江西省水稻蓄雨間歇灌溉模式初探

鄧海龍，謝亨旺，劉方平，付桃秀

（1.江西省灌溉試驗中心站，江西省農業高效節水與面源污染防治重點實驗室，南昌 330201；2.水利部 鄱陽湖水資源水生態環境研究中心，南昌 330009）

0 引 言

【研究意義】調節和控制土壤水分，可減少人工灌水次數和灌溉水量，可大幅度節約灌水量，并且促進水稻根系生長發育，控制水稻地上部株型的無效生長，提高水肥利用的有效性，達到稻田節水增產、提質增效目的。【研究進展】目前，我國已經開展了形式多樣的水稻節水灌溉技術研究，也取得了很多成功經驗。比如選擇耐旱的水稻品種，采用抗旱劑，節水管理。其中節水管理方面，在南方主要有4種節水灌溉技術，即“淺、濕、曬”灌溉技術、間歇灌溉技術、控制灌溉技術和蓄水型灌溉技術，主要通過控制灌水量和灌水次數以及灌水間隔天數等來進行水稻節水灌溉技術的研究。【切入點】本文針對江西省降雨量大，且主要集中在4—6月，早晚稻降雨利用率總體比較低，據江西省灌溉試驗中心站測定，早稻多年降雨利用率最低值為22.2%。【擬解決的關鍵問題】為提高降雨的有效利用率，減少稻田地表氮磷養分流失，結合江西省灌溉試驗中心站多年灌溉試驗數據，首次提出了蓄雨型間歇灌溉技術。在歐美，控制排水被認為是最佳的農田管理方案之一。該技術結合灌溉與排水的水管理模式，從環保角度，充分利用水稻的抗旱、耐淹特性，降低各生育期灌溉控制點的水深，適度推遲灌溉時間，在未降雨的時段內，將田間土壤含水率（下限，即灌溉控制點）降低到田間持水率的75%～60%，提高雨后田間蓄水深度，延長降雨在稻田的滯留時間，減少稻田排水量。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2016年和2017年在江西省灌溉試驗中心站試驗基地內水稻試區進行。該試驗區位于鄱陽湖流域，屬于典型的亞熱帶濕潤季風性氣候，氣候溫和，雨量充沛。多年平均降水量為1 685.2 mm，最大年降水量為2 385.8 mm，最小年降水量為1 119.9 mm，最大日降水量為 197.7 mm，最大 3日降水量為 268.3 mm。區內多年平均蒸發量為930.2 mm，多年平均相對濕度為84%，多年平均日照時間1 575.5 h，年平均氣溫為17.7 ℃，年最高氣溫為39.9 ℃，年最低氣溫為-14.5 ℃，多年平均風速為2.8 m/s，實測最大風速為21 m/s，歷年霜期一般從11月中旬到次年3月中旬，約120 d左右。降雨在年內分布不均勻，春季夏初多雨，4—6月的降雨占全年的46.1%左右，夏秋少雨，7—9月降雨量僅為全年的20%左右。

1.2 供試材料

水稻供試品種：早稻為株兩優101（江西省農作物品種審定委員會審定的雜交早稻品種，該品種株型適中，長勢繁茂，分蘗力強，有效穗多，稃尖無色，穗粒數多，結實率高，熟期轉色好，已在全省范圍推行栽種），晚稻為天優華占（天優華占屬秈型三系雜交水稻。在長江中下游作雙季晚稻種植，全生育期平均119.2天，該品種熟期適中，產量高，中感稻瘟病，感白葉枯病和褐飛虱，米質優）。早稻 3苗/穴，株行距為13.3 cm×23.3 cm；晚稻2苗/穴，株行距為13.3 cm×26.6 cm。

試驗區耕作層土壤體積質量為1.36 g/cm3，土壤有機質量為1.74%，全氮量為0.82%，全磷量為0.25%，全鉀量為1.18%，堿解氮量為60.21 mg/kg，速效磷量為5.46 mg/kg，速效鉀量為43.77 mg/kg。

1.3 試驗設計

試驗處理設置間歇灌溉（W1），蓄雨間歇灌溉（W2）、淹水灌溉 （W3），共3個處理，各處理3次重復，共9個小區。各試驗小區面積75 m2，小區之間有田埂隔開，田埂高30 cm，頂部寬30 cm，早晚稻小區周邊田埂為砼田埂，防止小區之間及與外界的水分交換。每個處理的排水溝出口處設置三角量水堰。

本試驗根據江西省灌溉試驗中心站 1978—2015年的降雨資料以及中心站多年以來對節水灌溉模式的研究成果，確定了間歇灌溉、蓄雨間歇灌溉、淹水灌溉3種灌溉模式的灌水上下限，3種灌溉制度田間水分控制水平見表1所示。

各處理水稻品種、育秧、移栽、密度、施肥量和田間管理等技術保障措施以及土壤基礎地力條件均相同。

表1 雙季早晚稻不同灌溉模式稻田含水率及水深控制Table1 Field moisture content and water depth control under different irrigation modes for double cropping early and late rice

1.4 觀測內容及測定方法

1）氣象觀測：主要包括氣溫、空氣相對濕度、風速、風向、降雨量、日照時間、氣壓和水面蒸發量等。每天08:00、14:00和20:00進行人工觀測，并輔以自動氣象站進行測定。采取Penman-Monteith公式計算參考作物蒸發蒸騰量。

2）田間用水測定：在田面有水層時，在每個小區固定位置上安裝鐵簽，用測針每天早上08:00進行田間水深觀測；在田間無水層時，其耗水量采用含水率測量確定。當水分達灌溉下限時進行灌水，達灌溉上限停止灌水，灌溉水量直接由安裝在灌溉管道上的水表讀出。不同灌溉模式下的處理試驗小區，灌水的下限和灌溉上限，參考表1所述。

3）水樣氮、磷測定：水樣包括田面水和滲漏水，水樣TN采用堿性過硫酸鉀消解—紫外分光光度法進行測定；TP采用硫酸鉀消煮—鉬銻抗分光光度法進行測定。

各小區田面水在產生排水以及施肥后第1、3、5、7、9天分別進行取樣，水樣用聚乙烯瓶采取，低溫保存。在每個試驗小區布置穿過耕作層的PVC管，管下部穿數個小孔，用紗布包裹，植入深度分別為20、40 cm，以收集滲漏水，滲漏水取樣時間與田面水保持一致。

田間TN、TP流失及滲漏損失總量計算式為：

式中：T為N、P損失總量（kg/hm2）；i、j為水稻生育期日序號；n、m分別全生育期有地表排水的天數和全生育期有地下水質量滲漏的天數（d）；Ci為第i日所取田面水、土壤水中 N、P質量濃度（mg/L）；Sj為第j日所取地下滲漏水的中N、P質量濃度；Qi為第i日田間排水量（mm）。Rj為第j日田間滲漏量（mm）。

4）水稻生長指標的測定：插秧后在田間定點觀察水稻分蘗開始發生的時間、分蘗量、分蘗消長過程。每個生育期定點定株測量株高、葉面積、從分蘗期開始，每5 d測量1次分蘗數，連續測定5次。

5）產量測定：包括產量測定（按各試驗小區單收、單打、單曬驗產。統計其產量）；產量結構測定（插秧時每個處理固定小株樣品、收割前取樣，晾干后進行室內考種）。于收獲前1天，每小區調查有效穗數20蔸，取有代表性的植株5蔸考種，考查穗長、每穗粒數、每穗空粒數、千粒質量。每個試驗處理小區選取 6 m2的區域，進行單打、單收、單曬、稱質量計產。

2 結果與分析

2.1 蓄雨間歇灌溉模式下的雙季早晚稻耗水量分析

不同灌溉模式的水稻耗水量具有不同的節水效果見表2。由表2可以看出，在肥料用量和施肥方式一致的前提下，2016年、2017年平均，早稻W2灌溉模式下的田間耗水量均低于W1灌溉模式和W3灌溉模式，耗水量均值分別較少1.1%、6.9%；晚稻W1灌溉模式的耗水量與W2灌溉模式相比，減少0.4%，W2灌溉模式的耗水量與 W3灌溉模式相比，減少5.7%。表明雙季早晚稻采取間歇灌溉和蓄雨間歇灌溉模式具有節水效果。

表2 雙季早晚稻不同灌溉模式的水稻耗水量、產量及稻田水分生產率Table2 Field moisture content and water depth control under different irrigation modes for double cropping early and late rice

2.2 蓄雨間歇灌溉模式對雙季早晚稻灌溉定額的影響

雙季早晚稻在采取蓄雨間歇灌溉模式時，不同時期的單次灌水量、灌水次數與間歇灌溉和淹水灌溉不同。由表3分析表明，早稻全生育期2 a平均灌溉定額：W2灌溉模式為365 m3/hm2，W1灌溉模式為1 179 m3/hm2，W3灌溉模式為1 256 m3/hm2。在灌水次數方面：W2灌溉模式比W1灌溉模式減少3.5次，比W3灌溉模式減少4次。

晚稻全生育期2 a平均灌溉定額：W2灌溉模式為2 993 m3/hm2，W1灌溉模式為3 079 m3/hm2，W3灌溉模式為3 421 m3/hm2，W2灌溉模式灌溉次數比W1灌溉模式減少4.5次，比W3灌溉模式減少3.5次。

由此表明蓄雨間歇灌溉模式具有明顯的節水、省工效果。降雨利用量增加是灌溉水量減少的主要原因。

表3 雙季早晚稻不同灌溉模式的不同階段灌溉定額Table3 Different stages of irrigation quotas for different irrigation modes of double season rice

2.3 蓄雨間歇灌溉模式對雙季早晚稻排水定額及降雨有效利用率的影響

不同節水灌溉模式處理下，雙季早晚稻排水定額及降雨有效利用率在全生育期內的效果各不相同。由表4分析表明，在肥料用量和施肥方式一致的前提下，早稻全生育期2 a平均排水定額W1灌溉模式為1 940 m3/hm2，W2灌溉模式為1 263 m3/hm2，W3灌溉模式為1 761 m3/hm2，W2灌溉模式排水次數比W1灌溉模式減少2.1次，比W3灌溉模式減少3.8次;在排水量方面：W2灌溉模式比 W1灌溉模式降低34.9%，比W3灌溉模式降低 28.3%，差異顯著；在降雨有效利用率方面：W2灌溉模式為 77.16%，較W1灌溉模式提高了12.40%，較W3灌溉模式提高了9.14%。

晚稻全生育期2 a平均排水定額：W1灌溉模式為216 m3/hm2，W2灌溉模式為0.0 m3/hm2，W3灌溉模式為230 m3/hm2，W2灌溉模式排水次數比W1灌溉模式減少1.0次，比W3灌溉模式減少1.0次；在降雨有效利用率方面：W2灌溉模式為100%，較W1灌溉模式和W3灌溉模式分別提高了6.42%、6.84%。

表4 雙季早晚稻不同灌溉模式的全生育期排水定額及降雨有效利用率Table4 Drainage quota and effective rainfall utilization rate for different irrigation modes of double season rice

2.4 蓄雨間歇灌溉模式對雙季早晚稻產量和稻田水分生產率的影響

結合表2和表4可知，蓄雨間歇灌溉模式與其他2種灌溉模式相比，能顯著提高降雨有效利用率，減少灌水量；產量水平與間歇灌溉基本持平，但高于淹水灌溉。

早稻W2灌溉模式稻田水分生產率均值達到1.40 kg/m3，較 W1灌溉模式和 W3灌溉模式分別提高5.26%和11.11%；晚稻W2灌溉模式稻田水分生產率2 a均值達到1.54 kg/m3，較W1灌溉模式和W3灌溉模式分別提高1.32%和7.69%。表明早晚稻采取蓄雨間歇灌溉模式，提高了稻田水分的生產率。

2.5 蓄雨間歇灌溉模式對雙季早晚稻減排效果分析

2016年及2017年早、晚稻不同灌溉模式下的稻田氮素排放量，磷素排放量見表5、表6所示。

在總氮排放量方面，雙季早晚稻W2灌溉模式較W1灌溉模式較少3.12 kg/hm2，減排幅度達14.26%；較 W3灌溉模式較少 7.64 kg/hm2，減排幅度達34.93%；在總磷排放量方面，雙季早晚稻W2灌溉模式較 W1灌溉模式減少 0.095 kg/hm2，減排幅度達37.25%；較W3灌溉模式減少0.180 kg/hm2，減排幅度達 70.59%。說明蓄雨間歇灌溉和間歇灌溉均能夠減少早晚稻田間總氮排放量，且蓄雨間歇灌溉的減排效果更好。

表5 不同灌溉模式早、晚稻氮素排放量Table 5 The analysis of different irrigation modes on the loss of nitrogen nmission in early and late rice kg/hm2

表6 不同灌溉模式早、晚稻磷素排放量Table 6 The analysis of different irrigation modes on the loss phosphorus emissions in early and late rice kg/hm2

3 討 論

蓄水灌溉作為一項田間節水灌溉技術，蓄水控灌模式增加了稻田的蓄水能力，提高了降雨利用效率，較大幅度降低了灌排定額和排水次數[13-19]。郭相平等[17]在水稻蓄水控灌技術方面做了一定的探索，研究表明蓄水控灌處理在不減產的前提下，與常規灌溉相比，灌排定額分別降低21.3%~47.0%和13.1%~83.9%，灌排次數分別減少2~9次和2~3次；與淺水勤灌相比，灌排定額分別降低6.7%~22.9%和21.9%~100%，灌排次數分別減少1~4次和2次，本研究結果與上述研究基本相似。

此外，本研究表明，蓄雨間歇灌溉模式能減少早晚稻田間總氮、總磷的排放量。主要原因在于蓄雨間歇灌溉模式增加了雨水利用，延長了雨水在稻田的滯留時間，減少了稻田排水量，實現了減少排水水體中氮磷排放量的目標。

4 結 論

1）蓄雨間歇灌溉與淹水灌溉相比，雙季早稻節水率高達70.93%，晚稻節水率達到12.51%；年平均灌水次數減少8.0次。

2）稻田排水量早稻全生育期內，蓄雨間歇灌溉較淹水灌溉排水量減低 28.3%、較間歇灌溉降低34.9%。晚稻水稻生長期間，降雨量較少，各種灌溉模式的排水量相差不大。在總氮排放量方面，雙季早晚稻蓄雨間歇灌溉模式比淹水灌溉減少幅度達到34.93%；在總磷排放量方面，雙季早晚稻蓄雨間歇灌溉模式與間歇灌溉模式相比，減排幅度達到37.25%；與淹水灌溉模式相比，減少幅度達到70.59%。

3）蓄雨間歇灌溉與淹水灌溉相比，早稻降雨利用率提高12.40%，晚稻降雨利用率提高6.84%。