水稻高效節(jié)水技術(shù)及抗旱生理機(jī)制探究

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1、水稻高效節(jié)水技術(shù)及抗旱生理機(jī)制探究摘要：從水稻農(nóng)藝栽培措施和干旱脅迫下水稻生理響應(yīng)機(jī)制兩方面綜述了水稻豐產(chǎn)增效節(jié)水栽培的研究現(xiàn)狀，分析了水稻節(jié)水栽培研究與應(yīng)用中存在的技術(shù)問(wèn)題，并對(duì)水稻豐產(chǎn)高效節(jié)水栽培下一步研究熱點(diǎn)和方向作了總結(jié)關(guān)鍵詞：水稻；節(jié)水；抗旱；生理機(jī)制中圖分類(lèi)號(hào):S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):0439-8114(2016)24-6347-06全球有75%的水稻是生長(zhǎng)在灌溉低地上，灌溉水稻因淡水資源的日益稀缺正受到威脅，在亞洲近50%的淡水用于水稻生產(chǎn)［1,2］o估計(jì)到2025年，亞洲國(guó)家將有39

2、00萬(wàn)hm2水稻面臨缺水［3］。據(jù)世界糧農(nóng)組織的調(diào)查顯示，中國(guó)因農(nóng)業(yè)用水緊張，尤其是水稻生產(chǎn)用水的短缺而導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)，使得世界糧食安全問(wèn)題面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。從國(guó)內(nèi)的報(bào)道來(lái)看，中國(guó)每年農(nóng)作物受旱面積2667萬(wàn)hm2,成災(zāi)1200萬(wàn)hm2,因干旱導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)達(dá)到700億?800億kg,造成的損失約為350億美元［4］Brown等［5］的研究也指出農(nóng)業(yè)水資源短缺已成為制約中國(guó)和部分農(nóng)業(yè)大國(guó)發(fā)展農(nóng)業(yè)的瓶頸問(wèn)題，如何控制農(nóng)業(yè)用水將是今后農(nóng)業(yè)科學(xué)家們的重要工作。中國(guó)農(nóng)業(yè)年用水3920多億m3,占總用水量的70%,是全國(guó)

3、用水第一大戶(hù)，而農(nóng)業(yè)用水的70%是用于水稻生產(chǎn)［6］,目前干旱缺水與水稻用水的供需矛盾日益嚴(yán)重，每年因干旱缺水近400億m3,其中水稻灌溉缺水200億m3,占總?cè)彼康?0%。到'‘十三五”末中國(guó)的糧食需求量將達(dá)到6億t,相應(yīng)的農(nóng)業(yè)用水需要增加1200億t,而目前中國(guó)農(nóng)業(yè)用水的現(xiàn)狀是只能維持零增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)［7］幾千年來(lái)中國(guó)水稻生產(chǎn)灌溉方式都是淹水灌溉，稻田長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)，而稻田土壤在淹水狀態(tài)下會(huì)較干旱狀態(tài)下排放更多的溫室氣體。張穩(wěn)等［8］報(bào)道全球稻田甲烷排放量占總排放量的9%?30%。20世紀(jì)初中國(guó)稻田甲

4、烷排放量達(dá)到6.02t［9］,因水稻高產(chǎn)超高產(chǎn)栽培的需要，大量的農(nóng)藥、化肥施入農(nóng)田，造成了灌溉稻區(qū)土壤鹽化，地力下降，農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重，目前農(nóng)業(yè)面源污染已成為最主要且分布最廣泛的面源污染［10］o水稻長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)會(huì)促使重金屬神在水稻子粒中富集，《Science))刊登了“萬(wàn)申與水稻：忽視了的癌癥危險(xiǎn)”的報(bào)道，報(bào)道指出，實(shí)現(xiàn)水稻旱作，可顯著降低土壤中碑向水稻子粒中的轉(zhuǎn)移［llJo因此，從糧食質(zhì)量安全的角度來(lái)說(shuō)，發(fā)展水稻旱作和水稻節(jié)水栽培研究亦十分重要。前人在栽培節(jié)水、生態(tài)節(jié)水技術(shù)和機(jī)理機(jī)制方面做了深入的研

5、究工作［12-15］,一方面是利用作物的生理需水特性來(lái)制定配套的栽培技術(shù)，另一方面是開(kāi)展水稻抗旱品種的選育工作。本文就水稻節(jié)水栽培技術(shù)及抗旱生理機(jī)制等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并提出當(dāng)前節(jié)水栽培技術(shù)存在的主要問(wèn)題及抗旱機(jī)理研究的發(fā)展方向1水稻節(jié)水栽培技術(shù)水稻節(jié)水栽培不是簡(jiǎn)單的減少水稻灌溉用水，而是在水稻生長(zhǎng)過(guò)程中根據(jù)其生長(zhǎng)發(fā)育特性和需水特性綜合運(yùn)用相應(yīng)的節(jié)水灌溉措施，最大程度地減少灌溉用水，提高水分利用效率，從而達(dá)到"節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、低耗”的目標(biāo)。水稻節(jié)水栽培技術(shù)主要包括以下措施1.1非水分虧缺灌溉技

6、術(shù)傳統(tǒng)的水稻灌溉是采用水分充足灌溉方式，而不考慮水稻生育過(guò)程中實(shí)際需水量，充足灌溉方式會(huì)造成田間滲漏嚴(yán)重和大量的植株蒸發(fā)而浪費(fèi)水資源，同時(shí)使得土壤板結(jié)，水肥氣熱協(xié)調(diào)性差，根系不能深度發(fā)展，致使抗倒伏、抗逆境能力減弱，遇低溫，水稻生育進(jìn)程緩慢，貪青遲熟，成為水稻高產(chǎn)的障礙，水分利用效率低下。采用非水分虧缺灌溉技術(shù)，即根據(jù)水稻生育進(jìn)程實(shí)行實(shí)時(shí)灌溉，因?yàn)樗静煌A段對(duì)水分要求不同，敏感程度也不同，在水稻對(duì)水分敏感的孕穗期、齊穗期和灌漿期進(jìn)行適量灌溉，其他時(shí)期則以不影響水稻正常生長(zhǎng)發(fā)育保持濕潤(rùn)狀態(tài)。非水分虧缺灌

7、溉技術(shù)可以大幅度地減少灌溉用水。目前生產(chǎn)上應(yīng)用較普遍的非水分虧缺灌溉技術(shù)有“淺濕干”、濕潤(rùn)灌溉技術(shù)、“薄、淺、濕、曬”技術(shù)、葉齡模式灌溉技術(shù)。通過(guò)上述非水分虧缺灌溉技術(shù)的應(yīng)用使得水稻全生育期灌溉水量從13500m3/hni2減少到9000m3/hm2,節(jié)約用水30%左右[16-18]非水分虧缺灌溉節(jié)水的機(jī)理主要是控制水稻本身的耗水而實(shí)現(xiàn)根本性節(jié)水。通過(guò)非水分虧缺灌溉，改變了長(zhǎng)期淹水條件下的根層土壤，干濕交替的土壤管理方式改善土壤厭氧條件，增加了土壤的通透性，改善了土壤好氣微生物的活動(dòng)環(huán)境，增強(qiáng)水稻抽穗期、灌

8、漿期根系活力和植株的抗倒性,凈光合率和水肥利用程度明顯改善，后期葉片早衰得到緩解，穗粒結(jié)構(gòu)優(yōu)化，產(chǎn)量穩(wěn)定，品質(zhì)得到改善[19]1.2覆蓋節(jié)水栽培技術(shù)覆蓋節(jié)水栽培技術(shù)是20世紀(jì)60年代由日本研發(fā)進(jìn)而推廣應(yīng)用到中國(guó)[20],主要應(yīng)用在中國(guó)西北干旱地區(qū)和長(zhǎng)江流域季節(jié)性干旱地區(qū)，目前主要有兩種方式，即地膜覆蓋和稻草覆蓋。覆蓋節(jié)水技術(shù)機(jī)理主要是覆蓋地膜或稻草后具有明顯的保水增溫作用，增強(qiáng)水肥耦合，提高肥效和肥料利用率,促進(jìn)