南方地區(qū)水肥調控下水稻灌區(qū)節(jié)水減污效果研究

王建文，聞源長，肖夢華

(1.杭州市蕭山區(qū)錢塘江灌區(qū)管理處，浙江 杭州 311200；2.杭州蕭山水利水電勘察設計所，浙江 杭州 311200；3.杭州市蕭山區(qū)農機水利局，浙江 杭州 311201；4. 浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020)

水稻生長期灌水次數(shù)多、灌溉定額大，若灌水技術不科學，可能導致灌溉用水效率不高。以浙江省水稻灌區(qū)為例，大型灌區(qū)實測灌溉水有效利用系數(shù)為0.544[1]。為提高水稻產量，大量使用化肥農藥成為常態(tài)，我國氮肥施用水平達到199.3 kg/hm2，高出國際平均水平約94%[2-4]。目前水稻氮肥利用率約為28.3%，只有10%～20%左右附著在作物上，而80%～90%的農藥流失到土壤、水體、空氣中[5-6]。由于大量未消耗的化肥、農藥隨農田排水及田間滲漏帶入附近水體，造成水體環(huán)境的污染[7-8]。本文以南方水稻灌區(qū)為研究對象，研究不同節(jié)水灌溉方式與不同施肥方式耦合下，水稻節(jié)水減污效果，研究成果對提高水稻灌區(qū)水分利用效率、豐富作物灌排理論、指導灌區(qū)的灌排實踐具有重要的科學價值和實用意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

浙江省灌溉試驗中心站試驗基地位于杭州市蕭山區(qū)，試驗區(qū)域年平均降水量1320.5 mm，平均氣溫16.1 ℃，無霜期224 d，年相對濕度82%，年日照2116.6 h。土壤質地為砂壤土，原土有機質1.1%，全氮0.06%，全磷0.06%，pH值7.5。

1.2 試驗設計

供試水稻品種均為中浙優(yōu)1號，水稻灌溉試驗劃分為6個生育階段，分別為返青期、分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、黃熟期。灌溉方式分為3種，分別為常規(guī)灌溉W0、間歇灌溉W1、蓄雨間歇灌溉W2，田間水分控制標準見表1。施肥方式分為3種，分別為不施氮肥F0(空白對照)，2次施肥F2(群眾習慣模式)，3次施肥F3(氮肥用量180～200 kg/hm2，基肥、分蘗追肥、拔節(jié)肥各1次)。共設計7個處理，3個重復，具體方案見表2。

1.3 觀測指標與方法

耗水量觀測，當田面有水層時，用測針測定水位；當田面無水層時，每隔3～5 d用土壤水分測定儀觀測一次土壤含水率；滲漏量使用稻田滲漏儀觀測；灌溉定額利用安裝在每個試驗小區(qū)進口處的計量水表觀測，生長期灌水定額之和便是水稻灌溉定額。灌溉水樣從灌溉水源取一次代表樣。滲漏水樣用稻田滲漏儀采集一次土壤滲漏溶液，水樣分析送浙江省農科院檢測，分析指標

表1 永康站不同灌溉處理的田間水分控制標準 mm

表2 水稻試驗設水肥調控方案設計(2017年)

2 結果與分析

2.1 不同水肥調控下水稻耗水規(guī)律

不同水肥處理模式水稻日耗水量變化如圖1所示。不同水肥處理水稻需水規(guī)律一致，水稻日需水高峰期出現(xiàn)在分蘗盛期和抽穗開花期后期，常規(guī)灌溉模式下表現(xiàn)較為明顯，需水總量最大的生育階段為分蘗期。水稻分蘗期至抽穗期是植物生長最旺盛階段，也是氣候相對較熱的階段，此時田間蒸發(fā)量和植物蒸騰量均處于最大值，故日均需水量最大，同時由于分蘗期持續(xù)時間長，故需水總量大。兩種節(jié)水灌溉模式下，間歇灌溉(W1)與蓄雨間歇灌溉(W2)無顯著差別，且水稻日均耗水量均顯著低于常規(guī)灌溉，表明節(jié)水灌溉通過改善田間水分狀況，可以有效的減少水稻田水量的消耗。

圖1 不同灌溉模式下水稻耗水規(guī)律(2017)

2.2 不同水肥調控下水稻水分利用效率

不同水肥處理的產量及水分利用效率見表3。可以看出，不同灌溉模式下水稻產量比較：對照處理(W0)產量最低，畝均值為504.2 kg，與節(jié)水灌溉模式的差異達到顯著水平(P≤0.05)；間歇灌溉畝產量最高(平均600.3 kg)，蓄雨間歇灌溉次之(平均589.8 kg)，兩者畝相差10.5 kg，差異不顯著(P>0.05)；不同施肥方式比較：對照處理與其他施肥產量差異極顯著(P≤0.01)；3次施肥產量最高，2次施肥模式產量次之，但兩者差異很小，達不到顯著水平(P>0.05)。不同灌溉模式下灌溉水分生產率比較：間歇灌溉模式灌溉水分生產率最高(平均2.22 kg/m3)，與常規(guī)灌溉差異達到極顯著水平(P≤0.01)；蓄雨間歇灌溉次之(均值為2.17 kg/m3)，與間歇灌溉基本一致；常規(guī)灌溉和蓄雨間歇灌溉的差異達到極顯著水平(P≤0.01)；不同施肥方式比較：對照處理與其他施肥處理相比，灌溉水分生產率差異極顯著(P ≤0.01)；2次施肥處理和3次施肥處理灌溉水分生產率差異不顯著(P>0.05)，兩種模式基本相同。降雨水分利用效率(WUEP)和耗水水分利用效率(WUEET)各處理間的差異表現(xiàn)基本相同。

表3 不同水肥處理的水稻水分利用效率(2017)

2.3 不同水肥調控下地表水面源污染物排放規(guī)律

表4 不同水肥模式下稻田地表水污染物畝排放負荷對比(2017) g

2.4 不同水肥調控下滲漏水面源污染物排放規(guī)律

表5 不同水肥模式下稻田滲漏水污染物畝排放負荷對比(2017) g

3 結 論

(1)水稻需水規(guī)律主要反映植物及品種的生物學特性，同時受氣候影響。水稻需水量則受到灌溉模式的影響，但基本不受施肥方式影響。節(jié)水灌溉模式可顯著減少稻田需水量，間歇灌溉與蓄雨間歇灌溉需水量差異不顯著。

(2)節(jié)水灌溉模式能夠起到增產、提高水分利用效率作用，但蓄雨模式與原有節(jié)水模式差異不顯著。此外，3次施肥水稻產量、灌溉水分生產率最高。

(3)節(jié)水灌溉模式通過降低排水濃度和排水量，影響稻田面源污染物排放，蓄雨間歇灌溉減排效果優(yōu)于原有節(jié)水灌溉模式。同時，節(jié)水灌溉模式通過減少稻田滲漏和降低滲漏水濃度，有效降低氮磷污染物滲漏損失。通過不同施肥方式比較，3次施肥減排效果最佳。