安秋香
(湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院,湖南 長沙 410007)
國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“長江中游南部(湖南)水稻豐產(chǎn)節(jié)水節(jié)肥技術(shù)集成與示范”,自2013 年開始實(shí)施,為配合其子課題“農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置”專題研究,在益陽市赫山區(qū)筆架山鄉(xiāng)開展了水肥耦合節(jié)水節(jié)肥定位試驗(yàn),設(shè)定了3 種灌溉模式(Ma、Mb、Mc),3 個(gè)施肥方案(Kn、Ke、Kp)共9 個(gè)處理單元。經(jīng)過5 年觀測,已取得了主要目標(biāo)成果。耦合方案代碼為:Ma—薄露灌溉、Mb—薄淺濕曬灌溉、Mc—淺曬深灌溉、Kn—適量化肥+適量有機(jī)肥、Ke—減量化肥+增量有機(jī)肥、Kp—全部化肥。
本文依據(jù)Ma+Kn、Mb+Ke、Me+Kp,連續(xù)5 年觀測試驗(yàn)總結(jié)成果,提取Mb+Ke 方案,重點(diǎn)對水稻的生理需水特性與主要技術(shù)指標(biāo)加以分析評述。
水稻生理需水是指供給水稻本身生長發(fā)育,進(jìn)行正常生命活動所需水分,主要為水稻葉片蒸騰量。試驗(yàn)證明,不同水肥耦合技術(shù)方案,在相同土壤和不同品種、不同氣象條件下,生理需水特性不同。
薄淺濕曬灌溉(Mb)為:薄水插秧,淺水返青,分蘗前期濕潤,分蘗后期曬田,孕穗期灌薄水,抽穗期保持薄水,乳熟濕潤,黃熟濕潤落干。耦合增量有機(jī)肥、減量化肥(Ke)。
1)插秧水層不超過20 mm,保持淺水層;
2)返青水層保持在40mm 以內(nèi),低于5mm 時(shí)灌水;
3)分蘗前期3~5 天灌一次小于10 mm 的薄水層,保持田間土壤水分飽和;
4)分蘗后期曬田,視不同田類和天氣采取重曬7~10 天,或輕曬5~7 天;
5)孕穗期灌薄水,田間保持10~20 mm 淺水層;
6)抽穗期保持薄水,水層5~15 mm;
7)乳熟期濕潤,田間土壤水分飽和,一般3~5 天灌一次10 mm 以下薄水層;
8)肥料配置見表1。
表1 減量化肥+增量有機(jī)肥(Ke) kg/hm2
水稻產(chǎn)量由水分和氮素兩個(gè)主要因子交互作用形成,合理的灌溉和施肥管理措施會發(fā)揮水肥因子的最大效應(yīng),起到水肥相濟(jì)的正面效果。
由表2 看出,在相同地理環(huán)境和氣象條件下,Mb+Ke 方案的耗水量W 最少,較Ma+Kn、Mc+Kp 方案節(jié)水3.3%~14.0%,較當(dāng)?shù)爻R?guī)灌溉節(jié)水10.6%,水效比最高,稻谷耗水量0.06 m3/kg,較其他兩個(gè)方案分別節(jié)水0.06 m3/kg、0.22 m3/kg。生理需水指標(biāo)—蒸騰強(qiáng)度最小,畝產(chǎn)稻谷最多,但雨水利用率低于Mc+Kp(淺灌深蓄)方案(參見表2)。
表2 各耦合方案2013—2017 年平均水效指標(biāo)
繪制代表年(2016 年)早、晚稻3 日平均蒸騰ω3日~T 過程線(見圖1)。呈現(xiàn)出單峰變化且早稻封頂滯后晚稻15 d,3 d 平均峰值小于晚稻1.25 mm,本田期歷時(shí)比晚稻短9 d。
1)蒸騰量在耗水量中的占比。2014—2016 年早、晚稻蒸騰量在總耗水量中的占比見表3,從中看出:早稻蒸騰量在耗水量中的占比為46.7%,晚稻為47.6%,雙季稻為47.4%,其占比變幅較小,僅在5.8%~2.6%之間。
2)各生育期蒸騰量在本田期蒸騰量中的占比。表4 顯示,早晚稻在分蘗末期經(jīng)歷適度的土壤水分虧缺鍛煉,葉片抵抗水分虧缺的能力增強(qiáng),在復(fù)水后和生育后期—孕穗、抽穗期保持較高的葉片光合速率,表現(xiàn)出明顯的補(bǔ)償或起補(bǔ)償效應(yīng),故其蒸騰量早稻以抽穗期為最大,占本田期總量的19.9%;晚稻以孕穗后期為最大,占本田期總量的15.7%。早晚稻均以返青期蒸騰量占比最小,分別為1.5%、9.7%。
表3 歷年蒸騰量ω 占耗水量W 的百分?jǐn)?shù)
3)各生育期歷年平均耗水強(qiáng)度與蒸騰強(qiáng)度。統(tǒng)計(jì)2013—2017 年早、晚、雙季稻各生育期平均耗水強(qiáng)度與平均蒸騰強(qiáng)度列入表5 中,同時(shí)繪制生育期相關(guān)圖(見圖2)。
由表4、表5 及圖2 分析,得到Mb+Ke 方案水稻生理需水特性:
表4 雙季稻各生育期多年平均蒸騰量及其占比
①早稻與晚稻的耗水強(qiáng)度W0隨生育期延續(xù)節(jié)水幅度呈現(xiàn)逐漸增加趨勢,但在乳熟后期以后出現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。同時(shí)表明,由于早稻插秧后氣溫較低,W0增加較緩慢,其峰值出現(xiàn)在敏感的抽穗期,其次是孕穗后期。晚稻w0的峰值則提前出現(xiàn)在孕穗后期,其次是抽穗期。且早、晚稻及雙季稻的各生育期ω0過程呈相應(yīng)變化。
②在不同土壤水分條件下,葉片與空氣相對濕度差和葉面濕度對早、晚稻蒸騰影響最大。早稻在低土壤水分和空氣相對濕度大條件下葉面蒸騰速率減小,晚稻減少不明顯,甚至相對有所提高。圖表中顯示,本田期早稻平均蒸騰強(qiáng)度2.7 mm/d,其中抽穗期3.83 mm/d為最大,返青期最小為0.26 mm/d。晚稻平均蒸騰強(qiáng)度2.72 mm/d,孕穗后期3.86 mm/d 為最大,返青期最小為2.07 mm/d。說明早晚稻的蒸騰度最大差異發(fā)生返青期,其它生育期相差不大。
表5 雙季稻各生育期多年平均值w0 與ω0
圖2 雙季稻各生育期多年平均wo 與ω0 相關(guān)圖
耗水強(qiáng)度變化與蒸騰強(qiáng)度變化呈相應(yīng)趨勢。
③ 耗水強(qiáng)度在乳熟期之前,晚稻明顯大于早稻,乳熟期之后,早稻出現(xiàn)較小反超。蒸騰強(qiáng)度則在孕穗后期之前,晚稻明顯大于早稻,但在孕穗后期之后,早稻出現(xiàn)較大反超。
④早、晚稻本田期的生理需水過程呈現(xiàn)單峰形態(tài)。
1)歷年本田期蒸騰量W 蒸騰強(qiáng)度W0及主要?dú)庀笠蜃樱?014—2017 年)。Mb+Ke 方案各田塊歷年W、W0指標(biāo)及生長期降水P、氣溫t、日照μ、風(fēng)速V 等主要?dú)庀笠蜃訑?shù)據(jù)見表6。
2)代表年生育期蒸騰強(qiáng)度ω0與主要?dú)庀笠蜃印?/p>
Mb+Ke 方案2014、2015 年早、晚稻各生育期的蒸騰強(qiáng)度ω0及降水P、氣溫T、日照μ、風(fēng)速V 等指標(biāo)列于表7 中。
表6 本田期歷年W、ω0 及主要?dú)庀笠蜃?/p>
試驗(yàn)證明,無論早稻或晚稻,在植株發(fā)育旺盛,密度增大,透風(fēng)減弱,棵間蒸發(fā)受到抑制后,葉面蒸騰受氣象因子影響更為明顯。主要?dú)庀笠蜃訉Ζ?的影響分述如下:
表7 代表年各生育期蒸騰強(qiáng)度ω0 及氣象因子P、T、μ、V 一覽表
①ω0與氣溫T 的關(guān)系。依表6 與表7中的蒸騰強(qiáng)度與氣溫,繪制~t 相關(guān)圖(見圖3)。
圖3 顯示,無論是歷年本田期或是代表年各生育期的平均蒸騰強(qiáng)度與對應(yīng)的日平均氣溫的相關(guān)關(guān)系都呈正相關(guān),即蒸騰強(qiáng)度隨氣溫升高而增大。早稻本田期平均氣溫升高1℃,ω0增大0.309 mm/d。晚稻本田期平均氣溫升高1℃,ω0增大0.251 mm/d。早稻增幅大于晚稻。
②ω0與降水P 的關(guān)系。依表6、表7 中相關(guān)數(shù)據(jù),繪制ω0~P 相關(guān)圖(見圖4)。
由圖4 分析,從雙季稻總體趨勢看,ω0隨降水增大而漸小,單對早稻而言,ω0隨降水增大而微增,雖然早稻期的降水明顯大于晚稻,但由于早稻期的氣溫、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速小于晚稻期,受其綜合影響,早稻的蒸騰強(qiáng)度較晚稻平均偏小27.4%。
③ω0與日照μ 的關(guān)系繪制早、晚稻與相關(guān)圖(見圖5)。
圖5 反映出在T、V 相近時(shí),蒸騰強(qiáng)度隨光照時(shí)數(shù)增大而增大。早稻期由于空氣相對濕度大于晚稻,早稻的ω0明顯小于晚稻,且隨μ 增加而增大的幅度也縮小。(ω0變幅早稻2.0~2.17 mm/d,晚稻為2.46~2.89 mm/d)。同時(shí),μ 隨T 升高而增大,顯示出蒸騰率與葉片光合速率相似的變化規(guī)律。
④ω0與風(fēng)速V 的關(guān)系(圖6)。本田期早稻多年平均風(fēng)速為1.6 m/s,晚稻為1.7 m/s。在有風(fēng)條件下,水平方向紊流作用影響較明顯,當(dāng)T、V、空氣相對濕度相同或相近時(shí),通常ω0隨V 加大而增大。本實(shí)驗(yàn)區(qū)由于早稻期的空氣相對濕度比晚稻期要大,所以早稻出現(xiàn)了ω0隨V 加大而減少的變化規(guī)律。
從歷年早、晚稻平均生理需水與畝產(chǎn)稻谷(G)相關(guān)圖中看出:一是晚稻的蒸騰強(qiáng)度比早稻大,產(chǎn)量比早稻高;二是晚稻產(chǎn)量隨蒸騰強(qiáng)度增大而提高,ω0~G 相關(guān)線呈正比變化;三是早稻產(chǎn)量隨蒸騰強(qiáng)度增大而減少,ω0~G 相關(guān)線呈反比變化;四是出現(xiàn)上述特征的機(jī)理主要是受氣象因素影響,因?yàn)橄鄬τ谕淼荆绲酒跉鉁氐?、濕度大、日照時(shí)數(shù)短、降水多,大部分生育期處在低土壤水分條件下,葉面蒸騰速率減小所致(見圖7)。
圖3 代表年2014、2015 生育期、歷年本田期蒸騰強(qiáng)度與氣溫T 相關(guān)圖
圖4 歷年本田期蒸騰強(qiáng)度 與降雨量P 相關(guān)圖
圖5 歷年本田期蒸騰強(qiáng)度 與平均日照U 相關(guān)圖
圖6 歷年本田期蒸騰強(qiáng)度ω0 與平均風(fēng)速相關(guān)圖
圖7 歷年本田期蒸騰強(qiáng)度 與畝產(chǎn)稻谷G 相關(guān)圖