论文部分内容阅读
摘要通过试验比较可知，透气防渗砂处理的沙地水稻的每穗实粒数、有效分蘖数、穗粒数，根系数、根系干物质、根系体积优于塑料薄膜防渗处理因此得出，透气防渗砂作为沙地水稻的防渗材料种植水稻的效果要高于塑料薄膜。
关键词透气防渗砂；水稻；根系
中图分类号S27文献标识码A文章编号0517-6611（2018）25-0179-03
Effects of Different Antiseepage Treatments on Root Growth of Rice
MENG Qingjiu1， QIN Shengyi1， YU Feng2 et al
（1.State Key Laboratory of Silica Sand Utilization， Beijing 101500； 2.Hundred Village Demonstration，Thousand Village Renovation Project Office，Hangzhou，Zhejiang 311400）
AbstractThrough the experiment， it is known that the number of real grains per panicle， the number of effective tillers， grain number per panicle， the root coefficient， the root dry matter and the root volume under the treatment of breathable impermeable sand are better than the plastic film. Therefore， it is concluded that breathable impermeable sand is better than plastic film for planting rice as impervious material in sandy land.
Key wordsBreathable impermeable sand；Rice；Roots
水稻是我国乃至世界最主要的粮食作物。随着经济的发展和人口的不断増长，粮食产量需要不断增加以满足人们的需求。但随着产量的増加，需要耕地面积和水肥资源不断扩大及投入，在生产上出现了水稻栽培耕地不足及水肥利用效率低的情况。如何实现耕地面积的扩大及提高水肥利用效率，是粮食作物生产过程中亟需解决的问题，也是“产学研”结合的热点问题。水稻根系是水分和养分吸收的主要器官，其形态和生理对地上部的生长发育、产量形成、水分和养分吸收利用均有十分重要的作用。
北京仁创科技集团有限公司在位于内蒙古东部的西辽河中下游通辽市附近的科尔沁沙地利用硅砂资源利用国家重点实验室以沙地中的风积沙为原料，通过自主研发生产的具有透气保水性能的砂产品——透气防渗砂进行了沙漠治理的水稻种植试验。此沙地是沙漠化最为严重的地区之一，是中国四大沙地中面积最大的一个，面积约5.06万km2[1-2]。科尔沁沙地的土地资源丰富而多样，大部分地区地下水位高、储量大，便于开发利用，且光热充足，雨热同季，生长期长，具有发展农业得天独厚的条件。根据科尔沁沙地的自然条件，人们开展了多种农作物的种植并且取得了很好的成绩[3]。20世纪90年代，科尔沁地区人们就开始了沙地水稻种植试验，通过多年的努力开发了沙地衬膜技术（即在沙底铺设塑料膜的方式）并取得了成功[4-7]。沙地水稻作为一种新型的种植模式是一种具有较大生产潜力的农业生产技术[5，8-9]。
衬膜材料为化学聚合物，它的不透气性对水中动、植物的生长不利，环境友好性较差，对铺设技术和条件要求较高[10]。衬膜材料还会破坏土壤结构，衬膜材料在生产过程中添加了许多化学物质，分解过程中产生的有害物质会对地下水造成影响，污染地下水[11]。
笔者通过研究利用不同材料的防渗处理对水稻根系生长及产量的影响，探讨了利用透气防渗砂在沙漠种植水稻的优势。
1材料与方法
1.1材料
该试验采用2种防渗材料进行对比试验，分别为透气防渗砂、塑料薄膜。透气防渗砂由北京仁创科技集团有限公司提供，塑料薄膜在市場采购。
沙地漏水、漏肥不能生长其他植物，通过在沙下铺设一个防渗隔水层，可隔断水肥的流失。传统隔水层为塑料薄膜，其容易造成土壤的污染，仁创发明了生态的透气防渗砂替代塑料薄膜。此材料经过国家建筑材料测试中心测试，得出抗渗行0.1 MPa无渗漏、透气性1 934 mL；国家环境分析测试中心未检测出有毒物质。
供试水稻品种为稻花香2号。
1.2方法
采用OCA15EC 视频光学接触角测量仪测定不同防渗材料的水滴静态接触角。
2017年试验地位于科尔沁沙地边缘奈曼旗白音塔拉苏木镇沙地。沙地有机质含量在3～8 g/kg；耕作层N、P的含量分别为0.40～0.60和0.30～0.45 g/kg，甚至更低。试验地水稻采用有机水稻种植技术，不施用化肥，不打农药，采用人工拔草等有机水稻种植管理方式。施用肥料为有机农家肥，80%有机肥作为底肥施用，20%有机肥作为追肥施用。
稻种4月15—20日育种，5月20—25日插秧。
2种防渗材料种植单元面积为0.3 hm2（长×宽：100 m×30 m），每个防渗材料的种植单元重复3次，随机排列。
1.2.1透气防渗砂沙地水稻田建设。
水田建设流程（图1）：
第1步，借助水平仪，用推土机将地面推平，将平整好的地面挖掘80 cm深，挖掘面最后修平整。 第2步，铺设透气防渗砂，厚度为2 cm，铺设时需要用河沙对透气防渗砂做上下保护，厚度为5 cm。下层河沙是找平层，可减少透气防渗砂的浪费；上层河沙为保护层，可避免回填土时对透气防渗砂的破坏。
第3步，对水田的侧边做防渗处理，将水田的侧边做成45°的斜面，透气防渗砂均匀铺设（铺设厚度增加至5 cm），然后用草帘保护，最后回填种植土，做田埂。
第4步，种植土回填后，将种植面带水找平（平整后的种植面高差在3 cm内），整理田埂，而后进行插秧作业。
1.2.2塑料薄膜水稻田建设。
塑料薄膜铺设将塑料薄膜替换透气防渗砂，具体方法同“1.2.1”。
2结果与分析
2.1不同防渗材料静态接触角测定
静态接触角是指液滴停落于材料表面时，因其底部与材料表面接触，在材料表面-水滴-大气之间形成的接触角，以其大小来判断材料的疏水等级，即保水能力。一般认为，接触角越大，材料疏水性能强，越保水。接触角方法对材料疏水性的测定是比较灵敏的，特别是相对湿度较大的材料表面疏水性的判断。
测定透气防渗砂、塑料薄膜静态接触角的结果如表1、图2。平均值结果如下：透气防渗砂静态接触角为106.5°，塑料薄膜静态接触角86.5°。
2.2不同防渗处理对水稻根系的影响
从表2可知，透气防渗砂处理的水稻根根数、干物重、根体积大于塑料薄膜处理。这说明用透气防渗砂处理的沙地水稻田在同等条件下，比膜处理更有利于水稻根系的生长。值得指出的是，塑料膜防渗处理条件下，水稻根系颜色发黑，且有臭味（图3）。
2.3不同防渗处理对水稻产量的影响
从表3可知，透气防渗砂处理的水稻产量指标高于塑料薄膜防渗处理。透气防渗砂和塑料薄膜处理在千粒重上表现无差异，在实粒数、有效分蘖数、穗粒数上透气防渗砂优于塑料薄膜。这说明用透气防渗砂在沙地水稻田在同等条件下，比膜处理更有利于水稻的生长、水稻产量更高。
3结论与讨论
（1）透气防渗砂、塑料薄膜静态接触角研究结果表明，透气防渗砂静态接触角大于塑料薄膜静态接触角，透气防渗砂疏水性强于塑料薄膜。由此说明在沙漠水稻建设中，应用透气防渗砂作为拦截水分流失材料最好。透气防渗砂产品取之于沙，经特殊工艺加工后，还之于沙，经第三方机构“SVHC”检测，不含任何不可逆的对人、对环境的影响。
（2）根系作为水稻植株的重要组成部分，不仅能够吸收养分和水分，同时也可合成许多重要的生理活性物质，因而在水稻生长发育的过程中起着十分重要的作用[12-14]。通过比较2种防渗材料对沙地水稻根系根数、干物重、根体积的影响，透气防渗砂处理的沙地水稻根系指标优于塑料膜处理的沙地水稻根系。
（3）目前沙地水稻栽培的研究还较少，推广面积也很有限。该研究仅比较了透气防渗砂、塑料薄膜对沙地水稻产量、根系指标的研究，有关沙地水稻机理性研究还需进一步深入研究。
（4）利用透气防渗砂构建透气防渗层替代传统土工膜用于沙地稻田防渗处理，比较2种防渗材料的实粒数、有效分蘖数、穗粒数，透气防渗砂处理的水稻产量指标高于塑料薄膜防渗处理。奈曼旗独有的气候优势，使水稻生长期的积温可以达到3 200 ℃，而一般水稻的积温是2 200～2 400 ℃，五常稻花香的积温也仅为2 500～2 800 ℃。加之水稻生长过程中零农药、零化肥，使得生产的“大漠香”品牌大米通过有机认证。
透气防渗砂具有良好的应用前景，可为荒漠化防治及沙地栽培技术的应用与推广提供科学依据。
参考文献
[1] 邹受益，张景龙，冯政夫，等.科尔沁沙地荒漠化土地初析[J].中国沙漠，2001，21（1）：76-78.
[2] 乌兰图雅，包玉海，香宝.科尔沁地区的垦殖与荒漠化[J].中国草地，1998（6）：65-69.
[3] 亢彦清，李永桩.科尔沁沙地现状及沙产业发展前景[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2013，28（5）：553-556.
[4] 黄学文，何宗颖，严哲洙.科尔沁沙地奈曼旗水稻生产潜力与增产途径[J].中国沙漠，1994，14（1）：75-78.
[5] 黄学文，严哲洙.沙地薄膜水稻栽培研究[J].中国沙漠，1995，15（S1）：17-24.
[6] 黄学文.沙地薄膜水稻的灌溉制度[J].中国沙漠，1995，15（S1）：70-74.
[7] 赵哈林，黄学文，刘新民.沙地薄膜水稻栽培技术规程[J].中国沙漠，1995，15（S1）：7-16.
[8] 部利民，王云，謝友荣.沙漠（地）水稻种植技术研究[J].哲里木畜牧学院学报，1998，8（2）：29-32.
[9] 程道远.流沙地带铺设沥青底层防渗试验报告[J].中国沙漠，1986，6（2）：52-56.
[10] 王兰洁，白培峰.水体防渗材料与技术[C]//中国公园协会2011年论文集.北京：中国公园协会，2011：38-39.
[11] 徐玉宏.我国农膜污染现状和防治对策[J].环境科学动态，2003（2）：9-11.
[12] 杨建昌.水稻根系形态生理与产量、品质形成及养分吸收利用的关系[J].中国农业科学，2011，44（1）：36-46.
[13] YANG L X，WANG Y L，KOBAYASHI K，et al.Seasonal changes in the effects of freeair CO2 enrichment（FACE）on growth，morphology and physiology of rice root at three levels of nitrogen fertilization[J].Global change biology，2008，14（8）：1844-1853.
[14] 陈达刚，周新桥，李丽君，等.华南主栽高产籼稻根系形态特征及其与产量构成的关系[J].作物学报，2013，39（10）：1899-1908.
关键词透气防渗砂；水稻；根系
中图分类号S27文献标识码A文章编号0517-6611（2018）25-0179-03
Effects of Different Antiseepage Treatments on Root Growth of Rice
MENG Qingjiu1， QIN Shengyi1， YU Feng2 et al
（1.State Key Laboratory of Silica Sand Utilization， Beijing 101500； 2.Hundred Village Demonstration，Thousand Village Renovation Project Office，Hangzhou，Zhejiang 311400）
AbstractThrough the experiment， it is known that the number of real grains per panicle， the number of effective tillers， grain number per panicle， the root coefficient， the root dry matter and the root volume under the treatment of breathable impermeable sand are better than the plastic film. Therefore， it is concluded that breathable impermeable sand is better than plastic film for planting rice as impervious material in sandy land.
Key wordsBreathable impermeable sand；Rice；Roots
水稻是我国乃至世界最主要的粮食作物。随着经济的发展和人口的不断増长，粮食产量需要不断增加以满足人们的需求。但随着产量的増加，需要耕地面积和水肥资源不断扩大及投入，在生产上出现了水稻栽培耕地不足及水肥利用效率低的情况。如何实现耕地面积的扩大及提高水肥利用效率，是粮食作物生产过程中亟需解决的问题，也是“产学研”结合的热点问题。水稻根系是水分和养分吸收的主要器官，其形态和生理对地上部的生长发育、产量形成、水分和养分吸收利用均有十分重要的作用。
北京仁创科技集团有限公司在位于内蒙古东部的西辽河中下游通辽市附近的科尔沁沙地利用硅砂资源利用国家重点实验室以沙地中的风积沙为原料，通过自主研发生产的具有透气保水性能的砂产品——透气防渗砂进行了沙漠治理的水稻种植试验。此沙地是沙漠化最为严重的地区之一，是中国四大沙地中面积最大的一个，面积约5.06万km2[1-2]。科尔沁沙地的土地资源丰富而多样，大部分地区地下水位高、储量大，便于开发利用，且光热充足，雨热同季，生长期长，具有发展农业得天独厚的条件。根据科尔沁沙地的自然条件，人们开展了多种农作物的种植并且取得了很好的成绩[3]。20世纪90年代，科尔沁地区人们就开始了沙地水稻种植试验，通过多年的努力开发了沙地衬膜技术（即在沙底铺设塑料膜的方式）并取得了成功[4-7]。沙地水稻作为一种新型的种植模式是一种具有较大生产潜力的农业生产技术[5，8-9]。
衬膜材料为化学聚合物，它的不透气性对水中动、植物的生长不利，环境友好性较差，对铺设技术和条件要求较高[10]。衬膜材料还会破坏土壤结构，衬膜材料在生产过程中添加了许多化学物质，分解过程中产生的有害物质会对地下水造成影响，污染地下水[11]。
笔者通过研究利用不同材料的防渗处理对水稻根系生长及产量的影响，探讨了利用透气防渗砂在沙漠种植水稻的优势。
1材料与方法
1.1材料
该试验采用2种防渗材料进行对比试验，分别为透气防渗砂、塑料薄膜。透气防渗砂由北京仁创科技集团有限公司提供，塑料薄膜在市場采购。
沙地漏水、漏肥不能生长其他植物，通过在沙下铺设一个防渗隔水层，可隔断水肥的流失。传统隔水层为塑料薄膜，其容易造成土壤的污染，仁创发明了生态的透气防渗砂替代塑料薄膜。此材料经过国家建筑材料测试中心测试，得出抗渗行0.1 MPa无渗漏、透气性1 934 mL；国家环境分析测试中心未检测出有毒物质。
供试水稻品种为稻花香2号。
1.2方法
采用OCA15EC 视频光学接触角测量仪测定不同防渗材料的水滴静态接触角。
2017年试验地位于科尔沁沙地边缘奈曼旗白音塔拉苏木镇沙地。沙地有机质含量在3～8 g/kg；耕作层N、P的含量分别为0.40～0.60和0.30～0.45 g/kg，甚至更低。试验地水稻采用有机水稻种植技术，不施用化肥，不打农药，采用人工拔草等有机水稻种植管理方式。施用肥料为有机农家肥，80%有机肥作为底肥施用，20%有机肥作为追肥施用。
稻种4月15—20日育种，5月20—25日插秧。
2种防渗材料种植单元面积为0.3 hm2（长×宽：100 m×30 m），每个防渗材料的种植单元重复3次，随机排列。
1.2.1透气防渗砂沙地水稻田建设。
水田建设流程（图1）：
第1步，借助水平仪，用推土机将地面推平，将平整好的地面挖掘80 cm深，挖掘面最后修平整。 第2步，铺设透气防渗砂，厚度为2 cm，铺设时需要用河沙对透气防渗砂做上下保护，厚度为5 cm。下层河沙是找平层，可减少透气防渗砂的浪费；上层河沙为保护层，可避免回填土时对透气防渗砂的破坏。
第3步，对水田的侧边做防渗处理，将水田的侧边做成45°的斜面，透气防渗砂均匀铺设（铺设厚度增加至5 cm），然后用草帘保护，最后回填种植土，做田埂。
第4步，种植土回填后，将种植面带水找平（平整后的种植面高差在3 cm内），整理田埂，而后进行插秧作业。
1.2.2塑料薄膜水稻田建设。
塑料薄膜铺设将塑料薄膜替换透气防渗砂，具体方法同“1.2.1”。
2结果与分析
2.1不同防渗材料静态接触角测定
静态接触角是指液滴停落于材料表面时，因其底部与材料表面接触，在材料表面-水滴-大气之间形成的接触角，以其大小来判断材料的疏水等级，即保水能力。一般认为，接触角越大，材料疏水性能强，越保水。接触角方法对材料疏水性的测定是比较灵敏的，特别是相对湿度较大的材料表面疏水性的判断。
测定透气防渗砂、塑料薄膜静态接触角的结果如表1、图2。平均值结果如下：透气防渗砂静态接触角为106.5°，塑料薄膜静态接触角86.5°。
2.2不同防渗处理对水稻根系的影响
从表2可知，透气防渗砂处理的水稻根根数、干物重、根体积大于塑料薄膜处理。这说明用透气防渗砂处理的沙地水稻田在同等条件下，比膜处理更有利于水稻根系的生长。值得指出的是，塑料膜防渗处理条件下，水稻根系颜色发黑，且有臭味（图3）。
2.3不同防渗处理对水稻产量的影响
从表3可知，透气防渗砂处理的水稻产量指标高于塑料薄膜防渗处理。透气防渗砂和塑料薄膜处理在千粒重上表现无差异，在实粒数、有效分蘖数、穗粒数上透气防渗砂优于塑料薄膜。这说明用透气防渗砂在沙地水稻田在同等条件下，比膜处理更有利于水稻的生长、水稻产量更高。
3结论与讨论
（1）透气防渗砂、塑料薄膜静态接触角研究结果表明，透气防渗砂静态接触角大于塑料薄膜静态接触角，透气防渗砂疏水性强于塑料薄膜。由此说明在沙漠水稻建设中，应用透气防渗砂作为拦截水分流失材料最好。透气防渗砂产品取之于沙，经特殊工艺加工后，还之于沙，经第三方机构“SVHC”检测，不含任何不可逆的对人、对环境的影响。
（2）根系作为水稻植株的重要组成部分，不仅能够吸收养分和水分，同时也可合成许多重要的生理活性物质，因而在水稻生长发育的过程中起着十分重要的作用[12-14]。通过比较2种防渗材料对沙地水稻根系根数、干物重、根体积的影响，透气防渗砂处理的沙地水稻根系指标优于塑料膜处理的沙地水稻根系。
（3）目前沙地水稻栽培的研究还较少，推广面积也很有限。该研究仅比较了透气防渗砂、塑料薄膜对沙地水稻产量、根系指标的研究，有关沙地水稻机理性研究还需进一步深入研究。
（4）利用透气防渗砂构建透气防渗层替代传统土工膜用于沙地稻田防渗处理，比较2种防渗材料的实粒数、有效分蘖数、穗粒数，透气防渗砂处理的水稻产量指标高于塑料薄膜防渗处理。奈曼旗独有的气候优势，使水稻生长期的积温可以达到3 200 ℃，而一般水稻的积温是2 200～2 400 ℃，五常稻花香的积温也仅为2 500～2 800 ℃。加之水稻生长过程中零农药、零化肥，使得生产的“大漠香”品牌大米通过有机认证。
透气防渗砂具有良好的应用前景，可为荒漠化防治及沙地栽培技术的应用与推广提供科学依据。
参考文献
[1] 邹受益，张景龙，冯政夫，等.科尔沁沙地荒漠化土地初析[J].中国沙漠，2001，21（1）：76-78.
[2] 乌兰图雅，包玉海，香宝.科尔沁地区的垦殖与荒漠化[J].中国草地，1998（6）：65-69.
[3] 亢彦清，李永桩.科尔沁沙地现状及沙产业发展前景[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2013，28（5）：553-556.
[4] 黄学文，何宗颖，严哲洙.科尔沁沙地奈曼旗水稻生产潜力与增产途径[J].中国沙漠，1994，14（1）：75-78.
[5] 黄学文，严哲洙.沙地薄膜水稻栽培研究[J].中国沙漠，1995，15（S1）：17-24.
[6] 黄学文.沙地薄膜水稻的灌溉制度[J].中国沙漠，1995，15（S1）：70-74.
[7] 赵哈林，黄学文，刘新民.沙地薄膜水稻栽培技术规程[J].中国沙漠，1995，15（S1）：7-16.
[8] 部利民，王云，謝友荣.沙漠（地）水稻种植技术研究[J].哲里木畜牧学院学报，1998，8（2）：29-32.
[9] 程道远.流沙地带铺设沥青底层防渗试验报告[J].中国沙漠，1986，6（2）：52-56.
[10] 王兰洁，白培峰.水体防渗材料与技术[C]//中国公园协会2011年论文集.北京：中国公园协会，2011：38-39.
[11] 徐玉宏.我国农膜污染现状和防治对策[J].环境科学动态，2003（2）：9-11.
[12] 杨建昌.水稻根系形态生理与产量、品质形成及养分吸收利用的关系[J].中国农业科学，2011，44（1）：36-46.
[13] YANG L X，WANG Y L，KOBAYASHI K，et al.Seasonal changes in the effects of freeair CO2 enrichment（FACE）on growth，morphology and physiology of rice root at three levels of nitrogen fertilization[J].Global change biology，2008，14（8）：1844-1853.
[14] 陈达刚，周新桥，李丽君，等.华南主栽高产籼稻根系形态特征及其与产量构成的关系[J].作物学报，2013，39（10）：1899-1908.