分蘖期水分调控对覆膜旱作水稻茎蘖动态影响分析

第３８卷第５期　
２０１０年９月　
河海大学学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　
Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．５　

Ｓｅｐ．２０１０　

ＤＯＩ：１０．３８７６／ｊ．ｉｓｓｎ．１０（０）－１９８０．２０１０．０５．００６　

分蘖期水分调控对覆膜旱作水稻茎蘖动态影响分析　
徐俊增１，２，彭世彰　一，魏　征　２　
（１．河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京２１００９８；　
２．河海大学水利水电学院，江苏南京２１００９８）　

摘要：通过分蘖期不同水分调控试验，研究了分蘖期土壤水分调控对覆膜旱作水稻茎蘖动态变化　
规律的影响，采用套接的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线建立了不同水分调控条件下水稻茎蘖动态模拟模型．在此基　
础上，分析了水稻茎蘖动态模拟模型参数的变化以及覆膜旱作水稻茎蘖的动态特性．结果表明：覆　
膜旱作节水灌溉水稻的茎蘖动态发生新的变化，分蘖前期茎蘖增长缓于浅湿灌溉处理，达到分蘖高　
峰期时间推迟，时间滞后１０～２０ｄ．土壤水分控制越低，最高茎蘖量越低，但水分最低（处理３）条件　
下，由于补偿效应的存在，取得了较高的茎蘖量，茎蘖高峰出现时间延迟较多．采用套接的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ　
曲线能够很好地模拟不同水分调控条件下的水稻茎蘖动态变化规律，模拟结果显示，土壤水分控制　
条件下水稻茎蘖动态具有增长受限、增长过程提前、茎蘖消亡减小、消亡高峰延迟的特点．　
关键词：水稻；茎蘖动态；水分调控；套接Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线　
中图分类号：ｓ２７６　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—１９８０（２０１０）０５—０５１１—０５　

群体动态的变化、合理消长以及合理群体的构建是实现水稻、小麦等群生作物水资源高效利用的基　
础［　一　．分蘖期是水稻开始分蘖至达到最大分蘖数的时段，分蘖期的土壤水分调控对水稻分蘖规律产生重要　
影Ｉ］￣ｊ［３－４］．覆膜旱作特有的水分与田问管理导致土壤水肥气热条件的改变，会对合理群体的构建产生较大影　
响［５剖．因此本文以覆膜旱作的水稻为研究对象，分析分蘖期不同水分调控条件下，茎蘖动态的变化规律及其　
对土壤水分调控的响应，并建立茎蘖动态模拟模型，为覆膜旱作水稻合理的水分调控提供资料．　

１试验设计与观测　
１．１试验处理　
试验于１９９９年在安徽天长二峰电灌总站试验场（北纬３２．６。，东经１１９．１。）开展．试验区土壤为黏壤土，　
０～４０ｃｍ￣层的密度为１．４３　ｃｍ３，饱和含水率４５．５％，田间持水率３９．２％（体积含水率）．供试水稻品种为　
“汕优６３号”，育秧方式为旱育秧．５月３０日移栽，９月２５日收获．水稻生长期平均温度２４．５　ｃＣ，Ｅ６０１蒸发量　
为４３６．９ｉｉｑｎ３，降雨量４８４．８ｎｌｎ１．水稻移栽密度１５×１０５穴／ｈｍ２，每穴１苗．该田期施肥量纯Ｎ　１８０ｋｇ／ｈｍ２，Ｐ２０５　
９
…
０ｋｇ，／ｈｒ

．
ｎ

，

２

，
ｌＫ２７　１２　５１　ｈｍ２：在施肥、密度相同的情况下，　表１覆膜旱作水稻分蘖期土壤水分控制下限　进行土壤水分适宜下限试验

．　
。ｌ

。　
、　ｌ砌协　ｉＩｌ山　
考虑水稻在分蘖前期和分蘖后期对水分亏缺　ｆｉｌｍ　ｍｕｌｃｈｅｄ　ｄ聊ａＩｌｄ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｉｌｌｅｒｉｎｇ　ｐｅｔｉｅｄ　

敏感程度不同，借鉴已有成果，在分蘖前期、分蘖　
后期设定如表１所示的３种土壤水分控制下　
限＿７　Ｊ，其他生育阶段保持相同的水分控制下限．以　
浅湿灌溉作为对照处理．浅湿灌溉方式为：分蘖前　
期，０～４０　ｌ／ｌｎｌ水层；分蘖后期，晒田；拔孕一抽开　
期，２０～６０ｍｍ水层；乳熟期，０～４０ｍｍ水层．本次　

灌水下限（占田间持水率的百分比）／％　
处理方式～——　
分蘖前期　分蘖后期　拔孕一抽开　乳熟期　

注：根层土壤控制深度为：分蘖前期ｏ～１５　ｃｍ；分蘖后期０～２０ｅｍ；　
拔孕一抽开期０～３０ｃｍ；乳熟期０～４Ｊ０ｃｍ．　

收稿日期：２００９—１０—２０　
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）（２００６ＡＡ１００２０２）；国家自然科学基金（５０８３９００２）　
作者简介：徐俊增（１９８０一），男，山东聊城人，副研究员，博士，主要从事节水灌溉理论与技术研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｊｚ４８１＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　
５１２　河海大学学报（自然科学版）　第３８卷　
试验共计４个处理，每个处理３次重复，共ｌ２个试验小区，安排在１．０ｍ　ｘ　１．０ｍ×１．５　ＩＴＩ有底测坑内．各处理　
在土壤水分达到控制下限之前不灌水，当达到下限时要及时灌水．　
１．２观测指标与观测方法　
采用ＴＤＲ时域反射仪定点定位测定土壤含水量，测量深度为０～２０ｃｍ，２０～４０ｃｍ，一般每隔５　ｄ测１次，　
灌水、降雨前后加测．在每个处理每５　ｄ定点观测每丛茎蘖增减动态，在临近分蘖高峰期到抽穗期期间每隔２　

～
３　ｄ观测１次．　

２水稻茎蘖动态变化规律的分析　
水稻茎蘖动态变化规律是由新生分蘖的产生和无效分蘖　
的消亡过程共同作用形成的．分析不同灌溉模式下水稻茎蘖　
的动态变化规律（表２）可以发现，不同灌溉条件下水稻茎蘖　
的动态变化规律是一致的，均表现出随生育期延续先迅速增　
大、后逐渐减小的变化规律．　
采用覆膜旱作节水灌溉模式，控制根系层土壤水分后，水　
稻的茎蘖动态发生新的变化．分蘖前期茎蘖增长缓于浅湿灌　
溉处理，达到分蘖高峰期时间推迟，时间滞后１０～２０　ｄ．处理　
１，２，３最高茎蘖量分别为４１８．８×ｌｏ５株／ｈｍ２、３３４．８×ｌＯｓ株／　
ｈｍ２和４５１．４×ｌｏｓ株／ｈｍ２，分别比对照处理降低４．３％，　
２３．５％和～３．１％，出现在移栽后的第４９天、５８天和５８天，比　
常规灌溉的推迟了１０ｄ，２０ｄ和２０ｄ．同时，覆膜旱作水稻茎蘖　
消退量较少，削峰平缓．各处理成穗数分别为２８１．３×ｌＯ５穗／　
ｈｍ２．２２６
．
７×ｌＯ５穗／ｈｍ２和３１８．９×ｌＯ５穗／ｈｍ　，与对照处理的　

２７４．７×１０５穗／ｈｍ２相比，分别增加了２．４％，一ｌ７．４％和　
１６．１％．处理１，２，３覆膜旱作水稻有效分蘖率分别为６５．９％，　
６６．２％和６９．６％，高于对照处理的６１．４％．　
分蘖期土壤水分是覆膜旱作水稻茎蘖消长过程的主要影　
响因素．分蘖前期和分蘖后期的土壤含水率分别为田问持水　
率的８０％和７０％时，最高茎蘖量４１８．８×１ｏ５株／ｌ　ｍ２，出现时　

表２水稻茎蘖动态观测结果　
Ｔａｂｌｅ　２　Ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｓｈｏｏｔ　ｄ】ｍ舢　ｏｆ　ｒｉｃｅ　

移栽　水稻茎蘖￣／（１０株・ｈｍＩ２）　
天数／ｄ　处理１　处理２　处理３　对照处理　

刻比对照处理滞后ｌＯ　ｄ．当土壤含水率控制标准降低，分蘖前　注：　表示全生育期水稻的最大茎蘖量‘　
期和分蘖后期分别为田间持水率的７０％和６０％时，其最高茎蘖量降低为３３４．８×ｌｏ５株／ｈｍ　，峰值出现时刻　
进一步推迟，滞后对照处理达２０ｄ．土壤含水率控制标准进一步降低，分别为田间持水率的６０％和５０％时，其　
最高茎蘖量反而增高并超过了对照处理，达４５１．４×ｌｏ５株／ｈｍ２，但峰值出现时刻的滞后性没有改变，依然滞　
后对照处理达２０ｄ．水稻的“抗旱性”锻炼和对恶劣环境的适应性，在复水后出现了显著的补偿生长效应，茎　
蘖大量增长，最高茎蘖量高达４５１．４×１　０５株／ｈｎ　，但分蘖高峰出现的时间晚于对照处理约２０ｄ，会对最终产　
量的形成产生影响．　
覆膜旱作水稻分蘖前期和分蘖后期土壤含水率分别在田间持水率的７０％和６０％以上范围时，土壤水分　
控制越低，最高茎蘖量越低．与之相对应的处理１成穗数略高于对照处理，而处理２的成穗数则大幅度降低．　
同时处理１和处理２的穗粒数和千粒质量均出现降低，表明覆膜旱作导致水稻形成更多的小穗，产量也随之　
降低．土壤含水率分别在田间持水率的６０％和５０％时，水稻产生补偿效应，取得较高茎蘖量，但茎蘖高峰出　
现时间延迟较多．与之相对应的处理３水稻的穗粒数进一步降低，成穗数、结实率大幅度增加，形成更多小穗　
的现象更加明显，虽然产量高于处理１和处理２，但考虑形成小穗与目前水稻优质高产栽培是矛盾的，因此　
在非干旱年并不建议采用（表３）．　

３水稻茎蘖动态变化规律模拟　
３．１水稻茎蘖动态模拟模型的建立　
不同灌溉模式下水稻茎蘖动态均呈现出ｓ形增长与ｓ形下降相结合的２阶段变化规律［９‘　，因此考虑　

０　３　４　ｌ　５　３　７　７　２　３　４　３　３　ｌ　１　Ｏ　８　Ｏ　３　７　
：。８１　钾ｍ粥；謇撕　拼獗埘　
Ｏ　２　２　９　６　ｌ　６　３　６　５　４　７　ｌ　１　２　ｌ　４　７　０　９　
竹　；§粥　狮钾　螂铆　姗姗螂　蛳　
Ｏ　７　６　６　７　５　３　５　６　７　８　５　１　５　８　２　０　９　７　７　
螂　拼　勉抖猫狮狮投瑚　
Ｏ　Ｏ　Ｏ　ｌ　１　３　５　６　８　２　５　２　Ｏ　５　１　５　９　４　８　３　
啪　；量研仰　ｍ　ｍ　螂攫　科　
凹　鼹　加　鲫　舛　
第５期　徐俊增，等分蘖期水分调控对覆膜旱作水稻茎蘖动态影响分析　５１３　
采用２个ｓ曲线套接的思路建立水稻茎蘖动态模　
拟模型．本文采用应用最为广泛的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲　
线［１０－１２］，通过曲线的套接建立水稻茎蘖动态模拟　

模型，形式如下：　
Ｙ＝Ｙｌ—ｙ２＝　Ｋｌ　Ｋ２　

式中：ｙ——茎蘖量，株／ｈｍ２；　——自变量，采用　
移栽后天数，ｄ；　ｌ，Ｋ２，Ⅱ１，０２，ｂ１，ｂ２——待定参　
数．从图１可以看出，Ｋ１，　为增长曲线ｌ，ｌ与消　

表３不同灌溉处理水稻产量及其构成因素　
Ｔａｂｌｅ　３　Ｒｉｃｅ　ｙｉｅｌｄｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｕｎｄｅｒ　
ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｃｈｅｍｅｓ　

亡曲线ｌ，２所能达到的最大值，即全生育期水稻茎蘖发生总量与茎蘖消亡总量，ｂ　，ｂ２则反映了Ｙ。与ｙ２曲　
线的曲率，ｎ。，口　与ｌ，　与ｌ，２曲线的初始状态有关．　
３．２模拟结果分析　
根据实测的水稻茎蘖动态结果，以误差平方和最小为准则，通过优化算法确定水稻茎蘖动态模拟模型的　
参数，得到不同水分调控方案条件下水稻茎蘖动态模拟模型，结果如表４所示．　
表４水稻茎蘖动态套接Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线模拟模型参数　
Ｔａｂｌｅ　４　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｎｅｓｔｅｄ　Ｌｏｇｉｓｔｉｃ　ｃｕｒｖｅ　ｆｏｒ　ｓＵｎｕｌａｔｉｎｇ　ｓｈｏｏｔ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆ　ｒｉｃｅ　

镫　
Ｉ弓　

吕　

●　

皿　

图１套接Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线　图２水稻茎蘖动态模拟结果　
Ｆｉｇ．１　Ｓｋｅｔｃｈ　ｏｆ　ｎｅｓｔｅｄ　Ｌｏｇｉｃ　ｃｕｒｖｅ　Ｆｉｇ．２　Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｓｈｏｏｔ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆ　ｒｉｃｅ　
图２显示模拟结果与实测结果之间的同步变化，除个别处理在拐点处模拟误差稍大外，绝大部分模拟结果　
与实测值吻合良好．表４统计结果表明，采用套接的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ曲线模拟水稻茎蘖动态变化规律是可行的，模拟结　
果的均方误差ＲＭＳＥ在５．３７×ｌ０ｓ～９．５４×ｌｏｓ株／ｌｌｍ２之间，决定系数均在０．９９以上，在０．０１显著性水平显著．　
对比最大茎蘖量模拟结果与实测结果可以发现（表５），模拟结果与实测结果误差范围为２．４　Ｘ　ｌ０ｓ～１８．２　
×ｌｏ５株／ｈＨ１　之间，平均误差为６．７×１ｏ５株／ｈｍ２．除处理２误差较大，为１８．２　Ｘ　ｌｏｓ株／ｈｍ２外，其余３个处理　
的误差均在３．５×１ｏ５株／｝　ｍ２以内，平均相对误差与最大相对误差分别为１．６３％和４．０３％．最大值出现的时　
问对比模拟结果的误差范围为０—５　ｄ，平均误差２．５　ｄ，平均相对误差与最大相对误差分别为４．５４％和　
８．６２％．由模拟模型各参数的意义可以发现，Ｋ】一　与最终成穗数有着密切的关系．比较Ｋ】一　与最终成　
穗数可以发现，两者之间的误差在１２．１×１０５～２８．６×１０５穗／ｈｍ　之间，平均误差１７．１×ｌＯ５穗／ｈｍ２，平均相对　
误差与最大相对误差分别为６．５％和１２．６％．　
３．３模拟模型参数的变化　
ｂ　，ｂ２反映了曲线上升段和下降段趋近最大值的速度．分析不同水分调控条件下参数的对比情况发现　

Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　∞　如　加　．