江西省水稻蓄雨間歇灌溉模式初探

鄧海龍，謝亨旺，劉方平，付桃秀

（1.江西省灌溉試驗中心站，江西省農(nóng)業(yè)高效節(jié)水與面源污染防治重點實驗室，南昌 330201；2.水利部 鄱陽湖水資源水生態(tài)環(huán)境研究中心，南昌 330009）

0 引 言

【研究意義】調(diào)節(jié)和控制土壤水分，可減少人工灌水次數(shù)和灌溉水量，可大幅度節(jié)約灌水量，并且促進(jìn)水稻根系生長發(fā)育，控制水稻地上部株型的無效生長，提高水肥利用的有效性，達(dá)到稻田節(jié)水增產(chǎn)、提質(zhì)增效目的?！狙芯窟M(jìn)展】目前，我國已經(jīng)開展了形式多樣的水稻節(jié)水灌溉技術(shù)研究，也取得了很多成功經(jīng)驗。比如選擇耐旱的水稻品種，采用抗旱劑，節(jié)水管理。其中節(jié)水管理方面，在南方主要有4種節(jié)水灌溉技術(shù)，即“淺、濕、曬”灌溉技術(shù)、間歇灌溉技術(shù)、控制灌溉技術(shù)和蓄水型灌溉技術(shù)，主要通過控制灌水量和灌水次數(shù)以及灌水間隔天數(shù)等來進(jìn)行水稻節(jié)水灌溉技術(shù)的研究?！厩腥朦c】本文針對江西省降雨量大，且主要集中在4—6月，早晚稻降雨利用率總體比較低，據(jù)江西省灌溉試驗中心站測定，早稻多年降雨利用率最低值為22.2%?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為提高降雨的有效利用率，減少稻田地表氮磷養(yǎng)分流失，結(jié)合江西省灌溉試驗中心站多年灌溉試驗數(shù)據(jù)，首次提出了蓄雨型間歇灌溉技術(shù)。在歐美，控制排水被認(rèn)為是最佳的農(nóng)田管理方案之一。該技術(shù)結(jié)合灌溉與排水的水管理模式，從環(huán)保角度，充分利用水稻的抗旱、耐淹特性，降低各生育期灌溉控制點的水深，適度推遲灌溉時間，在未降雨的時段內(nèi)，將田間土壤含水率（下限，即灌溉控制點）降低到田間持水率的75%～60%，提高雨后田間蓄水深度，延長降雨在稻田的滯留時間，減少稻田排水量。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2016年和2017年在江西省灌溉試驗中心站試驗基地內(nèi)水稻試區(qū)進(jìn)行。該試驗區(qū)位于鄱陽湖流域，屬于典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候，氣候溫和，雨量充沛。多年平均降水量為1 685.2 mm，最大年降水量為2 385.8 mm，最小年降水量為1 119.9 mm，最大日降水量為 197.7 mm，最大 3日降水量為 268.3 mm。區(qū)內(nèi)多年平均蒸發(fā)量為930.2 mm，多年平均相對濕度為84%，多年平均日照時間1 575.5 h，年平均氣溫為17.7 ℃，年最高氣溫為39.9 ℃，年最低氣溫為-14.5 ℃，多年平均風(fēng)速為2.8 m/s，實測最大風(fēng)速為21 m/s，歷年霜期一般從11月中旬到次年3月中旬，約120 d左右。降雨在年內(nèi)分布不均勻，春季夏初多雨，4—6月的降雨占全年的46.1%左右，夏秋少雨，7—9月降雨量僅為全年的20%左右。

1.2 供試材料

水稻供試品種：早稻為株兩優(yōu)101（江西省農(nóng)作物品種審定委員會審定的雜交早稻品種，該品種株型適中，長勢繁茂，分蘗力強，有效穗多，稃尖無色，穗粒數(shù)多，結(jié)實率高，熟期轉(zhuǎn)色好，已在全省范圍推行栽種），晚稻為天優(yōu)華占（天優(yōu)華占屬秈型三系雜交水稻。在長江中下游作雙季晚稻種植，全生育期平均119.2天，該品種熟期適中，產(chǎn)量高，中感稻瘟病，感白葉枯病和褐飛虱，米質(zhì)優(yōu)）。早稻 3苗/穴，株行距為13.3 cm×23.3 cm；晚稻2苗/穴，株行距為13.3 cm×26.6 cm。

試驗區(qū)耕作層土壤體積質(zhì)量為1.36 g/cm3，土壤有機質(zhì)量為1.74%，全氮量為0.82%，全磷量為0.25%，全鉀量為1.18%，堿解氮量為60.21 mg/kg，速效磷量為5.46 mg/kg，速效鉀量為43.77 mg/kg。

1.3 試驗設(shè)計

試驗處理設(shè)置間歇灌溉（W1），蓄雨間歇灌溉（W2）、淹水灌溉 （W3），共3個處理，各處理3次重復(fù)，共9個小區(qū)。各試驗小區(qū)面積75 m2，小區(qū)之間有田埂隔開，田埂高30 cm，頂部寬30 cm，早晚稻小區(qū)周邊田埂為砼田埂，防止小區(qū)之間及與外界的水分交換。每個處理的排水溝出口處設(shè)置三角量水堰。

本試驗根據(jù)江西省灌溉試驗中心站 1978—2015年的降雨資料以及中心站多年以來對節(jié)水灌溉模式的研究成果，確定了間歇灌溉、蓄雨間歇灌溉、淹水灌溉3種灌溉模式的灌水上下限，3種灌溉制度田間水分控制水平見表1所示。

各處理水稻品種、育秧、移栽、密度、施肥量和田間管理等技術(shù)保障措施以及土壤基礎(chǔ)地力條件均相同。

表1 雙季早晚稻不同灌溉模式稻田含水率及水深控制Table1 Field moisture content and water depth control under different irrigation modes for double cropping early and late rice

1.4 觀測內(nèi)容及測定方法

1）氣象觀測：主要包括氣溫、空氣相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、日照時間、氣壓和水面蒸發(fā)量等。每天08:00、14:00和20:00進(jìn)行人工觀測，并輔以自動氣象站進(jìn)行測定。采取Penman-Monteith公式計算參考作物蒸發(fā)蒸騰量。

2）田間用水測定：在田面有水層時，在每個小區(qū)固定位置上安裝鐵簽，用測針每天早上08:00進(jìn)行田間水深觀測；在田間無水層時，其耗水量采用含水率測量確定。當(dāng)水分達(dá)灌溉下限時進(jìn)行灌水，達(dá)灌溉上限停止灌水，灌溉水量直接由安裝在灌溉管道上的水表讀出。不同灌溉模式下的處理試驗小區(qū)，灌水的下限和灌溉上限，參考表1所述。

3）水樣氮、磷測定：水樣包括田面水和滲漏水，水樣TN采用堿性過硫酸鉀消解—紫外分光光度法進(jìn)行測定；TP采用硫酸鉀消煮—鉬銻抗分光光度法進(jìn)行測定。

各小區(qū)田面水在產(chǎn)生排水以及施肥后第1、3、5、7、9天分別進(jìn)行取樣，水樣用聚乙烯瓶采取，低溫保存。在每個試驗小區(qū)布置穿過耕作層的PVC管，管下部穿數(shù)個小孔，用紗布包裹，植入深度分別為20、40 cm，以收集滲漏水，滲漏水取樣時間與田面水保持一致。

田間TN、TP流失及滲漏損失總量計算式為：

式中：T為N、P損失總量（kg/hm2）；i、j為水稻生育期日序號；n、m分別全生育期有地表排水的天數(shù)和全生育期有地下水質(zhì)量滲漏的天數(shù)（d）；Ci為第i日所取田面水、土壤水中 N、P質(zhì)量濃度（mg/L）；Sj為第j日所取地下滲漏水的中N、P質(zhì)量濃度；Qi為第i日田間排水量（mm）。Rj為第j日田間滲漏量（mm）。

4）水稻生長指標(biāo)的測定：插秧后在田間定點觀察水稻分蘗開始發(fā)生的時間、分蘗量、分蘗消長過程。每個生育期定點定株測量株高、葉面積、從分蘗期開始，每5 d測量1次分蘗數(shù)，連續(xù)測定5次。

5）產(chǎn)量測定：包括產(chǎn)量測定（按各試驗小區(qū)單收、單打、單曬驗產(chǎn)。統(tǒng)計其產(chǎn)量）；產(chǎn)量結(jié)構(gòu)測定（插秧時每個處理固定小株樣品、收割前取樣，晾干后進(jìn)行室內(nèi)考種）。于收獲前1天，每小區(qū)調(diào)查有效穗數(shù)20蔸，取有代表性的植株5蔸考種，考查穗長、每穗粒數(shù)、每穗空粒數(shù)、千粒質(zhì)量。每個試驗處理小區(qū)選取 6 m2的區(qū)域，進(jìn)行單打、單收、單曬、稱質(zhì)量計產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蓄雨間歇灌溉模式下的雙季早晚稻耗水量分析

不同灌溉模式的水稻耗水量具有不同的節(jié)水效果見表2。由表2可以看出，在肥料用量和施肥方式一致的前提下，2016年、2017年平均，早稻W(wǎng)2灌溉模式下的田間耗水量均低于W1灌溉模式和W3灌溉模式，耗水量均值分別較少1.1%、6.9%；晚稻W(wǎng)1灌溉模式的耗水量與W2灌溉模式相比，減少0.4%，W2灌溉模式的耗水量與 W3灌溉模式相比，減少5.7%。表明雙季早晚稻采取間歇灌溉和蓄雨間歇灌溉模式具有節(jié)水效果。

表2 雙季早晚稻不同灌溉模式的水稻耗水量、產(chǎn)量及稻田水分生產(chǎn)率Table2 Field moisture content and water depth control under different irrigation modes for double cropping early and late rice

2.2 蓄雨間歇灌溉模式對雙季早晚稻灌溉定額的影響

雙季早晚稻在采取蓄雨間歇灌溉模式時，不同時期的單次灌水量、灌水次數(shù)與間歇灌溉和淹水灌溉不同。由表3分析表明，早稻全生育期2 a平均灌溉定額：W2灌溉模式為365 m3/hm2，W1灌溉模式為1 179 m3/hm2，W3灌溉模式為1 256 m3/hm2。在灌水次數(shù)方面：W2灌溉模式比W1灌溉模式減少3.5次，比W3灌溉模式減少4次。

晚稻全生育期2 a平均灌溉定額：W2灌溉模式為2 993 m3/hm2，W1灌溉模式為3 079 m3/hm2，W3灌溉模式為3 421 m3/hm2，W2灌溉模式灌溉次數(shù)比W1灌溉模式減少4.5次，比W3灌溉模式減少3.5次。

由此表明蓄雨間歇灌溉模式具有明顯的節(jié)水、省工效果。降雨利用量增加是灌溉水量減少的主要原因。

表3 雙季早晚稻不同灌溉模式的不同階段灌溉定額Table3 Different stages of irrigation quotas for different irrigation modes of double season rice

2.3 蓄雨間歇灌溉模式對雙季早晚稻排水定額及降雨有效利用率的影響

不同節(jié)水灌溉模式處理下，雙季早晚稻排水定額及降雨有效利用率在全生育期內(nèi)的效果各不相同。由表4分析表明，在肥料用量和施肥方式一致的前提下，早稻全生育期2 a平均排水定額W1灌溉模式為1 940 m3/hm2，W2灌溉模式為1 263 m3/hm2，W3灌溉模式為1 761 m3/hm2，W2灌溉模式排水次數(shù)比W1灌溉模式減少2.1次，比W3灌溉模式減少3.8次;在排水量方面：W2灌溉模式比 W1灌溉模式降低34.9%，比W3灌溉模式降低 28.3%，差異顯著；在降雨有效利用率方面：W2灌溉模式為 77.16%，較W1灌溉模式提高了12.40%，較W3灌溉模式提高了9.14%。

晚稻全生育期2 a平均排水定額：W1灌溉模式為216 m3/hm2，W2灌溉模式為0.0 m3/hm2，W3灌溉模式為230 m3/hm2，W2灌溉模式排水次數(shù)比W1灌溉模式減少1.0次，比W3灌溉模式減少1.0次；在降雨有效利用率方面：W2灌溉模式為100%，較W1灌溉模式和W3灌溉模式分別提高了6.42%、6.84%。

表4 雙季早晚稻不同灌溉模式的全生育期排水定額及降雨有效利用率Table4 Drainage quota and effective rainfall utilization rate for different irrigation modes of double season rice

2.4 蓄雨間歇灌溉模式對雙季早晚稻產(chǎn)量和稻田水分生產(chǎn)率的影響

結(jié)合表2和表4可知，蓄雨間歇灌溉模式與其他2種灌溉模式相比，能顯著提高降雨有效利用率，減少灌水量；產(chǎn)量水平與間歇灌溉基本持平，但高于淹水灌溉。

早稻W(wǎng)2灌溉模式稻田水分生產(chǎn)率均值達(dá)到1.40 kg/m3，較 W1灌溉模式和 W3灌溉模式分別提高5.26%和11.11%；晚稻W(wǎng)2灌溉模式稻田水分生產(chǎn)率2 a均值達(dá)到1.54 kg/m3，較W1灌溉模式和W3灌溉模式分別提高1.32%和7.69%。表明早晚稻采取蓄雨間歇灌溉模式，提高了稻田水分的生產(chǎn)率。

2.5 蓄雨間歇灌溉模式對雙季早晚稻減排效果分析

2016年及2017年早、晚稻不同灌溉模式下的稻田氮素排放量，磷素排放量見表5、表6所示。

在總氮排放量方面，雙季早晚稻W(wǎng)2灌溉模式較W1灌溉模式較少3.12 kg/hm2，減排幅度達(dá)14.26%；較 W3灌溉模式較少 7.64 kg/hm2，減排幅度達(dá)34.93%；在總磷排放量方面，雙季早晚稻W(wǎng)2灌溉模式較 W1灌溉模式減少 0.095 kg/hm2，減排幅度達(dá)37.25%；較W3灌溉模式減少0.180 kg/hm2，減排幅度達(dá) 70.59%。說明蓄雨間歇灌溉和間歇灌溉均能夠減少早晚稻田間總氮排放量，且蓄雨間歇灌溉的減排效果更好。

表5 不同灌溉模式早、晚稻氮素排放量Table 5 The analysis of different irrigation modes on the loss of nitrogen nmission in early and late rice kg/hm2

表6 不同灌溉模式早、晚稻磷素排放量Table 6 The analysis of different irrigation modes on the loss phosphorus emissions in early and late rice kg/hm2

3 討 論

蓄水灌溉作為一項田間節(jié)水灌溉技術(shù)，蓄水控灌模式增加了稻田的蓄水能力，提高了降雨利用效率，較大幅度降低了灌排定額和排水次數(shù)[13-19]。郭相平等[17]在水稻蓄水控灌技術(shù)方面做了一定的探索，研究表明蓄水控灌處理在不減產(chǎn)的前提下，與常規(guī)灌溉相比，灌排定額分別降低21.3%~47.0%和13.1%~83.9%，灌排次數(shù)分別減少2~9次和2~3次；與淺水勤灌相比，灌排定額分別降低6.7%~22.9%和21.9%~100%，灌排次數(shù)分別減少1~4次和2次，本研究結(jié)果與上述研究基本相似。

此外，本研究表明，蓄雨間歇灌溉模式能減少早晚稻田間總氮、總磷的排放量。主要原因在于蓄雨間歇灌溉模式增加了雨水利用，延長了雨水在稻田的滯留時間，減少了稻田排水量，實現(xiàn)了減少排水水體中氮磷排放量的目標(biāo)。

4 結(jié) 論

1）蓄雨間歇灌溉與淹水灌溉相比，雙季早稻節(jié)水率高達(dá)70.93%，晚稻節(jié)水率達(dá)到12.51%；年平均灌水次數(shù)減少8.0次。

2）稻田排水量早稻全生育期內(nèi)，蓄雨間歇灌溉較淹水灌溉排水量減低 28.3%、較間歇灌溉降低34.9%。晚稻水稻生長期間，降雨量較少，各種灌溉模式的排水量相差不大。在總氮排放量方面，雙季早晚稻蓄雨間歇灌溉模式比淹水灌溉減少幅度達(dá)到34.93%；在總磷排放量方面，雙季早晚稻蓄雨間歇灌溉模式與間歇灌溉模式相比，減排幅度達(dá)到37.25%；與淹水灌溉模式相比，減少幅度達(dá)到70.59%。

3）蓄雨間歇灌溉與淹水灌溉相比，早稻降雨利用率提高12.40%，晚稻降雨利用率提高6.84%。