內(nèi)蒙古扎賚特旗水稻節(jié)水灌溉試驗(yàn)研究

張瑞喜，宋日權(quán)，程爭(zhēng)鳴，于 健，李寶峰

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院，呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古億峰源農(nóng)水開(kāi)發(fā)中心，呼和浩特 010020)

0 引 言

水稻是我國(guó)主要的三大糧食作物之一，種植面積 3 億hm2左右，約占我國(guó)耕地總面積的1/3，但是產(chǎn)量可達(dá)1.8 億t左右，約是我國(guó)糧食總產(chǎn)量的40%[1]。扎賚特旗處于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，屬于國(guó)家東北黑土保育區(qū)，是內(nèi)蒙古自治區(qū)嶺南優(yōu)質(zhì)水稻種植區(qū)，其農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)在我國(guó)東北糧食主產(chǎn)區(qū)具有典型的代表性，是自治區(qū)糧食生產(chǎn)示范縣和國(guó)家級(jí)新增千億斤糧食產(chǎn)能規(guī)劃主產(chǎn)區(qū)產(chǎn)糧大縣。2006-2014年接連九年被國(guó)家農(nóng)業(yè)部評(píng)為“全國(guó)糧食生產(chǎn)先進(jìn)縣”，糧食的穩(wěn)定增產(chǎn)推動(dòng)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。扎賚特旗是自治區(qū)優(yōu)質(zhì)水稻主產(chǎn)區(qū)和示范區(qū)，水稻栽種面積占全旗作物總種植面積的25%以上。水稻是耗水量最大的糧食作物之一，整個(gè)生育期的需水量為1 200 mm，對(duì)于年均降雨量?jī)H為400 mm左右的全旗來(lái)說(shuō)，意味著剩余需水量來(lái)自灌溉。采取控制灌溉技術(shù)可有效提升作物水分生產(chǎn)率，發(fā)展高效精確節(jié)水灌溉水稻具有重要意義。

已有研究結(jié)果表明采用控制灌溉技術(shù)，可控制水稻的無(wú)效分蘗，形成葉面積指數(shù)適宜水稻的株型，互不遮光，下層的植株葉片也可以進(jìn)行有效的光合作用，這便增加了光合作用的葉面積，提高水稻光合作用效率[2-8]；控制灌溉技術(shù)稻田在水稻生育期部分時(shí)段內(nèi)沒(méi)有水層，這便降低了水稻株間空氣濕度，便于水稻冠層中的空氣流動(dòng)，降低了水稻稻瘟病及其他病害的發(fā)生概率[9]；稻田采取控制灌溉技術(shù)后干濕交替，這便改變了土壤的熱容量。采用控制灌溉稻田溫度會(huì)提高1～3 ℃，促進(jìn)水稻有效分蘗，提高水稻產(chǎn)量[10]。

扎賚特旗水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定增長(zhǎng)推動(dòng)了當(dāng)?shù)丶白灾螀^(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展。但在水稻生產(chǎn)過(guò)程中因不能精準(zhǔn)控制灌水時(shí)間和灌水量，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，客觀上影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性。本試驗(yàn)依托扎賚特旗水稻節(jié)水灌溉示范區(qū)開(kāi)展試驗(yàn)，采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉與節(jié)水控制灌溉相對(duì)比的研究方法，監(jiān)測(cè)水稻生理生態(tài)指標(biāo)，分析節(jié)水控制灌溉對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量的影響，所得結(jié)果對(duì)于寒地水稻發(fā)展節(jié)水控制灌溉技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年5-10月在內(nèi)蒙古自治區(qū)水利廳扎賚特旗水稻節(jié)水灌溉示范基地(46°45′N(xiāo)，123°37′E，海拔212～218 m)進(jìn)行。屬寒溫帶大陸性氣候，冬季寒冷，夏季溫和多雨，春季干旱，試驗(yàn)區(qū)多年平均降雨量415.2 mm，蒸發(fā)量1 400 mm左右，平均氣溫3.5 ℃，多年平均≥10 ℃有效積溫2 300～2 450 ℃，無(wú)霜期125 d左右。試驗(yàn)區(qū)土壤為壤質(zhì)草甸土，土壤肥沃，有機(jī)質(zhì)含量6.57%，堿解氮125.4 mg/kg，速效磷,22.8 mg/kg，速效鉀92.1 mg/kg，pH值6.12。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)試驗(yàn)處理。本試驗(yàn)從5月20日插秧開(kāi)始，至水稻收獲9月17日，共121 d。水稻泡田灌溉形式為地面淹灌。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)土壤特性和水稻需水規(guī)律，結(jié)合當(dāng)?shù)毓喔葪l件，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)3種灌水處理，2種節(jié)水控灌技術(shù)以淺水、淺濕為主，只是在拔節(jié)、孕穗、抽穗、開(kāi)花時(shí)才采用較深的水層，具體試驗(yàn)處理分別為：當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉(對(duì)照)、淺曬淺濕(處理一)和淺曬濕干(處理二)。詳細(xì)的設(shè)計(jì)灌水定額、灌水時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 水稻不同處理設(shè)計(jì)灌溉制度表

(2)小區(qū)田間布置。試驗(yàn)共設(shè)置3種灌水模式(3種處理)，共計(jì)3個(gè)處理小區(qū)，試驗(yàn)區(qū)面積30 m×40 m=1 200 m2，每個(gè)處理小區(qū)長(zhǎng)分別為40 m，寬分別為10 m，小區(qū)面積400 m2。

每個(gè)小區(qū)之間埋設(shè)聚乙烯膜進(jìn)行隔離，聚乙烯膜深0.5 m。試驗(yàn)田在插秧前泡田3～5 d，泡田用水另計(jì)。秧苗移栽入大田后，水稻各生育期均按設(shè)計(jì)水層進(jìn)行灌溉。對(duì)照采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉。灌水日期根據(jù)設(shè)計(jì)的灌水時(shí)間進(jìn)行灌溉，田間管理與農(nóng)戶(hù)管理一致。

(3)田間管理。供試水稻品種采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)民使用的常規(guī)品種牡丹江29。施肥統(tǒng)一采用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥。肥料主要包括復(fù)合肥、硫酸銨和尿素，基肥采用復(fù)合肥，在插秧前旋耕時(shí)進(jìn)行撒肥，施肥量為300 kg/hm2。整個(gè)生育期追肥3次，分別在返青期、分蘗期、花期追肥，分別追施硫酸氨60 kg/hm2，尿素120 kg/hm2，尿素90 kg/hm2。插秧后打藥除草，每公頃用10%農(nóng)思它 2 250 mL 甩施，插秧后25%阿羅津1 350 mL噴施，全生育期防病 4 次。具體施肥量如表2所示。

1.3 測(cè)試指標(biāo)及方法

(1)水稻生理指標(biāo)。莖蘗動(dòng)態(tài)：為了使各處理的基本株數(shù)一致，在每個(gè)處理隨機(jī)選擇2 m2的觀測(cè)點(diǎn)中再隨機(jī)選6穴，并且使這6穴總株數(shù)為18株，做好定點(diǎn)標(biāo)志，進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)，觀測(cè)疾病記錄每穴的苗數(shù)，考察莖蘗變化、記錄有效分蘗數(shù)等。

表2 水稻不同試驗(yàn)處理施肥量 kg/hm2

調(diào)查時(shí)間為分蘗開(kāi)始至齊穗。株高：全生育期均進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在抽穗前，水稻株高為土面至每穴最高葉尖的高度。抽穗后為土面至最高穗頂(不計(jì)芒)的高度。莖桿：在水稻成熟期，對(duì)其株高進(jìn)行最終測(cè)量，同時(shí)隨機(jī)抽取3株水稻，測(cè)量水稻的節(jié)間距離，并用游標(biāo)卡測(cè)量其最下一節(jié)秸稈的單壁厚度。

(2)水稻產(chǎn)量指標(biāo)。在收割前，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)選取2 m2三處，分別測(cè)定穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，測(cè)得平均產(chǎn)量后再折算成標(biāo)準(zhǔn)含水量的產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生理指標(biāo)影響

在水稻的整個(gè)生育期都對(duì)水稻株高進(jìn)行監(jiān)測(cè)，抽穗前為地面到每穴最高葉尖的高度，抽穗后為地面到最高穗頂(不計(jì)芒)的高度。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪出不同處理下水稻株高隨時(shí)間的變化過(guò)程線(xiàn)如圖1所示。由圖1可以看出，從返青期開(kāi)始水稻株高隨著時(shí)間的增加而逐漸增大，在乳熟期達(dá)到最大值，之后隨著略有下降。處理一和處理二淺水灌溉區(qū)的株高在分蘗前與對(duì)照無(wú)差異。從拔節(jié)孕穗期開(kāi)始，處理一和處理二采用淺水層間歇灌溉，由于土壤水分虧缺，處理一和處理二小區(qū)的水稻生長(zhǎng)速度減小，水稻株高呈現(xiàn)低于對(duì)照處理的趨勢(shì)，而且在乳熟期差距達(dá)到最大。乳熟期末處理一和處理二灌溉區(qū)的水稻株高分別為 90.57、87.26 cm，較對(duì)照處理低 3.7、5.0 cm。由此可知，水稻生育后期對(duì)土壤水分實(shí)施不同程度的虧缺調(diào)控后，水稻株高會(huì)受到一定程度的抑制。

圖1 不同處理水稻株高變化過(guò)程線(xiàn)

分蘗期是水稻生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵期，促進(jìn)有效分蘗，減少無(wú)效分蘗，提高莖孽成穗率，進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量。為了確保初始數(shù)據(jù)一致性，對(duì)各處理隨機(jī)選擇2 m2的觀測(cè)點(diǎn)中再隨機(jī)選6穴，并且保證6穴總株數(shù)為18株，做好定點(diǎn)標(biāo)志進(jìn)行觀測(cè)，水稻分蘗統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表3。

表3 不同處理間水稻分蘗數(shù)的變化

由表3可知，在基本株數(shù)相同的情況下，節(jié)水控灌的2個(gè)處理分蘗數(shù)較常灌高，這說(shuō)明不同的節(jié)水控灌處理對(duì)水稻的分蘗有影響，而其中處理二(淺曬濕干)分蘗數(shù)最大，處理一次之，對(duì)照的最小。在分蘗末期的最大分蘗數(shù)分別是對(duì)照38株、處理一42 株、處理二45 株，較對(duì)照分別增加了4株和7株。 不同處理的水稻單壁厚度、倒數(shù)第一節(jié)間距離、倒數(shù)第二節(jié)間距離和倒數(shù)第三節(jié)間距離見(jiàn)表4。從表4可以得出：節(jié)水控灌2個(gè)處理的水稻單壁厚度基本一致，都較對(duì)照厚，其中處理二水稻

表4 不同處理水稻單壁厚度和節(jié)間距離

單壁厚度最厚達(dá)0.61 mm，其次處理一0.59 mm ，對(duì)照是 0.51 mm，結(jié)果表明節(jié)水控灌對(duì)水稻單壁厚度有影響，采用節(jié)水控灌處理的水稻莖稈較對(duì)照更粗實(shí)。

2.2 水稻產(chǎn)量的影響

水稻收獲時(shí)，分別測(cè)定穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，測(cè)得平均產(chǎn)量后再折算成標(biāo)準(zhǔn)含水量的產(chǎn)量。由表5可知，單位面積穗數(shù)，處理二最大為608.5穗，處理一次之602.1穗，對(duì)照最小585.2穗；穗粒數(shù)也呈相同趨勢(shì)，處理二>處理一>對(duì)照；而結(jié)實(shí)率3個(gè)處理間基本沒(méi)有差異；千粒重同樣是處理二>處理一>對(duì)照；處理二增產(chǎn)幅度最大達(dá) 5.9%。

表5 不同處理水稻產(chǎn)量構(gòu)成

2.3 水分生產(chǎn)率的影響

從表6中可以看出，對(duì)照(常灌)，灌水量最大，但產(chǎn)量卻相反則是最低的；節(jié)水控灌的2個(gè)處理灌水量有所降低，但產(chǎn)量卻較對(duì)照有所增加。從表6中可以看到灌溉水水分生產(chǎn)效率最高的是處理二為1.70 kg/m3，其次是處理一為1.59 kg/m3，對(duì)照的灌溉水水分生產(chǎn)效率最低為 1.44 kg/m3，結(jié)果表明采取節(jié)水控制灌溉技術(shù)可以提高灌溉水的生產(chǎn)效率。

表6 不同處理水稻灌溉水水分生產(chǎn)率

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)節(jié)水控灌處理水稻株高較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉低，但分蘗數(shù)、水稻單壁厚度較對(duì)照高，控灌技術(shù)有利于增強(qiáng)水稻抗倒伏能力，提高水稻產(chǎn)量。

(2)節(jié)水控灌的2個(gè)處理水稻產(chǎn)量均比對(duì)照高，分別高出3.7%和5.9%，而且灌溉水水分生產(chǎn)效率也較對(duì)照高，實(shí)現(xiàn)水稻節(jié)水增產(chǎn)。