不同水分管理方式对旱直播水稻产量和稻米品质的影响

杨晓龙 王彪 汪本福 张枝盛 张作林 杨蓝天 程建平,* 李阳,*

不同水分管理方式对旱直播水稻产量和稻米品质的影响

杨晓龙1王彪2汪本福1张枝盛1张作林1杨蓝天1程建平1,*李阳1,*

(1湖北省农业科学院粮食作物研究所/粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室/农业农村部作物分子育种重点实验室，武汉 430064；
2华中农业大学 植物科学技术学院，武汉 430070；
*通信联系人, email: chjp609@163.com; liylcy163.com)

【目的】研究旱直播模式下不同水分管理方式对水稻产量、光合生理特性和稻米品质的影响，以期为干旱气候条件下的节水栽培提供理论依据。【方法】采用大田小区试验，以杂交稻旱优73和常规稻黄华占为试验材料，通过设置全生育期内旱管和水管两种水分管理模式，综合考查旱直播模式下不同水分管理方式对水稻叶片光合特性、地上部干物质积累及分配、产量和稻米品质的影响。【结果】水稻旱直播模式下进行旱作栽培显著提高了水分利用效率和水稻产量，降低了稻米的外观品质和食味品质。与淹水灌溉相比，旱作处理显著提高了叶片SPAD值和齐穗期净光合速率，促进了地上部干物质的积累；
增加了茎秆和叶片干物质转运量和对籽粒贡献率，进而提高了水稻有效穗和千粒重。其中，黄华占和旱优73 产量分别增加14.0%和11.9%。旱作处理对加工品质没有显著影响，但显著降低了直链淀粉含量，增加了蛋白质含量；
同时降低籽粒中重金属砷的含量，增加了重金属镉的含量。【结论】水稻旱直播模式为干旱气候条件下的水稻适应性栽培提供了可能，但稻米品质与产量协同提升因品种而异。因此，旱直播模式下高效优质栽培技术还需进一步研究。

水稻；
旱直播；
水分管理；
产量；
稻米品质

水稻(L.)是我国重要的粮食作物，为中国65%的人口提供口粮，同时也是农业耗水最多的谷物类作物，占农业用水量的60%[1]。在中国，95%的水稻种植以传统移栽为主，淡水资源消耗量大，是其他作物灌溉用水的2～3倍，且灌溉水的水分生产效率仅为1.0 kg/m3[2]。国内学者已经提出了“浅、湿、晒”、间歇灌溉、控制灌溉、蓄雨型灌溉、适雨灌溉、滴灌技术和自动控制灌溉等节水栽培技术[3-5]，目前在缺水的稻作区，控制灌溉技术中的旱管模式在直播稻中逐渐显示出优势[6-7]。

相较于水稻旱播水管模式，水稻旱播旱管可在充分利用降雨的情况下，通过关键生育期灌水措施提高稻米产量和水分生产效率[8-9]。不同水分管理方式对旱直播水稻产量存在显著影响，旱管模式下节约灌水量50%左右，产量降低7%～16%[10]。旱播旱管模式下引发的叶片早衰导致水稻群体净光合速率显著下降，弱势粒灌浆启动晚，最终导致源库不足，这是造成产量降低的重要原因[11]。但也有研究表明水稻旱播旱管与旱播水管模式在产量上没有显著的差异，旱作有助于提高秧苗抗逆性，增强根系活力，促使水稻早分蘖，提高成穗率[12]。

此外，水稻旱直播的稻米品质是近年来学者比较关注的一个问题。有研究指出，旱直播条件下合理的水分管理可以显著降低稻米的垩白粒率和垩白度，同时降低稻米中直链淀粉含量，改善稻米营养品质，主要是旱直播改善根系发育，后期光合能力得到维持，有效提高籽粒充实程度[13-14]。Zahra等[15]则认为旱直播稻直链淀粉含量偏高，胶稠度显著降低，稻米蒸煮与食味品质表现较差。水稻旱作也促进了根系表面铁膜的形成，同时提高了土壤中重金属镉的有效性，增加了稻米重金属的富集[16]。稻米品质受到基因调控的同时还受到环境的影响，不同的水分管理方式对稻米品质均有不同程度的影响，对于旱作条件下稻米品质的形成还有待进一步的研究[17]。前人对不同直播条件对水稻产量的研究也较多，但是旱直播模式下不同水分管理对水稻生长发育的研究报道不多，本研究以旱优73和黄华占为试验材料，通过设置全生育期内旱管和水管两种处理，旨在探明旱直播模式下不同水分管理方式对水稻生长发育、产量以及稻米品质的影响，为水稻旱作栽培种植提供技术参考。

1.1 试验地点与品种

试验于2021年5月至10月在湖北省农业科学院粮食作物研究所南湖实验站(30°29′N, 114°18′E)进行，供试材料为湖北省中北部地区种植面积较大的两个直播水稻品种旱优73和黄华占。旱优73是籼型三系杂交旱稻，耐旱性较强；
黄华占是籼型常规稻，为比较适宜直播的品种。

1.2 试验设计与田间管理

采用大田试验裂区设计，土壤水分管理为主区，品种为副区。试验设置全生育期淹水灌溉(W)和全生育期旱作(D)两个处理，播种方式为机械旱直播，行株距为25 cm×10 cm，播种量常规稻5～6粒/穴，杂交稻3～4粒/穴。小区面积为180 m2，3次重复，各小区之间通过高出地面50 cm，总高度1 m的水泥墙隔开。其中，全生育期淹水灌溉处理(W)：在水稻5叶期后开始灌水，之后保持整个生育期小区内水层5～10 cm；
旱作处理(D)：以雨养为主，在每一小区内安装张力计(2个)监测土壤水分状况，在土壤过于干旱(土壤水势低于−40 kPa)时进行湿润灌溉，每块旱管田内安装地下水位监测管2个(直径25 cm，长100 cm)。土壤为黏质土，土壤pH值为6.1，有机质占1.11%，总氮含量为2.35 g/kg，速效磷含量为10.5 mg/kg，速效钾含量为120.3 mg/kg。所有小区氮肥用尿素，用量(折合纯氮)210 kg/hm2；
磷肥用重过磷酸钙，用量(折合P2O5)90 kg/hm2；
钾肥用氯化钾，用量(折合K2O)150 kg/hm2。全部的P肥、30% N肥、50% K肥作为底肥一次性施入；
剩余的N肥分别以分蘖肥和穗肥(各50%)施入，剩下的50% K肥在孕穗时施入。其他病虫草害按照常规管理进行。

1.3 测定项目与方法

1）SPAD值。于水稻分蘖盛期、孕穗期、齐穗期和成熟期在每个小区内选取10株健康无损的水稻植株顶部最展开叶作为测定对象，测定仪器选用日本SPAD 502(Soil-Plant Analysis Development Section, Minolta Camera Co Osaka, Japan)，分别于每片叶片的顶部、中部、基部进行测定，取平均值。

2）光合参数。选择晴天上午9:00－11:00，利用Li-6400 XT(Li-Cor, Lincoln, NE, USA)光合仪进行测定。于水稻齐穗期在每小区选择主茎上健康剑叶用于测定光合速率，光合仪器保持开放气路，采用人工光源，样本室内气流速率为500 μmol/s，光强设定为1200 μmol/(m2·s)，测定叶片的最宽部，计算叶室内的叶片面积。

3）干物质积累。于水稻齐穗期和成熟期在每小区选择长势均匀一致的水稻植株(0.5 m2)，将植株地上部分分解为茎秆、叶片和穗三部分，在烘箱内105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒重，并测定其质量。茎(叶)转运量(kg/hm2)=齐穗期干物质−成熟期干物质量；
干物质转运率(%)=干物质转运量/齐穗期干物质量×100%；
干物质转运对穗的贡献率(%)=干物质转运量/(成熟期穗质量−齐穗期穗质量)×100%。

4）产量及其构成因子。在水稻成熟期每小区取5 m2的水稻植株测定产量。人工收割后，脱粒，并将其置于自然条件下风干。然后将各处理的稻谷分别风选，并清除杂质和空瘪粒，分开保留用于产量构成的测定。先称量每桶稻谷的风干总质量，然后采用谷物水分仪(DMC-700, Seedburo, Chicago, IL, USA)测其水分含量，再按13.5%含水量折算最后的籽粒产量。在测产之前，在小区根据有效穗数平均值选取长度1 m2的有代表性植株，记载每蔸的穗数并换算为单位面积穗数。采用水选法将饱粒和空瘪粒分开，从饱粒中称取3份30 g 的小样，从空瘪粒中称取 3份2 g 的小样。人工统计各小样中饱粒和空瘪粒的数目，然后置于 80℃的烘箱中烘干至恒重，然后采用精度 0.001 g 的天平称取干质量。计算单位面积穗数、每穗颖花数、单位面积颖花数、结实率和千粒重。

5）稻米品质。取完整风干的稻谷(收获后3个月)40 g，参照国家标准GB/T17891－1999测定稻米的外观品质、加工品质和营养品质。重金属镉(Cd)和砷(As)的测定参照刘宏岩[10]的方法。

1.4 数据分析

所有数据采用 Microsoft Excel 2013 进行整理，使用Origin 7.5 制图，以软件SAS 9.0(SAS Institute, Cary, NC)进行统计分析。

2.1 旱作处理对叶片SPAD值的影响

由图1可知，与旱播水管对照相比，两个品种在分蘖盛期(TS)叶片SPAD值分别下降6.46%和7.32%，在孕穗期(BS)叶片SPAD值分别下降6.42%和5.74%，在齐穗期和成熟期与对照相比没有显著差异。在相同处理下，两个品种在分蘖盛期、孕穗期和齐穗期叶片SPAD没有显著差异，但是在成熟期两个品种叶片SPAD值具有显著性差异，旱优73在淹水处理和旱作处理下较黄华占分别高出19.9%和25.0%，差异达显著水平。

2.2 旱作处理对齐穗期水稻剑叶光合作用的影响

由图2可知，与旱播水管模式对照相比，旱作条件下两个品种齐穗期剑叶净光合速率(n)和气孔导度(s)有增加的趋势，其中黄华占和旱优73的n分别增加12.1%和5.0%，s分别增加20.1%和5.8%，黄华占整体增幅显著高于旱优73。但在同一水分管理模式下，两个水稻品种的n没有显著差异。此外，旱作对两个水稻品种剑叶的胞间二氧化碳浓度(i)的影响未达显著，但旱作处理后，黄华占和旱优73的r分别降低18.4%和8.9%，旱优73降幅未达到显著水平。

2.3 旱作处理对水稻剑叶瞬时水分利用效率（IWUE）的影响

图3表明，与旱播水管模式对照相比，旱作处理提高了水稻剑叶瞬时水分利用效率(IWUE)，两个品种表现一致，其中黄华占和旱优73的IWUE分别增加39.9%和15.3%，黄华占的增幅显著高于旱优73，但在相同处理下，两个品种之间并没有显著差异，相较于旱优73，黄华占在干旱处理下的IWUE高出21.1%。

2.4 旱作处理对水稻地上部干物质转运的影响

由表1可知，与旱播水管模式对照相比，旱作处理显著提高两个品种茎秆和叶片的干物质转运量、转运率和转运干物质对籽粒产量贡献率。其中，在旱作条件下，黄华占的茎秆干物质转运量增加66.2%，转运率和贡献率分别显著提高8.16和7.43个百分点，旱优73的茎秆干物质转运量增加161.1%，转运率和贡献率分别显著增加8.92和14.01个百分点。黄华占的叶片干物质转运量增加62.7%，转运率和贡献率分别显著增加5.76和5.06个百分点，旱优73的叶片干物质转运量增加70.3%，转运率和贡献率分别显著增加6.26和3.74个百分点。茎秆干物质对籽粒贡献率显著高于叶片干物质对籽粒贡献率，在旱作处理下旱优73茎秆干物质转运贡献率较黄华占高5.0%。

HHZ－黄华占；
HY73－旱优73；
W－全生育期淹水灌溉；
D－全生育期旱作；
TS－分蘖盛期；
BS－孕穗期；
HS－齐穗期；
MS－成熟期。柱上不同字母表示在5%水平上差异显著（P<0.05）。下同。

Fig. 1. SPAD value of flag leaf of rice at heading stage under different water management modes.

HHZ－黄华占；
HY73－旱优73；
W－全生育期淹水灌溉；
D－全生育期旱作。柱形上不同字母表示在5%水平上差异显著（P<0.05）。下同。

Fig. 2. Photosynthetic parameters of flag leaf of rice at heading stage under different water management modes.

W—全生育期淹水灌溉；
D—全生育期旱作；
同列数据（平均值±标准差）后不同字母表示在5%水平上差异显著（<0.05）。下同。

W, Traditional flooding; D, Dry cultivation; Values (mean ± SD) followed by different letters are significantly different at<0.05. The same below.

2.5 旱作处理对水稻地上部干物质分配比例的影响

由表2可知，与旱播水管模式对照相比，旱作条件下两个水稻品种的源器官干物质占比有降低的趋势，籽粒干物质占比呈现增加的趋势，而且源库比也显著降低。其中，黄华占和旱优73的茎鞘干物质占比分别下降7.18和6.44个百分点，而籽粒干物质占比分别增加5.43和6.64个百分点，源库比分别下降20.0%和24.7%。说明旱作处理下水稻会将更多的干物质转运到籽粒当中，其源库比也相对降低，使得籽粒产量增加。

2.6 旱作处理对水稻产量及其构成因素的影响

由表3可知，在旱作处理条件下，两水稻品种的产量均显著增加，其中单位面积有效穗数和千粒重的增加是旱作条件下产量增加的主要原因。与旱播水管模式对照相比，旱作处理下黄华占和旱优73的产量分别显著增加14.1%和11.9%。在相同的水分管理条件下，旱优73的产量表现优于黄华占。旱作处理条件下，黄华占和旱优73的有效穗数分别增加35.7%和15.0%，千粒重分别显著增加4.23%和5.07%。而每穗粒数分别降低19.5%和8.91%，结实率分别降低6.77%和5.75%。在相同处理下旱优73的产量较黄华占高9.06%。说明水稻旱作栽培下提高每穗粒数和结实率是进一步稳定产量的关键。

图3 不同水分管理模式下水稻齐穗期剑叶瞬时水分利用效率的变化

Fig. 3. Instantaneous water use efficiency(IWUE) of flag leaves of rice at heading stage under different water management modes.

表2 不同水分管理模式下成熟期地上部干物质分配比例

表3 不同水分管理方式对水稻产量及其构成的影响

表4 不同水分管理方式对稻米加工品质和外观品质的影响

2.7 旱作处理对稻米加工品质和外观品质的影响

加工品质主要测定糙米率、精米率和整精米率，而外观品质主要考查精米长宽比、垩白度和垩白粒率等。由表4可知，与对照相比，水稻旱作处理有降低稻米加工品质的趋势，但是差异未达到显著水平，两个品种的变化趋势一致。其中，黄华占和旱优73的糙米率分别下降1.92和4.74个百分点，精米率分别下降2.87和5.62个百分点，整精米率分别下降2.78和4.29个百分点。旱作处理显著影响旱优73的外观品质，但不影响黄华占的外观品质，旱优73的垩白粒率和垩白度分别增加94.8%和275.8%，且旱作处理有降低粒长的趋势，其中旱优73的粒长下降明显。

2.8 旱作处理对稻米营养品质和重金属（As、Cd）含量的影响

营养品质主要包括直链淀粉含量和蛋白质含量，稻米中重金属主要考查重金属砷(As)和镉(Cd)的含量。由表5可知，与对照相比，水稻旱作处理可降低稻米直链淀粉含量和金属砷(As)的含量，提高蛋白质含量和重金属镉(Cd)的含量，两个品种的变化趋势一致。其中，黄华占和旱优73的直链淀粉含量分别下降4.07%和7.57%，蛋白质含量分别增加8.76%和15.4%，稻米金属砷(As)的含量分别下降21.5%和16.6%；
重金属镉(Cd)含量分别增加76.1%和53.9%。在淹水条件下黄华占的直链淀粉含量和蛋白质含量及重金属的含量低于旱优73，但在旱作条件下重金属的含量黄华占高于旱优73。

2.9 产量与齐穗后生理指标与干物质转运的相关性

由图4可知，旱作处理条件下水稻的产量与齐穗后期叶片SPAD值、净光合速率、气孔导度、干物质转运量(TVDM)均显著正相关；
净光合速率与干物质转运量显著正相关；
干物质转运量与干物质对籽粒贡献率(CRDM)显著正相关。

表5 不同水分管理方式对稻米营养品质和重金属含量的影响

Y－产量；

Pn－净光合速率；
Ci－胞间二氧化碳浓度；
TVDM－干物质转运量；
CRDM－干物质转运贡献率；
*表示在0.05水平上显著相关。

Fig. 4. Correlation analysis between yield, dry matter transport and physiological indicators.

3.1 水稻旱作管理对叶片叶绿素含量的影响

叶绿素含量与净光合速率线性相关，在逆境条件下保持高水平叶绿素含量是增加作物光合干物质积累的重要措施[18-19]，但是也有研究认为降低水稻冠层上部的叶片叶绿素含量，通过增加冠层的透射性可构建合理的群体结构，水稻冠层群体的光合能力增加3%左右[20]。刘宇峰等[21]研究表明，控制灌溉改善土壤通气性，通过强根养叶的方式使得拔节期、抽穗期和乳熟期叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量显著提高。但长期的干旱胁迫会造成叶绿素合成减缓，同时加速叶绿素分子的降解，因此在干旱地区旱作种植水稻及时补水灌溉是稳定叶片叶绿素含量的关键[22-23]。本研究中两个水稻品种的产量与生育后期叶片SPAD值呈显著正相关(图4)。乳熟期旱作处理下的水稻叶片SPAD值降幅小于淹水处理，说明与淹水处理相比，在旱作条件下水稻成熟期叶片的衰老进程更为缓慢，是保证产量稳定的关键。刘宏岩[10]认为，水稻旱直播模式相较于淹水灌溉管理可以延缓花后功能叶片的衰老进程，尤其是倒3叶，这与本研究结果基本一致。因此，延缓水稻叶片衰老是旱直播模式下增加产量的关键。

3.2 水稻旱作管理对水稻光合作用和产量的影响

水分管理模式对水稻叶片光合作用产生重要影响，有研究表明水稻在旱作管理中，叶片的净光合速率下降，在补水之后光合能力得到一定的恢复，但长期的旱作管理会导致叶片光合能力的丧失[24-26]。本研究中，旱作条件下两个品种齐穗期剑叶净光合速率和气孔导度均显著升高(图2)。这可能是因为旱作条件下水稻根系量增加，气孔导度的增加使得根系吸收的矿质营养随着蒸腾流输向地上部，有助于稳定齐穗期水稻叶片的光合作用[27-28]。这种高光合效率使得消耗单位水量的情况下获得更多的有机物，提升了旱作模式下水稻的水分利用效率(图3)，旱直播模式增强水稻的光合作用是保证产量稳定的基础。产量分析表明，与旱播水管模式对照相比，旱作处理下黄华占和旱优73的产量分别显著增加14.1%和11.9%(表3)。从地上部干物质积累与分配来看，旱作处理显著提高茎秆和叶片的干物质转运量、转运率和转运干物质对籽粒产量贡献率，且两个水稻品种的源器官干物质占比有显著降低的趋势，籽粒干物质占比增加(表1和表2)。这可能是由于旱作处理下，其源库比也相对降低且在生育中后期适当补水促进了强势粒的灌浆，使得籽粒产量积累增加[29]。殷春渊等[31]研究表明，节水灌溉模式下在灌浆中后期水稻叶绿素含量和净光合速率显著高于淹水灌溉，这为增加库源提供了基础，这与本研究结果一致。从产量构成来看，本研究的两个水稻品种的产量均显著增加，其中单位面积有效穗数和千粒重的增加是旱作条件下产量增加的主要原因(表3)。有效穗的增加是旱直播模式下产量增加的关键因素，旱作模式有助于减少无效分蘖数，增加单位面积有效穗数，合理的群体构建保证了群体的光合生产能力，积累足够的干物质[32-33]。营养生长阶段是决定单位面积有效穗数的重要时期，因此这个阶段要根据土壤水分状况适时补水增肥，可有效提高单位面积有效穗数和干物质积累量。

3.3 水稻旱作管理对稻米品质的影响

随着人们生活水平的提高，稻米品质成为近年来栽培和育种方向的研究热点。目前，关于稻米品质研究主要集中在灌浆期高温对其影响，然而不同的水分管理模式对稻米品质也有重要的影响[34-35]。杨丞等[36]研究认为，相较于淹水灌溉，浸润式灌溉提高了稻米的糙米率和精米率，同时降低稻米垩白粒率和垩白度，改善了稻米的外观和加工品质。殷春渊等[31]研究认为，节水灌溉对稻米品质的影响因品种不同存在差异。本研究中，旱作处理对两个品种的加工品质没有显著影响，但显著增加了旱优73的垩白粒率和垩白度(表4)；
同时降低了两个品种的直链淀粉含量，提高其蛋白质含量(表5)。垩白是水稻籽粒灌浆不充分导致胚乳中的组织填充不紧实散光而呈现白色不透明的部分，旱作条件可能干扰了种子中内膜转运系统的pH稳定，造成过多的囊泡结构在胚乳中形成，导致垩白的增加，但因品种特性不同会存在一定的差异[37]。灌浆期旱作时，胚乳中的基因表达受限，导致直链淀粉积累降低，可能是籽粒中淀粉含量降低的主要原因[38]。而旱作条件下籽粒蛋白质含量增加的主要原因可能是旱作伴随着温度的上升，促进了氨基酸和可溶性蛋白向籽粒的运输，从而导致籽粒蛋白质含量的升高[39]。稻米中重金属含量是潜在的毒性元素，关系到食品安全问题。本研究中旱作模式促进了籽粒对重金属Cd的吸收，而降低了籽粒对重金属As的吸收，且两品种表现出相同的趋势(表5)，表明作物在吸收不同元素时具有一定的选择性，这一研究结果与刘宏岩[10]的研究是一致的，但两种重金属的含量都是低于国家限定标准(GB/T 5009.15和GB/T 5009.11)。旱作条件下，土壤pH降低，缓解了镉离子与还原态阳离子的竞争吸附作用和与还原态阴离子的沉淀作用，导致土壤中Cd的生物有效性升高，这也是为什么在淹水条件下稻米中Cd含量比较低的原因[10]。此外，水稻旱作模式下土壤的氧化还原电位(Eh)显著升高，有效降低了土壤中As的有效态含量[40-41]。节水灌溉有助于提升产量，但是对于稻米品质的影响因品种存在差异，通过节水灌溉实现产量和品质的协同还需进一步的研究。

水稻旱直播模式下进行旱作栽培处理，可改善直播水稻群体的构建，增加成熟期单位面积有效穗；
在生育后期维持较高的叶绿素含量促进叶片光合作用，保证了地上部干物质的积累；
地上部干物质转运量和对籽粒贡献率的增加，促进了更多的碳水化合物向籽粒运输，从而提高了籽粒产量。但稻米品质与产量协同提升因品种存在差异，旱直播模式下高效优质栽培技术还需进一步研究。

[1] Li Y Y, Shao X H, Sheng Z P, Guan W L, Xiao M H. Water conservation and nitrogen loading reduction effects with controlled and mid-gathering irrigation in a paddy field[J]., 2016, 25(3): 1085-1091.

[2] Peng S B, Tang Q Y, Zou Y B. Current status and challenges of rice production in China[J]., 2009, 12(1): 3-8.

[3] 马世浩, 杨丞, 王贵兵, 张赓, 李小坤. 水稻节水灌溉技术模式研究进展[J]. 节水灌溉, 2021, 8: 19-24.

Ma S H, Yang C, Wang G B, Zhang G, Li X K. Research progress of rice water-saving irrigation technology mode[J]., 2021, 8: 19-24. (in Chinese with English abstract)

[4] Bouman B A M, Peng S B, Castaneda A R, Visperas A R. Yield and water use of irrigated tropical aerobic rice systems[J]., 2005, 74: 87-105.

[5] Singh S, Ladha J K, Gupta R K, Bhushan L, Rao A N, Sivaprasad B, Singh P P. Evaluation of mulching, intercropping with Sesbania and herbicide use for weed management in dry-seeded rice () [J]., 2007, 26(4): 518-524.

[6] 杜云峰, 江颂颂, 陈宗奎, 毛紫琳, 张志娟, 曹凑贵, 李萍. 播期与补灌对节水抗旱稻旱优73产量、品质与资源利用效率的影响[J]. 华中农业大学学报, 2022, 41(1): 123-132.

Du Y F, Jiang S S, Chen Z K, Mao Z L, Zhang Z J, Cao C G, Li P. Effects of sowing dates and periods of supplementary irrigation on yield, quality and resource utilization efficiency of water-saving and drought-resistant rice[J]., 2022, 41(1): 123-132. (in Chinese with English abstract)

[7] Fqrooq M, Siddique K H M, Rehman H, Aziz T, Lee D J, Wahid A. Rice direct seeding: experiences, challenges and opportunities[J]., 2011, 111(2): 87-98.

[8] 余灿, 王直华, 张家亮, 曹金华, 刘东华, 黄峰, 靳德明. 水稻半期旱作的节水效果及其对产量和品质的影响[J]. 华中农业大学学报, 2009, 28(2): 136-140.

Yu C, Wang Z H, Zhang J L, Cao J H, Liu D H, Huang F, Jin D M. The water saving effect of half period dry management of paddy field and its impacts on the yield and grain quality of rice[J]., 2009, 28(2): 136-140. (in Chinese with English abstract)

[9] Liu H Y, Hussain S, Zheng M M, Peng S B, Huang J L, Cui K H, Nie L X. Dry direct-seeded rice as an alternative to transplanted-flooded rice in Central China[J]., 2015, 15:285-294.

[10] 刘宏岩. 旱直播水稻在不同水分管理下高产高效的生理基础研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2017.

Liu H Y. Physiological mechanism of high yield and high resources use efficiency of dry seeded rice under different water managements[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[11] 魏永霞, 季俊超, 刘慧, 郭彦君, 郑衍波, 石蕴. 水分管理对旱直播稻温室气体排放与土壤无机氮的影响[J].农业机械学报, 2021, 52(11): 305-314.

Wei Y X, Ji J C, Liu H, Guo Y J, Zheng Y B, Shi Y. Effects of water management on greenhouse gas emission and soil inorganic nitrogen of dry direct seeding rice[J]., 2021, 52(11): 305-314. (in Chinese with English abstract)

[12] Nagarjun P, Nanjappa D G, Sanjay M T, Boregowda Y S, Ramaiah M. Reduction of soil weedseedbank with increased yield in dry direct-seeded rice through weed management[J]., 2021, 53(4): 363-366.

[13] Joshi E, Kumar D, Lal B, Nepalia V, Gautam P, Vyas A K. Management of direct seeded rice for enhanced resource - use efficiency[J]., 2013, 2(3): 119-134.

[14] Wang W Q, Peng S B, Liu H Y, Tao Y, Huang J L, Cui K H, Nie L X. The possibility of replacing puddled transplanted flooded rice with dry seeded rice in central China: A review[J]., 2017, 214: 310-320.

[15] Zahra N, Hafeez M B, Nawaz A, Farooq M. Rice production systems and grain quality[J]., 2022, 105: 103463.

[16] Rizwan M, Ali S, Abbas T, Adrees M, Zia-ur-Rehman M, Ibrahim M, Abbas F, Qayyum M F, Nawaz R. Residual effects of biochar on growth, photosynthesis and cadmium uptake in rice (L.) under Cd stress with different water conditions[J]., 2018, 206: 676-683.

[17] 郭咏梅, 穆平, 刘家富, 卢义宣, 李自超. 水、旱栽培条件下稻米品质主要品质性状的比较研究[J]. 作物学报, 2005, 31(11): 59-64.

Guo Y M, Mu P, Liu J F, Lu Y X, Li Z C. Comparative studies on quality characters of rice under water-and-dry cultivation conditions[J]., 2005, 31(11): 59-64. (in Chinese with English abstract)

[18] Wang G J, Zeng F L, Song P, Sun B, Wang Q, Wang J Y. Effects of reduced chlorophyII content on photosystem functions and photosynthetic electron transport rate in rice leaves[J]., 2022, 272: 153669.

[19] Nan S, Xi L, Zhang Q, Li N F, Xu D L, Cao B S. Better revisiting chlorophyll content retrieval with varying senescent material and solar-induced chlorophyll fluorescence simulation on paddy rice during the entire growth stages[J]., 2021, 130: 108057.

[20] Song Q F, Chu C C, Parry M A J, Zhu X G. Genetics-based dynamic systems model of canopy photosynthesis: The key to improve light and resource use efficiencies for crops[J]., 2016, 5(1): 18-25.

[21] 刘宇峰, 李伏生. 灌溉方式与施肥水平对超级稻光合生理的影响[J]. 中国生态农业学报, 2012, 21(4): 416-425.

Liu Y F, Li F S.Effect of irrigation method and fertilization dose on photosynthetic physiology of super rice[J]., 2012, 21(4): 416-425. (in Chinese with English abstract)

[22] 蔡昆争, 吴学祝, 骆世明. 不同生育时期土壤干旱后复水对水稻生长发育的补偿效应[J]. 灌溉排水学报, 2008, 27(5): 34-36.

Cai K Z, Wu X Z, Luo S M. Compensatory effects of re-watering after soil drying on rice growth and development[J]., 2008, 27(5): 34-36. (in Chinese with English abstract)

[23] 易子豪, 朱德峰, 王亚梁, 胡国辉, 张玉屏, 向镜, 张义凯, 陈惠哲. 水稻生长对干旱的响应及其补偿效应研究进展[J]. 中国稻米, 2020, 26(4): 1-6.

Yi Z H, Zhu D F, Wang Y L, Hu G H, Zhang Y P, Xiang J, Zhang Y K, Chen H Z. Advances of rice growth response to drought and its compensatory effects[J]., 2020, 26(4): 1-6. (in Chinese with English abstract)

[24] 朱海平, 李贵勇, 夏琼梅, 龙瑞平, 邓安凤, 黄军, 相罕章, 杨从党. 不同时期干旱胁迫对水稻产量和生长特性的影响[J]. 中国稻米, 2017, 23(4): 135-138.

Zhu H P, Li G Y, Xia Q M, Long R P, Deng A F, Huang J, Xiang H Z, Yang C D. Effects of drought stress on yield and growth characteristics of rice in different periods[J].,2017, 23(4): 135-138.(in Chinese with English abstract)

[25] 杨晓龙, 程建平, 汪本福, 李阳, 张枝盛, 李进兰, 李萍. 灌浆期干旱胁迫对水稻生理性状和产量的影响[J]. 中国水稻科学, 2021, 35(1): 38-46.

Yang X L, Cheng J P, Wang B F, Li Y, Zhang Z S, Li J L, Li P. Effects of drought stress at grain filling stage on rice physiological characteristics and yield[J]., 2021, 35(1): 38-46.(in Chinese with English abstract)

[26] Yang X L, Wang B F, Chen L, Li P, Cao C G. The different influences of drought stress at the flowering stage on rice physiological traits, grain yield, and quality[J]., 2019, 9: 3742.

[27] 何海兵, 武立权, 杨茹, 马富裕, 黄义德. 干旱区控制灌溉下水稻光合特性与蒸腾效率研究[J]. 农业机械学报, 2016, 47(9):186-193.

He H B, Wu L Q, Yang R, Ma F Y, Huang Y D. Photosynthesis characteristics and transpiration efficiency of rice plants under controlled irrigation technology in arid region[J]., 2016, 47(9): 186-193. (in Chinese with English abstract)

[28] 王熹, 陶龙兴, 黄效林, 闵绍楷, 程式华. 滴灌稻田水稻旱作法研究-水稻的生育与生理特性[J]. 中国农业科学, 2004, 37(9): 1274-1281.

Wang X, Tao L X, Huang X L, Min S K, Cheng S H.Study on no-flooding farming technique in irrigated paddy field-physiological and developmental characteristics of rice[J]., 2004, 37(9): 1274-1281.(in Chinese with English abstract)

[29] 王志军, 叶春秀, 董永梅, 李有忠, 田又升, 陈林, 孙国清, 谢宗铭. 滴灌和淹灌栽培模式下水稻光合生理、荧光参数及产量构成因素分析[J].植物生理学报, 2016, 52(5): 723-735.

Wang Z J, Ye C X, Dong Y M, Li Y Z, Tian Y S, Chen L, Sun G Q, Xie Z M. Photosynthetic physiology, chlorophyll fluorescence parameters and yield components of rice under drip irrigation with plastic film mulching and continuous flooding[J]., 2016, 52(5): 723-735. (in Chinese with English abstract)

[30] Chen Z K, Yang X L, Song W Z, Khan A, Najeeb U, Li P, Cao C G. Water-saving cultivation plus super rice hybrid genotype improves water productivity and yield[J]., 2020, 112(3): 1764-1777.

[31] 殷春渊, 王书玉, 刘贺梅, 孙建权, 胡秀明, 王和乐, 田芳慧, 马朝阳, 张栩, 张瑞平, 马晓红. 节水灌溉与常规灌溉对旱直播水稻叶片生理特性、产量及品质的影响[J].中国农学通报, 2020, 36(18): 1-9.

Yin C Y, Wang S Y, Liu H M, Sun J Q, Hu X M, Wang H L, Tian F H, Ma C Y, Zhang X, Zhang R P, Ma X H. Effects on leaf physiological characteristics, yield and quality of dry seeding rice: water-saving irrigation and conventional irrigation[J].2020, 36(18): 1-9. (in Chinese with English abstract)

[32] Mahajan G, Chauhan B S, Timsina J, Singh P P, Singh K. Crop performance and water- and nitrogen-use efficiencies in dry-seeded rice in response to irrigation and fertilizer amounts in northwest India[J]., 2012, 134: 59-70.

[33] Pan S G, Wen X C, Wang Z M, Ashraf U, Tian H, Duan M Y, Mo Z W, Fan P S, Tang X R. Benefits of mechanized deep placement of nitrogen fertilizer in direct-seeded rice in South China[J]., 2017, 203:139-149.

[34] 夏朵, 周浩, 何予卿. 稻米品质的遗传研究及分子育种进展[J]. 华中农业大学学报, 2022, 41(1): 48-61.

Xia D, Zhou H, He Y Q. Progress on genetic study and molecular breeding of rice quality[J]., 2022, 41(1): 48-61. (in Chinese with English abstract)

[35] Li X K, Wu L, Geng X, Xia X H, Wang X H, Xu Z J, Xu Q. Deciphering the environmental impacts on rice quality for different rice cultivated areas[J].e, 2018, 11(1): 1-10

[36] 杨丞, 汪洋, 张万洋, 叶廷红, 鲁剑巍, 张赓, 李小坤. 灌溉模式与施氮量互作对水稻茎蘖产量形成的影响[J]. 中国水稻科学, 2021, 35(2): 155-165.

Yang C, Wang Y, Zhang W Y, Ye T H, Lu J W, Zhang G, Li X K.Effects of interaction between irrigation mode and nitrogen application rate on the yield formation of main stem and tillers of rice[J]., 2021, 35(2): 155-165.(in Chinese with English abstract)

[37] Li Y B, Fan C C, Xing Y Z, Yun P, Luo L J, Yan B, Peng B, Xie W B, Wang G W, Li X H, Xiao J H, Xu C G, He Y Q. Chalk5 encodes a vacuolar H+-translocating pyrophosphatase influencing grain chalkiness in rice[J].2014, 46(4): 398-404.

[38] 刘东华. 干旱胁迫对稻谷品质性状及WX基因表达的影响[D]. 武汉: 华中农业大学, 2014.

Liu H D. The impacts of drought stress on grain quality and Wx gene expression in rice[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[39] 金正勋, 杨静, 钱春荣, 刘海英, 金学泳, 秋太权. 灌浆成熟期温度对水稻籽粒淀粉合成关键酶活性及品质的影响[J]. 中国水稻科学, 2005, 19(4): 377-380.

Jin Z X, Yang J, Qian C R, Liu H Y, Jin X Y, Qiu T Q. Effects of temperature during grain filling period on activities of key enzymes for starch synthesis and rice grain quality[J]., 2005, 19(4): 377-380. (in Chinese with English abstract)

[40] 陈璐, 杨斗龙, 米艳华, 李倩, 王丹, 王文治, 杜丽娟, 尹本林. 水分管理对复合污染稻田Pb、Cd和As迁移特性及稻米质量安全的影响[J]. 土壤与作物, 2022, 11(1): 96-103.

Chen L, Yang D L, Mi Y H, Li Q, Wang D, Wang W Z, Du L J, Yin B L.Effects of water management on soil heavy metal transport and rice quality safety[J]., 11(1): 96-103. (in Chinese with English abstract)

[41] Zhang Q, Chen H F, Huang D Y, Xu C, Zhu H H, Zhu Q H. Water managements limit heavy metal accumulation in rice: Dual effects of iron-plaque formation and microbial communities[J]., 2019, 618: 790-799.

Effects of Different Water Management on Yield and Rice Quality of Dry-seeded Rice

YANG Xiaolong1, WANG Biao2, WANG Benfu1, ZHANG Zhisheng1, ZHANG Zuolin1, YANG Lantian1, CHENG Jianping1,*, LI Yang1,*

( Institute of Food crops, Hubei Academy of Agricultural Sciences/Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm and Genetic Improvement/Key Laboratory of Crop Molecular Breeding, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430064, China; College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; )

【Objective】The effects of different water management on rice yield, photosynthetic physiological characteristics and rice quality under dry direct seeding mode were studied to lay a theoretical basis for water-saving cultivation under arid climate conditions. 【Method】With hybrid rice Hanyou 73 and conventional rice Huanghuazhan as experimental materials, a field experiment was carried out under flooding irrigation (W) anddry cultivation (D) to evaluate the effects of irrigation regimes on photosynthetic characteristics of rice leaves, dry matter accumulation and distribution, yield and rice quality. 【Result】Dry cultivation of rice under dry direct seeding mode significantly improved water use efficiency, increased rice yield, and reduced the appearance quality and eating quality of rice. Compared with flooding irrigation, dry cultivation significantly increased the SPAD value of leaves and the net photosynthetic rate at the heading stage, and promoted the accumulation of dry matter in shoot.The dry matter translocation amount and contribution rate from stem and leaf to grain were promoted, and the effective panicle number and 1000-grain weight of rice were increased. The yield of Huanghuazhan and Hanyou 73 increased by 14.0% and 11.9%, respectively.Dry cultivation had no significant effect on processing quality, but significantly reduced amylose contents and increased protein contents. At the same time, it reduced the content of heavy metal arsenic and increased the content of heavy metal cadmium in grains. 【Conclusion】Dry cultivation under dry direct seeding mode provides the possibility for the adaptive cultivation of rice under dry climate conditions,but the synergistic improvement of rice quality and yield varies with variety.Therefore, more efforts should be made in developing the high-efficiency and high-quality cultivation technology under the dry direct seeding mode.

rice; dry direct seeding; water management; yield; rice quality

10.16819/j.1001-7216.2023.220810

2022-08-29；

2023-01-06。

湖北省重点研发计划资助项目(2021BBA229); 粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室开放课题(2020lzjj03;2022lzjj06)。

猜你喜欢黄华旱作稻米让“有机旱作·晋品”成为一张靓丽名片农产品加工(2022年18期)2022-10-17有机旱作，倚“特”而立 向“高”而行今日农业(2022年14期)2022-09-15有机旱作落地生根 实用技术推广见效今日农业(2022年13期)2022-09-15隐藏于稻米花果中的酒香美食(2022年5期)2022-05-07巧用“微科技”元素促进“品质化”教学小学阅读指南·教研版(2022年3期)2022-04-28稻米香喷喷少儿科学周刊·儿童版(2021年21期)2021-12-11在『有机旱作』上做出特色今日农业(2021年5期)2021-11-27发挥内外因作用 促进稻米业发展中国粮食经济(2018年5期)2018-12-27阿维菌素在稻米中的残留检测应用化工(2014年9期)2014-08-10粮农丰则品种兴：优质稻“黄华占”在湘推广纪实湖南农业科学(2014年1期)2014-02-27