巴西旱稻品种节水灌溉策略：生理响应与农艺性能的协同优化

《Agricultural Water Management》：Irrigation strategies for upland rice cultivars in Brazil: Physiological responses and agronomic performance

本研究针对巴西旱稻(Oryza sativa L.)生产中水资源短缺的严峻挑战，系统评估了不同灌溉策略对三个旱稻品种生理特性、产量及灌溉水生产率的影响。研究人员通过两个独立的棚栽试验，发现基于土壤水势阈值（-40 kPa）的灌溉策略能在减少约93 mm灌溉用水的同时维持较高的灌溉水生产率(0.89 kg m-3)，为旱稻节水栽培提供了可靠技术途径。该成果对优化巴西旱稻灌溉制度、应对气候变化下水资源短缺问题具有重要意义。

　　

在全球水资源日益紧张的背景下，旱稻(Oryza sativa L.)作为巴西重要的粮食作物，其生产面临着严峻的水分管理挑战。传统的淹水栽培方式耗水量大，而旱作系统又易受水分胁迫影响，导致产量不稳定。近年来，随着巴西旱稻育种计划的推进，一批具有耐旱特性的新品种相继问世，但这些品种在不同灌溉策略下的生理响应和农艺表现尚不明确。为此，研究人员在《Agricultural Water Management》上发表了最新研究成果，系统探讨了不同灌溉策略对旱稻生长的综合影响。

本研究采用了两个精心设计的棚栽试验。试验A设置了100%、70%和40%三个灌溉水平，试验B则基于土壤水势阈值（-20 kPa和-40 kPa）进行灌溉控制。研究团队在巴西圣保罗大学"Luiz de Queiroz"农业学院的研究基地，利用396个混凝土容器开展了为期两个生长季（2020-2021年和2023-2024年）的试验。试验选用BRS A501 CL、BRS Esmeralda和BRS A502三个旱稻品种，采用随机区组裂区设计，系统监测了作物的生理指标、生长特性和产量表现。

关键技术方法包括：基于土壤水势的动态灌溉管理，使用张力计监测土壤基质势；植物生理参数测定，包括光合速率、气孔导度和蒸腾速率等气体交换指标；作物生长监测，涵盖叶面积指数、生物量和根系特征；以及热成像技术用于作物水分胁迫指数的计算。

3.1. 气象条件与灌溉用水量

研究表明，两个生长季的气象条件存在明显差异，第二生长季具有更高的太阳辐射（13.4 MJ m^-2 day^-1）和参考蒸散量（4.8 mm day^-1）。在试验A中，100%灌溉处理的总灌溉量达到786 mm，而70%和40%处理分别减少至579 mm和371 mm。试验B中，-20 kPa处理的平均灌溉量为683 mm，-40 kPa处理则降至590 mm，显著减少了灌溉次数和用水量。

3.2. 试验A：灌溉水平的影响

3.2.1. 灌溉处理和品种对生理性状的影响

水分胁迫显著影响作物的生理表现。在孕穗期、开花期和灌浆期，40%灌溉处理的光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著降低，其中开花期的降幅最为明显，光合速率下降达55%。作物水分胁迫指数(Crop Water Stress Index)在40%处理下显著升高，尤其在开花期达到0.73，表明该阶段对水分胁迫最为敏感。

3.2.2. 灌溉处理和品种对产量和灌溉水生产率的影响

产量分析显示，70%灌溉处理导致产量降低51%，而40%处理更是造成96%的减产。产量构成因素中，结实率受影响最为显著，40%处理下降低70%。灌溉水生产率也随灌溉水平下降而显著降低，100%处理为0.88 kg m^-3，而40%处理降至0.07 kg m^-3。

3.3. 试验B：不同阈值灌溉

3.3.1. 土壤水势动态

土壤水势监测显示，-20 kPa处理在0-0.20 m土层的平均水势为-11.8 kPa，而-40 kPa处理为-18.5 kPa。不同品种的根系吸水特性导致深层土壤水势存在差异，BRS A501 CL在-20 kPa处理下表现出更强的深层土壤水分利用能力。

3.3.2. 灌溉处理和品种对生理性状的影响

-40 kPa处理虽然对生理参数产生一定影响，但影响程度远小于试验A中的水分胁迫处理。开花期光合速率降低74%，但仍保持一定的生理活性。品种间差异明显，BRS A502在-20 kPa条件下表现最佳，而BRS Esmeralda在胁迫条件下显示出较好的适应性。

3.3.3. 灌溉处理和品种对产量和灌溉水生产率的影响

-40 kPa处理导致产量降低22%，但灌溉水生产率保持稳定（0.89 kg m^-3）。品种BRS A501 CL和BRS A502通过较高的每平方米穗数和结实率保持了较好的产量表现。值得注意的是，虽然产量有所降低，但节水效果显著，每公顷减少灌溉用水93 mm。

4. 讨论

本研究首次系统评估了巴西旱稻品种在不同灌溉策略下的综合响应。结果表明，基于土壤水势的灌溉管理比固定比例的节水灌溉更具可行性。-40 kPa阈值虽然会导致一定产量损失，但能显著提高水资源利用效率，这为旱稻节水栽培提供了重要技术参考。

研究还揭示了不同品种的适应性差异。现代品种如BRS A502具有更高的产量潜力，在适宜水分条件下表现优异；而BRS Esmeralda在胁迫条件下表现出较强的稳定性。这种品种特性差异为不同生态区的品种选择提供了依据。

从生理机制角度，开花期被证实是对水分胁迫最敏感的时期，这一发现为制定精准灌溉方案提供了理论支撑。作物水分胁迫指数等监测指标的应用，也为实时评估作物水分状况提供了有效手段。

该研究的实践意义在于，为巴西旱稻生产提供了一套可行的节水灌溉技术方案。特别是在水资源短缺地区，-40 kPa的灌溉阈值既能保证基本产量，又能显著提高水资源利用效率。此外，研究结果对其他地区的旱稻栽培也具有参考价值，为全球旱稻生产的可持续发展提供了重要技术支撑。

未来研究应进一步探索基于作物生长阶段的精准灌溉策略，结合不同品种的生理特性，建立更加智能化的水分管理系统。同时，将这种灌溉策略应用于大田条件验证，并评估其经济可行性，将是推动该技术推广应用的关键步骤。