水稻是中國最大的糧食作物,也是農業上第一用水大戶。隨著人口的增長、城鎮和工業的發展以及環境汙染的加重,一方面為滿足人口的增長需要不斷增加糧食產量,另一面在不斷增加糧食的同時需要應對水資源的減少。因此,研究水稻高產優質節水灌溉技術,對保障中國糧食安全、提高人們的生活質量和節約水資源,具有十分重要的意義。不同節水灌溉技術對水稻產量和品質的形成特點及其生理機制。主要結果如下： 1、畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉對水稻產量與品質的影響 以揚稻6號(秈稻)和揚粳4038(粳稻)為材料,自移栽至成熟設定畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉(土壤水勢達到-15kPa再灌水)處理,以常規灌溉為對照,研究不同灌溉方式對產量與品質的形成影響。結果表明,與對照相比,畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉提高了分櫱成穗率和頂部3葉的葉面積比率,增加了葉長、粒葉比、透光率、抽穗至成熟的幹物質積累量、抗氧化保護酶活性、葉片光合速率、根系氧化力、根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素核苷含量。畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉的產量較常規灌溉增加了6.16%～11.6%。畦溝灌溉和輕乾溼-交替灌溉還顯著提高了稻米的糙米率、精米率、整精米率、清蛋白、谷蛋白以及稻米澱粉黏滯譜(RVA)的最高黏度和崩解值,降低了堊白米率、堊白大小、堊白度、醇溶蛋白含量和消減值。兩品種結果趨勢一致。上述結果表明,畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉可以顯著提高產量和改善稻米品質,根系和冠層效能的改善是上述兩種灌溉方式增加產量和改善稻米品質的重要原因。 2、重幹-溼交替灌溉對節水抗旱水稻品種產量和品質的影響 以節水抗旱品種旱優113、旱優3、和旱優8號為材料,以常規高產品種揚輻粳8號為對照品種,在全生育期設定常規灌溉和重幹-溼交替灌溉(土壤水勢達到-30kPa再灌水)兩種方式,分析了在重幹-溼交替灌溉條件下節水抗旱品種產量和品質形成的特點。結果表明：與常規灌溉下的產量相比,節水抗旱品種在重幹-溼交替灌溉下的產量增減幅度為-3.2%～+3%,兩種灌溉方式下的產量差異不顯著,而對照品種在重幹-溼交替灌溉下的產量較常規灌溉減產21.4%,顯著降低。重幹-溼交替灌溉顯著增加了旱優113的整精米率和崩解值,降低了堊白度和消減值,對旱優3號和旱優8號的加工和外觀品質無顯著影響,除膠稠度降低外,重幹-溼交替灌溉對節水抗旱品種的蒸煮食味品質無顯著影響；在重幹-溼交替灌溉條件下,灌漿中後期節水抗旱品種葉片光合速率、根乾重、根冠比和根系氧化力、根系中細胞分裂素含量及籽粒中蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶活性均顯著高於對照品種。這是節水抗旱品種在重幹-溼交替灌溉條件下獲得較高產量和較好稻米品質的重要生理基礎。 3、施氮量和灌溉方式相互作用對水稻產量、品質及其氮肥利用效率的影響 以兩優培九(秈稻)和揚粳4038(粳稻)為材料,設定常規灌溉(CI)、輕幹-溼交替灌溉(WMD)和重幹-溼交替灌溉(WSD)3種灌溉方式及0氮(ON,0kghm-2),中氮(MN,240kghm-2)和高氮(HN,360kghm-2)3種氮水平,研究不同灌溉方式下氮肥對水稻生長髮育、產量、品質及氮肥利用率的影響。結果表明：灌溉方式與施氮量存在明顯的互作效應。各品種均以WMD+HN處理組合的產量最高,但與WMD+MN處理組合的產量差異不顯著；輕幹-溼交替灌溉條件下,中氮或高氮顯著改善了稻米的加工品質、外觀品質和食味性,在重幹-溼交替灌溉條件下,中氮處理後,稻米品質變劣,高氮處理後稻米品質與常規灌溉差異不顯著。氮肥利用效率均以WMD+MN處理組合最高。在WMD+MN處理組合下,根系氧化力、劍葉光合速率、籽粒中ATP酶活性及根系中IAA, Z+ZR和ABA的含量的增加是其高產優質高效的重要原因。 4、覆蓋旱種對移栽水稻產量與品質的影響 以超級稻武粳15(粳稻)和兩優培九(秈稻)為材料,從移栽至成熟進行覆膜旱種(PM)、覆草旱種(SM)和裸地旱種(NM)處理,以水種(TF)為對照。結果表明,與TF相比,旱種水稻產量都有不同程度的降低,NM、PM和SM的減產率分別為38.7%～46.5%,9.8%～17.4%和1.7%～7.0%,NM和PM的產量與TF有顯著差異,SM的產量與TF差異不顯著。SM改善了稻米的加工品質、外觀品質和蒸煮品質,NM和PM則降低了稻米這些品質；SM還提高了稻米的最高黏度和崩解值,降低了消減值,NM和PM的結果則反。兩品種的結果趨勢一致。SM提高了灌漿期的根系氧化力、葉片光合速率和籽粒中蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶活性,NM和PM則降低了上述生理指標值。上述結果說明,覆草旱種不僅能獲得較高的產量,而且還可以改善稻米品質。覆膜旱種則降低了產量和品質。在SM條件下,結實期較高的根系氧化力、葉片光合速率和籽粒中蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶活性是獲取較高產量和較好稻米品質的重要生理基礎。 5、覆蓋旱種條件下水稻籽粒中脫落酸和乙烯的變化及其與籽粒灌漿的關係 以粳稻鎮稻88和秈稻汕優63為材料,從移栽至成熟設定4個處理：覆膜旱種(PM),覆草旱種(SM)和裸地旱種(NM),以常規灌溉(TF)為對照,結果表明,同TF相比,PM, NM產量分別降低了21.0%～23.1%和50.9%～55.4%,達顯著差異,SM產量降低1.4%～1.8%,與對照差異不顯著。PM和SM結實率和千粒重的顯著降低與籽粒灌漿速率降低密切相關,SM顯著增加了灌漿速率。籽粒中ABA濃度在灌漿初期很低,當灌漿速率達到最大時,ABA含量也達到最大值,SM和PM與對照差異不顯著,NM顯著增加。同ABA相反,籽粒中的乙烯釋放速率和ACC含量在灌漿初期很高,然後在活躍灌漿期迅速降低。PM和NM顯著增加了乙烯釋放速率和ACC含量,SM則顯著降低。SM顯著增加了ABA/ACC的比值,PM和NM則降低了ABA/ACC值,表明PM和NM條件下乙烯的增加超過了ABA的增加。籽粒ABA含量與籽粒灌漿速率呈漸近線函式關係,乙烯釋放速率與籽粒灌漿速率呈衰減的指數函式關係,ABA/ACC比值與灌漿速率則呈直線相關。在灌漿初期對TF或PM稻穗噴施乙烯合成抑制物質氨基-乙氧基乙烯基甘氨酸(AVG)或ABA,顯著提高了籽粒中蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶SuSase、AGPase和可溶性StSase的活性,增加了灌漿速率和粒重；噴施乙烯合成促進物質乙烯利或ABA合成抑制物質氟草酮,結果則相反。表明在覆蓋旱種條件下,ABA和乙烯的拮抗作用調控了籽粒灌漿,較高的ABA/ACC提高了灌漿速率。 6、直播覆草旱種對水稻產量與品質的影響 水稻品種揚稻6號(秈)和揚粳4038(粳)進行直播,設定覆草(麥秸稈)旱種、無覆蓋旱種和無覆蓋水種(出苗後保持淺水層)處理,研究了在水稻直播條件下旱種對水稻產量與品質的影響及其生理原因。結果表明,與無覆蓋水種(對照)相比,兩旱種處理的產量都有不同程度的降低,覆草旱種的減產率分別為1.9%～6.6%,差異不顯著,無覆蓋旱種減產率為18.0%～27.6%,差異顯著。覆蓋旱種顯著提高了稻米的整精米率、膠稠度、清蛋白和谷蛋白含量,顯著降低了堊白米率、堊白度和醇溶蛋白含量,還改善了稻米的食味性。無覆蓋旱種直播結果則相反。覆草旱種可以獲得較高的產量並可顯著改善稻米品質重要生理原因是增加了結實期劍葉中膜質過氧化酶活性、光合速率、根系氧化力以及根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素的含量。無覆蓋旱種降低了上述指標值,致產量顯著下降、米質變劣。 7、直播旱種和秸稈還田方式對直播稻產量與品質的影響 以揚稻6號(秈稻)和揚粳4038(粳稻)為材料進行直播,設定麥秸稈掩埋水種、麥秸稈覆蓋旱種,麥秸稈掩埋旱種和常規水種(秸稈不還田,對照)4種處理。結果表明：同常規水種相比,掩埋水種產量增加,增加幅度為10.19%～11.48%,同對照差異顯著；掩埋旱種和覆蓋旱種產量都有不同程度的降低,降低幅度為2.96%～6.61%,與對照差異不顯著。掩埋水種、掩埋旱種和覆蓋旱種均改善了稻米的加工品質、外觀品質和蒸煮食味品質及RVA最高粘度和崩解值。秸稈還田後籽粒灌漿中後期劍葉光合速率、根系氧化力和籽粒中澱粉分枝酶活性的提高可能是掩埋旱種、掩埋水種和覆蓋旱種獲得較高產量和品質的重要原因。 8、直播早種和秸稈還田方式對直播稻溫室氣體排放的影響 以揚稻6號(秈稻)和揚粳4038(粳稻)為材料進行直播,設定麥秸稈掩埋水種(SIF)、麥秸稈覆蓋旱種(NSM),麥秸稈掩埋旱種(NSI)和常規水種(TF,秸稈不還田,對照)4種處理。利用靜態箱-氣象色譜法測定稻田溫室氣體。結果表明：TF和SIF處理的CH4排放通量呈單一的峰值曲線,NSI和NSM變化範圍較小,各處理N2O排放通量呈多峰曲線。同TF相比,SIF顯著增加了CH4和CO2的平均排放通量,降低了N2O的排放速率,而NSI和NSM顯著降低了CH4的平均排放通量,增加了N2O和CO2的排放通量。同TF相比,NSI排放的CH4、N2O和CO2所產生的全球增溫潛勢(GWP)和單位產量的GWP分別增加45.2%～51.6%,30.0%～38.3%,NSI和NSM的GWP分別降低了17.7%～25.9%,24.2%～30.2%,單位產量的GWP分別降低15.0%～23.6%,18.4%～25.4%。NSI和NSM在維持較高產量的同時,顯著降低了CO2、CH4和N2O形成的溫室效應。 以上結果表明,畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉可以提高產量和品質,覆草旱種可以保持較高的產量和品質；在輕幹-溼交替灌溉條件下施氮量為240kg hm-2時可以獲得高產、優質與氮肥高效利用的效果；葉片光合速率、根系氧化力、根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素核苷含量的增加,籽粒中蔗糖-澱粉關鍵酶和ATP酶活性增強及ABA與乙烯比值的提高是在畦溝灌溉、輕幹-溼交替灌溉和覆草旱種條件下獲得高產優質的重要生理基礎。
節水灌溉是提高用水有效性的農業，是水、土、作物資源綜合開發利用的系統工程。目的是使節水灌溉技術，省時省工，品質提高，產量翻倍！
水稻是中國最大的糧食作物,也是農業上第一用水大戶。隨著人口的增長、城鎮和工業的發展以及環境汙染的加重,一方面為滿足人口的增長需要不斷增加糧食產量,另一面在不斷增加糧食的同時需要應對水資源的減少。因此,研究水稻高產優質節水灌溉技術,對保障中國糧食安全、提高人們的生活質量和節約水資源,具有十分重要的意義。不同節水灌溉技術對水稻產量和品質的形成特點及其生理機制。主要結果如下： 1、畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉對水稻產量與品質的影響 以揚稻6號(秈稻)和揚粳4038(粳稻)為材料,自移栽至成熟設定畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉(土壤水勢達到-15kPa再灌水)處理,以常規灌溉為對照,研究不同灌溉方式對產量與品質的形成影響。結果表明,與對照相比,畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉提高了分櫱成穗率和頂部3葉的葉面積比率,增加了葉長、粒葉比、透光率、抽穗至成熟的幹物質積累量、抗氧化保護酶活性、葉片光合速率、根系氧化力、根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素核苷含量。畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉的產量較常規灌溉增加了6.16%～11.6%。畦溝灌溉和輕乾溼-交替灌溉還顯著提高了稻米的糙米率、精米率、整精米率、清蛋白、谷蛋白以及稻米澱粉黏滯譜(RVA)的最高黏度和崩解值,降低了堊白米率、堊白大小、堊白度、醇溶蛋白含量和消減值。兩品種結果趨勢一致。上述結果表明,畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉可以顯著提高產量和改善稻米品質,根系和冠層效能的改善是上述兩種灌溉方式增加產量和改善稻米品質的重要原因。 2、重幹-溼交替灌溉對節水抗旱水稻品種產量和品質的影響 以節水抗旱品種旱優113、旱優3、和旱優8號為材料,以常規高產品種揚輻粳8號為對照品種,在全生育期設定常規灌溉和重幹-溼交替灌溉(土壤水勢達到-30kPa再灌水)兩種方式,分析了在重幹-溼交替灌溉條件下節水抗旱品種產量和品質形成的特點。結果表明：與常規灌溉下的產量相比,節水抗旱品種在重幹-溼交替灌溉下的產量增減幅度為-3.2%～+3%,兩種灌溉方式下的產量差異不顯著,而對照品種在重幹-溼交替灌溉下的產量較常規灌溉減產21.4%,顯著降低。重幹-溼交替灌溉顯著增加了旱優113的整精米率和崩解值,降低了堊白度和消減值,對旱優3號和旱優8號的加工和外觀品質無顯著影響,除膠稠度降低外,重幹-溼交替灌溉對節水抗旱品種的蒸煮食味品質無顯著影響；在重幹-溼交替灌溉條件下,灌漿中後期節水抗旱品種葉片光合速率、根乾重、根冠比和根系氧化力、根系中細胞分裂素含量及籽粒中蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶活性均顯著高於對照品種。這是節水抗旱品種在重幹-溼交替灌溉條件下獲得較高產量和較好稻米品質的重要生理基礎。 3、施氮量和灌溉方式相互作用對水稻產量、品質及其氮肥利用效率的影響 以兩優培九(秈稻)和揚粳4038(粳稻)為材料,設定常規灌溉(CI)、輕幹-溼交替灌溉(WMD)和重幹-溼交替灌溉(WSD)3種灌溉方式及0氮(ON,0kghm-2),中氮(MN,240kghm-2)和高氮(HN,360kghm-2)3種氮水平,研究不同灌溉方式下氮肥對水稻生長髮育、產量、品質及氮肥利用率的影響。結果表明：灌溉方式與施氮量存在明顯的互作效應。各品種均以WMD+HN處理組合的產量最高,但與WMD+MN處理組合的產量差異不顯著；輕幹-溼交替灌溉條件下,中氮或高氮顯著改善了稻米的加工品質、外觀品質和食味性,在重幹-溼交替灌溉條件下,中氮處理後,稻米品質變劣,高氮處理後稻米品質與常規灌溉差異不顯著。氮肥利用效率均以WMD+MN處理組合最高。在WMD+MN處理組合下,根系氧化力、劍葉光合速率、籽粒中ATP酶活性及根系中IAA, Z+ZR和ABA的含量的增加是其高產優質高效的重要原因。 4、覆蓋旱種對移栽水稻產量與品質的影響 以超級稻武粳15(粳稻)和兩優培九(秈稻)為材料,從移栽至成熟進行覆膜旱種(PM)、覆草旱種(SM)和裸地旱種(NM)處理,以水種(TF)為對照。結果表明,與TF相比,旱種水稻產量都有不同程度的降低,NM、PM和SM的減產率分別為38.7%～46.5%,9.8%～17.4%和1.7%～7.0%,NM和PM的產量與TF有顯著差異,SM的產量與TF差異不顯著。SM改善了稻米的加工品質、外觀品質和蒸煮品質,NM和PM則降低了稻米這些品質；SM還提高了稻米的最高黏度和崩解值,降低了消減值,NM和PM的結果則反。兩品種的結果趨勢一致。SM提高了灌漿期的根系氧化力、葉片光合速率和籽粒中蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶活性,NM和PM則降低了上述生理指標值。上述結果說明,覆草旱種不僅能獲得較高的產量,而且還可以改善稻米品質。覆膜旱種則降低了產量和品質。在SM條件下,結實期較高的根系氧化力、葉片光合速率和籽粒中蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶活性是獲取較高產量和較好稻米品質的重要生理基礎。 5、覆蓋旱種條件下水稻籽粒中脫落酸和乙烯的變化及其與籽粒灌漿的關係 以粳稻鎮稻88和秈稻汕優63為材料,從移栽至成熟設定4個處理：覆膜旱種(PM),覆草旱種(SM)和裸地旱種(NM),以常規灌溉(TF)為對照,結果表明,同TF相比,PM, NM產量分別降低了21.0%～23.1%和50.9%～55.4%,達顯著差異,SM產量降低1.4%～1.8%,與對照差異不顯著。PM和SM結實率和千粒重的顯著降低與籽粒灌漿速率降低密切相關,SM顯著增加了灌漿速率。籽粒中ABA濃度在灌漿初期很低,當灌漿速率達到最大時,ABA含量也達到最大值,SM和PM與對照差異不顯著,NM顯著增加。同ABA相反,籽粒中的乙烯釋放速率和ACC含量在灌漿初期很高,然後在活躍灌漿期迅速降低。PM和NM顯著增加了乙烯釋放速率和ACC含量,SM則顯著降低。SM顯著增加了ABA/ACC的比值,PM和NM則降低了ABA/ACC值,表明PM和NM條件下乙烯的增加超過了ABA的增加。籽粒ABA含量與籽粒灌漿速率呈漸近線函式關係,乙烯釋放速率與籽粒灌漿速率呈衰減的指數函式關係,ABA/ACC比值與灌漿速率則呈直線相關。在灌漿初期對TF或PM稻穗噴施乙烯合成抑制物質氨基-乙氧基乙烯基甘氨酸(AVG)或ABA,顯著提高了籽粒中蔗糖-澱粉代謝途徑關鍵酶SuSase、AGPase和可溶性StSase的活性,增加了灌漿速率和粒重；噴施乙烯合成促進物質乙烯利或ABA合成抑制物質氟草酮,結果則相反。表明在覆蓋旱種條件下,ABA和乙烯的拮抗作用調控了籽粒灌漿,較高的ABA/ACC提高了灌漿速率。 6、直播覆草旱種對水稻產量與品質的影響 水稻品種揚稻6號(秈)和揚粳4038(粳)進行直播,設定覆草(麥秸稈)旱種、無覆蓋旱種和無覆蓋水種(出苗後保持淺水層)處理,研究了在水稻直播條件下旱種對水稻產量與品質的影響及其生理原因。結果表明,與無覆蓋水種(對照)相比,兩旱種處理的產量都有不同程度的降低,覆草旱種的減產率分別為1.9%～6.6%,差異不顯著,無覆蓋旱種減產率為18.0%～27.6%,差異顯著。覆蓋旱種顯著提高了稻米的整精米率、膠稠度、清蛋白和谷蛋白含量,顯著降低了堊白米率、堊白度和醇溶蛋白含量,還改善了稻米的食味性。無覆蓋旱種直播結果則相反。覆草旱種可以獲得較高的產量並可顯著改善稻米品質重要生理原因是增加了結實期劍葉中膜質過氧化酶活性、光合速率、根系氧化力以及根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素的含量。無覆蓋旱種降低了上述指標值,致產量顯著下降、米質變劣。 7、直播旱種和秸稈還田方式對直播稻產量與品質的影響 以揚稻6號(秈稻)和揚粳4038(粳稻)為材料進行直播,設定麥秸稈掩埋水種、麥秸稈覆蓋旱種,麥秸稈掩埋旱種和常規水種(秸稈不還田,對照)4種處理。結果表明：同常規水種相比,掩埋水種產量增加,增加幅度為10.19%～11.48%,同對照差異顯著；掩埋旱種和覆蓋旱種產量都有不同程度的降低,降低幅度為2.96%～6.61%,與對照差異不顯著。掩埋水種、掩埋旱種和覆蓋旱種均改善了稻米的加工品質、外觀品質和蒸煮食味品質及RVA最高粘度和崩解值。秸稈還田後籽粒灌漿中後期劍葉光合速率、根系氧化力和籽粒中澱粉分枝酶活性的提高可能是掩埋旱種、掩埋水種和覆蓋旱種獲得較高產量和品質的重要原因。 8、直播早種和秸稈還田方式對直播稻溫室氣體排放的影響 以揚稻6號(秈稻)和揚粳4038(粳稻)為材料進行直播,設定麥秸稈掩埋水種(SIF)、麥秸稈覆蓋旱種(NSM),麥秸稈掩埋旱種(NSI)和常規水種(TF,秸稈不還田,對照)4種處理。利用靜態箱-氣象色譜法測定稻田溫室氣體。結果表明：TF和SIF處理的CH4排放通量呈單一的峰值曲線,NSI和NSM變化範圍較小,各處理N2O排放通量呈多峰曲線。同TF相比,SIF顯著增加了CH4和CO2的平均排放通量,降低了N2O的排放速率,而NSI和NSM顯著降低了CH4的平均排放通量,增加了N2O和CO2的排放通量。同TF相比,NSI排放的CH4、N2O和CO2所產生的全球增溫潛勢(GWP)和單位產量的GWP分別增加45.2%～51.6%,30.0%～38.3%,NSI和NSM的GWP分別降低了17.7%～25.9%,24.2%～30.2%,單位產量的GWP分別降低15.0%～23.6%,18.4%～25.4%。NSI和NSM在維持較高產量的同時,顯著降低了CO2、CH4和N2O形成的溫室效應。 以上結果表明,畦溝灌溉和輕幹-溼交替灌溉可以提高產量和品質,覆草旱種可以保持較高的產量和品質；在輕幹-溼交替灌溉條件下施氮量為240kg hm-2時可以獲得高產、優質與氮肥高效利用的效果；葉片光合速率、根系氧化力、根系中吲哚-3-乙酸和玉米素+玉米素核苷含量的增加,籽粒中蔗糖-澱粉關鍵酶和ATP酶活性增強及ABA與乙烯比值的提高是在畦溝灌溉、輕幹-溼交替灌溉和覆草旱種條件下獲得高產優質的重要生理基礎。