干濕交替灌溉下生物炭對遼寧中部灌區水稻耗水規律和產量的影響

楊 磊，呂子超

(1.沈陽安騰物業服務有限公司，遼寧 沈陽 110003； 2.遼寧省水利水電科學研究院有限責任公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110003)

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2021年在遼寧省灌溉試驗中心站(位于遼寧省沈陽市黃家鄉)進行。試驗站地點為平原地帶，屬溫帶大陸性季風氣候。供試土壤為中壤土，參考理化指標為：容重1.5 g/cm3，土壤飽和體積含水率為42.2%，土壤全氮0.79 g/kg，速效磷18.1 mg/kg，速效鉀88.5 mg/kg，有機質21.7 g/kg，土壤pH值7.3。

1.2 試驗材料

供試品種為千重浪2號(沈農9765)，水稻于5月27日插秧，插秧行距為30 cm，株距為14 cm，每穴插3株。水稻施肥和田間管理均按照當地農民的生產管理經驗進行。

1.3 試驗設計

本試驗采用裂區試驗設計，兩因素(灌溉方式和生物炭)，主區為灌溉方式，2個水平；副區為生物炭處理，2個水平，共4個處理，3重復，共12個小區。每試驗小區面積為2 m×3 m = 6 m2。灌溉方式2個水平，分別為常規淹灌CF、干濕交替灌溉AWD，兩種灌溉模式的控水標準見表1。生物炭處理2個水平，分別為不施生物炭(B0)和施生物炭10 t/hm2(B10)。

表1 常規淹灌和干濕交替灌溉水層深度和土水勢控制下限要求

1.4 測定指標

分蘗：每小區取5穴做標記，作為定點觀測植株，分蘗開始后每5 d一次，分蘗高峰期每3 d一次，拔節孕穗期后每生育期測定一次。水稻產量：于10月8日在各試驗小區單收單打，分別計量，需折算成谷物含水量為14%條件下的均產量。灌水量：每次灌水后通過各小區單獨安裝的水表計量各小區灌水量。蒸發蒸騰量：采用帶底的滲漏桶每日觀測水位差，即為蒸發蒸騰量，滲漏桶高41 cm，上口徑40 cm。下口徑33 cm。滲漏量：結合帶底滲漏桶和小區水位，觀測桶內外水位差，即為滲漏量[1-4]。

1.5 數據分析

數據分析SPSS軟件進行裂區方差分析，采用LSD法對灌溉模式和生物炭因子進行95%顯著性差異檢驗。

2 結果分析

2.1 對水稻生育期內分蘗數變化的影響

不同灌溉模式和生物炭影響下水稻生育期內分蘗數變化見圖1與表2，水稻分蘗數在7月2日達到峰值。對水稻分蘗數峰值進行方差分析，結果表明，灌溉模式和生物炭對水稻分蘗數峰值均有顯著影響，兩者交互作用對水稻分蘗數峰值無顯著影響。與CF相比，AWD降低水稻分蘗數峰值4.50%。與B0相比，B10增加水稻分蘗數峰值6.41%。對末期水稻分蘗數進行方差分析，結果表明，生物炭對水稻末期分蘗數有顯著影響，而灌溉模式和兩者交互作用對水稻末期分蘗數無顯著影響。與B0相比，B10增加水稻末期分蘗數8.08%。

圖1 水稻生育期內分蘗數變化

表2 對水稻分蘗數峰值和末期分蘗數的影響

2.2 對水稻產量和灌溉水利用效率的影響

不同灌溉模式和生物炭對水稻產量、灌水量和灌溉水利用效率的影響見表3。灌溉模式對水稻灌水量有顯著影響，而生物炭和兩者交互作用對水稻灌水量無顯著影響。與CF相比，AWD降低水稻灌水量31.4%。生物炭對水稻產量有顯著影響，而灌溉模式和兩者交互作用對水稻產量無顯著影響。與B0相比，B10增加水稻產量7.80%。灌溉模式對水稻灌溉水利用效率有顯著影響，而生物炭和兩者交互作用對水稻灌溉水利用效率無顯著影響。與CF相比，AWD提高水稻灌溉水利用效率44.9%。

表3 對水稻產量和灌溉水利用效率的影響

2.3 對水稻滲漏量，蒸發蒸騰量和耗水量的影響

不同灌溉模式和生物炭對水稻滲漏量、蒸發蒸騰量和耗水量的影響見表4。灌溉模式對水稻滲漏量有著顯著影響，而生物炭和兩者交互作用對水稻滲漏量無顯著影響。與CF相比，AWD降低水稻滲漏量33.8%。灌溉模式和生物炭及兩者交互效應對水稻蒸發蒸騰量均無顯著影響。灌溉模式對水稻耗水量有著顯著影響，而生物炭和兩者交互作用對水稻耗水量無顯著影響。與CF相比，AWD降低水稻滲漏量21.7%。

表4 對水稻滲漏量，蒸發蒸騰量和耗水量的影響 m3·hm-2

2.4 基于干濕交替灌溉模式和生物炭的水稻最佳灌溉制度

綜合考慮水稻產量，耗水規律和灌溉水利用效率，干濕交替灌溉耦合生物炭處理(AWDB10)為水稻節水高產的最佳組合。根據圖1水稻生育期內降水量得到水稻各生育期有效降水量，進而得到當前水文年條件下水稻最佳灌溉制度(表5)。全生育期凈灌溉用水定額為7542.0 m3/hm2。

表5 基于干濕交替灌溉和生物炭的水稻最佳灌溉制度

3 結 論

相對于淹灌，干濕交替灌溉并未顯著降低水稻蒸發蒸騰量，但顯著降低水稻滲漏量(表4)，表明干濕交替灌溉能夠保證水稻生理需水量，減少無效的水分消耗，這與前人研究結果相似。前人研究表明生物炭能降低水稻滲漏量，本研究中生物炭處理未表現出顯著降低稻田滲漏量的作用，但有降低滲漏量的趨勢(表4)。較之淹灌，干濕交替灌溉降低了水稻分蘗數峰值(表2)，但并未降低水稻最終分蘗數，這說明干濕交替灌溉最大限度地保證了水稻有效分蘗數。生物炭施用增加了水稻最終分蘗數和產量(表2和表3)，可能的原因是生物炭有較高的含碳量，可促進土壤團聚體形成并增加土壤有機質含量，促進植株根區土壤養分的供給促進植株生長，從而增加產量。本試驗結果表明，生物炭在淹灌和干濕交替灌溉兩種模式下對水稻耗水規律的影響較為一致。綜合考慮，在遼寧中部灌區水稻生產實踐中選擇干濕交替灌溉下施用生物炭10 t/hm2是提高水稻灌溉水利用效率，增加水稻產量的最佳處理，該處理下的水稻全生育期凈灌溉用水定額為7542 m3/hm2。