不同灌溉方式下水稻產量和節水減排效果分析

梁梅英 粟世華 劉圣鋒 吳昌智 郭攀 趙海雄

摘要 2016—2019年對水稻開展不同灌溉方式的比較試驗，研究不同灌溉方式下的節水減排效果和水稻產量。結果表明：結合不同灌溉方式下灌水量、排水量、灌水次數、水分利用率以及水稻產量等指標，可知間歇灌溉應用效果更好。間歇灌溉方式下早稻和晚稻的灌水量分別為（201.5±34.8）和（240.9±42.1）mm，水分生產率分別為1.35和1.38 kg/m3，產量分別為（6 189.0±373.5）和（6 409.0±682.5）kg/hm2。間歇灌溉結合70%化學肥料+30%菌肥的配比下，水稻產量更高。該研究結果可為水稻高效生產提供理論依據。

關鍵詞 間歇灌溉;常規灌溉;薄淺濕曬灌溉;雨養灌溉;節水減排

中圖分類號 S-274? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）12-0212-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.12.056

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis of Rice Yield and Water Saving and Emission Reduction Effects under Different Irrigation Methods

LIANG Mei ying1， SU Shi hua1， LIU Sheng feng2 et al

（1.Guilin Irrigation Experiment Center Station， Guilin， Guangxi 541105;2. College of Water Resources and Environmental Engineering， East China University of Technology， Nanchang，Jiangxi 330013）

Abstract From 2016 to 2019， the comparison experiment on rice under different irrigation methods was conducted， so as to investigate the effects of water saving， emission reduction and rice yield under different irrigation methods.The results showed that the application effect of intermittent irrigation was better in combination with indicators such as irrigation volume， drainage volume， irrigation frequency， water use efficiency， and rice yield under different irrigation methods. The irrigation volume of intermittent irrigation technology for early rice and late rice were （201.5±34.8） and （240.9±42.1）mm respectively， the water productivity was 1.35 and 1.38 kg/m3 respectively， the rice yield was （6 189.0±373.5） and （6 409.0±682.5） kg/hm2? respectively.Under the ratio of intermittent irrigation combined with 70% chemical fertilizer and 30% bacterial fertilizer， rice yield was higher. The study results could provide the theoretical basis for efficient rice production.

Key words Intermittent irrigation;Conventional irrigation;Thin shallow wet dry irrigation;Rain fed irrigation;Water saving and emission reduction

水稻是我國主要的糧食作物之一，在我國南方水稻種植面積占全國水稻種植總面積的78.9%[1]。水稻是一種喜水作物，整個生育過程需要消耗大量的水[2]。近年來，隨著城市化和工業化進程的加快，農業供水量受到一定程度的削減，但水稻作為一種重要的糧食作物，研究水稻的節水減排灌溉顯得尤為重要。

目前，國內外學者對水稻灌溉技術的關注持續不減。從20世紀六七十年代開始，我國水稻的灌溉方式逐步由深水灌溉向淺水灌溉過渡，出現了“薄、淺、濕、曬”、蓄雨型灌溉、間歇淹水灌溉、“半旱栽培”灌溉等模式[3-6]。筆者研究了常規灌溉、薄淺濕曬、間歇灌溉和雨養灌溉4種不同灌溉方式對水稻產量及節水減排效果的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2016—2019年在桂林市農田灌溉試驗中心站內試驗場地進行，其中2016—2018年對4種不同灌溉方式的節水減排進行同步試驗，2019年對間歇灌溉進行不同肥料配比試驗（早稻一般在4月22日至7月20日，晚稻一般在7月25日至10月28日）。該試驗場地（110°10′E，25°16′N）位于漓江流域內，屬于亞熱帶季風氣候，全年無霜期309 d，年均降水量1 926 mm，年平均氣溫19.0 ℃。試驗場地內劃分12個試驗區，每個區長15 m，寬5 m，面積75 m2，單向排列，田塊兩端均為水泥板明渠和明溝，灌排前后分開，測量田間水層深度并進行對比，試驗過程中各試驗區農藝措施完全一致，單收單核產量。

1.2 試驗方案

1.2.1 不同灌溉方式對比。

首先從節水減排及產量方面分析常規灌溉、薄淺濕曬、間歇灌溉和雨養灌溉的優越性。這4種灌溉方式的生育期劃分及水層設計見表1。

1.2.2 間歇灌溉試驗方案。在水稻試驗不同灌溉方式篩選后，以間歇灌溉方式為例，進一步研究其施肥類型和方法對水稻生長及產量的影響，試驗面積為75 m2，其中分基肥（375.0 kg/hm2）、分蘗肥（300.0 kg/hm2）和攻穗肥（375.0 kg/hm2）分3次施放，占比為5∶4∶5，水層設計與表1中的間歇灌溉相一致。間歇灌溉的施肥配比見表2。

1.3 測定方法

1.3.1 氣象數據。氣象數據由桂林市農田灌溉試驗中心站內小型氣象監測站提供，包括氣溫、降水量、風速等指標。

1.3.2 試驗田灌水量和排水量。每天08：00對各試驗田水層深度進行觀測，并根據各灌溉方式的要求進行及時調控。

1.3.3 排水水質。試驗期間，每隔5～7 d測定一次農田排水總氮、總磷指標（施肥期加密）。

1.3.4 土壤含氮量。土樣取樣時間：基肥施放前1 d第1次取樣以及基肥施放后第2天為第2次取樣，此后每間隔5 d取一次樣直至施放分蘗肥前停止;同樣，在分蘗肥施放的前一天取樣，在分蘗肥施放后第2天取樣，此后每10 d取一次樣至攻穗肥施放前停止;在攻穗肥施放前一天取一次樣，在攻穗肥施放后第2天取一次樣，此后每隔10 d取滿3次停止取樣。取樣采用蛇形布點法，每個試驗單元布設4個點，隨機布點。取樣深度為15 cm，土片厚度為1 cm，每片土樣約100 g，其測定方法參照《土壤質量全氮的測定凱氏法》（HJ 717—2014）。

1.3.5 水稻含氮量。其取樣時間與取土樣時間一致，取樣水稻主干莖部分約2 cm2和水稻葉片部分約2 cm2。使用水稻氮素快速測定儀測定水稻植株的含氮量。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉方式試驗

2.1.1 節水減排分析。2016—2018年研究區早稻和晚稻的降水量分別為（833.7±338.2）和（389.4±269.8）mm，統計試驗期間不同灌溉方式下節水減排效果。由表3可知，4種灌溉方式下灌水量和排水量均受到降水的影響，早稻的降水量較大，總體上早稻排水量比晚稻大。在不同灌溉方式下，雨養灌溉所需的灌水量最少，其次為間歇灌溉;在總氮和總磷排放負荷量方面，早稻間歇灌溉下總氮、總磷排放負荷均最小，分別為（0.75±0.39）和（0.72±0.33） kg/hm2;晚稻間歇灌溉下總氮排放負荷最小，雨養灌溉下總磷排放負荷最小。在灌水次數方面，雨養灌溉最少，其次為間歇灌溉。

以早稻為例，相比于常規灌溉，薄淺濕曬、間歇灌溉和雨養灌溉的灌水量分別減少21.7%、36.9%和71.9%，灌水次數分別減少19.8%、36.6%和82.2%，排水量分別減少1.0%、4.2%和18.3%，總氮排放負荷分別減少21.6%、35.3%和17.2%，總磷排放負荷分別減少25.4%、42.9%和27.0%。由此可見，間歇灌溉在節水減排方面更具優越性。

2.1.2 節水高產分析。在保證水稻產量的情況下，最大限度減少水資源使用量很有必要。2016—2018年4種不同灌溉方式下耗水量和產量見表4。

由表4可知，在相同灌溉方式下晚稻的產量優于早稻。對于同一種水稻類型，間歇灌溉下水稻產量最高，薄淺濕曬次之，雨養灌溉下水稻產量最低。這是因為雨養灌溉主要依靠降水來補充田間水分，這樣可能會在水稻重要的需水時期出現缺水情況，如抽穗開花期缺水不僅會減弱光合作用，而且會降低植株體內碳水化合物含量，影響籽粒形成。間歇灌溉和薄淺濕曬應考慮到水稻各生育期需水情況以及人為控制灌溉量，這更有利于水稻生長。

對耗水量而言，早稻和晚稻在4種不同灌溉方式下的變化趨勢呈現一致性，常規灌溉下耗水量最大，薄淺濕曬次之，雨養灌溉下耗水量最小。雨養灌溉的耗水量最少，但其產量最低。常規灌溉耗水量最大，但其水稻產量低于薄淺濕曬和間歇灌溉。

水稻產量與水分生產率、降水利用率有一定的關系。4種灌溉方式的降水利用率和水分利用率如圖1所示。從圖1可以看出，在各水稻類型中間歇灌溉下的水稻水分生產率最高，早稻和晚稻分別為1.35和1.38 kg/m3。雨養灌溉下的灌溉水分生產率在各水稻類型中均最高，早稻和晚稻分別為6.26和3.09 kg/m3，這也許是因為該灌溉方式下稻田水分有時過于干旱，因此灌溉水分生產率較高。其次為間歇灌溉下的灌溉水分生產率，早稻和晚稻分別為3.07和2.66 kg/m3。降水利用率在不同水稻類型下呈現的變化趨勢一致，雨養灌溉下降水利用率最高，間歇灌溉次之，而常規灌溉下降水利用率最低。我國南方屬于亞熱帶季風氣候，有雨熱同期的特點，在主汛期是水稻主要生育期，提高降水利用率、減少稻田排水有利于減少稻田的氮磷排放、降低農業面源污染的程度，也可起到防洪減排的作用[2，7]。

2.2 間歇灌溉不同施肥方式效果比較

對4種灌溉方式下節水減排效果及水稻產量進行對比，不同水稻類型中間歇灌溉模式下水稻產量最高，薄淺濕曬次之，雨養灌溉模式下水稻產量最低;從灌水量、灌水次數、排水量及耗水量來看，常規灌溉模式下最高，薄淺濕曬次之，雨養灌溉最低。間歇灌溉下水稻產量遠高于雨養灌溉，因此選擇間歇灌溉進行不同施肥方式效果的對比試驗。經過12次取樣檢測，不同肥料下土壤含氮量和水稻含氮量見圖2。

土壤中含氮量通常是衡量土壤氮素基礎肥力的一個重要指標。由圖2（a）可知，F3配比下，土壤含氮量總體最高，其次為F2。各肥料配比下，在第6次取樣（分蘗中前期）時土壤含氮量達到最高，F3、F2、F1、F5和F4分別為3.05、3.03、2.91、2.79和2.59 g/kg，此后土壤含氮量逐漸降低并趨于穩定，說明水稻在不斷吸收土壤中的氮素。

水稻植株含氮量對水稻生長具有重要作用，特別是在分蘗期，其含氮量對植株分蘗十分關鍵[8]。同時，水稻植株中含氮量的測定對于氮肥的精確施用及提高氮肥利用效率具有重要意義[9-11]。由圖2（b）可知，水稻植株含氮量呈遞減趨勢，在F3配比下水稻含氮量相對于其他肥料配比較高，在第12次取樣（黃熟期）時不同肥料下的水稻含氮量均達到最低。

各肥料配比下水稻產量如圖3所示。在肥料配比F3下水稻產量最高，達到14 758.85 kg/hm2;其次為F2，水稻產量為13 165.11 kg/hm2;在F4肥料配比下水稻產量最低，為9 642.81 kg/hm2。

3 討論與結論

3.1 討論

該研究結果表明間歇灌溉能夠保證水稻產量，起到節水減排作用，減少排水量、灌水量和灌水次數，提高水分生產率和降水利用效率[12-13]。吳漢等[14]對間歇灌溉進行了研究，結果發現與常規灌溉相比排水量減少了7.50%～43.94%，灌水量減少了31.00%～43.94%，灌水次數也有所減少，水分生產率提高了43.02%～98.74%。趙宏亮等[15]研究表明間歇灌溉有利于提高水稻產量以及水分利用效率，同時間歇灌溉也有利于土壤對氮素的保持，防止肥力流失，進而提高產量以及防止農業面源污染[16]。該研究結果與前人研究基本一致。

該試驗還研究了不同灌溉方式下的總氮、總磷排放負荷。早稻間歇灌溉下總氮、總磷排放負荷最小，分別為（0.75±0.39）和（0.72±0.33）kg/hm2。晚稻間歇灌溉下總氮排放量負荷最小。雨養灌溉下總磷排放量負荷最小，其次為間歇灌溉。這主要是因為間歇灌溉提高了降水利用率，增加了降水的停留時間，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[13]。

3.2 結論

（1）與常規灌溉相比，早晚稻采用薄淺濕曬、間歇灌溉和雨養灌溉均能有效減少灌水量、排水量和灌水次數。以早稻為例，與常規灌溉相比，間歇灌溉、薄淺濕曬和雨養灌溉灌水

量分別減少21.7%、36.9%和71.9%，灌水次數分別減少19.8%、36.6%、82.2%，排水量分別減少1.0%、4.2%和18.3%，總氮排放負荷分別減少21.6%、35.3%和17.2%，總磷排放負荷分別減少25.4%、42.9%和27.0%，加上考慮到間歇灌溉下水稻產量最高、雨養灌溉最低，因此間歇灌溉在不同水稻類型下節水減排效果較好，且產量較高，具有良好的應用價值。

（2）在間歇灌溉施肥配比中，F3施肥配比下水稻產量最高，較F5施肥配比下的水稻產量提高了28.6%。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家統計局.中國統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，2018.

[2] 陳凱文，俞雙恩，李倩倩，等.不同水文年型下水稻節水灌溉技術方案模擬與評價[J].農業機械學報，2019，50（12）：268-277.

[3] 徐芬芬，曾曉春，石慶華，等.不同灌溉方式對水稻生長與產量的影響[J].江西農業大學學報，2005，27（5）：653-658.

[4] 覃萬國.“薄、淺、濕、曬”灌溉技術對雜交水稻的增產效果[J].中國農村水利水電，1996（11）：17-18.

[5] 靳德明，王維金，陳國興.栽培稻節水種植技術研究利用展望[J].湖北農業科學，2001，40（5）：5-7.

[6] 余青.不同節水灌溉方式對水稻生長的影響[J].安徽農業科學，2012，40（36）：17904-17906，17970.

[7] 王傳娟，王少麗，陳皓銳，等.稻田水量調控模擬計算及分析[J].中國農村水利水電，2016（8）：137-143.

[8] 凌啟鴻，張洪程，丁艷鋒.水稻精確定量栽培理論與技術[M].北京：中國農業出版社，2007.

[9] 黃潔，朱德峰，陳惠哲，等.水稻葉片含氮量無損快速測定方法[J].中國稻米，2017，23（2）：18-20.

[10] 聶鵬程，袁石林，章偉聰，等.基于光譜技術的水稻葉片氮素測定儀的開發[J].農業工程學報，2010，26（7）：152-156.

[11] TANAKA A，TORIYAMA K，KOBAYASHI K.Nitrogen supply via internal nutrient cycling of residues and weeds in lowland rice farming[J].Field crops research，2012，137：251-260.

[12] 朱士江，孫愛華，張忠學，等.不同節水灌溉模式對水稻分蘗、株高及產量的影響[J].節水灌溉，2013（12）：16-19.

[13] 鄧海龍，謝亨旺，劉方平，等.江西省水稻蓄雨間歇灌溉模式初探[J].灌溉排水學報，2020，39（4）：116-123.

[14] 吳漢，柯健，何海兵，等.不同間歇時間灌溉對水稻產量及水分利用效率的影響[J].灌溉排水學報，2020，39（1）：37-44.

[15] 趙宏亮，王麒，孫羽，等.秸稈還田下灌溉方式對水稻產量及水分利用率的影響[J].核農學報，2018，32（5）：959-969.

[16] 余雙，崔遠來，王力，等.水稻間歇灌溉對土壤肥力的影響[J].武漢大學學報（工學版），2016，49（1）：46-53.