秸稈還田下灌溉方式對水稻產(chǎn)量的影響

　　摘 要: 為明確水稻不同品種在秸稈還田和灌溉方式互作條件下的表現(xiàn)差異，以 9 個水稻品種為供試材料，在秸稈全量還田下設(shè)置 4 種灌溉方式，測定水稻不同品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)分析和主成分分析。結(jié)果表明: 4 種灌溉方式下，9 個水稻品種的 8 個性狀指標(biāo)變異系數(shù)最大的為癟粒數(shù)，其次是有效穗數(shù)、產(chǎn) 量、結(jié)實(shí)率和穗長; 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素間存在著顯著或極顯著的相關(guān)性。主成分分析表明: 8 個相關(guān)性狀可簡化為 3 個彼此不相關(guān)主成分因子，其所提供的信息量占全部信息量的 82. 81%?；谥鞒煞值木C合評價表明: 龍稻 14、龍稻 17、龍香稻 2 在傳統(tǒng)灌溉方式下表現(xiàn)最好，其次是間歇灌溉和控制灌溉 I; 中龍粳 2、龍稻 27、中龍粳 3、龍稻 7、龍稻 26、龍稻 22 在間歇灌溉方式下表現(xiàn)最好，其次是傳統(tǒng)灌溉和控制灌溉 I。

　　關(guān)鍵詞: 水稻; 秸稈還田; 灌溉方式; 主成分分析

　　0 引言

　　水稻是世界三大糧食作物之一，也是我國的主要糧食作物[1]。秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中重要的有機(jī)肥源[2]，隨著秸稈還田技術(shù)的逐步發(fā)展與完善，對其在水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)等方面的影響開展了大量的科學(xué)研究[3-7]，但在生產(chǎn)過程中灌溉方法多以傳統(tǒng)淹水灌溉方式為主，耗水量巨大，水資源利用率低[8]。近年來，眾多學(xué)者在秸稈還田和節(jié)水灌溉方式互作的條件下對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)、溫室氣體排放等方面開展了科學(xué)研究。張武益等研究了不同灌溉方式和秸稈還田對水稻生長的影響，發(fā)現(xiàn)灌溉方式和秸稈還田方式互作對水稻生長的影響效果顯著[9]; 王春歌等在連續(xù) 3 年實(shí)施大田定位麥秸稈還田處理的基礎(chǔ)上，對機(jī)插水稻實(shí)施不同灌溉模式處理，發(fā)現(xiàn)輕干濕交替灌溉( 土壤水勢下限指標(biāo)-15kPa) 是麥秸稈全量還田下機(jī)插稻的適宜灌溉模式[10]; 楊士紅等研究了秸稈還田對節(jié)水灌溉水稻群體生長指標(biāo)及產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)控制灌溉和秸稈還田的結(jié)合能夠有效促進(jìn)水稻生長、大幅降低灌溉水量[11]; 成臣等開展了秸稈還田條件下灌溉方式對雙季稻產(chǎn)量的影響研究，發(fā)現(xiàn)間歇灌溉可以實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)[12]; 周龍艷開展了秸稈還田方式和灌溉模式對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響研究，發(fā)現(xiàn)秸稈全量還田下采用干濕交替灌溉方式，其產(chǎn)量和品質(zhì)均顯著提高[13]; 江峰研究了秸稈還田與灌溉模式對超級粳稻產(chǎn)量形成及溫室氣體排放的影響，發(fā)現(xiàn)秸稈還田條件下干濕灌溉在保證有較高產(chǎn)量的同時顯著降低了溫室氣體的排放[14]。這些研究結(jié)果對在秸稈還田下水稻節(jié)水灌溉方式的發(fā)展與推廣應(yīng)用起到了積極作用。

　　1 材料與方法

　　1.1 供試材料供試材料為水稻品種 9 份，如表 1 所示。

　　1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)分別于 2016 年和 2017 年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院民主園區(qū)水田區(qū)進(jìn)行。供試土壤基本理化性質(zhì)為: 有 機(jī) 質(zhì) 29. 56g / kg，速 效 氮 79. 56mg / kg，速 效 磷 55.84mg / kg，速效鉀 168.42mg / kg; 土壤類型為黑土。試驗(yàn)設(shè) 1 種常規(guī)灌溉方式，即傳統(tǒng)灌溉( Traditional Irrigation，TI) ; 3 種節(jié)水灌溉方式，分別為間歇灌溉 ( Intermittent Irrigation，Ⅱ) ，控制灌溉 I( Control of Irrigation，CI-I) ，控灌 II( Control of Irrigation，CI-II) 。具體方法如下: ①插秧至返青期。4 種灌溉方式均采用淺水層灌溉，田間水層深度為 0 ～ 20 mm。②分蘗期。傳統(tǒng)灌溉始終保持田間水層深度為 100 ～ 150mm; 間歇灌溉則每 7 ～ 9 天灌溉 1 次，每次灌溉后田間水層深度保持在 20 ～ 40 mm，自然落干，反復(fù)交替; 控制灌溉 I 和控制灌溉 II 實(shí)行定量灌溉，灌溉后田間水層深度分別保持在 30 mm 和 15mm 左右。③水稻生長發(fā)育中后期( 拔節(jié)孕穗、抽穗開花、乳熟期) ?？刂乒喔?I 和控制灌溉 II 均采用間歇灌溉的方法，但定量灌溉，灌水量同上。④乳熟末期。4 種灌溉方式均進(jìn)行排水曬田及遇降雨深蓄不排水的管理措施。

　　2 結(jié)果分析

　　2.1 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的表現(xiàn)

　　變異系數(shù)是衡量性狀指標(biāo)中各觀測值差異程度和變異范圍的統(tǒng)計(jì)量[15]。4 種灌溉方式下，9 個水稻品種的 8 個性狀指標(biāo)的變異系數(shù)存在著明顯差異( 見表 2) ，變異系數(shù)最大為癟粒數(shù)。其中，中龍粳 2、龍稻 22、龍稻 17 變異系數(shù)較大，分別達(dá) 30. 54%、29. 21%、 27.67%; 龍稻 27 變異系數(shù)最小，為 9. 32%; 其次是有效穗數(shù)和產(chǎn)量，變異系數(shù)較小為結(jié)實(shí)率和穗長。由此說明，灌溉方式對不同水稻品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均產(chǎn)生影響，為進(jìn)一步分析奠定良好基礎(chǔ)。

　　2.2 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)分析

　　對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進(jìn)行相關(guān)性分析，如表 3 所示。由表 3 可以看出: 有效穗數(shù)與每穗實(shí)粒數(shù)、每穗癟粒數(shù)、每穗總粒數(shù)呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)，與千粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān); 穗長與結(jié)實(shí)率呈顯著正相關(guān); 每穗實(shí)粒數(shù)與每穗癟粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與千粒質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān); 每穗癟粒數(shù)與每穗總粒數(shù)、產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與結(jié)實(shí)率呈極顯著負(fù)相關(guān); 每穗總粒數(shù)與結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān); 結(jié)實(shí)率與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)。由此可知，水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素間存在著一定的相關(guān)性，存在著相互交叉或疊加效應(yīng); 同時，各單項(xiàng)指標(biāo)對灌溉方式的反應(yīng)也不盡相同，不能準(zhǔn)確反應(yīng)灌溉方式對水稻品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，可進(jìn)一步做主成分分析。

　　3 結(jié)論與討論

　　相關(guān)分析表明，秸稈還田條件下 4 種灌溉方式 9 個水稻品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素間存在著顯著或極顯著的相關(guān)性，即各因素間傳遞的信息有一定的重疊性，利用單個因素不能對其進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。主成分分析是利用降維的思想，從原始指標(biāo)中提取出更少的幾個不相關(guān)的新指標(biāo)，可用于解釋原始指標(biāo)里所包含的信息[16-17]，使結(jié)果更客觀、可靠[18]，目前已在水稻農(nóng)藝性狀、產(chǎn) 量、品質(zhì)等方面分析中得到了廣泛應(yīng)用[19-23]。本研究通過主成分分析，將 9 份水稻品種的 8 個性狀簡化為 3 個彼此不相關(guān)的綜合指標(biāo)，且其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá) 82. 81%，并依據(jù)這 3 個主成分的特征值及其載荷矩陣建立了各主成分的得分表達(dá)式，獲得了 9 個水稻品種在 4 種灌溉方式下的綜合得分及排名。由主成分分析結(jié)果可知: 龍稻 14、龍稻 17、龍香稻 2 在傳統(tǒng)灌溉方式下的表現(xiàn)最好，其次是間歇灌溉和控制灌溉 I; 中龍粳 2、龍稻 27、中龍粳 3、龍稻 7、龍稻 26、龍稻 22 在間歇灌溉方式下表現(xiàn)最好，其次是傳統(tǒng)灌溉和控制灌溉 I。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)選擇穗粒數(shù)多( 第 1 主成分) 、結(jié)實(shí)率高( 第 2 主成分) 、千粒質(zhì)量大( 第 2 主成分) 、有效穗數(shù)多( 第 3 主成分) 的品種，以保證在秸稈還田下采用節(jié)水灌溉方式獲得高產(chǎn)。

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　　趙宏亮1 a，王 麒1 a，曾憲楠1 a，宋秋來1 a，孫 羽1 a，張小明2 ，王 萍1b，

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