雙季稻Mb+Ke 水肥耦合技術方案生理需水特性研究

2021-04-12 03:43:12安秋香

湖南水利水電 2021年1期

安秋香

（湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南長沙 410007）

引言

國家科技支撐計劃項目“長江中游南部（湖南）水稻豐產節水節肥技術集成與示范”，自2013 年開始實施，為配合其子課題“農業水資源優化配置”專題研究，在益陽市赫山區筆架山鄉開展了水肥耦合節水節肥定位試驗，設定了3 種灌溉模式（Ma、Mb、Mc），3 個施肥方案（Kn、Ke、Kp）共9 個處理單元。經過5 年觀測，已取得了主要目標成果。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+適量有機肥、Ke—減量化肥+增量有機肥、Kp—全部化肥。

本文依據Ma+Kn、Mb+Ke、Me+Kp，連續5 年觀測試驗總結成果，提取Mb+Ke 方案，重點對水稻的生理需水特性與主要技術指標加以分析評述。

水稻生理需水是指供給水稻本身生長發育，進行正常生命活動所需水分，主要為水稻葉片蒸騰量。試驗證明，不同水肥耦合技術方案，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。

1 Mb+Ke 方案的概念與實施要點

1.1 概念

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。耦合增量有機肥、減量化肥（Ke）。

1.2 實施要點

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，低于5mm 時灌水；

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+增量有機肥（Ke） kg/hm2

2 3 個水肥耦合方案節水增效指標

水稻產量由水分和氮素兩個主要因子交互作用形成，合理的灌溉和施肥管理措施會發揮水肥因子的最大效應，起到水肥相濟的正面效果。

由表2 看出，在相同地理環境和氣象條件下，Mb+Ke 方案的耗水量W 最少，較Ma+Kn、Mc+Kp 方案節水3.3%～14.0%，較當地常規灌溉節水10.6%，水效比最高，稻谷耗水量0.06 m3/kg，較其他兩個方案分別節水0.06 m3/kg、0.22 m3/kg。生理需水指標—蒸騰強度最小，畝產稻谷最多，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

3 Mb+Ke 方案生理需水特性

3.1 蒸騰過程

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，本田期歷時比晚稻短9 d。

3.2 蒸騰量占比

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，在復水后和生育后期—孕穗、抽穗期保持較高的葉片光合速率，表現出明顯的補償或起補償效應，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 的百分數

3）各生育期歷年平均耗水強度與蒸騰強度。統計2013—2017 年早、晚、雙季稻各生育期平均耗水強度與平均蒸騰強度列入表5 中，同時繪制生育期相關圖（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度W0隨生育期延續節水幅度呈現逐漸增加趨勢，但在乳熟后期以后出現了逆轉現象。同時表明，由于早稻插秧后氣溫較低，W0增加較緩慢，其峰值出現在敏感的抽穗期，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 相關圖

耗水強度變化與蒸騰強度變化呈相應趨勢。

③ 耗水強度在乳熟期之前，晚稻明顯大于早稻，乳熟期之后，早稻出現較小反超。蒸騰強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，早稻出現較大反超。

④早、晚稻本田期的生理需水過程呈現單峰形態。

3.3 生理需水與氣象因子關系

1）歷年本田期蒸騰量W 蒸騰強度W0及主要氣象因子（2014—2017 年）。Mb+Ke 方案各田塊歷年W、W0指標及生長期降水P、氣溫t、日照μ、風速V 等主要氣象因子數據見表6。

2）代表年生育期蒸騰強度ω0與主要氣象因子。

Mb+Ke 方案2014、2015 年早、晚稻各生育期的蒸騰強度ω0及降水P、氣溫T、日照μ、風速V 等指標列于表7 中。

表6 本田期歷年W、ω0 及主要氣象因子

試驗證明，無論早稻或晚稻，在植株發育旺盛，密度增大，透風減弱，棵間蒸發受到抑制后，葉面蒸騰受氣象因子影響更為明顯。主要氣象因子對ω0的影響分述如下：

表7 代表年各生育期蒸騰強度ω0 及氣象因子P、T、μ、V 一覽表

①ω0與氣溫T 的關系。依表6 與表7中的蒸騰強度與氣溫，繪制～t 相關圖（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度與對應的日平均氣溫的相關關系都呈正相關，即蒸騰強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 的關系。依表6、表7 中相關數據，繪制ω0～P 相關圖（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、日照時數、風速小于晚稻期，受其綜合影響，早稻的蒸騰強度較晚稻平均偏小27.4%。

③ω0與日照μ 的關系繪制早、晚稻與相關圖（見圖5）。

圖5 反映出在T、V 相近時，蒸騰強度隨光照時數增大而增大。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，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律。

④ω0與風速V 的關系（圖6）。本田期早稻多年平均風速為1.6 m/s，晚稻為1.7 m/s。在有風條件下，水平方向紊流作用影響較明顯，當T、V、空氣相對濕度相同或相近時，通常ω0隨V 加大而增大。本實驗區由于早稻期的空氣相對濕度比晚稻期要大，所以早稻出現了ω0隨V 加大而減少的變化規律。

3.4 生理需水與產量的關系

從歷年早、晚稻平均生理需水與畝產稻谷（G）相關圖中看出：一是晚稻的蒸騰強度比早稻大，產量比早稻高；二是晚稻產量隨蒸騰強度增大而提高，ω0～G 相關線呈正比變化；三是早稻產量隨蒸騰強度增大而減少，ω0～G 相關線呈反比變化；四是出現上述特征的機理主要是受氣象因素影響，因為相對于晚稻，早稻期氣溫低、濕度大、日照時數短、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）。