摘要
为深入研究节水灌溉条件下水稻生理响应和土壤微生物生态的变化规律,本文通过田间和盆栽试验,研究了不同灌溉方式下不同水稻品种需水规律和生理响应,灌溉方式与施肥水平对水稻光合生理、根系生长和氮素代谢的影响,灌溉方式与有机无机N比例对水稻土壤微生物生态,水稻生长和产量构成和水分利用的影响。田间试验设2种灌水方式,即常规灌溉(FIR)和控制灌溉(CIR),和3个水稻品种,即两系超级杂交籼稻组合：中浙优1号；三系杂交籼稻组合：特优63和常规稻品种：油占8号。盆栽试验1设3种灌溉方式,即FIR、CIR和间歇灌溉(IIR),和3种施肥水平,即不施肥(F0)、低肥(FL)和高肥(FH)。盆栽试验2设3种灌溉方式,即FIR、CIR和IIR,和3种有机无机氮(N)比例,即60%无机N+40%有机N(F1)、80%无机N+20%有机N(F2)、100%无机N(F3)。主要结果如下：
1.田间试验表明,控制灌溉比常规灌溉节约灌水量60%-75%。3个水稻品种控制灌溉与常规灌溉方式叶片叶水势,丙二醛和可溶性蛋白质含量,以及过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物岐化酶活性的之间差异不明显；穗长、有效穗数、千粒重、谷草比,结实率和实际产量的之间差异也不明显。与常规灌溉相比,控制灌溉虽不显著增加水稻产量,但显著节约灌水量。
2.盆栽试验1表明,与FIR处理相比,CIR和IIR处理提高中浙优1号3个生育期净光合速率,增加中浙优1号对强光的光合能力和弱光条件下的适用性,提高光饱和点和叶片光合色素含量,从而提高光能利用率。此外,在节水灌溉条件下,在一定范围内增施肥料提高中浙优1号光合机能。
3.盆栽试验1还表明,CIR、IIR处理提高中浙优1号拔节、抽穗和乳熟期根系活力,增加单株根长、根重、根干重和根体积,硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性以及可溶性蛋白质含量。与F0相比,FH和FL提高中浙优1号系活力,增加单株根长、根重、根干重和根体积,NR和GS活性以及可溶性蛋白质含量。
4.盆栽试验2表明,与FIR相比,CIR和IIR处理水稻全生育期耗水量分别下降31.3%和15.9%,平均理论产量也分别下降31.9%和15.9%,因此水分利用效率(WUE)提高不明显。与F3相比,F1和F2的平均理论产量增加20.1%和14.2%,FIR条件下,WUE分别提高37.3%和25.5%。通径分析表明,在不同灌溉方式与有机无机N比例条件下,有效穗数、每穗粒数、千粒重仍是影响水稻产量的主要因素。主成分分析表明,在间歇灌溉条件下,在总施N量不变时,配施40%有机N肥降低水稻耗水量,并适当提高水稻产量。
5.盆栽试验2还表明,各处理从孕穗期至抽穗期土壤酶活性、微生物数量以及微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)均在不同程度上提高,而从抽穗期至乳熟期则逐步下降；CIR和IIR处理土壤酶活性、微生物数量以及MBC和MBN一般高于FIR处理；有机无机N肥配施土壤酶活性,微生物数量,MBC和MBN一般高于单施无机N肥。因此,在有机无机N配施下,节水灌溉方式(CIR和IIR)能有效地提高水稻土壤微生物活性。
6.盆栽试验2中对水稻土壤微生物群落16s rDNA分析表明,抽穗期和乳熟期FIR处理土壤微生物群落与CIR和IIR处理明显不同,而有机无机N肥配施土壤微生物群落与单施无机N肥土壤差异不明显。
In order to study physiological response of rice and vartiation of microbial ecology in paddy soil to water-saving irrigation in depth, pot and field experiments were carried out to investigate the physiological response, yield component and water use of different rice varieties under different irrigation methods, the effect of irrigation method and fertilization level on photosynthetic physiology, root growth, N metabolism of rice and the effect of irrigation method and combined application of organic and inorganic N fertilizer on microbial ecology in paddy soil, rice growth, yield component and water use. Two irrigation methods (controlled irrigation, CIR and flooding irrigation, FIR) and three rice varieties (two line super hybrid rice combination:zhongzheyou1, three line hybrid rice combination:teyou63and conventional rice variety:youzhan8) were investigated in the field experiment. Pot experiment1designed three irrigation methods (CIR; Intermittent Irrigation, IIR; FIR) and three fertilization levels (higher fertilization level, FH; lower fertilization level, F1; no fertilization level, F0). Pot experiment2designed three irrigation methods (CIR, IIR, FIR) and three ratios of organic to inorganic nitrogen (N)(60%inorganic N+40%organic N (F1),80%inorganic N+20%organic N (F2) and100%inorganic N (F3). Main results were shown as the following:
1. Field experiment shows that controlled irrigation reduced total water consumption of three rice cultivars by60%-75%when compared to flooding irrigation, no significant difference in leaf water potential, the contents of malonaldehyde and soluble protein, and the activities of superoxide dismutase, peroxidase and catalase after the booting were found between two irrigation methods. And there are also no significant difference in panicle length, effective panicle number per plant, thousand kernel weight, grain-straw ratio, seed setting rate and yield between two irrigation methods. Compared to the flooding irrigation, the controlled irrigation can save irrigation water greatly although it did not increase rice yield significantly.
2. The pot experiment1shows that compared to FIR treatment, CIR and IIR treatments could increase Pn obviously, improve photosynthetic capacity of strong light and accommodate itself to weak light, enhance light saturation point. Thus the utilization rate of light was raised significantly. At the same time, CIR, IIR treatment increased the content of photosynthetic pigments and delayed the degradation of photosynthetic pigments at3growth stage when compared to FIR. In addition, in certain fertilization level, fertilization could increase the photosynthetic capacity of zhongzheyou1under saving-water irrigation method.
3. The pot experiment1also shows that CIR and IIR treatments enhanced root activity of zhongzheyou1, root number per plant, root length per plant, root dry weight per plant, root volume per plant and the activity of nitrate reductase (NR), glutamine synthetase (GS) and solution protein content of Zhongzheyou1. Compared to FO, FH and Fl enhanced root activity of zhongzheyou1, root number per plant, root length per plant, root dry weight per plant, root volume per plant and the activity of NR, GS and solution protein content of Zhongzheyou1.
4. The pot experiment2shows that CIR and IIR treatments saved irrigation water by31.3%,15.9%over whole growth stage of rice and reduced rice yield by31.9%,15.9%respectively when compared to FIR treatment, therefore water use efficiency (WUE) was not enhanced. Compared to F3, Fl and F2increased rice yield by20.1%,14.2%; F1and F2enhanced by37.3%,25.5%in FIR treatment respectively. Path analysis shows that number of productive ear, grains per ear and thousand kernel weights were the main component of rice yield in different irrigation methods and ratio of organic to inorganic N treatments. The principal component analysis shows that under the same total N application,40%inorganic N could decrease irrigation water and increase rice yield in IIR treatment appropriately.
5. The pot experiment2also shows that the enzymatic activity, the number of microorganism and the contents of microbial biomass C (MBC) and microbial biomass N (MBN) in soils were increased from booting to heading stages and peaked at the heading stage, but decreased from the heading to milky stages. Compared to FIR treatment, CIR and IIR treatments generally increased the enzymatic activity, the number of microorganism and the contents of MBC and MBN in soils. Combined application of organic and inorganic N generally had higher enzymatic activity, the number of microorganism and contents of MBC and MBN in soils when compared to only inorganic N. Thus water-saving irrigation method (CIR and IIR) could effectively enhance the microorganism activity of paddy soil under combined application of organic and inorganic N fertilizer.
6. The16s rDNA analysis results of different paddy microbial community composition in the pot experiment2show that the CIR and IIR treatments had different paddy microbial community at the heading and milky stages from FIR treatment, and soil microbial community in ratio of organic to inorganic N were different with that of the single application of inorganic fertilizer.
引文
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