主要节水灌溉方式对水稻根系形态生理的影响
李婷婷 冯钰枫 朱安 黄健 汪浩 李思宇 刘昆 彭如梦 张宏路 刘立军*
【摘 要】水稻是耗水第一大作物。发展节水栽培对稻田水分高效利用和缓解我国水资源短缺具有重要意义。水稻根系是吸收水分和养分的重要器官，也是多种激素、氨基酸和有机酸合成的重要部位。水分管理措施的改变会直接或间接引起根系生长发育发生改变，从而影响水稻地上部生长发育和产量形成。本文综述了干湿交替灌溉、控制灌溉和覆盖旱种对水稻根系形态和生理特性的影响，提出了今后节水灌溉下水稻根系的研究重点，以期为改善水稻根系形态生理和高产节水栽培提供理论依据。 【期刊名称】中国水稻科学 【年(卷),期】2019(033)004 【总页数】10
【关键词】水稻；节水灌溉；根系；形态生理
水稻是我国最重要的粮食作物，我国约有65%的人口以稻米为主食[1-2]。水稻也是我国耗水第一大作物，用水量占农业用水的70%，消耗约50%的全国总用水量[3]。我国在水资源缺乏的同时稻田灌溉水的利用率也极低，仅为40%左右，水资源浪费严重[4-5]。因此，国内外科学工作者们研究开发了多种节水灌溉技术如干湿交替灌溉技术、控制灌溉技术、覆盖旱种等并成功应用于水稻生产实践中[6-7]。这些节水灌溉方式可以在满足水稻对水分基本需求的同时，保证最终产量的形成。
水稻根系不仅是吸收水分和养分的重要器官，也是多种激素、氨基酸和有机酸合成的重要部位，其生长情况与水稻产量和地上部生长发育直接相关[8]。根系
在土壤中的分布状况还与植株地上部叶片、叶角生长情况相关，当根系在土壤中下扎较深且多纵向分布时，水稻植株叶角较小，叶片趋于直立，有利于改善群体通风、透光性，增加群体光合作用，从而提高水稻产量，尤以在群体叶面积指数较大的情况下增产的效果更为显著[9]。许乃霞[10]观察到，水稻根系生理活性的提高可以通过增强叶片中超氧化物酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性，提高叶片叶绿素含量、叶片净光合速率，降低丙二醛含量，从而减缓抽穗后地上部功能叶衰老和叶绿素含量下降速度，使抽穗后水稻功能叶捕获光能的能力增强，从而形成较高光合能力的水稻群体，最终获得高产。水稻高产依赖于地上和地下部协调发展，较高的根系生理活性可以提高根系吸收水分、养分的能力，从而为地上部生长提供更多的养分，进而促进植株地上部分的生长发育；同时地上部分又为地下部分根系生长提供了充足的光合同化物，促进根系的生长[11]。以往较多研究表明，大部分节水灌溉技术可以通过提高根系活力和剑叶光合速率，改善根系构型、冠层结构和群体质量，从而提高水稻产量[12-13]，但也有一些节水灌溉技术如覆膜旱种，会导致生育末期根系干物质过多积累，剑叶早衰，造成籽粒充实不充分，粒重下降，不利于产量形成[14]。因此，节水灌溉方式对水稻根系生长发育会造成影响，最终影响水稻产量。在目前水稻生产中，应用较为广泛且具有代表性的节水灌溉方式主要有干湿交替灌溉、控制灌溉和覆盖旱种等方式。本文主要综述了上述三种节水灌溉方式对水稻根系形态、生理特性和产量的影响，提出了今后节水灌溉下根系的研究重点，以期为改善水稻根系形态生理以及高产节水栽培提供参考。
1 水稻主要节水灌溉技术及其应用
1.1 干湿交替灌溉
干湿交替灌溉是目前水稻生产中应用最为广泛的一种节水灌溉技术，节水效果明显[15-16]。该灌溉方式主要的技术特点是在水稻的生育过程中，保持田间水层一段时间，然后自然落干一段时间后再复水，再落干，再复水，如此循环[7]。干湿交替灌溉条件下，稻田灌溉用水较常规淹灌处理减少15%~18%[17]，但其产量表现不一。有报道称干湿交替灌溉可较传统灌溉方式显著增产，也有报道称干湿交替灌溉对产量没有影响甚至造成减产[18-19]，这可能与土壤落干程度有关。徐国伟等[20]对水稻全生育期设置浅水层灌溉、轻干湿交替灌溉(落干时土壤水势不低于?20 kPa)、重干湿交替灌溉(落干时土壤水势不低于?40 kPa)三种水分管理方式研究表明，轻干湿交替灌溉较浅水层灌溉水稻产量略有增加，重干湿交替灌溉处理下产量则显著降低。在此实验基础上增加氮肥处理不改变水稻产量对稻田水分变化的响应趋势；在不施氮、中氮、高氮处理下，与浅水层灌溉相比，轻干湿交替灌溉分别增产0.88%、4.50%、2.84%，重干湿交替灌溉分别减产26.48%、26.29%、36.51%。付景等[21]在结实期对水稻进行常规灌溉，轻、重干湿交替灌溉三种水分处理方式，得到与之相似的结论，即轻干湿交替灌溉可显著提高水稻产量，而重干湿交替灌溉则相反。 1.2 控制灌溉
控制灌溉又称半旱栽培，是由河海大学提出的经国家认证推广的节水栽培新技术。在我国北方稻区应用较为广泛[22]。该技术是根据水稻不同生育期对水分敏感程度不同来调节水稻供水量，遵循适时适量、科学供水的原则，是一种非充分灌溉技术，其核心内容是在秧苗大田移栽后，田间保持10~20 mm浅水层返青，在返青期后的水稻各个生育阶段土壤含水量为土壤饱和含水率的60%~80%，控制灌溉水量上限为土壤饱和含水率[23]。王青菊等[24]研究发现，
主要节水灌溉方式对水稻根系形态生理的影响
