陳 昱，時 紅，才 碩，曹 娜，陳忠平，王向光，徐 濤

（1.江西省灌溉試驗中心站，南昌330201；2.江西省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所，南昌330200；3.江西省農(nóng)業(yè)技術推廣中心，南昌330046；4.江西省八都鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術綜合服務，江西吉水331603）

水稻是我國最重要的口糧作物，其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對保障我國糧食安全具有十分重要的意義。峽江水利樞紐抬田工程位于吉安市峽江縣境內(nèi)贛江中游河段，“造”出了原本要被淹沒的2 500 hm2耕地［1］，在保護耕地資源的永續(xù)利用中起著重要的作用。然而抬田措施的實施會破壞土壤原有的穩(wěn)定結構，降低土壤保水保肥能力，從而使得稻田的生產(chǎn)能力出現(xiàn)明顯下降［2，3］。原本為了墊高水庫淺水淹沒區(qū)的耕地以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，而今卻帶來了一系列影響整個區(qū)域稻田的生產(chǎn)能力的問題。近年來，國內(nèi)外科研工作者在水稻土壤改良方式對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量的影響等方面進行了大量研究，土壤改良方式有土壤改良劑、有機肥、綠肥、秸稈還田等。有研究表明，土壤改良方式可以改善土壤理化性質(zhì)，提高作物對水分和養(yǎng)分的吸收，從而保證土壤質(zhì)量。胡志華等［4］研究發(fā)現(xiàn)，施用土壤改良劑可以顯著增加水稻有效穗數(shù)、結實率和穗粒數(shù)，顯著增強其各生育期干物質(zhì)積累，同時還能提高水稻產(chǎn)量。邱才飛等［5］研究了廢白土基有機肥對水稻生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，結果表明有機肥可以提高水稻葉片的葉面積和葉綠素含量，還能增加水稻分蘗數(shù)、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量，而且還能使稻米品質(zhì)指標均有所提高。在研究減施化肥下紫云英和秸稈還田對土壤養(yǎng)分及活性有機碳的影響發(fā)現(xiàn)，與空白對照處理相比，紫云英、秸稈還田下均能有效提高土壤有機質(zhì)、堿解氮、顆粒有機碳的含量［6］。因此，可以通過土壤改良方式，探索實現(xiàn)抬田區(qū)稻田恢復生產(chǎn)能力的途徑。

我國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)灌溉用水耗水量巨大，水稻是糧食生產(chǎn)用水量第一的作物，其灌溉用水量約占農(nóng)業(yè)用水總量的70%［7］。而我國淡水資源僅為世界平均水平的1/4，且隨著全球氣候的變化和環(huán)境污染愈演愈烈，灌溉水資源變得越來越匱乏，嚴重威脅到糧食安全的發(fā)展。為了水稻的可持續(xù)發(fā)展以確保糧食供應安全，因此，國內(nèi)外不少學者對節(jié)水灌溉方式與技術進行了大量研究［8-10］。經(jīng)過多年的研究與探索，也取得了一些成果，有“薄淺濕曬”灌溉技術［11-13］、控制灌溉技術［14，15］、間歇灌溉技術［16-18］等。研究表明，江淮地區(qū)采用的間歇灌溉方式可以降低水稻的灌溉用水量及灌排水次數(shù)，從而提高灌溉水利用效率和降水利用率，為稻田高產(chǎn)水分高效利用提供技術保障［19］。

綜上，從土壤改良方式和節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的角度，研究適合峽江水利樞紐抬田區(qū)節(jié)水高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，水資源高效利用的生產(chǎn)模式具有重要意義。本試驗以江西省峽江水利樞紐工程抬田稻田土壤作為研究基礎，通過研究土壤改良方式和灌溉方式對抬田區(qū)雙季稻產(chǎn)量、水分利用效率及光合特性的影響，篩選出最適合抬田區(qū)雙季稻生長的栽培方式，為雙季稻節(jié)水增產(chǎn)提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2014年選擇在江西省灌溉試驗中心站試驗基地（東經(jīng)115°58′，北緯28°26′）大型綜合測坑（《地下工程防水技術規(guī)范（GB50108-2001）》）中進行，大型綜合測坑土壤來自峽江抬田區(qū)土壤，按照抬田工程設計結構進行回填，用于模擬抬田工程。試驗早稻品種為“陸兩優(yōu)996”，晚稻品種為“天優(yōu)華占”。紅花草于2013年10月初種植于江西省灌溉試驗研究基地，在盛花期收割后運至試驗基地大測坑，根據(jù)試驗要求進行還田。紅中生物有機肥（氮、磷、鉀≥6%）、土壤改良劑（貴州產(chǎn)）等均在市場上購買。其中紫云英、生物有機肥、土壤改良劑、早稻秸稈的營養(yǎng)成分如下：紅花草全氮含量為29.56 g/kg，全磷含量為1.88 g/kg，全鉀含量為47.9 g/kg。生物有機肥全氮20.4 g/kg，全磷0.87 g/kg，速效鉀117.99 mg/kg，有機質(zhì)22.94 g/kg，pH 值5.20。土壤改良劑全氮0.06 g/kg，全磷0.47 g/kg，速效鉀409.63 mg/kg，有機質(zhì)19.78 g/kg，pH 值6.53。秸稈的全氮0.86 g/kg，全磷0.84 g/kg，速效鉀31.96 mg/kg，有機質(zhì)14.89 g/kg，pH值5.38。

1.2 試驗設計

在考慮灌溉方式上，進行不同土壤改良措施對比研究。試驗設2種灌溉方式，即淹水灌溉（F1）和間歇灌溉（F2），設4種土壤改良方式，即無改良措施（Y1，CK）、土壤改良劑（Y2）、生物有機肥（Y3）、綠肥還田+早稻秸稈腐蝕劑（Y4）。試驗共設8 個處理，設置3 次重復，總計24 個小區(qū)，每個測坑的平面形狀為內(nèi)邊長2 m×2 m 的正方形，測坑面積為4 m2，周邊種植與測坑相同的作物，以保護測坑周邊環(huán)境。除秸稈還田處理外，其他試驗小區(qū)早、晚稻秸稈均不還田。各試驗小區(qū)栽插方式與病蟲害防治等措施均按照當?shù)亓晳T操作，且處理間保持一致。

在土壤改良措施實施時，土壤改良劑、生物有機肥分別按照3 450 和3 330 kg/hm2于早、晚稻耕田時一次性施入；紫云英鮮草為早稻肥源，鮮草還田量為30 000 kg/hm2，剪碎后栽插前15 d 田翻壓還田，采用人工收割早稻秸稈作為晚稻綠肥，切碎后全量還田。

在灌溉方式實施時，淹水灌溉則不要求水田經(jīng)常自然落干，當水層低于下限時即補水；間歇灌溉按照每灌一次水，待其自然消耗后，田面呈濕潤狀態(tài)，再灌下次水，做到后水不見前水，形成幾天有水層，幾天無水層，構成淺水與濕潤反復交替，淺、濕、干靈活調(diào)節(jié)的灌溉模式。兩種灌溉方式的水層控制標準見表1。

表1 灌溉方式水層控制標準Tab.1 Water layer control standards for irrigation methods

在肥料施用上，常規(guī)施肥采用抬田區(qū)當?shù)剞r(nóng)民施肥模式，早、晚稻氮肥用量為180 和195 kg/hm2。Y0、Y1、Y3 處理均以45%的復合肥為基肥，Y2 以生物有機肥為基肥，各處理均以尿素作為分蘗肥和穗肥。磷鉀肥施用標準相同，用量及其方法見表2?；视谝圃郧? d 施用，分蘗肥在移栽后10 d 施用，孕穗肥在移栽后35～40 d（葉齡余數(shù)為2）時施用。

表2 不同生育期試驗稻田肥料運籌方式 kg/hm2Tab.2 Fertilizer operation methods of paddy field in different growth periods

1.3 測定指標與方法

試驗在大型綜合測坑中進行，每天8∶00定時進行一次田間水位觀測，田面有水層時，在每個小區(qū)固定位置上，用電測針，按規(guī)定時間進行觀測，在田間無水層時，用補水法確定，每個小區(qū)采用量水表計算水量。灌水量和排水量分別由不同水表直接讀出。采用英國Delta 公司生產(chǎn)的SunScan 冠層分析系統(tǒng)測定水稻LAI 在抽穗前期、孕穗期和抽穗開花期期選擇晴天9∶00-11∶00，每個小區(qū)選6 處測定。葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度以及細胞間CO2濃度用“CIRAS”全自動便攜式光合作用測定系統(tǒng)野外測定，測定時間選取抽穗開花期，晴朗無風或微風的9∶30-11∶30 之間，測量劍葉或頂部第1 片展開葉，每個指標在每個處理小區(qū)測量5次重復。收割前調(diào)查各小區(qū)有效穗數(shù)，根據(jù)各小區(qū)平均有效穗數(shù)取考種樣品5蔸，考種項目包括：穗長、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結實率、千粒重和產(chǎn)量。每個小區(qū)單收測產(chǎn)。相關指標的計算公式如下：

（1）需水量根據(jù)《灌溉試驗規(guī)范（SL13-2015）》方法進行計算。需水量計算式為：

式中：ETd為水稻日需水量，mm；h1為當日田面水深，mm；h2為次日田面水層深度，mm；p為當日降水量，mm；m為當日灌水量，mm；c為當日排水量，mm。

（2）水分利用參數(shù)。

式中：I為水分生產(chǎn)率，kg/m3；GY為水稻產(chǎn)量，kg/m2；ET為耗水量，m3/m2。

式中：WUEp為降水利用率，%；p為降水量，mm；c為排水量，mm。

式中：WUEm為灌水利用效率，kg/m3；GY為水稻產(chǎn)量，kg/m2；m為灌水量，m3/m2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013 和SPSS 20.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，不同處理之間的多重比較采用最小顯著性檢驗（Duncan）法進行。

2 結果與分析

2.1 不同處理下稻田水量平衡分析

研究期間水稻水量平衡分析如表3 所示，早稻季累積降雨量為645 mm，不同處理間排水次數(shù)不盡相同。各處理排水量從大到小依次為：F1Y1＞F2Y1＞F2Y3＞F1Y3＞F2Y2＞F1Y2＞F1Y4＞F2Y4。相同灌溉方式下，以Y1 處理排水最多，Y4 處理排水最少；灌水量仍是Y1 處理最高，而耗水量則是最少。以F1Y1 處理相比，F(xiàn)1Y4 處理排水量和灌水量分別減少了27.18%、55.88%，耗水量增加了10.19%。以F2Y1 處理相比，F(xiàn)2Y4 處理排水量和灌水量分別減少了21.68%、44.44%，耗水量增加了10.93%。相同土壤改良方式下，淹水灌溉方式起排水量與間歇灌溉方式相差不大，僅Y1 處理排水量間歇灌溉比淹水灌溉減少了6.83%。4 種土壤改良方式間歇灌溉灌水量較淹水灌溉依次分別減少了47.06%、42.86%、42.86%和33.33%。晚稻時期降雨量僅有93.8 mm，整個生育期間從未排水，因此灌水量遠遠高于早稻時期。灌水量剛好與早稻相反，相同灌溉方式下，灌水量以Y1處理最少，耗水量仍是Y4最高。相同土壤改良方式下，4 種土壤改良方式間歇灌溉灌水量較淹水灌溉依次分別減少了1.98%、5.84%、6.51%和5.31%；耗水量依次分別減少了1.59%、4.79%、5.34%和4.37%。說明間歇灌溉可以減少灌水量，土壤改良方式可以提高作物的耗水量。

表3 不同處理下早稻水量平衡分析 mmTab.3 Water balance analysis of early rice under different treatments

2.2 不同處理對水稻水分利用效率的影響

水分對于植物的生長是必不可少的條件之一，適當?shù)乃挚刂瓶赡芨欣谧魑锏纳L的發(fā)育［20］。由表4 可知，不同處理對水稻水分利用效率的影響，土壤改良方式與灌溉方式對水分生產(chǎn)率、降水利用率及灌水利用效率均有一定的影響。早稻時期，相同灌溉方式下，水分生產(chǎn)率、降水利用率和灌水利用效率均以Y4處理最高，與F1Y1處理相比，F(xiàn)1Y4其水分生產(chǎn)率、降水利用率和灌水利用效率分別增加了3.33%、23.07% 和158.43%；與F2Y1 處理相比，F(xiàn)2Y4 處理其水分生產(chǎn)率、降水利用率和灌水利用效率分別增加了3.87%、16.32%和107.29%。相同土壤改良方式下，間歇灌溉方式水分生產(chǎn)率和灌水利用效率均高于淹水灌溉方式，4 種土壤改良方式水分生產(chǎn)率依次分別增加了3.33%、6.90%、6.71%和3.87%；灌水利用效率依次分別增加了89.66%、81.03%、79.94%和52.13%。在晚稻時期，由于降雨量較少，降雨得到充分利用。相同灌溉方式下，各處理間的水分生產(chǎn)率和灌水利用效率差異不明顯。相同土壤改良方式下，間歇灌溉方式水分生產(chǎn)率和灌水利用效率仍高于淹水灌溉方式。4種土壤改良方式間歇灌溉水分生產(chǎn)率較淹水灌溉依次分別增加了2.92%、8.18%、7.83%和5.33%。

表4 不同處理對晚稻水分利用效率的影響Tab.4 Effects of different treatments on WUE of late rice

目前，通過節(jié)水灌溉技術提高水稻水分利用效率方面的研究很多［21，22］，并已明確認識到，較傳統(tǒng)的淹水灌溉相比，間歇灌溉可減少灌水10%～37%，可提高灌溉水利用率21%～54%，灌溉水利用效率為1.4～2.4 kg/m3。趙宏亮［20］研究也表明，在秸稈還田條件下，間歇灌溉和控制灌溉均可以有效提高水分利用率，同時還能保證水稻的產(chǎn)量。本研究中，間歇灌溉可以提高水分生產(chǎn)率和灌水利用效率，而土壤改良方式僅在早稻時期對水稻水分利用效率有促進作用。

2.3 不同處理對水稻葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)的大小是衡量作物生長發(fā)育的指標之一，與作物光合作用息息相關。如表5所示，在不同處理下，水稻葉面積指數(shù)LAI 的隨著生育期推進的變化。從中可以看出，不同土壤改良技術的水稻葉面積指數(shù)的變化都大致呈上升趨勢，并在抽穗開花期葉面積指數(shù)達到最大值。相同土壤改良方式下，3 個時期間歇灌溉早稻葉面積指數(shù)基本上均高于淹水灌溉，其中抽穗開花期，4 種土壤改良方式間歇灌溉葉面積指數(shù)較淹水灌溉依次分別增加了4.02%、3.35%、1.41%和2.83%。F2Y4 處理在孕穗期和抽穗開花期均葉面積指數(shù)是最高，與其他處理相比，差異達到顯著水平（除F1Y4 處理外）。相同灌溉方式下，無論是間歇灌溉，還是淹水灌溉，在孕穗期和抽穗開花期均是Y4 處理葉面積指數(shù)最高，且差異達到顯著水平。在晚稻時期，相同土壤改良方式下，前2 個時期間歇灌溉葉面積指數(shù)基本上與淹水灌溉無異，而在抽穗開花期，間歇灌溉葉面積指數(shù)均顯著高于淹水灌溉（除Y3 處理外）。與淹水灌溉相比，間歇灌溉在一定程度上可以提高水稻葉面積指數(shù)，有利于水稻葉片的生長。而在相同灌溉模式下，無論是間歇灌溉，還是淹水灌溉，在孕穗期和抽穗開花期仍是Y4 處理葉面積指數(shù)顯著高于其他土壤改良處理，其中在抽穗開花期F1Y4處理較其他3個處理分別提高16.07%、11.30%和5.18%；在抽穗開花期F2Y4 處理較其他3 個處理分別提高16.84%、11.94%和9.46%。4種土壤改良方式下，無論是早稻晚稻，還是間歇淹水灌溉，葉面積指數(shù)均是Y4 處理下最高，且與其他改良方式存在顯著差別，說明Y4 處理可以促進水稻葉面積生長發(fā)育。綜合處理下，以F2Y4 處理表現(xiàn)最好。

表5 不同處理對早稻葉面積指數(shù)的影響Tab.5 Effects of different treatments on early rice leaf area index

2.4 不同處理對水稻葉片光合特性的影響

從圖1（a）可以看出，早、晚稻葉片光合特性基本上呈現(xiàn)出Y4＞Y3＞Y2＞Y1 的變化規(guī)律。從光合速率可以看出，與Y1 處理相比，早稻Y4 淹水灌溉和間歇灌溉處理葉片光合速率分別顯著增加60.45%、38.38%；晚稻分別顯著增加16.17%、23.08%。從2 種灌溉方式對比來看，僅早稻Y1 處理間存在顯著差異，F(xiàn)2Y1 處理較F2Y1 處理光合速率顯著增加了13.73%。從圖1（b）蒸騰速率可以看出，早稻在相同灌溉方式下，土壤改良處理間無顯著差別，而晚稻中則均表現(xiàn)出間歇灌溉顯著高于淹水灌溉。4種土壤改良方式間歇灌溉蒸騰速率較淹水灌溉依次分別增加了13.09%、25.52%、24.65%和23.61%。從圖1（c）氣孔導度可以看出，與Y1處理相比，早稻Y4淹水灌溉和間歇灌溉處理葉片氣孔導度分別顯著增加22.25%、19.36%；晚稻分別顯著增加15.38%、14.29%。2 種灌溉方式對比發(fā)現(xiàn)，早稻Y1 處理間存在顯著差異，F(xiàn)2Y1 處理較F2Y1 處理氣孔導度顯著增加了2.43%；晚稻土壤改良方式間歇灌溉氣孔導度均顯著高于淹水灌溉（除Y2 處理外未達到顯著水平），4 種土壤改良方式間歇灌溉氣孔導度較淹水灌溉依次分別增加了5.81%、2.35%、3.19% 和4.82%。從圖1（d）胞間CO2濃度可以看出，早稻在相同灌溉方式下，Y3 和Y4 土壤改良處理間無顯著差別，而Y1 和Y2 間歇灌溉處理胞間CO2濃度比淹水灌溉處理分別顯著增加了3.37%、4.96%。晚稻土壤改良方式間歇灌溉胞間CO2濃度均顯著高于淹水灌溉（除Y3 處理外未達到顯著水平），4 種土壤改良方式間歇灌溉胞間CO2濃度較淹水灌溉依次分別增加了4.01%、1.82%、0.74%和1.88%。

圖1 不同處理對水稻葉片光合特性的影響Fig.1 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of rice leaves

有研究認為，通過綠肥和秸稈聯(lián)合還田能夠提高水稻生育后期葉片光合參數(shù)（凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間二氧化碳濃度），從而促進水稻產(chǎn)量增加［23］，本研究中土壤改良方式在早晚稻種植中也可以提高葉片光合作用。李伏生［24］研究表明，間歇灌溉可以促進水稻提高凈光合速率、胞間二氧化碳濃度和光合色素含量。本研究結果在早晚稻時期表現(xiàn)不一，在晚稻種植時采用間歇灌溉方式更有利于葉片進行光合作用，而在早稻時期并未在節(jié)水灌溉方式上顯著表現(xiàn)出光合作用的優(yōu)勢。

2.5 不同處理對水稻產(chǎn)量及其構成因素的影響

如表6 所示，與對照處理（F1Y1）相比，早稻F1Y2、F1Y3 和F1Y4 處理產(chǎn)量分別顯著增加了4.20%、7.20%和14.00%；與對照處理（F2Y1）相比，早稻F2Y2、F2Y3 和F2Y4 處理產(chǎn)量分別顯著增加了7.37%、9.76%1 和15.14%?？梢娫谙嗤喔饶Ｊ较拢寥栏牧挤绞娇梢栽黾釉绲井a(chǎn)量，且達到顯著水平。在淹水模式下，F(xiàn)1Y4 處理早稻產(chǎn)量最高，并且穗長、有效穗、穗粒數(shù)和千粒重等指標均顯著高于對照處理，較F1Y1 處理分別增加了12.64%、2.86%、31.34%和6.20%；在間歇模式下，F(xiàn)2Y4 處理早稻產(chǎn)量也最高，與對照（F1Y1）處理相比，其穗長、穗粒數(shù)和千粒重等指標分別顯著增加了13.13%、36.21%和4.01%。另外，在相同的土壤改良方式下，間歇灌溉模式處理其產(chǎn)量均高于淹水灌溉模式，4 種土壤改良方式依次分別增加了25、225.01、187.5和100 kg/hm2，增幅0.40%、3.46%、2.80%和1.43%，其中間歇模式Y2和Y3處理其產(chǎn)量與淹水模式差異達到顯著水平。說明間歇灌溉模式在早稻的產(chǎn)量方面要優(yōu)于傳統(tǒng)淹水灌溉模式。

表6 不同處理對早稻產(chǎn)量及其構成因素的影響Tab.6 Effects of different treatments on early rice yield and its components

在晚稻時，淹水模式下，與F1Y1 處理相比，F(xiàn)1Y4 處理晚稻有效穗、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量等指標均均顯著提高，分別增加了8.09%、11.41%、1.48%和9.04%；在間歇模式下，F(xiàn)2Y4 處理早稻產(chǎn)量最高，與對照（F2Y1）處理相比，其有效穗、穗粒數(shù)和產(chǎn)量等指標分別顯著增加了6.32%、16.51%和9.08%。說明無論在何種灌溉方式下，Y4 處理可以提高晚稻的有效穗、穗粒數(shù)和產(chǎn)量等指標，且達到顯著水平。另外，在相同的土壤改良方式下，晚稻產(chǎn)量均是間歇灌溉模式處理高于淹水灌溉模式，4 種土壤改良方式依次分別增加了100、225.02、175.01 和112.5 kg/hm2，增幅1.23%、2.72%、2.02%和1.26%，其中間歇模式Y1 和Y2 處理其產(chǎn)量與淹水模式差異達到顯著水平?？梢婇g歇灌溉模式水稻產(chǎn)量仍高于淹水灌溉模式。

3 研究結論

（1）無論是早稻還是晚稻，在相同土壤改良方式下，相較于淹水灌溉方式，間歇灌溉能提高水分生產(chǎn)率和灌水利用效率。3種土壤改良方式在早稻時期均可以提高水稻降雨利用率和灌水利用效率，其中Y4處理水分利用效率最高。

（2）在相同土壤改良方式下，與淹水灌溉相比，間歇灌溉方式在晚稻種植時能提高蒸騰速率、氣孔導度和胞間二氧化碳濃度，說明更有利于葉片進行光合作用。不同土壤改良方式下，葉面積指數(shù)均是Y4 處理下最高，且與其他改良方式存在顯著差別。早、晚稻葉片光合特性指標基本上呈現(xiàn)出Y4＞Y3＞Y2＞Y1的變化規(guī)律，并與抽穗開花期對應處理水稻的葉面積指數(shù)大小基本一致。

（3）在相同土壤改良方式下，采用間歇灌溉模式水稻產(chǎn)量要高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式。在相同灌溉模式下，采用土壤改良方式后，水稻產(chǎn)量較對照顯著提升，其中以土壤改良方式Y4 處理增產(chǎn)效果最佳。

（4）最適合抬田區(qū)稻田復產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、水分高效利用的改良措施是：采用間歇灌溉模式，配合綠肥還田+早稻秸稈腐蝕劑的土壤改良方式。 □