干濕交替灌溉下生物炭對遼寧中部灌區(qū)水稻耗水規(guī)律和產(chǎn)量的影響

楊 磊，呂子超

(1.沈陽安騰物業(yè)服務有限公司，遼寧 沈陽 110003； 2.遼寧省水利水電科學研究院有限責任公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110003)

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2021年在遼寧省灌溉試驗中心站(位于遼寧省沈陽市黃家鄉(xiāng))進行。試驗站地點為平原地帶，屬溫帶大陸性季風氣候。供試土壤為中壤土，參考理化指標為：容重1.5 g/cm3，土壤飽和體積含水率為42.2%，土壤全氮0.79 g/kg，速效磷18.1 mg/kg，速效鉀88.5 mg/kg，有機質(zhì)21.7 g/kg，土壤pH值7.3。

1.2 試驗材料

供試品種為千重浪2號(沈農(nóng)9765)，水稻于5月27日插秧，插秧行距為30 cm，株距為14 cm，每穴插3株。水稻施肥和田間管理均按照當?shù)剞r(nóng)民的生產(chǎn)管理經(jīng)驗進行。

1.3 試驗設計

本試驗采用裂區(qū)試驗設計，兩因素(灌溉方式和生物炭)，主區(qū)為灌溉方式，2個水平；副區(qū)為生物炭處理，2個水平，共4個處理，3重復，共12個小區(qū)。每試驗小區(qū)面積為2 m×3 m = 6 m2。灌溉方式2個水平，分別為常規(guī)淹灌CF、干濕交替灌溉AWD，兩種灌溉模式的控水標準見表1。生物炭處理2個水平，分別為不施生物炭(B0)和施生物炭10 t/hm2(B10)。

表1 常規(guī)淹灌和干濕交替灌溉水層深度和土水勢控制下限要求

1.4 測定指標

分蘗：每小區(qū)取5穴做標記，作為定點觀測植株，分蘗開始后每5 d一次，分蘗高峰期每3 d一次，拔節(jié)孕穗期后每生育期測定一次。水稻產(chǎn)量：于10月8日在各試驗小區(qū)單收單打，分別計量，需折算成谷物含水量為14%條件下的均產(chǎn)量。灌水量：每次灌水后通過各小區(qū)單獨安裝的水表計量各小區(qū)灌水量。蒸發(fā)蒸騰量：采用帶底的滲漏桶每日觀測水位差，即為蒸發(fā)蒸騰量，滲漏桶高41 cm，上口徑40 cm。下口徑33 cm。滲漏量：結(jié)合帶底滲漏桶和小區(qū)水位，觀測桶內(nèi)外水位差，即為滲漏量[1-4]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析SPSS軟件進行裂區(qū)方差分析，采用LSD法對灌溉模式和生物炭因子進行95%顯著性差異檢驗。

2 結(jié)果分析

2.1 對水稻生育期內(nèi)分蘗數(shù)變化的影響

不同灌溉模式和生物炭影響下水稻生育期內(nèi)分蘗數(shù)變化見圖1與表2，水稻分蘗數(shù)在7月2日達到峰值。對水稻分蘗數(shù)峰值進行方差分析，結(jié)果表明，灌溉模式和生物炭對水稻分蘗數(shù)峰值均有顯著影響，兩者交互作用對水稻分蘗數(shù)峰值無顯著影響。與CF相比，AWD降低水稻分蘗數(shù)峰值4.50%。與B0相比，B10增加水稻分蘗數(shù)峰值6.41%。對末期水稻分蘗數(shù)進行方差分析，結(jié)果表明，生物炭對水稻末期分蘗數(shù)有顯著影響，而灌溉模式和兩者交互作用對水稻末期分蘗數(shù)無顯著影響。與B0相比，B10增加水稻末期分蘗數(shù)8.08%。

圖1 水稻生育期內(nèi)分蘗數(shù)變化

表2 對水稻分蘗數(shù)峰值和末期分蘗數(shù)的影響

2.2 對水稻產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響

不同灌溉模式和生物炭對水稻產(chǎn)量、灌水量和灌溉水利用效率的影響見表3。灌溉模式對水稻灌水量有顯著影響，而生物炭和兩者交互作用對水稻灌水量無顯著影響。與CF相比，AWD降低水稻灌水量31.4%。生物炭對水稻產(chǎn)量有顯著影響，而灌溉模式和兩者交互作用對水稻產(chǎn)量無顯著影響。與B0相比，B10增加水稻產(chǎn)量7.80%。灌溉模式對水稻灌溉水利用效率有顯著影響，而生物炭和兩者交互作用對水稻灌溉水利用效率無顯著影響。與CF相比，AWD提高水稻灌溉水利用效率44.9%。

表3 對水稻產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響

2.3 對水稻滲漏量，蒸發(fā)蒸騰量和耗水量的影響

不同灌溉模式和生物炭對水稻滲漏量、蒸發(fā)蒸騰量和耗水量的影響見表4。灌溉模式對水稻滲漏量有著顯著影響，而生物炭和兩者交互作用對水稻滲漏量無顯著影響。與CF相比，AWD降低水稻滲漏量33.8%。灌溉模式和生物炭及兩者交互效應對水稻蒸發(fā)蒸騰量均無顯著影響。灌溉模式對水稻耗水量有著顯著影響，而生物炭和兩者交互作用對水稻耗水量無顯著影響。與CF相比，AWD降低水稻滲漏量21.7%。

表4 對水稻滲漏量，蒸發(fā)蒸騰量和耗水量的影響 m3·hm-2

2.4 基于干濕交替灌溉模式和生物炭的水稻最佳灌溉制度

綜合考慮水稻產(chǎn)量，耗水規(guī)律和灌溉水利用效率，干濕交替灌溉耦合生物炭處理(AWDB10)為水稻節(jié)水高產(chǎn)的最佳組合。根據(jù)圖1水稻生育期內(nèi)降水量得到水稻各生育期有效降水量，進而得到當前水文年條件下水稻最佳灌溉制度(表5)。全生育期凈灌溉用水定額為7542.0 m3/hm2。

表5 基于干濕交替灌溉和生物炭的水稻最佳灌溉制度

3 結(jié) 論

相對于淹灌，干濕交替灌溉并未顯著降低水稻蒸發(fā)蒸騰量，但顯著降低水稻滲漏量(表4)，表明干濕交替灌溉能夠保證水稻生理需水量，減少無效的水分消耗，這與前人研究結(jié)果相似。前人研究表明生物炭能降低水稻滲漏量，本研究中生物炭處理未表現(xiàn)出顯著降低稻田滲漏量的作用，但有降低滲漏量的趨勢(表4)。較之淹灌，干濕交替灌溉降低了水稻分蘗數(shù)峰值(表2)，但并未降低水稻最終分蘗數(shù)，這說明干濕交替灌溉最大限度地保證了水稻有效分蘗數(shù)。生物炭施用增加了水稻最終分蘗數(shù)和產(chǎn)量(表2和表3)，可能的原因是生物炭有較高的含碳量，可促進土壤團聚體形成并增加土壤有機質(zhì)含量，促進植株根區(qū)土壤養(yǎng)分的供給促進植株生長，從而增加產(chǎn)量。本試驗結(jié)果表明，生物炭在淹灌和干濕交替灌溉兩種模式下對水稻耗水規(guī)律的影響較為一致。綜合考慮，在遼寧中部灌區(qū)水稻生產(chǎn)實踐中選擇干濕交替灌溉下施用生物炭10 t/hm2是提高水稻灌溉水利用效率，增加水稻產(chǎn)量的最佳處理，該處理下的水稻全生育期凈灌溉用水定額為7542 m3/hm2。