東部地區(qū)稻田水資源高效利用研究
——基于不同節(jié)水灌溉模式

胡險峰，王 衛(wèi)，曾艷麗，居艷陽，侯毛毛，翟亞明

（1.上海市水利管理事務(wù)中心（上海市河湖管理事務(wù)中心），上海 200000；2.福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福州 350000；3.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210000）

水是農(nóng)業(yè)的基本要素，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的命脈。當(dāng)前，我國灌溉水利用效率較低，灌溉水利用系數(shù)僅為0.4 左右[1]。在水資源日趨緊張的條件下，提升水資源利用效率，更新農(nóng)業(yè)用水方式，已成為必然趨勢。2021年中央一號文件指出，要大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，支持國家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展先行區(qū)建設(shè)。水稻是水分需求量較大的糧食作物，發(fā)展水稻節(jié)水灌溉對發(fā)展綠色節(jié)水農(nóng)業(yè)有重要的現(xiàn)實意義。目前，水稻節(jié)水灌溉模式主要基于水稻需水特性，采用科灌（淺、薄、濕、曬）、間灌（間歇淹水）、控制灌溉、控制灌溉結(jié)合控制排水等方法[2-6]，而適用于多雨區(qū)稻田的適雨灌溉模式研究較為匱乏。

上海是東部沿海經(jīng)濟(jì)、科技最為發(fā)達(dá)的核心地區(qū)，該地區(qū)水稻種植可以保障區(qū)域糧食安全，先進(jìn)技術(shù)帶動下的水稻節(jié)水灌溉研究也可以起到示范輻射的作用。本研究選擇常規(guī)灌溉、淺濕灌溉、適雨灌溉3種灌溉模式，探討不同灌溉模式對水稻產(chǎn)量構(gòu)成和水分利用效率的影響，以期為東部及東南沿海多雨區(qū)稻田節(jié)水灌溉提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年6月7日至11月29日在上海市青浦區(qū)水利技術(shù)推廣站進(jìn)行。青浦區(qū)處于長江三角洲地區(qū)，氣候為亞熱帶季風(fēng)氣候，主導(dǎo)風(fēng)為東南風(fēng)。青浦區(qū)日照充足，氣候溫和，四季較為分明，降雨量適宜。年降雨量為1 056 mm，無霜期為247 d，平均溫度為15.5 ℃。年平均日照時間為1 960.7 h，年平均相對濕度為82%，年平均氣壓為1 015.4 hPa，年平均風(fēng)速為3.0 m/s。青浦區(qū)目前總耕地面積為29 078.3 hm2，主要種植作物為稻、麥、蔬菜和水生作物等。試驗區(qū)距地表0～20 cm 的土層容重為1.38 g/cm3，pH 為6.82，有機(jī)質(zhì)含量為1.97%，全氮含量為0.145%，有效磷含量為28.33 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于6月7日耕田整地，6月12日灌水泡田，同日浸稻種（摻用蚍蟲啉、多菌靈藥粉）；6月17日撒種，水稻品種為“青香軟粳”，每667 m2的播種量為5.5 kg；6月21日從芽鞘中生出第一片不完全葉，確定為出苗期起始日期。7月2日起，依據(jù)田間實際情況施除草劑和殺蟲劑，除草劑種類為氰氟草酯、氯氟吡氧乙酸，殺蟲劑種類為蚍蟲啉、蟲螨茚蟲威、井岡蠟芽菌。按照上海市推薦施肥量，施肥水平為300 kg N/hm2；基肥（6月12日）和第一次追肥（7月10日）均按照300 kg N/hm2計算得出；第二次追肥（8月4日）為分蘗追肥，每667 m2按10 kg 實施；第三次追肥（9月25日）每667 m2按7.5 kg 尿素實施。氮肥、磷肥和鉀肥分別采用尿素、磷酸二銨和硫酸鉀。

依據(jù)當(dāng)?shù)亟涤昱c水稻栽培實際情況，設(shè)計常規(guī)灌溉、淺濕灌溉和適雨灌溉3 種不同灌溉處理，對水稻各個生長期田間水層及土壤水分加以控制，具體設(shè)計如表1所示。每個處理面積為533.6 m2，重復(fù)3 次。水稻黃熟期不同處理均采用自然落干的方法，返青期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期均差異化設(shè)計土壤水分處理。

表1 灌溉試驗設(shè)計

1.3 指標(biāo)測定與方法

在水稻不同生育階段測定水稻株高。具體測定時間為6月27日（三葉期）、7月10日（分蘗前期）、8月10日（分蘗后期）、9月8日（拔節(jié)孕穗期）、9月18日（抽穗開花期）、9月26日（乳熟期）、10月6日（黃熟期）。

水稻收獲時，每個處理均進(jìn)行單打單收。每個處理隨機(jī)選取1 m2水稻植株樣本進(jìn)行有無效穗分揀統(tǒng)計，水稻脫粒并曬干稻谷后進(jìn)行產(chǎn)量和千粒質(zhì)量測定，計算單位面積（667 m2）的產(chǎn)量（kg）。

用農(nóng)田水量平衡法[7-8]計算水稻耗水量，具體公式為

式中：ΔS為根系土壤水分變化，mm；P、I為生育期的降雨量和灌溉量，mm；Eg為地下水補(bǔ)給量，mm；ET為農(nóng)田騰發(fā)量，mm；Rg、D為地表徑流量和土層下邊界滲漏量；mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉模式下水稻株高的變化規(guī)律

不同灌溉處理水稻株高的動態(tài)變化如圖1所示。由圖1可以看出，水稻分蘗前期（7月10日）株高差異不大，但分蘗后期（8月10日）出現(xiàn)差異，這種差異保持到拔節(jié)孕穗期。抽穗開花期不同處理的株高沒有明顯差異，從抽穗開花期到黃熟期，不同處理水稻株高的差異較小。從整個生育期來看，分蘗后期不同處理水稻株高差異最大，常規(guī)灌溉、淺濕灌溉和適雨灌溉處理水稻平均株高分別為0.39 cm、0.59 cm 和0.46 cm。

圖1 不同灌溉處理水稻株高的動態(tài)變化

水稻分蘗期需要充足的水分，水分在該時期虧缺易造成植株生理功能減退。本研究中，3 種不同灌溉處理在分蘗期均給予了水稻較為充足的水分，但淺濕灌溉水稻株高明顯高于其他處理，這可能由于在水層較薄的情況下，土壤通氣性較好，有利于根系生長，進(jìn)而加快莖部生長；同時，淺水層為好氧微生物的繁殖提供了良好條件，促進(jìn)了肥料營養(yǎng)分解和植株養(yǎng)分吸收[2，9]。

2.2 不同灌溉模式對水稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

不同灌溉處理水稻總莖數(shù)、總秸稈質(zhì)量、總有效莖數(shù)和總無效莖數(shù)情況如表2所示。由表2可以看出，不同灌溉處理水稻總莖數(shù)為389.3～414.7，處理之間沒有顯著差異（顯著性系數(shù)P＞0.05）；類似地，總秸稈質(zhì)量和總有效莖數(shù)分別為0.88～0.93 kg 和388.0～408.0，處理之間也未發(fā)現(xiàn)顯著差異（P＞0.05）。總無效莖數(shù)在淺濕灌溉和適雨灌溉下每平方米分別為1 和0，在常規(guī)灌溉下每平方米為5.3，表明淺濕灌溉和適雨灌溉處理有利于降低水稻無效莖數(shù)。

表2 不同灌溉處理水稻總莖數(shù)、總秸稈質(zhì)量、總有效莖數(shù)和總無效莖數(shù)

不同灌溉處理水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成如表3所示。由表3可以看出，水稻總穗數(shù)及總粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因子在不同灌溉處理下均沒有顯著差異（P＞0.05）?？偪諝?shù)和空殼率存在較大的標(biāo)準(zhǔn)差，表明總空殼數(shù)和空殼率存在較大的偶然性，與灌溉處理的關(guān)系并不密切。水稻實際產(chǎn)量以常規(guī)灌溉最高，每667 m2為568 kg；適雨灌溉次之，每667 m2為532 kg；淺濕灌溉相對較低，每667 m2僅為501 kg。這表明適雨灌溉在水稻增產(chǎn)上的效應(yīng)略優(yōu)于淺濕灌溉。

有研究表明，淺濕灌溉下土壤通氣性更好，根系能夠獲得充足氧氣，有利于干物質(zhì)累積并向穗部輸送，進(jìn)而有利于籽粒灌漿結(jié)實。曾翔等[10]的水稻大田試驗表明，淺濕灌溉使水稻產(chǎn)量提高了24.6%；屈明洋等[11]的研究結(jié)果表明，濕潤灌溉比常規(guī)灌溉增產(chǎn)12.9%。但也有研究未發(fā)現(xiàn)淺濕灌溉有明顯增產(chǎn)效應(yīng)，劉杰等[12]在早晚稻試驗中發(fā)現(xiàn)濕潤灌溉處理植株葉綠素含量高于常規(guī)灌溉，但最終產(chǎn)量提高不顯著。周勝等[13]則在試驗中觀測到濕潤灌溉水稻總粒數(shù)和實粒數(shù)分別比淹水灌溉低23.64%和26.76%，最終造成26.85%的減產(chǎn)。綜上可見，關(guān)于淺濕灌溉是否能夠增產(chǎn)，前人研究有不同結(jié)果。本研究試驗結(jié)果表明，淺濕灌溉和適雨灌溉分別造成11.68%和6.2%的減產(chǎn)，但在統(tǒng)計上沒有顯著差異（P＜0.05）。

2.3 不同灌溉模式對水稻水分利用效率的影響

不同灌溉處理對水稻水分利用效率的影響如圖2所示。由圖2可以看出，常規(guī)灌溉、淺濕灌溉、適雨灌溉下水稻水分利用效率分別為1.129 kg/m3、1.212 kg/m3和1.081 kg/m3，其中淺濕灌溉下水稻水分利用效率顯著（P＜0.05）高于適雨灌溉，但適雨灌溉與常規(guī)灌溉下水稻水分利用效率并沒有顯著差異（P＞0.05）。

圖2 不同灌溉處理對水稻水分利用效率的影響（不同字母表示在P ＜0.05 水平差異顯著）

適雨灌溉作為與蓄雨灌溉相似的一種高效利用降雨的技術(shù)，在東南沿海高降雨地區(qū)可大幅降低灌溉水量和灌水次數(shù)[14-15]。但本研究發(fā)現(xiàn)，適雨灌溉下水稻水分利用效率低于淺濕灌溉，表明適雨灌溉在激發(fā)水稻植株自身潛力進(jìn)而高效利用水資源方面的效應(yīng)不如淺濕灌溉，這可能是由于適雨灌溉在一定時期內(nèi)保持相對更高的水層，增加了水面蒸發(fā)量，同時水稻更容易奢侈用水，因此增加了水稻蒸騰蒸發(fā)量，導(dǎo)致水分利用效率有所降低。

3 結(jié)論

3 種灌溉處理下水稻株高的差異在分蘗后期最為明顯，該時期常規(guī)灌溉、淺濕灌溉和適雨灌溉下水稻平均株高分別為0.39 cm、0.59 cm 和0.46 cm。淺濕灌溉和適雨灌溉處理有利于降低水稻無效莖數(shù)，水稻總穗數(shù)及總粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因子在不同灌溉處理下均未發(fā)現(xiàn)顯著差異（P＞0.05），適雨灌溉下水稻產(chǎn)量略高于淺濕灌溉（5.8%）。3 種灌溉處理中，淺濕灌溉下水稻水分利用效率最高，達(dá)到1.212 kg/m3。