李桂元，李康勇，胡春艷

(湖南省水利水電科學(xué)研究院，長(zhǎng)沙 410007)

水稻是我國(guó)南方地區(qū)種植面積最大的糧食作物，也是灌溉需水量最大的農(nóng)作物。南方地區(qū)傳統(tǒng)灌溉模式為“薄、淺、濕、曬”模式，即薄水養(yǎng)兜、淺水灌溉、濕潤(rùn)為主、落水曬田。這是20世紀(jì)80年代后期逐步推行的一種節(jié)水灌溉模式，已被廣大農(nóng)戶較普遍采用，具有一定的代表性[1-3]。近年來(lái)針對(duì)水稻耐旱性能和耐淹性能的試驗(yàn)研究不斷增加，又可稱之為“調(diào)虧灌溉”和“調(diào)蓄灌溉”，其核心是充分利用水稻耐旱特性，在干旱期間適度推遲灌水，即當(dāng)田面水深(或者土壤含水量)到達(dá)下限值時(shí)才灌水，從而達(dá)到減少灌水次數(shù)及灌水量[3-8]。我國(guó)南方地區(qū)，水稻生育期天然降雨豐沛，利用稻田田坎攔蓄降雨，可延遲灌水，減少灌水次數(shù)，節(jié)省灌溉水量[9]。顯然，每次降雨稻田攔蓄的田間水深越深，所需要的灌溉水量越少，但長(zhǎng)時(shí)間維持田間高水位，不利于作物生長(zhǎng)。

超級(jí)稻，以其耐旱、耐淹性能好、抗病蟲(chóng)害、產(chǎn)量高等優(yōu)良品質(zhì)越來(lái)越被廣大農(nóng)民所喜愛(ài)，種植面積越來(lái)越大。但超級(jí)稻種植目前尚處于試驗(yàn)推廣階段，針對(duì)超級(jí)稻的節(jié)水增產(chǎn)灌溉制度實(shí)驗(yàn)研究尚不多見(jiàn)。超級(jí)稻各生育期的需水特性、其耐淹、耐旱水深、不同灌水模式對(duì)其產(chǎn)量與品質(zhì)的影響等這些問(wèn)題對(duì)于超級(jí)稻的種植與推廣都很重要，開(kāi)展超級(jí)稻田間灌溉排水管理模式研究，提出一套成熟的節(jié)水增產(chǎn)灌溉制度，實(shí)現(xiàn)超級(jí)稻大面積推廣節(jié)水增產(chǎn)，是廣大農(nóng)戶的現(xiàn)實(shí)需要[1-2]。本研究通過(guò)研究超級(jí)稻早稻的耐淹和耐旱特性，即通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試稻田水分下限值和降雨時(shí)最大可攔蓄的田間水深上限值，設(shè)計(jì)了輕度、中度、重度3種程度耐淹水深和3種田間水分“虧缺”程度，以提出優(yōu)化的田間灌溉排水管理模式，達(dá)到節(jié)水增效的目的。

1 材料與方法

本研究選擇超級(jí)稻早稻開(kāi)展試驗(yàn)研究，試驗(yàn)于2017年進(jìn)行，早稻品種為株兩優(yōu)189，全省生育期為111 d。

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地準(zhǔn)備

為使實(shí)驗(yàn)研究成果具有大田推廣應(yīng)用價(jià)值，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)該既具有大田相一致的水肥條件，灌溉排水條件，同時(shí)又具有完善的田間灌溉排水計(jì)量設(shè)施、田間水層深度及土壤含水量測(cè)量設(shè)施(當(dāng)田間水層深度為0時(shí))。為此，在湖南省灌溉試驗(yàn)中心站春華試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，選擇一塊水田，建設(shè)水稻大田灌溉試驗(yàn)小區(qū)。實(shí)驗(yàn)小區(qū)有長(zhǎng)方形水稻試驗(yàn)田15塊，每塊15 m，寬9 m，每塊試驗(yàn)田設(shè)水表一塊，能夠精確記錄每次灌溉供水量；設(shè)放水閥門2處，可視田間耐淹水深試驗(yàn)需要排水，精確控制田間水深。試驗(yàn)田塊間采用C25混凝土隔墻，隔墻總高度為1.8m，從而保障各田塊間水肥條件各自獨(dú)立，便于不同試驗(yàn)方案間的比較。 以試驗(yàn)區(qū)上游2處山塘作為灌溉水源，埋設(shè)灌溉輸水管道，設(shè)水泵加壓，實(shí)現(xiàn)管道供水灌溉。

1.2 灌溉排水方案設(shè)計(jì)

為探究超級(jí)稻耐旱、耐淹特性，本研究設(shè)計(jì)了7種灌溉排水管理模式：1種作為對(duì)照的傳統(tǒng)“薄、淺、濕、曬”模式，3種不同程度缺水的耐旱模式及3種不同程度稻田攔蓄利用天然降雨的耐淹模式，其中對(duì)照組3個(gè)重復(fù)，耐旱模式和耐淹模式每個(gè)處理2個(gè)重復(fù)。

水稻灌溉排水管理模式可由3個(gè)參數(shù)描述：灌水參數(shù)、每次灌水量、排水參數(shù)。hmin是指田面水深(當(dāng)水深為0時(shí)，以田間土壤含水量表示)的下限值。當(dāng)田面水深低于hmin時(shí)，就需要灌水，因此，hmin是確定什么時(shí)候應(yīng)該灌水的參數(shù)。hmax是指田面蓄水上限指標(biāo)。即當(dāng)遇到降雨稻田攔蓄利用的田間水深適度值的上限。當(dāng)田面水深高于該限值時(shí)，就需要排水，因此，hmax是確定降雨期間什么時(shí)候應(yīng)該排水的參數(shù)。h是指每次灌水量。以灌水形成的田面水層深度表示。

水稻生育期可分7個(gè)階段，每個(gè)階段的一組hmin、h、hmax構(gòu)成全生育期的灌溉排水模式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定各個(gè)生育期什么時(shí)候應(yīng)該灌水(hmin)、每次灌水量(h)及當(dāng)遇到降雨水田可以攔蓄利用的最高田間水位(hmax)。本課題以目前通行的 “薄、淺、濕、嗮”常規(guī)灌溉模式為對(duì)照組，在水稻極限耐旱和極限耐淹情況下各選取3種灌溉模式，形成共7種灌溉模式，同期開(kāi)展灌溉試驗(yàn)(表1、表2)。水稻品種、育秧、移栽、密度、植保、用肥、施農(nóng)藥等技術(shù)措施以及基礎(chǔ)地力相同的條件下，以便從中優(yōu)選一種既有利于節(jié)水又有利于增產(chǎn)的灌溉模式。

1.3 觀測(cè)指標(biāo)及方法

嚴(yán)格按照灌溉排水模式設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)田間灌溉排水管理。對(duì)所有實(shí)驗(yàn)田塊，每天一次觀測(cè)田面水深。若田面水深大于0，則用鋼卷尺測(cè)水深；若田面水深小于0，則取田間10 cm土壤測(cè)量含水量并做好記錄。

對(duì)15塊試驗(yàn)田的水稻生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)開(kāi)展動(dòng)態(tài)觀測(cè)。記錄水稻各生育期重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)的株高及分蘗數(shù)據(jù)。利用數(shù)碼相機(jī)水稻不同生育階段及土壤水分達(dá)到灌水下限時(shí)的田間土壤表現(xiàn)及水稻長(zhǎng)勢(shì)。

表1 水稻耐旱試驗(yàn)(調(diào)虧灌溉)灌溉排水模式參數(shù)表Tab.1 Irrigation and drainage patterns of drought tolerance experiment of rice

表2 水稻耐淹試驗(yàn)(調(diào)虧+調(diào)蓄)灌溉排水模式參數(shù)表Tab.2 Irrigation and drainage patterns of flooding resistance experiment of rice

注：表中單位以mm計(jì)，Tmin指田面適宜水層下限，即灌溉控制水深(田間土壤含水率)，低于此水層深，即須開(kāi)始灌水。Tmin=-5，表示田間土壤含水率為飽和持水率的80%，田中光腳輕踩不占泥；Tmin=-10，表示田間土壤含水率為飽和持水率的60%，田面部分露白、田中開(kāi)細(xì)坼；Tmin=-15，表示田間土壤含水率為飽和持水率的50%，田面普遍開(kāi)坼。田間土壤水分以儀器測(cè)定為準(zhǔn)。T為每次灌水至田面水層深；根據(jù)田塊面積換算，每次灌水量為：4.0(返青期)、5.34 m3。Tmax為田面水層上限(耐淹水深)。即高于此水層深，田間開(kāi)始排水。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)

不同灌溉模式超級(jí)稻各生育期株高平均值分別如表3所示。表3顯示7種灌溉排水模式，水稻株高有較明顯差異。其中耐淹模式Ⅱ平均株高終值最大，為95.7 cm。其次為常規(guī)模式及耐旱灌溉模式Ⅰ和Ⅱ。耐旱模式Ⅲ水稻平均株高終值最小，為93.7 cm。說(shuō)明耐旱模式Ⅲ與耐淹模式Ⅲ均不利于水稻生長(zhǎng)。

在分蘗前期，3種耐淹灌溉株高增長(zhǎng)相對(duì)較快，5月13日與5月27日兩次測(cè)量差值分別為18.4、19.1、18.4，此后，3種耐淹灌溉株高增幅逐漸被常規(guī)模式及耐旱模式Ⅰ反超。說(shuō)明超級(jí)稻返青至分蘗前期對(duì)耐淹確實(shí)不很敏感，耐旱性能差別大，此期間不宜采用“調(diào)虧”灌溉。

表3不同灌溉模式超級(jí)稻各生育期株高 cm

7種灌溉模式下超級(jí)稻生育期分蘗觀測(cè)見(jiàn)表4。表4顯示不同灌溉排水模式對(duì)分蘗數(shù)影響較大，其中耐旱模式Ⅱ及耐淹模式Ⅱ分蘗數(shù)最大，分別為11.6、11.5，其次為耐淹模式Ⅱ，為11.5；耐旱灌溉Ⅲ及耐淹灌溉Ⅲ分蘗數(shù)最小，分別為10.9、10.7；只有耐旱灌溉Ⅰ和Ⅱ、耐淹灌溉Ⅰ這3種灌溉排水模式的水稻分蘗數(shù)比對(duì)照組稍大。說(shuō)明適度調(diào)虧灌溉對(duì)水稻分蘗有促進(jìn)作用，重度調(diào)虧灌溉模式及深度調(diào)蓄模式均不利于水稻分蘗。

2.2 水稻產(chǎn)量

測(cè)產(chǎn)結(jié)果表明(表5)，耐旱灌溉模式Ⅱ產(chǎn)量最大，為6 226.5 kg/hm2，耐淹模式Ⅱ次之，為6 163.5 kg/hm2。分別較常規(guī)模式增產(chǎn)3.7%、2.6%。耐旱模式Ⅲ及耐淹模式Ⅲ產(chǎn)量最小，分別為5 761.5、5 659.5 kg/hm2，分別較常規(guī)模式減小4.1%、5.7%。

表4 超級(jí)稻各生育期分蘗均值記錄表 棵/兜

表5 超級(jí)稻測(cè)產(chǎn)結(jié)果Tab.5 The result of yeild of rice

2.3 灌溉水量

不同灌溉模式水稻各生育期灌水量統(tǒng)計(jì)情況如表6所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示：①不同灌溉模式的灌溉用水量差異很大。說(shuō)明研究、推廣超級(jí)稻節(jié)水增產(chǎn)灌溉排水管理技術(shù)具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。②傳統(tǒng)的“薄、淺、濕、嗮”灌溉模式灌溉需水量最大。試驗(yàn)證明該模式并非人們常說(shuō)的節(jié)水灌溉模式。分析其原因是該模式未能充分利用水稻生育期稻田攔蓄利用天然降雨，水稻生長(zhǎng)所需水分基本上需要人工灌溉提供，因而導(dǎo)致灌水次數(shù)多，用水量大。③耐淹灌溉模式Ⅱ和Ⅲ的灌溉用水量最少，說(shuō)明該模式最節(jié)水。這是因?yàn)樵撃Ｊ郊瓤紤]了充分利用水稻的耐旱性能，將灌水參數(shù)hmin設(shè)計(jì)為-10～-15 mm，有效減少了2次灌水，使得水稻生育期灌水次數(shù)及灌水量均得到減少，同時(shí)，又能利用稻田田埂有效攔蓄天然降雨，減少水稻對(duì)人工灌溉水量的需求。

表6 不同灌溉模式水稻各生育期灌水量 m3

3 討 論

水分是影響水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量的重要因素，不同生育期對(duì)水分的敏感程度不同，且長(zhǎng)期水分虧缺或田面水層過(guò)深都會(huì)影響水稻生長(zhǎng)[10-14]。但研究指出適當(dāng)?shù)乃痔澣庇欣诠?jié)水和提高水稻產(chǎn)量，這與本試驗(yàn)得出結(jié)論一致。但不同研究者對(duì)水稻適宜灌水上下限研究得出結(jié)論不同。如劉志偉[15]等人在黑龍江對(duì)水稻灌水下限研究指出水稻分蘗期和拔節(jié)期灌水下限為85%田間含水率時(shí)產(chǎn)量最大，王傳凱[16]等人在河南省對(duì)研究指出灌水下限為50%田間含水率時(shí)水稻各生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量最大，袁德梽[17]等人在甘肅省對(duì)水稻研究提出灌水下限為60%田間持水量時(shí)水稻幼苗期各生長(zhǎng)指標(biāo)最好，而本試驗(yàn)得出灌水下限為田間持水量60%時(shí)，水稻產(chǎn)量及生長(zhǎng)指標(biāo)最大。不同研究者提出灌水下限不同，這是因?yàn)楣嗨孪奘芡寥佬再|(zhì)、地下水埋深及施肥條件等因素影響[18]，因此針對(duì)不同地區(qū)得出的試驗(yàn)結(jié)果也有所不同。目前針對(duì)水稻耐淹上限研究還較少，若條件允許，可以開(kāi)展相應(yīng)的研究。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)研究7種灌溉模式對(duì)水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，得出以下主要結(jié)論。

(1)超級(jí)稻田間灌溉排水管理模式(技術(shù))對(duì)其生長(zhǎng)、產(chǎn)量和全生育期灌溉水量影響很大，在相同的農(nóng)藝措施及投入條件下，一個(gè)好的灌溉排水管理模式可獲得節(jié)水增產(chǎn)的雙重效果。

(2)傳統(tǒng)的“薄、淺、濕、嗮”田間灌溉排水管理模式，水稻在各生育期分蘗及株高等主要生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)指標(biāo)表現(xiàn)較好，產(chǎn)量也較高，但需灌溉水量也最多。

(3)過(guò)度的調(diào)虧或調(diào)蓄，雖然節(jié)水效果較好，但影響水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量。水稻生育期田間土壤含水量低于飽和持水量的60%(過(guò)度調(diào)虧)或稻田田間攔蓄水深大于350 mm(過(guò)度調(diào)蓄)，水稻產(chǎn)量最低。抽穗楊花生育期過(guò)度缺水對(duì)水稻整個(gè)生育期生長(zhǎng)影響最大。

(4)適度的“調(diào)虧、調(diào)蓄”灌溉排水管理模式是南方多雨地區(qū)最佳灌溉排水管理模式，其各生育期生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)指標(biāo)及產(chǎn)量均處于較高或最高水平，所需灌溉水量最低。該模式既充分利用了水稻耐旱性能，減少灌水次數(shù)，優(yōu)化田間土肥環(huán)境，又很好利用了耐淹性能，最大限度利用了天然降雨，實(shí)現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)的目的。超級(jí)雜交水稻田間灌溉排水管理最優(yōu)參數(shù)為：干旱期“調(diào)虧”灌溉時(shí)，田間土壤含水量以飽和持水量的60%～80%為宜，不低于60%；降雨期間田間蓄水深度宜控制在250～350 mm，不高于350 mm。

水稻合適的灌溉排水管理參數(shù)見(jiàn)表7。

表7 水稻生育期田間灌溉排水管理參數(shù)優(yōu)選結(jié)果 m3

注：hmin指田面適宜水層下限，即灌溉控制水深(田間土壤含水率)，低于此水層深，即須開(kāi)始灌水。田中光腳輕踩不占泥；hmin=-10，表示田間土壤含水率為飽和持水率的60%，田面部分露白、田中開(kāi)細(xì)坼；hmin=-15，表示田間土壤含水率為飽和持水率的50%，田面普遍開(kāi)坼。田間土壤水分以儀器測(cè)定為準(zhǔn)。h為每次灌水至田面水層深；hmax為田面水層上限(耐淹水深)，即高于此水層深，田間開(kāi)始排水。

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