江淮地區(qū)不同灌溉與種植方式對水稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響

吳 漢，吳 含，錢 娜，柯 健，郭爽爽

江淮地區(qū)不同灌溉與種植方式對水稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響

吳 漢1，吳 含1，錢 娜1，柯 健2*，郭爽爽3

（1.安徽省淠史杭灌區(qū)灌溉試驗總站，安徽 六安 237158；2.安徽農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，合肥 230036；3.中聯(lián)智慧農(nóng)業(yè)股份有限公司，安徽 蕪湖 241000）

研究不同灌溉與種植方式對水稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響，提出適宜江淮地區(qū)的水稻灌溉和種植方式。于2018—2019年開展了為期2 a 的田間試驗，試驗設置4 個處理：傳統(tǒng)淹灌+移栽（FI+PTR）、傳統(tǒng)淹灌+直播（FI+DSR）、間歇灌溉+移栽（II+PTR）、間歇灌溉+直播（II+DSR），研究不同灌溉與種植方式對水稻產(chǎn)量及其構成因素、需水量、水分利用效率的影響。與傳統(tǒng)淹灌相比，間歇灌溉下水稻產(chǎn)量無顯著變化，但需水量減少了8.16%～9.84%，水分生產(chǎn)率提高了10.68%～14.73%。直播水稻相比移栽水稻的產(chǎn)量下降了5.33%～10.46%，需水量增加了7.32%～8.00%，水分生產(chǎn)率下降了12.36%～23.14%。與移栽水稻相比，直播水稻的有效穗數(shù)有所增加，而穗粒數(shù)、千粒質量、結實率均有所下降。間歇灌溉下，直播水稻（II+DSR）較移栽水稻的產(chǎn)量下降了5.99%～12.59%，需水量增加了7.21%～7.63%，水分生產(chǎn)率下降了12.55%～24.79%。直播水稻需水量的增加主要是由于苗期需水量的增加所致，而分蘗期需水量與移栽水稻并無顯著差異，且拔節(jié)后的需水量顯著下降。間歇灌溉+移栽水稻（II+PTR）在穩(wěn)定水稻產(chǎn)量的同時，可減少其需水量、提高水分生產(chǎn)率，是一種適宜江淮地區(qū)稻田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)且水分高效利用的水稻生產(chǎn)模式。而對于直播水稻，應進一步采取適宜的生產(chǎn)技術以減少其苗期耗水以提高其水分利用效率。

間歇灌溉；直播；移栽；需水量

0 引 言

【研究意義】隨著近年來經(jīng)濟的快速發(fā)展，江淮地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體發(fā)生了巨大改變，使得該地區(qū)的農(nóng)業(yè)種植方式也在不斷變革，以直播稻、機插秧為代表的輕簡化水稻生產(chǎn)技術得到了快速發(fā)展[1-2]。然而，江淮地區(qū)的丘陵高崗地貌限制了機插秧的大面積推廣應用，而直播稻在該地區(qū)的種植面積則呈逐年擴大的趨勢[3]?！狙芯窟M展】盡管直播稻的種植存在一定風險[4]，如出苗不齊、易倒伏等使直播稻產(chǎn)量較移栽水稻有所下降[5-7]。然而，隨著適宜直播品種的選育與農(nóng)藝、農(nóng)機技術的提高，近些年來直播稻的產(chǎn)量已經(jīng)近似與移栽水稻的產(chǎn)量相當[8]，甚至有報道稱直播稻產(chǎn)量可超過移栽稻[9-10]。然而，隨著人口增長和氣候變化，可用于灌溉的水資源愈加匱乏，嚴重威脅到了水稻的可持續(xù)生產(chǎn)。Cabangon 等[11]認為直播稻大田生長期的延長增加了水稻的需水量。孫雪梅等[12]的研究結果也表明，直播稻增加了生育前期的生態(tài)需水量從而增加了直播水稻整個生育期的需水量。亦有研究結果認為，與移栽水稻相比，直播水稻減少了育秧期的水分消耗，需水量反而下降[13]。此外，鄭天翔等[14]研究結果顯示，與移栽水稻淹灌相比，水稻旱直播減少了30%的灌水量。免耕直播水稻較移栽水稻減少了泡田水，生長期內滲漏量減少[15]。Liu 等[8]試驗結果表明，在常規(guī)淹灌下，直播稻與移栽水稻的產(chǎn)量和水分投入均無顯著差異。然而，隨著節(jié)水灌溉技術的推廣，移栽水稻的需水量顯著下降[1,16-17]，總的來說，江淮地區(qū)水稻間歇灌溉技術應用較多，由于免耕直播與旱直播水稻產(chǎn)量不佳，前茬作物收割留茬較高、秸稈還田等原因，江淮地區(qū)的直播水稻仍主要使用傳統(tǒng)的泡田耕作模式?！厩腥朦c】前人關于直播稻與移栽稻的差異研究方面并未在同一節(jié)水灌溉條件下進行。Wang 等[18]曾指出，關于節(jié)水灌溉條件下的直播水稻與移栽水稻產(chǎn)量及需水量差異方面的研究甚少。此外，前人在比較移栽水稻與直播水稻需水差異時，往往只關注了大田生長期內的差異，卻忽略了移栽水稻育秧期間的水分消耗情況。【擬解決的關鍵問題】為此，本研究同時考慮了不同的灌溉和水稻種植方式，研究不同處理對水稻產(chǎn)量和水分利用效率影響，為江淮地區(qū)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)且保障水資源高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2018—2019年在安徽省淠史杭灌區(qū)的灌溉試驗總站內（117.55°E，31.80°N）進行，土壤有機質百分量為1.89%，pH 值為5，全氮百分量為0.082%，全磷百分量為0.106%，全鉀百分量為1.39%。試驗期間氣象條件如圖1 所示，由試驗站內安裝的小型自動氣象站（Watch Dog2900ET, SPECTRUM, US）監(jiān)測獲得。供試水稻品種為隆兩優(yōu)1307，為兩系雜交水稻。

圖1 試驗期間氣象狀況Fig.1 Meteorological data during the test

1.2 試驗設計

試驗采用雙因素裂區(qū)設計，以灌溉方式為主區(qū)，種植方式為副區(qū)。主處理設2 種灌溉方式：傳統(tǒng)淹灌（FI）、間歇灌溉（II）。副處理設2 個種植方式：移栽（PTR）、直播（DSR）。共計4 個處理，每個處理重復3 次。共計12 個小區(qū)，每個小區(qū)規(guī)格為2.5 m×1.6 m。各處理水稻不同生育階段水分控制標準見圖2，其中田間水位監(jiān)測利用測針于每日08:00 測量（測坑內安裝一測樁，測樁底部與土層持平）；土壤相對含水率為土壤含水率與土壤飽和含水率之比（土壤含水率通過稱質量法測得，當田間無水層時，每3 天測量1 次）。

1.3 田間管理

2018年、2019年的移栽處理分別于5月18、13日播種（水育秧），6月17、11日移栽，田間水稻的株行距為20 cm×21 cm；2018年、2019年的直播處理分別于5月25、20日播種（水直播），每公頃播種37.5 kg。2018年、2019年的水稻分別于10月7日、9月26日收割。田間施氮量為180 kg/hm2，直播水稻的基肥∶分蘗肥∶穗肥=2∶6∶2；移栽水稻的基肥∶分蘗肥∶穗肥=6∶2∶2；K2O 和P2O5均為120 kg/hm2，一次性基施。病蟲草害防治參考當?shù)卮胧?/p>

圖2 水稻不同生育階段的水分控制標準Fig.2 Water control standards at different growth stages of rice

1.4 測定指標與方法

1.4.1 產(chǎn)量及其構成因素

移栽水稻每個小區(qū)于收獲前選取3 個連續(xù)的10穴水稻計算有效穗數(shù)，再取相同莖蘗數(shù)的植株10 穴進行室內考種，直播水稻每個小區(qū)選取3 個0.5 m2面積的水稻計算有效穗數(shù)，再取0.1 m2面積的有效穗數(shù)進行室內考種，統(tǒng)計穗粒數(shù)、千粒質量、結實率，并進行實收記產(chǎn)。

1.4.2 灌、排水量

灌水量由流量計直接計量。若雨后田間水位超過最大蓄水深度，則按照水位處理的設計方案進行排水，排水前后的水層深度變化量即為排水量。試驗在有底測坑內進行，田間滲漏量可近似視為0。

1.4.3 需水量

測坑田面有水層時，時段內的需水量計算式為：

式中：ETd為水稻日需水量（mm）；h1為第一日初田面水深（mm）；h2為第二日初田面水層深度（mm）；p為第一日降水量（mm）；m為第一日灌水量（mm）；c為第一日排水量（mm）。

測坑田面無水層時，時段內的需水量計算式為：

式中：ET1-2為時段1-2 的水稻需水量（mm）；i為土壤層號；n為土層總數(shù)；γi第i層土壤干體積質量（g/cm3）；Hi為第i層土壤厚度（cm）；Wi1為第i層土壤在時段開始時的含水率（干土質量的百分率，%）；Wi2為第i層土壤在時段末的含水率（干土質量的百分率，%）；p為時段內降水量（mm）；m為時段內灌水量（mm）；c為時段內排水量（mm）。

移栽水稻的苗期需水量按照秧田需水量∶大田需水量=12∶1 換算。

1.4.4 需水強度

式中：S1-2為時段1-2 的需水強度（mm/d）；ET1-2為該時段內水稻的需水量（mm）；T1-2為該時段的天數(shù)（d）。

1.4.5 水分利用參數(shù)

式中：I為水分生產(chǎn)率（kg/m3）；Y為水稻產(chǎn)量（kg/m2）；ET為需水量（m3/m2）。WUEm為灌溉水利用效率（kg/m3）；m為灌水量（m3/m2）。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2016 和SPSS 19.0 進行分析與處理，采用OriginPro 2018 進行作圖。采用一般線性模型進行方差分析，利用最小顯著極差法（LSD 法）進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構成因素

由表1 可知，年份、種植方式及二者的交互作用顯著影響水稻產(chǎn)量，而灌溉方式對水稻產(chǎn)量的影響不顯著。直播水稻產(chǎn)量較移栽水稻顯著下降了5.33%～10.46%。間歇灌溉下，直播水稻的產(chǎn)量為10.48～12.25 t/hm2，低于相同灌溉方式下的移栽水稻（11.99～13.03 t/hm2），且在2018年達到了顯著水平。相同灌溉和種植方式下，2019年的水稻產(chǎn)量均高于2018年。

年份顯著影響有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結實率；種植方式顯著影響有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質量和結實率；灌溉方式對產(chǎn)量各構成因素影響均不顯著；年份與種植方式的交互作用顯著影響每穗粒數(shù)和結實率。直播水稻的有效穗數(shù)高于移栽水稻，而穗粒數(shù)、千粒質量和結實率低于移栽水稻。2019年的有效穗數(shù)低于2018年，而穗粒數(shù)和結實率則相反。

表1 不同灌溉與種植方式下水稻產(chǎn)量及其構成因素Table 1 Effects of different irrigation and planting methods on rice yield and its components

2.2 全生育期灌水量、排水量與需水量

由表2、圖3 可知，年份、灌溉方式、種植方式顯著影響水稻全生育期的灌水量、排水量和需水量。2019年灌水量、需水量顯著高于2018年，排水量則相反。間歇灌溉下的灌水量要低于傳統(tǒng)淹灌，2019年達到顯著水平；2018年間歇灌溉的排水量顯著高于傳統(tǒng)淹灌，2019年則相反；與傳統(tǒng)淹灌相比，間歇灌溉的需水量顯著下降。與移栽水稻相比，直播水稻的灌水量在2 a 間表現(xiàn)不同，2018年減少，2019年增多；而直播水稻的排水量2 a 均顯著下降；直播水稻的需水量顯著增加。II+DSR 的需水量較II+PTR顯著提高了40.1～44.6 mm，而與FI+PTR 相比則下降了8.7～17.0 mm。

表2 不同灌溉與種植方式下水稻灌、排水量與需水量Table 2 Effects of different irrigation and planting methods on rice irrigation and drainage

圖3 不同處理下的田間水位變化Fig.3 Water depth changes under different treatments

2.3 各生育期需水量與需水強度

由表3 可知，年份顯著影響水稻各生育時期的需水量和需水強度。灌溉方式顯著影響水稻分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期、黃熟期的需水量和需水強度。種植方式顯著影響苗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期、黃熟期的需水量和需水強度。除苗期和2018年的黃熟期外，間歇灌溉下各時期的需水量、需水強度較傳統(tǒng)淹灌均顯著下降。與移栽水稻相比，直播水稻較苗期需水量、需水強度顯著增加，分蘗期與黃熟期無顯著變化，而在拔節(jié)期、抽穗開花期、乳熟期顯著減少。2019年水稻分蘗期的需水量顯著低于2018年。

2.4 水分生產(chǎn)率

由表4、圖4 可知，灌溉方式、種植方式、年份與種植方式的交互作用顯著影響水分生產(chǎn)率。間歇灌溉下的水分生產(chǎn)率顯著高于傳統(tǒng)淹灌。直播水稻的水分生產(chǎn)率顯著低于移栽水稻。間歇灌溉下移栽水稻（II+PTR）的水分生產(chǎn)率最大（2.23～2.34 kg/m3），II+DSR（1.76～1.95 kg/m3）與之相比顯著下降了12.55%～24.79%。

年份、灌溉方式、種植方式、年份與灌溉方式的交互作用、年份與種植方式的交互作用顯著影響水分灌溉水利用效率。間歇灌溉的灌溉水利用效率在2018年與傳統(tǒng)淹灌相比無顯著差異，2019年顯著提高。與移栽水稻相比，直播水稻的灌溉水利用效率年際間表現(xiàn)不一致。II+DSR 的灌溉水利用效率在2018年顯著高于II+PTR，而在2019年則相反。

表4 水稻水分利用效率影響因素的方差分析Table 4 Variance analysis of factors affecting rice water use efficiency

圖4 不同灌溉與種植方式下水稻水分利用效率Fig.4 Effects of different irrigation and planting methods on rice water use efficiency

3 討 論

3.1 產(chǎn)量及其構成因素

不同節(jié)水灌溉技術的增產(chǎn)效果不同[1]，間歇灌溉由于其增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)效果顯著，因此被大面積推廣[19-20]。本試驗結果表明，間歇灌溉下直播水稻（II+DSR）的產(chǎn)量為10.48～12.25 t/hm2，已達到高產(chǎn)水平，與傳統(tǒng)淹灌下的直播水稻（FI+DSR）無顯著差異，但顯著低于移栽水稻（FI+PTR，II+PTR），這與前人[12,14]研究結果基本一致。何海兵等[19]研究指出，與傳統(tǒng)淹灌相比，干濕交替灌溉下水稻的有效穗數(shù)有所下降，但每穗粒數(shù)、千粒質量、結實率顯著增加，使得產(chǎn)量顯著提高。本研究存在相似的規(guī)律，但不顯著，這可能是由于水稻品種及栽培措施的差異所致。此外，直播稻由于其出苗不齊，在生產(chǎn)中往往通過加大播種量來保證有效穗數(shù)，然而這也使得播種密度增加，影響水稻后期的生長發(fā)育[12-13]。本試驗結果表明，盡管直播水稻的有效穗數(shù)較移栽水稻增加，但穗粒數(shù)、結實率、千粒質量卻顯著下降，最終導致水稻產(chǎn)量相比移栽水稻下降了5.33%～10.46%。

3.2 水分利用

以往研究結果一致認為，節(jié)水灌溉具有顯著的節(jié)水效應[1,12,16,19]。本研究表明，與傳統(tǒng)淹灌相比，間歇灌溉下移栽水稻的需水量顯著下降，這與此前在該地區(qū)的研究結果基本一致[20]。同一灌溉方式下，直播水稻的需水量較移栽水稻顯著增加。由于直播水稻在分蘗期的需水量與移栽水稻無顯著差異，但拔節(jié)后（拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期）的需水量要顯著低于移栽水稻，因此可推算直播水稻需水量的增加主要來自苗期，這與Cabangon 等[11]的結果一致。然而，亦有研究認為直播水稻較移栽水稻更為節(jié)水[13-14]，造成這種差異的主要原因是以往研究中，直播水稻主要配合節(jié)水灌溉，如旱直播旱管、濕潤灌溉，而移栽水稻則大多是傳統(tǒng)淹灌。本研究結果也表明，間歇灌溉下直播水稻（II+DSR）的需水量較傳統(tǒng)淹灌下移栽水稻（FI+PTR）減少了8.7～17.0 mm。近期的研究結果顯示，在常規(guī)淹灌下，直播稻與移栽稻的水分投入無顯著差異[8]；在干濕交替灌溉下，旱直播水稻較移栽水稻減少了水分投入[10]。一方面，以往研究將灌水量與降水量之和定義為水分投入總量，并未考慮排水；另一方面，以往研究中的直播稻苗期與本試驗灌溉方式下有所差異，這些差異是以往研究結果與本試驗結果不一致的主要原因。研究認為，不同的種植方式影響水稻的根系發(fā)育，從而改變了其需水規(guī)律[19]。本試驗結果表明，直播水稻與移栽水稻的分蘗期需水量與需水強度差異不顯著，而在拔節(jié)后，移栽水稻需水量與需水強度要顯著高于直播水稻，這可能是因為在拔節(jié)前水稻葉面積較小、根系尚未發(fā)育完善，需水主要以棵間蒸發(fā)為主；而拔節(jié)后，移栽水稻的根系發(fā)達，葉面積大，蒸騰作用更強[8,21]。

與傳統(tǒng)淹灌相比，間歇灌溉下水稻產(chǎn)量無顯著差異，需水量顯著下降，使得水分生產(chǎn)效率顯著提高。盡管受天氣影響，年際間需水量存在著顯著差異，而水分利用效率年際間并無顯著差異，移栽水稻達到1.94～2.34 kg/m3，與前人在節(jié)水灌溉條件下的水分利用效率相差不大[22]。而直播水稻需水增加，產(chǎn)量下降，這導致水分利用效率較移栽水稻顯著下降。上述分析表明，直播水稻水分生產(chǎn)率的降低一方面是由于苗期需水增加；另一方面是由于穗粒數(shù)、結實率、千粒質量顯著下降使得水稻產(chǎn)量下降。苗期需水主要以棵間蒸發(fā)為主，因此，如何減少苗期棵間蒸發(fā)是提高直播水稻水分生產(chǎn)率的一個重要思考方向。前人通過推遲起始灌溉時間以減少直播稻在苗期的耗水量[23]，而免耕和秸稈覆蓋也有望減少直播稻苗期需水量。

4 結 論

1）與傳統(tǒng)淹灌相比，間歇灌溉下水稻產(chǎn)量無顯著變化，需水量顯著減少了8.16%～9.84%，水分生產(chǎn)率顯著升高了10.68%～14.73%。與移栽水稻相比，直播水稻產(chǎn)量顯著下降了5.33%～10.46%，需水量顯著增加 7.32%～8.00% ， 水分生產(chǎn)率顯著下降12.36%～23.14%。間歇灌溉輔以移栽是適宜江淮地區(qū)稻田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)且符合水分高效利用的一種水稻生產(chǎn)模式。

2）間歇灌溉下，直播水稻較移栽水稻產(chǎn)量顯著下降了5.99%～12.59%，需水量顯著增加了7.21%～7.63%，水分生產(chǎn)率顯著下降了12.55%～24.79%。同一灌溉方式下，與移栽水稻相比，直播水稻的產(chǎn)量顯著下降，需水量顯著增加。直播水稻應采取適宜的生產(chǎn)技術以減少苗期耗水。

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The Effects of Different Combinations of Irrigation and Planting Method on Yield and Water Use Efficiency of Rice in Jianghuai Region

WU Han1, WU Han1, QIAN Na1, KE Jian2*, GUO Shuangshuang3

(1. Irrigation Experiment Central Station of Pishihang Irrigation District of Anhui Province, Liu’an 237158, China;2.College ofAgronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China; 3. Zoomlion Intelligent Agricutlture Co. Ltd., Wuhu 241000, China)

Yield and water use difference of crop depend on many agronomic practices and environmental constraints. Taking rice as an example, this paper elucidates how planting pattern and irrigation combine to affect water use efficiency and yield in the region of Jianghuai in southeast China.The experiment was conducted from 2018 to 2019 in a field. It consisted of four treatments: traditional flooding irrigation +puddled transplant (FI+PTR), traditional flooding irrigation+direct drill (FI+DSR), intermittent irrigation+puddled transplant (II+PTR), intermittent irrigation+direct drill (II+DSR). In each treatment, we measured yield components, water consumption and water use efficiency of the rice.Compared with flooding irrigation, intermittent irrigation did not resulted in significant change in rice yield, but reduced the evapotranspiration (ET) by 8.16%～9.84%, and increased water productivity by 10.68%～14.73%, depending on planting methods. Compared with PTR, DSR reduced rice yield by 5.33%～10.46% and water productivity by 12.36%～23.14%, while increasing ET by 7.32%～8.00%. Compared with PTR, DSR increased the effective panicle numbers, while reducing the number of grains per panicle, 1 000-grain weight, and seed setting rate, all at significant levels. Compared with II+PTR, II+DSR reduced rice yield by 5.99%～12.59% and water productivity by 12.55%～24.79%, while increasing ET by 7.21%～7.63%. The increased ET in the direct drill treatment was mainly due to its increase at the seedling stage, after which there was no significant difference in ET between the treatments.Intermittent irrigation + transplant is optimal for rice production in the studied region; it not only increased grain yield and water productivity but also reduced evapotranspiration.

intermittent irrigation; direct drill; transplanting; evapotranspiration

S274; S511

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022014

吳漢, 吳含, 錢娜, 等. 江淮地區(qū)不同灌溉與種植方式對水稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學報, 2022,41(6): 39-46, 71.

WU Han, WU Han, QIAN Na, et al. The Effects of Different Combinations of Irrigation and Planting Method on Yield and Water Use Efficiency of Rice in Jianghuai Region[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(6): 39-46, 71.

1672 - 3317（2022）06 - 0039 - 09

2022-01-07

安徽省自然科學基金項目（2008085QC119）；安徽省高等學校自然科學研究項目（KJ2019A0176）；安徽省水利科技計劃項目（slkj2021-03）；蕪湖市科技攻關項目（2020dx09）

吳漢（1992-），男。工程師，主要從事水稻節(jié)水灌溉技術研究。E-mail: wh18255372060@163.com

柯?。?989-），男。講師，主要從事水稻生理生態(tài)。E-mail: 409584445@qq.com

責任編輯：韓 洋