東部地區稻田水資源高效利用研究
——基于不同節水灌溉模式

胡險峰，王 衛，曾艷麗，居艷陽，侯毛毛，翟亞明

（1.上海市水利管理事務中心（上海市河湖管理事務中心），上海 200000；2.福建農林大學交通與土木工程學院，福州 350000；3.河海大學農業科學與工程學院，南京 210000）

水是農業的基本要素，也是農業生產的命脈。當前，我國灌溉水利用效率較低，灌溉水利用系數僅為0.4 左右[1]。在水資源日趨緊張的條件下，提升水資源利用效率，更新農業用水方式，已成為必然趨勢。2021年中央一號文件指出，要大力發展節水農業，支持國家農業綠色發展先行區建設。水稻是水分需求量較大的糧食作物，發展水稻節水灌溉對發展綠色節水農業有重要的現實意義。目前，水稻節水灌溉模式主要基于水稻需水特性，采用科灌（淺、薄、濕、曬）、間灌（間歇淹水）、控制灌溉、控制灌溉結合控制排水等方法[2-6]，而適用于多雨區稻田的適雨灌溉模式研究較為匱乏。

上海是東部沿海經濟、科技最為發達的核心地區，該地區水稻種植可以保障區域糧食安全，先進技術帶動下的水稻節水灌溉研究也可以起到示范輻射的作用。本研究選擇常規灌溉、淺濕灌溉、適雨灌溉3種灌溉模式，探討不同灌溉模式對水稻產量構成和水分利用效率的影響，以期為東部及東南沿海多雨區稻田節水灌溉提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年6月7日至11月29日在上海市青浦區水利技術推廣站進行。青浦區處于長江三角洲地區，氣候為亞熱帶季風氣候，主導風為東南風。青浦區日照充足，氣候溫和，四季較為分明，降雨量適宜。年降雨量為1 056 mm，無霜期為247 d，平均溫度為15.5 ℃。年平均日照時間為1 960.7 h，年平均相對濕度為82%，年平均氣壓為1 015.4 hPa，年平均風速為3.0 m/s。青浦區目前總耕地面積為29 078.3 hm2，主要種植作物為稻、麥、蔬菜和水生作物等。試驗區距地表0～20 cm 的土層容重為1.38 g/cm3，pH 為6.82，有機質含量為1.97%，全氮含量為0.145%，有效磷含量為28.33 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗于6月7日耕田整地，6月12日灌水泡田，同日浸稻種（摻用蚍蟲啉、多菌靈藥粉）；6月17日撒種，水稻品種為“青香軟粳”，每667 m2的播種量為5.5 kg；6月21日從芽鞘中生出第一片不完全葉，確定為出苗期起始日期。7月2日起，依據田間實際情況施除草劑和殺蟲劑，除草劑種類為氰氟草酯、氯氟吡氧乙酸，殺蟲劑種類為蚍蟲啉、蟲螨茚蟲威、井岡蠟芽菌。按照上海市推薦施肥量，施肥水平為300 kg N/hm2；基肥（6月12日）和第一次追肥（7月10日）均按照300 kg N/hm2計算得出；第二次追肥（8月4日）為分蘗追肥，每667 m2按10 kg 實施；第三次追肥（9月25日）每667 m2按7.5 kg 尿素實施。氮肥、磷肥和鉀肥分別采用尿素、磷酸二銨和硫酸鉀。

依據當地降雨與水稻栽培實際情況，設計常規灌溉、淺濕灌溉和適雨灌溉3 種不同灌溉處理，對水稻各個生長期田間水層及土壤水分加以控制，具體設計如表1所示。每個處理面積為533.6 m2，重復3 次。水稻黃熟期不同處理均采用自然落干的方法，返青期、分蘗期、拔節孕穗期、抽穗開花期均差異化設計土壤水分處理。

表1 灌溉試驗設計

1.3 指標測定與方法

在水稻不同生育階段測定水稻株高。具體測定時間為6月27日（三葉期）、7月10日（分蘗前期）、8月10日（分蘗后期）、9月8日（拔節孕穗期）、9月18日（抽穗開花期）、9月26日（乳熟期）、10月6日（黃熟期）。

水稻收獲時，每個處理均進行單打單收。每個處理隨機選取1 m2水稻植株樣本進行有無效穗分揀統計，水稻脫粒并曬干稻谷后進行產量和千粒質量測定，計算單位面積（667 m2）的產量（kg）。

用農田水量平衡法[7-8]計算水稻耗水量，具體公式為

式中：ΔS為根系土壤水分變化，mm；P、I為生育期的降雨量和灌溉量，mm；Eg為地下水補給量，mm；ET為農田騰發量，mm；Rg、D為地表徑流量和土層下邊界滲漏量；mm。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉模式下水稻株高的變化規律

不同灌溉處理水稻株高的動態變化如圖1所示。由圖1可以看出，水稻分蘗前期（7月10日）株高差異不大，但分蘗后期（8月10日）出現差異，這種差異保持到拔節孕穗期。抽穗開花期不同處理的株高沒有明顯差異，從抽穗開花期到黃熟期，不同處理水稻株高的差異較小。從整個生育期來看，分蘗后期不同處理水稻株高差異最大，常規灌溉、淺濕灌溉和適雨灌溉處理水稻平均株高分別為0.39 cm、0.59 cm 和0.46 cm。

圖1 不同灌溉處理水稻株高的動態變化

水稻分蘗期需要充足的水分，水分在該時期虧缺易造成植株生理功能減退。本研究中，3 種不同灌溉處理在分蘗期均給予了水稻較為充足的水分，但淺濕灌溉水稻株高明顯高于其他處理，這可能由于在水層較薄的情況下，土壤通氣性較好，有利于根系生長，進而加快莖部生長；同時，淺水層為好氧微生物的繁殖提供了良好條件，促進了肥料營養分解和植株養分吸收[2，9]。

2.2 不同灌溉模式對水稻產量結構的影響

不同灌溉處理水稻總莖數、總秸稈質量、總有效莖數和總無效莖數情況如表2所示。由表2可以看出，不同灌溉處理水稻總莖數為389.3～414.7，處理之間沒有顯著差異（顯著性系數P＞0.05）；類似地，總秸稈質量和總有效莖數分別為0.88～0.93 kg 和388.0～408.0，處理之間也未發現顯著差異（P＞0.05）。總無效莖數在淺濕灌溉和適雨灌溉下每平方米分別為1 和0，在常規灌溉下每平方米為5.3，表明淺濕灌溉和適雨灌溉處理有利于降低水稻無效莖數。

表2 不同灌溉處理水稻總莖數、總秸稈質量、總有效莖數和總無效莖數

不同灌溉處理水稻產量及其構成如表3所示。由表3可以看出，水稻總穗數及總粒數等產量構成因子在不同灌溉處理下均沒有顯著差異（P＞0.05）。總空殼數和空殼率存在較大的標準差，表明總空殼數和空殼率存在較大的偶然性，與灌溉處理的關系并不密切。水稻實際產量以常規灌溉最高，每667 m2為568 kg；適雨灌溉次之，每667 m2為532 kg；淺濕灌溉相對較低，每667 m2僅為501 kg。這表明適雨灌溉在水稻增產上的效應略優于淺濕灌溉。

有研究表明，淺濕灌溉下土壤通氣性更好，根系能夠獲得充足氧氣，有利于干物質累積并向穗部輸送，進而有利于籽粒灌漿結實。曾翔等[10]的水稻大田試驗表明，淺濕灌溉使水稻產量提高了24.6%；屈明洋等[11]的研究結果表明，濕潤灌溉比常規灌溉增產12.9%。但也有研究未發現淺濕灌溉有明顯增產效應，劉杰等[12]在早晚稻試驗中發現濕潤灌溉處理植株葉綠素含量高于常規灌溉，但最終產量提高不顯著。周勝等[13]則在試驗中觀測到濕潤灌溉水稻總粒數和實粒數分別比淹水灌溉低23.64%和26.76%，最終造成26.85%的減產。綜上可見，關于淺濕灌溉是否能夠增產，前人研究有不同結果。本研究試驗結果表明，淺濕灌溉和適雨灌溉分別造成11.68%和6.2%的減產，但在統計上沒有顯著差異（P＜0.05）。

2.3 不同灌溉模式對水稻水分利用效率的影響

不同灌溉處理對水稻水分利用效率的影響如圖2所示。由圖2可以看出，常規灌溉、淺濕灌溉、適雨灌溉下水稻水分利用效率分別為1.129 kg/m3、1.212 kg/m3和1.081 kg/m3，其中淺濕灌溉下水稻水分利用效率顯著（P＜0.05）高于適雨灌溉，但適雨灌溉與常規灌溉下水稻水分利用效率并沒有顯著差異（P＞0.05）。

圖2 不同灌溉處理對水稻水分利用效率的影響（不同字母表示在P ＜0.05 水平差異顯著）

適雨灌溉作為與蓄雨灌溉相似的一種高效利用降雨的技術，在東南沿海高降雨地區可大幅降低灌溉水量和灌水次數[14-15]。但本研究發現，適雨灌溉下水稻水分利用效率低于淺濕灌溉，表明適雨灌溉在激發水稻植株自身潛力進而高效利用水資源方面的效應不如淺濕灌溉，這可能是由于適雨灌溉在一定時期內保持相對更高的水層，增加了水面蒸發量，同時水稻更容易奢侈用水，因此增加了水稻蒸騰蒸發量，導致水分利用效率有所降低。

3 結論

3 種灌溉處理下水稻株高的差異在分蘗后期最為明顯，該時期常規灌溉、淺濕灌溉和適雨灌溉下水稻平均株高分別為0.39 cm、0.59 cm 和0.46 cm。淺濕灌溉和適雨灌溉處理有利于降低水稻無效莖數，水稻總穗數及總粒數等產量構成因子在不同灌溉處理下均未發現顯著差異（P＞0.05），適雨灌溉下水稻產量略高于淺濕灌溉（5.8%）。3 種灌溉處理中，淺濕灌溉下水稻水分利用效率最高，達到1.212 kg/m3。