不同水肥模式對水稻需水量及產(chǎn)量的影響
——以洱海流域為例

韓煥豪，崔遠來，高 蓉，熊嬌嬌，黃 英，沈士洲，王樹鵬，張 雷

(1. 武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室, 湖北 武漢 430072；2. 云南省水利水電科學研究院，云南 昆明 650228；3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)保所大理農(nóng)業(yè)綜合實驗站，云南 大理 671004)

水稻屬濕生類作物，具有喜濕、耐水的特性，是中國耗水量最多的作物之一[1-3]。水稻田須保持較高的土壤含水率[4]。眾多研究表明，節(jié)水灌溉及適當?shù)乃置{迫不僅極大地減少了水稻生育期內(nèi)的需水量(crop evapotranspiration，ETc)，還可以提高水稻產(chǎn)量[5-12]。茆智[5]對水稻不同節(jié)水灌溉模式試驗結(jié)果與推廣經(jīng)驗進行總結(jié)認為，與傳統(tǒng)的長期淹水灌溉模式相比，采用不同的節(jié)水灌溉模式一般可減少水稻棵間蒸發(fā)量25%～35%，降低蒸騰量10%～15%，水稻增產(chǎn)率達2%～10%。氮素對水稻生長的影響不亞于水，合理施用氮肥能提高水稻產(chǎn)量及氮素利用率[13-14]。由于氮素營養(yǎng)在稻田生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要作用，氮肥的施用量正逐年增加，在大幅度提高水稻產(chǎn)量的同時，也產(chǎn)生了嚴重的面源污染問題[15-18]。

除了水、肥單一因子對水稻ETc及產(chǎn)量的影響外，許多學者也對水肥綜合調(diào)控下的水稻ETc及產(chǎn)量進行了研究[19-21]。水、肥與水稻生長相互影響和制約，不同水、肥模式對水稻的長勢和產(chǎn)量影響不同。綜合來看，節(jié)水灌溉及多次施肥模式下的水稻ETc較小且產(chǎn)量較高[19]。

本文于2016年、2017年在云南典型區(qū)洱海流域進行了水、肥綜合調(diào)控模式下的水稻ETc及產(chǎn)量等試驗研究，以期為洱海流域乃至云南高原水稻水、肥高效利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

洱海流域地處低緯高原，屬低緯高原季風氣候，四季溫和，年平均氣溫為15.1 ℃；干濕季分明，冬干夏雨，85%～96%的降雨集中在5—10月，年平均降雨量為1041 mm。 試驗區(qū)位于大理州喜洲鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)保所大理農(nóng)業(yè)綜合實驗站內(nèi)。土壤容重為1.14 g/cm3，容積飽和含水率為55%，容積田間持水率為47.2%。土壤為粉砂質(zhì)壤土，平均粒徑為19.26 um。水稻供試品種為云粳27，2016年水稻生育期為5月27日—9月26日，全生育期共122 d；2017年水稻生育期為5月28日—9月27日，全生育期共122 d。

1.2 處理設計

試驗在試驗小區(qū)中進行，各小區(qū)面積54.0 m2(長12.0 m，寬4.5 m)，各小區(qū)用埋深40 cm的塑料薄膜包裹的田埂隔開防止串水和側(cè)滲。田埂高和寬均為40 cm。灌溉由水泵抽水，并通過管道供水到各小區(qū)，在每個小區(qū)的出水口安裝水表。每個小區(qū)安裝水尺進行水層變化觀測。

試驗設兩種灌水模式：淹水灌溉W0、間歇灌溉W1，具體水層標準見表1；兩個施氮水平：農(nóng)民傳統(tǒng)施肥量N0(193 kg/hm2，以純氮計)、70%農(nóng)民施肥量N1(135 kg/hm2)；兩種氮肥施肥方式：一種追肥F1(蘗肥、穗肥比例為70%、30%)、另一種追肥F2(基肥、蘗肥、穗肥比例為50%、30%、20%)。共組合為8個處理(見表2)，每個處理設3次重復，共計24個小區(qū)，各小區(qū)隨機排列。

氮肥品種均為尿素，磷肥品種為鈣鎂磷肥，鉀肥為氯化鉀，磷肥和鉀肥均在蘗肥時全部施入稻田，施磷(P2O5)、鉀(K2O)量均為62.5 kg/hm2。水稻采用人工收割，收割后種植蠶豆，無需施氮肥。

表1 不同灌溉模式下田間水層控制標準

注：括號內(nèi)為生育期天數(shù)。

表2 不同水肥處理具體組合方式

1.3 觀測內(nèi)容與方法

田間水量平衡要素觀測包括灌水量、排水量、田間耗水量、滲漏量、蒸發(fā)蒸騰量及土壤含水量。灌水量、排水量根據(jù)灌、排水前后田間水層深度的差值計算，耗水量由田間水層深度變化獲得，小區(qū)安裝有測滲筒觀測田間滲漏量，用逐日田間耗水量減去逐日田間滲漏量即為逐日田間蒸發(fā)蒸騰量(又稱為需水量)，具體計算方法見參考文獻[11]。

水稻收割時每個小區(qū)取2 m×3 m=6 m2樣方進行測產(chǎn)，且各小區(qū)單打單收。

氣象觀測采用站內(nèi)自動氣象站觀測數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻需水規(guī)律

2016年及2017年不同處理下各生育期水稻日均ETc如圖1所示。由圖1可知兩個水稻季的日均ETc均為先增后減的單峰曲線。

2016年日均ETc峰值出現(xiàn)在抽穗開花期，返青期最小。從返青期到拔節(jié)孕穗期幾乎呈線性增加趨勢。不同處理下的日均ETc差異不大。不同灌溉模式之間差異不大的主要原因是2016年水稻季降雨較多，W1達不到處理下限，田間水層變化與W0差異不大。不同施肥量及施肥次數(shù)之間差異不大的主要原因是在前茬底肥過多的情況下，追肥對水稻生長影響較小。

由圖1可知， 2016年水稻季日均ETc峰值出現(xiàn)在抽穗開花期，而2017年水稻季日均ETc峰值出現(xiàn)在拔節(jié)孕穗期。其主要原因是2016年降雨較多，水稻生育前期日照時數(shù)相對2017年少，ETc減少。另一個原因是2016年水稻季前茬底肥過多，經(jīng)過2016年的試驗之后底肥減少，避免了因底肥過多水稻貪青而ETc峰值后延。也正是沒有了上茬底肥過多對2017年水稻季產(chǎn)生的干擾，2017年水稻不同處理下全生育期日均ETc差異較明顯。W0處理全生育期日均ETc為4.70 mm，W1處理為4.57 mm，W1處理比W0減少0.13 mm。N0處理全生育期日均ETc為4.74 mm，N1為4.53 mm，N1比N0減少0.21 mm。F2處理全生育期日均ETc為4.66 mm，F(xiàn)1為4.61 mm，F(xiàn)1比F2減少0.05 mm。F2處理下的水稻生育期前半段日均ETc小于F1，穗肥施加之后日均ETc超過了F1，而2016年水稻季的這種現(xiàn)象不明顯。

參考作物蒸發(fā)蒸騰量(reference crop evapotranspiration，ET0)是各種氣象要素的綜合反映，其精確計算對于各地區(qū)節(jié)水及農(nóng)業(yè)水資源的高效利用有很重要的意義[22]。圖2是2016年及2017年水稻季各生育期ET0的變化曲線，由圖可知2016年水稻季的ET0變化不大，除返青期稍大之外，其余生育期均在4.40 mm/d上下波動，各生育期ETc因氣象變化產(chǎn)生的差異較小，這也是2016年水稻季水稻各生育期日均ETc出現(xiàn)在抽穗開花期的原因之一，抽穗開花期是水稻營養(yǎng)生長和生殖生長并行、ETc最大的時期。而2017年水稻季ET0從返青期開始到黃熟期幾乎以相同的比例持續(xù)減少，水稻生育前期高溫少雨，生育后期低溫多雨，這也是2017年水稻季水稻ETc峰值出現(xiàn)在拔節(jié)孕穗期的原因之一，拔節(jié)孕穗期ET0和水稻地上生物量均較大，最終綜合下來ETc最大。

圖2 水稻各生育期ET0

2.2 作物系數(shù)

作物系數(shù)為作物蒸發(fā)蒸騰量與ET0的比值，即：

(1)

式中：Kc為作物系數(shù)；ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量，mm；ETc為水稻生育期內(nèi)的需水量，mm。

2016年及2017年水稻作物系數(shù)變化曲線如圖3所示。由圖3可知兩個水稻季各生育期的Kc變化趨勢與圖1所示的ETc變化趨勢基本一致。

圖3 水稻各生育期作物系數(shù)

對于2016年水稻季，拔節(jié)孕穗期與抽穗開花期Kc相差較小且是整個生育期的峰值，在1.15左右。2017年水稻季Kc最大值出現(xiàn)在抽穗開花期，在1.25左右，大于2016年。乳熟期各處理水稻Kc差異最大，表現(xiàn)為F2處理大于F1處理，主要是從抽穗開花期之后F1處理下的水稻Kc下降幅度要大于F2處理，F(xiàn)2處理下的穗肥使得水稻成熟期延后，而沒施穗肥的F1處理在抽穗開花期之后把葉片的養(yǎng)分迅速向穗部轉(zhuǎn)移，成熟期提前。

2016年及2017年水稻季各處理全生育期Kc多數(shù)在1.1左右，W1N1F2和W1N1F1處理的Kc在1.0左右。N0處理下2016年水稻季的Kc大于2017年水稻季，而N1處理下則小于2017年水稻季。而不同灌溉模式和施肥次數(shù)對Kc的影響則沒有一定的規(guī)律。

2.3 水量平衡要素及產(chǎn)量

2.3.1 田間水量平衡分析

2016年及2017年水稻季不同水肥處理下稻田水量平衡要素如表3所示。從表3可知2016年水稻季降雨量幾乎是2017年的2倍，這也是2016年水稻季灌水量較少排水量較多的主要原因。2016年和2017年水稻季各處理平均灌水量分別為223.0 mm和342.5 mm，平均排水量分別為826.9 mm和215.4 mm，2016年水稻季約是2017年的4倍。從降雨量和排水量的對比可以發(fā)現(xiàn)，2016水稻季的單次降雨量較大。

從不同灌溉模式來看，2016年水稻季W(wǎng)1和W0處理下的灌水量差異不大，而2017年水稻季W(wǎng)0處理比W1處理灌水量平均多210.0 mm。W1和W0處理下2016年水稻季的排水量差異不大，而2017年水稻季W(wǎng)0處理下的排水量是W1處理的2倍，可見W1處理在平水年可減少灌水量及排水量。

2016年和2017年水稻季各處理平均滲漏量分別為220.3 mm和169.7 mm，2016年水稻季比2017年多50.6 mm。一是因為降雨較多，田面水層長時間維持在較高水平，下滲速率較大；二是經(jīng)過2016年水稻季的種植，2017年水稻季試驗小區(qū)耕作層的致密性較2016年好，下滲速率減弱。從不同灌溉模式來看，W1模式的滲漏量明顯小于W0模式，特別是降雨較少的2017年水稻季。在田間沒有水層或土壤含水率較低的情況下滲漏量明顯減少。

表3 不同水肥處理下稻田水量平衡要素

2.3.2 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

由表4可知2017年水稻季各處理下的水稻產(chǎn)量均比2016年高。2016年及2017年水稻季各處理下水稻平均產(chǎn)量分別為9.82 t/hm2和11.32 t/hm2，2017年水稻季平均比2016年水稻季增產(chǎn)2.50 t/hm2，增產(chǎn)比例達25.5%。主要是因為2016年水稻季底肥較多，營養(yǎng)生長旺盛且持久，轉(zhuǎn)移到穗部的養(yǎng)分較少，導致結(jié)實率偏低。且由于底肥的干擾，2016年水稻季不同處理的水稻產(chǎn)量差異不如2017年水稻季顯著。

2016年水稻季產(chǎn)量最高的是W1N0F1處理，10.73 t/hm2；產(chǎn)量最低的是W0N1F2處理，9.16 t/hm2。W1和W0處理的水稻平均產(chǎn)量分別為10.00 t/hm2和9.63 t/hm2，W1比W0的平均產(chǎn)量多0.37 t/hm2，增產(chǎn)3.8%。N0和N1處理的平均產(chǎn)量分別為10.15 t/hm2和9.48 t/hm2，N0比N1處理的產(chǎn)量多0.67 t/hm2，N1比N0減產(chǎn)6.6%。N0處理下，F(xiàn)2處理比F1的產(chǎn)量高；N1處理下，F(xiàn)1比F2處理的產(chǎn)量高。除N0F2處理外，其余處理下均是W1模式下的水稻產(chǎn)量比W0高。綜合來看，2016年水稻季W(wǎng)1N0F2和W1N1F1處理下對水稻產(chǎn)量形成最有利。但考慮到前茬種植底肥遺留較多，N0處理不宜在稻季繼續(xù)被采用。

2017年水稻季產(chǎn)量最高的是W1N1F2處理，12.22 t/hm2；產(chǎn)量最低的是W0N1F1處理，10.11 t/hm2，W1N1F2處理比W0N1F1增產(chǎn)20.9%。W1和W0處理的水稻平均產(chǎn)量分別為11.63 t/hm2和11.02 t/hm2，W1比W0的平均產(chǎn)量多0.61 t/hm2，增產(chǎn)5.5%。N0和N1處理的平均產(chǎn)量分別為11.48 t/hm2和11.16 t/hm2，N0比N1處理的產(chǎn)量多0.32 t/hm2，N1比N0減產(chǎn)2.9%。F2和F1處理的水稻平均產(chǎn)量分別為11.88 t/hm2和10.78 t/hm2，F(xiàn)2處理比F1平均增產(chǎn)1.10 t/hm2，增產(chǎn)比例達10.2%，可見間歇灌溉及兩次追肥均可增加水稻產(chǎn)量。

綜合2016年和2017年水稻季可知，在不同水文年間歇灌溉相對傳統(tǒng)淹水灌溉均可提高水稻產(chǎn)量，提高比例在3.8%～5.5%之間。在減量施肥且兩次施肥的模式下不僅可以提高水稻產(chǎn)量，還可以降低化肥施用量，避免面源污染產(chǎn)生的潛在風險?？蔀槎Ａ饔蜻^量施肥問題的解決提供一定的參考和理論支持。

3 結(jié) 論

(1)不同灌溉模式、施肥量對水稻全生育期ETc影響較大，而不同施肥次數(shù)對ETc的影響較小。底肥過多或多次施肥的情況會造成水稻貪青使得水稻需水強度峰值延后。

(2)水稻各生育期Kc變化趨勢與日均ETc變化趨勢基本一致，與施肥量關(guān)系較大。不同灌溉模式和施肥次數(shù)對Kc的影響沒有一定的規(guī)律。乳熟期各處理水稻Kc差異最大。

(3)間歇灌溉模式在平水年可顯著減少灌水及排水，在不同水文年均可提高水稻產(chǎn)量。減量施肥且兩次施肥的模式不僅可以提高水稻產(chǎn)量，還可以降低化肥施用量，避免面源污染產(chǎn)生的潛在風險。