011.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.00084
施氮量和灌溉方式的交互作用对水稻产量和品质影响
张自常 1,2 李鸿伟 1 曹转勤 1 王志琴 1 杨建昌 1,*
1 扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州 225009; 2 江苏省农业科学院植物保护研究所, 江苏南京 210014
摘 要: 本研究旨在探讨氮肥和灌溉方式对水稻产量和品质的影响及其互作效应, 这对指导水稻高产、优质和高效
栽培有重要意义。将两优培九(籼稻)和扬粳 4038 (粳稻)种植于土培池, 设置常规灌溉、轻干湿交替灌溉和重干湿交
替灌溉 3种灌溉方式及 0氮(0 kg hm–2)、中氮(240 kg hm–2)和高氮(360 kg hm–2) 3种氮素水平, 观察其对产量和稻米
品质的影响。结果表明, 在中氮和高氮水平下, 产量、稻米的整精米率、外观品质和崩解值, 以轻干湿交替灌溉显著
高于或优于常规灌溉。在中氮水平下, 重干湿交替灌溉的产量和稻米品质显著低于或劣于常规灌溉; 在高氮水平下,
重干湿交替灌溉的产量高于常规灌溉, 稻米品质在这两种灌溉方式间差异不显著。轻干湿交替灌溉显著提高了灌浆
期剑叶光合速率、籽粒中 ATP 酶活性及根系中吲哚-3-乙酸、玉米素+玉米素核苷和脱落酸含量。说明灌溉方式和氮
肥对产量和稻米品质具明显互作效应。在轻干湿交替灌溉和中氮水平下根系、叶片和籽粒生理活性增强是水稻产量
提高和稻米品质改善的重要生理原因。
关键词: 水稻; 轻干湿交替灌溉; 重干湿交替灌溉; 氮肥; 产量; 品质
Effect of Interaction between Nitrogen Rate and Irrigation Regime on Grain
Yield and Quality of Rice
ZHANG Zi-Chang1,2, LI Hong-Wei1, CAO Zhuan-Qin1, WANG Zhi-Qin1, and YANG Jian-Chang1,*
1 Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 2 Institute of Plant Protection,
Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China
Abstract: This study investigated how nitrogen rates and irrigation regimes and their interactions affect grain yield and quality of
rice, which would have great significance in conducting the cultivation for high yielding, good quality and high efficiency. Two
rice cultivars, Liangyoupeijiu (indica) and Yangjing 4038 (japonica), were grown in the tanks filled with soil. Three irrigation
regimes, conventional irrigation (CI), alternate irrigation with wetting and moderate drying (WMD) and alternate irrigation with
wetting and severe drying (WSD), and three nitrogen (N) rates, 0N (0 kg ha–1), medium amount of N (MN, 240 kg ha–1), and high
amount of N (HN, 360 kg ha–1), were used during the whole growing season. The results showed that, at either MN or HN rate,
grain yield, head rice, apparant quality, and breakdown were significantly higher or better under the WMD regime than under the
CI regime. At the MN rate, the WSD regime significantly decreased grain yield and quality as compared with the CI regime. At
the HN rate, however, the grain yield was higher under the WSD regime than under the CI regime and grain quality showed no
significant difference between the two irrigation regimes. The WMD regime significantly increased photosynthetic rate of the flag
leaf, activity of adenosine triphosphate enzyme (ATPase) in grains and contents of indole-3-acetic acid, zeatin + zeatin riboside,
and abscisic acid in roots during grain filling. All the data indicate that interactions between nitrogen rates and irrigation regimes
mediate the grain yield and quality of rice. Stronger root activity, greater leaf photosynthetic rate and larger sink strength contrib-
ute to higher grain yield and better grain quality of rice under the MN rate and WMD regime.
Keywords: Rice; Alternate irrigation with wetting and moderate drying; Alternate irrigation with wetting and severe drying; Ni-
trogen fertilizer; Grain yield; Grain quality
第 1期 张自常等: 施氮量和灌溉方式的交互作用对水稻产量和品质影响 85
我国是水稻生产大国, 稻谷产量占粮食总产的
40%。近年来, 随着人们生活水平的提高, 对优质米
的需求也越来越大。因此, 有关稻米品质的研究也
越来越引起人们的重视。稻米品质是品种遗传特性
和环境因素综合作用的结果, 而在影响稻米品质的
环境因素中 , 水分和氮肥的管理一直是研究的热
点。邓定武等[1]研究认为, 水分亏缺时间长, 土壤含
水量低会使加工品质显著或极显著变劣, 生育后期
田间落干会使垩白增大; 彭世彰等 [2]研究节水灌溉
水稻高产优质成因时发现, 控灌水稻节水增产效果
显著, 稻米品质得到改善。蔡一霞等[3]研究认为, 结
实期当土壤水势为−15 kPa时, 整精米率提高, 对垩
白粒率和垩白度无显著影响, 胶稠度变软, 稻米品
质有所改善; 但当土壤水势小于−30 kPa时, 整精米
率显著降低, 垩白粒率、垩白度显著提高, 对胶稠度
的影响表现二次曲线的关系, 而对粒形、直链淀粉
含量和粗蛋白影响较小。郑桂萍等[4]认为, 结实期水
分胁迫可提高蛋白质含量。众多研究一致认为, 总
施氮量增加可以提高整精米率、糊化温度和蛋白质
含量, 而对垩白性状、胶稠度和直链淀粉含量的影
响结论尚不一致[5-7]。目前, 就土壤水分或氮肥单一
因素对米质的影响作了大量研究, 但对水分与氮肥协
同作用于米质的研究较少。为此本文研究了不同灌溉
方式和施氮量的交互作用对水稻产量和主要品质性状
的影响, 以期为水稻高产优质生产提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与栽培状况
2010—2011年在扬州大学江苏省作物栽培生理
重点实验室实验农场土培池种植两优培九(籼稻)和
扬粳 4038 (粳稻)。土培池的四周和底部由水泥制成,
每个池的长、宽、高分别为 8.0、1.5和 0.4 m, 共 27
个; 土壤来源于试验大田 , 土壤质地为沙壤土 , 耕
作层含有机质 2.09%、有效氮 104.2 mg kg–1、速效
磷 31.5 mg kg–1、速效钾 93.6 mg kg–1。大田育苗, 秧
龄为 25 d时移栽到土培池, 株、行距为 13 cm × 20
cm, 两优培九每穴 1 苗, 扬粳 4038 每穴两苗, 两品
种间用 40 cm高的水泥板隔开, 于叶龄余数为 3.5时
分别施穗肥。两品种的抽穗期为 8月 26至 28日, 于
10月 15至 16日收割。
1.2 处理设置
返青活棵后进行 3 种灌水方式处理: (1)常规灌
溉(conventional irrigation, CI, 对照), 除中期搁田外,
全生育期保持浅水层, 收获前 1 周断水; (2)轻干湿
交替灌溉(alternate irrigation with wetting and mode-
rate drying, WMD), 在移栽后的 10 d内田间保持浅
水层, 10 d后当土壤自然落干至土壤水势为−15 kPa
时, 灌水 1~2 cm; (3)重干湿交替灌溉(alternate irri-
gation with wetting and severe drying, WSD), 在移栽
后的 10 d内田间保持浅水层, 10 d后当土壤自然落
干至土壤水势为−30 kPa时, 灌水 1~2 cm。下雨时,
大棚盖塑料薄膜挡雨。每种灌溉方式下设 3 种氮素
(尿素)处理, 分别为 0 N, 不施氮肥; 中氮(MN), 240
kg hm–2; 高氮(HN), 360 kg hm–2。施氮比例为基肥∶
分蘖肥∶穗肥=4 2 4∶ ∶ 。小区面积 12 m2, 随机排列,
重复 3次。
1.3 测定内容与方法
1.3.1 光合速率、ATP酶活性和根系中激素测定
开花后每隔 7 d采用 LI-6400便携式光合仪测定
水稻剑叶光合速率, 各处理重复测定 6 叶。同上述
时期各处理取代表性植株挖根 3穴, 装于 70目的筛
网袋中, 先用流水冲洗, 然后用农用压缩喷雾器将
根冲洗干净, 参照何钟佩[8]和 Bollmark 等[9]方法提
取与测定生长素(IAA)、玉米素(Z)、玉米素核苷(ZR)
和脱落酸(ABA)。各处理与抽穗期选择生长一致同
日开花的穗子 60 个, 以纸牌标记开花日期, 于处理
后 5 d、15 d、25 d、35 d参考杨建昌等[10]的方法提
取与测定 ATP酶活性。
1.3.2 计产与米质指标测定 水稻成熟时各小区
收获 5 m2植株计产。将收获的稻谷风干并存放 3个
月, 用于米质测定。测定前统一用 NP4350型风选机
等风量风选各处理。参照中华人民共和国国家标准
《GB/T17891-1999优质稻谷》测定整精米率、垩白
粒率、垩白度、胶稠度、精米的直链淀粉含量[11-12]。
1.3.3 米粉 RVA 谱特征测定 采用澳大利亚
Newport Scientific公司生产的 Super 3型 RVA (Rapid
Viscosity Analyzer)快速测定及用 TCW (thermal cy-
cle for windows)配套软件分析淀粉谱黏滞特性。按
照美国谷物化学家协会规程(AACC 1995-61-02)标
准方法, 米粉含水量为 12.00%, 样品量为 3.0000 g,
蒸馏水为 25.0000 g。在搅拌过程中, 罐内温度在
50℃下保持 1 min, 以 11.84 min℃ –1的速度上升到
95℃ (3.8 min)并保持 2.5 min, 再以 11.84 min℃ –1的
速度下降到 50℃并保持 1.4 min。搅拌器的转动速度
在起始 10 s 内为 960 转 min–1, 之后保持在 160 转
min–1。稻米 RVA图谱用最高黏度、热浆黏度、最终
86 作 物 学 报 第 39卷
黏度、崩解值(最高黏度－热浆黏度)、消减值(最终
黏度－最高黏度)等特征值来表示。黏滞性单位为 cP
(centiPoise)。
1.4 数据分析
用 SPSS 16.0 软件统计分析数据 , SigmaPlot
10.0绘制图表。
2 结果与分析
2.1 处理效应的方差分析
产量和主要稻米品质指标在品种、灌溉方式(蛋
白质和直链淀粉含量除外)、施氮水平间存在极显著
差异(P = 0.01)。存在灌溉方式×氮肥、品种×灌溉方
式、品种×氮肥及灌溉方式×品种×氮肥互作效应, 其
余的互作效应均不显著(表 1)。说明灌溉方式、施氮
水平对产量和稻米品质的影响在年度间有较好的重
演性。由于所测定的主要指标年度间差异均不显著,
故所有数据均用两年的平均数表示。
2.2 施氮量和灌溉方式对产量的影响
在相同灌溉条件下, 增施氮肥较不施氮处理有
不同程度的增产, 但施氮增产效应因灌溉方式的不
同而异。在常规灌溉条件下, MN 和 HN 分别较 0N
提高 50.9%~59.7%和 38.6%~46.9%, 氮肥水平过高
产量反而会降低(常规水种两优培九因倒伏减产尤
为明显)。在轻干湿交替灌溉条件下, 随着施氮量的
增加, 产量较不施氮处理显著增加, 增加幅度分别
为 58.2%~63.2%和 62.9%~64.6%, HN处理较 MN处
理仅增产 1.4%~4.7%。在重干湿交替灌溉条件下 ,
MN和 HN分别增产 49.9%~59.3%和 80.4%~101.6%
(图 1)。同常规灌溉相同施氮水平相比, 轻干湿交替
灌溉增加产量, 重干湿交替灌溉在 0N和MN水平下
显著降低产量, 在 HN 下产量降低不显著。无论在
何种施氮量下, 轻干湿交替灌溉均较常规灌溉增加
产量。表明在重干湿交替灌溉条件下, 增施氮肥能
缓解干旱对水稻产量的不利影响。
表 1 产量和部分稻米品质指标在年度间、品种间及处理间的方差分析
Table 1 Analysis-of-variance (F-values) for grain yield and some grain quality traits of rice between/among years cultivars, and
treatments
变异来源
Source of
variance
自由度
df
产量
Yield
整精米率
Head rice
垩白米率
Chalky
kernel
垩白度
Chalkiness
蛋白质含量
Protein
content
直链淀粉含量
Amylose
content
胶稠度
Gel con-
sistency
消减值
Setback
年度 Y 1 1.43 ns 1.69 ns 2.46 ns 1.16 ns 1.98 ns 1.32 ns 1.68 ns 1.67 ns
品种Ｃ 1 992.12 ** 855.38 ** 30.85 ** 612.00 ** 3587.26 ** 56.04 ** 3059.00 ** 236.60 **
灌溉 I 2 367.47 ** 144.99 ** 84.09 ** 360.96 ** 2.215 ns 0.29 ns 135.62 ** 272.50 **
氮 N 2 518.81 ** 433.09 ** 53.13 ** 63.67 ** 614.04 ** 25.62 ** 306.40 ** 365.45 **
Y×C 1 0.65 ns 2.06 ns 0.39 ns 1.58 ns 0.09 ns 0.001 ns 0.66 ns 0.21 ns
Y×I 2 0.154 ns 2.76 ns 0.96 ns 0.73 ns 0.215 ns 0.078 ns 0.042 ns 0.323 ns
Y×N 2 0.11 ns 1.97 ns 0.17 ns 0.75 ns 0.56 ns 1.10 ns 0.01 ns 0.23 ns
C×I 2 4.70 * 2.64 ns 10.40 ** 57.93 ** 8.77 ** 1.92 ns 6.68 ** 4.67 *
C×N 2 14.98 ** 4.43 * 4.14 * 15.06 ** 10.06 ** 7.31 ** 6.52 ** 21.18 **
I×N 4 86.54 ** 20.10 ** 56.54 ** 187.47 ** 1.99 ns 0.13 ns 7.15 ** 82.96 **
Y×C×I 2 1.39 ns 0.33 ns 0.01 ns 2.39 ns 2.68 ns 0.21 ns 0.30 ns 0.44 ns
Y×C×N 2 0.44 ns 0.62 ns 0.09 ns 0.66 ns 0.68 ns 0.21 ns 0.23 ns 0.27 ns
C×I×N 4 10.93 ** 3.52 * 5.11 ** 13.39 ** 0.43 ns 0.29 ns 2.99 * 20.23 **
Y×I×N 4 1.82 ns 1.89 ns 0.54 ns 0.54 ns 0.80 ns 0.14 ns 0.10 ns 0.17 ns
Y×C×I×N 4 0.32 ns 0.26 ns 0..90 ns 0.39 ns 1.19 ns 0.10 ns 0.08 ns 0.02 ns
Y: 年; C: 品种; I: 灌溉; N: 氮。*和**分别代表 P=0.05和 P=0.01水平上差异显著, ns表示差异不显著(P>0.05)。
Y: year; C: cultivar; I: irrigation; N: nitrogen. *, ** represent significance at P=0.05 and P=0.01 levels respectively and ns denotes
non-significance (P>0.05).
2.3 施氮量和灌溉方式对稻米品质的影响
在相同灌溉下, MN和 HN处理的整精米率显著
高于 0N 处理(表 2)。在各处理组合中, 整精米率均
以 WMD+MN 或 WMD+HN 处理组合最高 , 以
WSD+0N处理组合最低。两品种结果趋势一致(表 2)。
在常规灌溉下, 稻米的垩白米率和垩白度均表
现为 HN>MN>0N (表 2)。在轻干湿交替灌溉下, 稻
米的垩白米率和垩白度在 0N、MN和 HN间无显著
第 1期 张自常等: 施氮量和灌溉方式的交互作用对水稻产量和品质影响 87
图 1 施氮量和灌溉方式相互作用对水稻产量的影响
Fig. 1 Effect of the interaction between nitrogen rates and irrigation regimes on grain yield of rice
CI: 常规灌溉; WMD: 轻干湿交替灌溉; WSD: 重干湿交替灌溉; 0N: 不施氮; MN: 中氮; HN: 高氮。
CI: conventional irrigation; WMD: alternate irrigation with wetting and moderate drying; WSD: alternate irrigation with wetting and severe
drying; 0N: 0 nitrogen; MN: medium amount of nitrogen; HN: high amount of nitrogen.
表 2 施氮量和灌溉方式相互作用对稻米品质的影响
Table 2 Effect of the interaction between nitrogen rates and irrigation regimes on grain qualities
处理
Treatment
整精米率
Head rice
(%)
垩白米率
Chalky
kernels (%)
垩白度
Chalkiness
(%)
直链淀粉含量
Amylose
content (%)
胶稠度
Gel consistency
(mm)
蛋白质含量
Protein
content (%)
崩解值
Breakdown
消解值
Setback
两优培九 Liangyoupeijiu
CI+0N 49.2 d 29.2 c 10.1 c 20.9 a 44.3 d 9.4 c 525.0 d 287.5 bc
CI+MN 53.3 b 36.2 b 13.5 b 20.3 a 50.1 c 10.5 b 591.0 bcd 206.0 d
CI+HN 52.9 b 44.1 a 19.4 a 19.7 a 55.1 b 11.8 a 558.0 cd 255.5 bcd
WMD+ 0N 49.6 d 28.3 c 9.2 c 21.1 a 45.1 d 9.5 c 544.5 d 225.0 cd
WMD+MN 57.3 a 27.7 c 9.1 c 20.5 a 56.6 b 10.6 b 724.5 a 192.0 d
WMD+HN 57.5 a 29.2 c 10.6 c 19.8 a 60.4 a 11.7 a 640.5 b 219.5 cd
WSD+0N 47.6 e 36.7 b 19.4 a 20.8 a 39.5 e 9.7 c 405.0 e 445.5 a
WSD+MN 51.6 c 42.1 a 19.3 a 20.1 a 49.5 c 10.8 b 522.0 d 295.0 b
WSD+HN 54.9 b 34.7 b 12.9 b 19.5 a 54.6 b 11.9 a 618.5 bc 230.5 bcd
扬粳 4038 Yangjing 4038
CI+0N 54.9 c 27.9 c 7.6 c 19.7 a 69.4 d 7.0 c 611.5 d 254.0 b
CI+MN 60.4 b 33.1 b 9.2 b 19.5 a 75.5 c 7.7 b 758.5 ab 126.0 e
CI+HN 59.5 b 41.2 a 14.2 a 19.4 a 80.8 b 8.8 a 718.5 c 217.0 bcd
WMD+ 0N 55.9 c 26.5 c 7.1 c 19.6 a 70.2 d 7.3 c 648.5 c 242.5 bc
WMD+MN 63.9 a 26.9 c 7.1 c 19.6 a 79.8 b 8.0 b 815.5 a 70.0 f
WMD+HN 62.9 a 28.1 c 7.9 c 19.3 a 85.6 a 8.9 a 805.5 a 194.5 bc
WSD+0N 50.9 d 32.9 b 13.8 a 19.9 a 64.8 e 7.1 c 535.5 e 339.0 a
WSD+MN 56.4 c 39.5 a 13.9 a 19.7 a 68.3 d 7.8 b 587.0 de 237.0 bcd
WSD+HN 60.7 b 27.5 c 8.9 b 19.4 a 73.9 c 8.6 a 749.0 bc 187.5 d
CI: 常规灌溉; WMD: 轻干湿交替灌溉; WSD: 重干湿交替灌溉; 0N: 不施氮; MN: 中氮; HN: 高氮; 同一栏同一品种内不同字
母表示在 0.05水平上差异显著。
CI: conventional irrigation; WMD: alternate irrigation with wetting and moderate drying; WSD: alternate irrigation with wetting and
severe drying; 0N: 0 nitrogen; MN: medium amount of nitrogen; HN: high amount of nitrogen. Values within the same column and same
cultivar followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.
88 作 物 学 报 第 39卷
差异。在重干湿交替灌溉下, 稻米的垩白度以 HN
处理显著低于 0N和 MN处理, 0N和 MN差异不显
著。在各处理组合中 , 垩白米率和垩白度均以
WMD+0N或WMD+MN最低, 垩白度以 WSD+0N、
WSD+MN或 CI+0N处为最高(表 2)。灌溉方式和施
氮量对稻米直链淀粉含量无显著影响。在同一灌溉
方式下, 稻米胶稠度和蛋白质含量随着施氮量增加
而增加。在各处理组合中, 蛋白质含量和胶稠度均
以 WMD+HN最大, CI+0N最小(表 2)。
在常规灌溉下, 米粉的崩解值在 0N、MN和 HN
间差异不显著, 但消减值以 MN和 HN低于 0N。在
轻干湿交替灌溉下, 各氮肥处理的崩解值以 MN 最
高, 消减值最低。在重干湿交替灌溉下, 各施氮水平以
HN的崩解值最高, 消减值最低。在各处理组合中, 以
WMD+MN的崩解值最大, 消减值最小(表 2)。
2.4 施氮量和灌溉方式对植株生理性状的影响
在常规灌溉下, 随着施氮量的增加, 剑叶光合
速率表现为 HN>MN>0N。轻干湿交替灌溉和重干湿
交替灌溉下剑叶光合速率的变化趋势均与常规灌溉
下一致。各处理组合中, 剑叶光合速率以 WMD+HN
最大(图 2)。
在常规灌溉下, MN与HN的ATP酶活性显著高
于 0N, MN 和 HN 间差异不显著。在轻干湿交替灌
溉和重干湿交替灌溉下, 籽粒中 ATP 的变化趋势与
在常规灌溉下一致, 在各处理组合中, ATP酶活性以
WMD+MN为最高(图 3)。
图 2 施氮量和灌溉方式相互作用对剑叶光合速率的影响
Fig. 2 Effect of the interaction between nitrogen rates and irrigation regimes on flag leaf photosynthetic rate of rice
CI: 常规灌溉; WMD: 轻干湿交替灌溉; WSD: 重干湿交替灌溉; 0N: 不施氮; MN: 中氮; HN: 高氮。
CI: conventional irrigation; WMD: alternate irrigation with wetting and moderate drying; WSD: alternate irrigation with wetting and severe
drying; 0N: 0 nitrogen; MN: medium amount of nitrogen; HN: high amount of nitrogen.
图 3 施氮量和灌溉方式相互作用对籽粒中 ATP酶活性的影响
Fig. 3 Effect of the interaction between nitrogen rates and irrigation regimes on grain ATP activity of rice
CI: 常规灌溉; WMD: 轻干湿交替灌溉; WSD: 重干湿交替灌溉; 0N: 不施氮; MN: 中氮; HN: 高氮。
CI: conventional irrigation; WMD: alternate irrigation with wetting and moderate drying; WSD: alternate irrigation with wetting and severe
drying; 0N: 0 nitrogen; MN: medium amount of nitrogen; HN: high amount of nitrogen.
第 1期 张自常等: 施氮量和灌溉方式的交互作用对水稻产量和品质影响 89
各灌溉方式下, 根系中 IAA 和 Z+ZR 的变化趋
势与剑叶光合速率变化趋势一致 , 各处理组合以
WMD+HN最大(图 4)。在常规灌溉下, 根系中 ABA
含量的变化随着施氮量增加表现为 0N>MN>HN。在
轻干湿交替灌溉和重干湿交替灌溉下, 根系ABA含
量的变化趋势与常规灌溉下一致。在各处理组合中,
以 WSD+0N最大, WSD+HN最小。
3 讨论
为了节约淡水资源、降低氮肥用量、减轻对环
境的压力, 湿润灌溉、干湿交替灌溉以及畦沟灌溉
等节水灌溉技术和优化氮肥运筹越来越引起人们的
重视[13-20], 但以往的研究多集中在单因子效应方面,
有关灌溉方式和氮肥互作效应对水稻产量和米质的
图 4 施氮量和灌溉方式相互作用对结实期根系中 IAA、Z+ZR 和 ABA含量的影响
Fig. 4 Effect of the interaction between nitrogen rates and irrigation regimes on contents of IAA, Z+ZR, and ABA in root of rice at
grain filling stage
CI: 常规灌溉; WMD: 轻干湿交替灌溉; WSD: 重干湿交替灌溉; 0N: 不施氮; MN: 中氮; HN: 高氮。
CI: conventional irrigation; WMD: alternate irrigation with wetting and moderate drying; WSD: alternate irrigation with wetting and severe
drying; 0N: 0 nitrogen; MN: medium amount of nitrogen; HN: high amount of nitrogen.
90 作 物 学 报 第 39卷
研究较少, 且结论不一。Lahiri[21]和 Arnon[22]认为,
在土壤干旱状况下施用氮肥可以促进作物对深层土
壤水分的利用而增加作物产量 , 而 Begg 等 [23]和
Bhan等[24]则指出, 在土壤水分有限条件下增施氮肥
可能会使作物水分胁迫加重, 对产量造成不利的影
响。尤小涛等[25]研究表明, 采用节水灌溉后, 水稻
产量和稻谷的整精米率、直链淀粉含量和胶稠度表
现降低趋势, 垩白米率和垩白度显著增加, 灌溉模
式和施氮水平不存在明显的互作效应。蔡一霞等[26]
报道, 在轻度水分胁迫下, 正常施氮水平使稻米的
整精米率有所提高 , 垩白米率和垩白度显著增加 ,
增施氮肥后稻米的整精米率提高, 垩白米率和垩白
度降低 , 另外 , 无论在何种氮水平下 , 轻干湿交替
灌溉对直链淀粉含量没有影响。本研究则表明, 在
中氮和高氮水平下, 产量和稻米的整精米率、崩解
值和外观品质, 以轻干湿交替灌溉显著高于或优于
常规灌溉。在中氮水平下, 重干湿交替灌溉的产量
和上述稻米品质主要指标显著低于或劣于常规灌溉;
在高氮水平下, 重干湿交替灌溉的产量高于常规灌
溉, 稻米品质在这两种灌溉方式间差异不显著。说
明灌溉方式和施氮量对稻米品质的影响存在着明显
的互作效应。在本试验条件下, 轻干湿交替灌溉和
施氮量为 240 kg hm–2时, 可以获得高产优质的效果;
在重干湿交替灌溉条件下, 适当增施氮肥可以减轻
供水不足对产量和稻米品质的不利影响。
对于干湿交替灌溉条件下氮肥对水稻产量和稻
米品质影响的机制, 目前尚不清楚。本研究表明, 在
轻干湿交替灌溉条件下, 施氮后水稻剑叶的光合速
率显著提高, 而光合速率的显著提高能为籽粒和地
下部的生长提供充足的光合产物。在轻干湿交替灌
溉条件下, MN和 HN或重干湿交替灌溉条件下, HN
显著增加了籽粒中 ATP酶活性。籽粒中 ATP酶活性
与籽粒对同化物的接纳及淀粉合成和积累有关[27]。
说明轻干湿交替灌溉+MN 或重干湿交替灌溉+HN
处理有利于籽粒中库活性的增强。
一般认为 IAA、Z和 ZR为促进型激素, ABA为
抑制型激素。IAA可能通过促进细胞伸长和调节核酸
与蛋白质的合成, 促进灌浆和同化物向籽粒运输[28]。
有研究表明, 细胞分裂素Z和ZR是在植物体内可转
移的细胞分裂素, Z和 ZR是在水稻根系合成并转运
到籽粒中, 对胚乳的发育起充实调节作用[29-30]。近
年来有研究报道, 低浓度的 ABA有促进作用; 在减
数分裂期遭受水分胁迫, 颖花中需要较高ABA的量
来维持颖花育性[31]。本研究表明, 在轻干湿交替灌
溉条件下, 水稻根系中 IAA、Z+ZR 和 ABA 含量显
著增加。因此, 我们推测在轻干湿交替条件下 ABA、
IAA 和 Z+ZR 含量的增加, 保护了颖花的育性、促
进了颖花的分化和籽粒胚乳细胞的发育, 进而促进
了稻米品质的改善。根据本试验结果, 在轻干湿交
替灌溉条件下, 氮肥改善稻米品质机理可能为是地
上部(光合速率增加)与地下部(根系中 IAA、Z+ZR
和 ABA 含量增加)协调发展, 籽粒库活性增强(籽粒
中 ATP 酶活性提高), 进而增加产量和改善稻米品
质。
4 结论
灌溉方式和氮肥水平对产量和稻米品质的影响
具有明显的互作效应。在轻干湿交替灌溉条件下 ,
中氮(240 kg N hm–2)可以显著提高水稻产量、整精米
率和崩解值, 降低垩白米率和垩白度。在重干湿交
替灌溉条件下, 增施氮肥(高氮, 360 kg N hm–2)可以
减轻供水不足对产量和稻米品质的不利影响。在轻
干湿交替灌溉条件下的中氮处理以及在重干湿交替
灌溉条件下的高氮处理均导致抽穗后较高的叶片光
合速率、较高的籽粒 ATP酶活性及较高的根系 IAA、
Z+ZR 和 ABA 含量, 这是产量较高和品质较优的重
要生理原因。
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