“薄、浅、湿、晒”与节水控灌两种灌溉模式对水稻耗水量和产量的影响

2020-10-21罗维钢黄忠华李春力吴家法

广西水利水电 2020年5期

罗维钢，黄忠华，李春力，吴家法

（1.南宁市灌溉试验站，南宁 530001；2.广西大学农学院，南宁 530005）

0 引言

水稻属于典型的水生性粮食作物，在种植过程中通常采用淹灌的方式来满足植株生长对水分的需求，因而耗水量非常大。鉴于传统方法耗水过多、容易造成水资源浪费的缺点，前人不断研究、探讨适宜水稻的节水灌溉技术，并依据水稻的需水特性总结出“薄、浅、湿、晒”的灌水模式[1～3]，具体为“浅水返青、薄水分蘖、分蘖后期晒田、拔节至抽穗期浅水促发、成熟期湿润落干”的水分管理模式[4、5]，以最大限度地抑制棵间水分消耗，提高水分利用率。此外，前人也开发控水灌溉技术，根据水稻各生育期的需水差异，设定相应的水层上、下限进行控制灌溉[6、7]。经过大田实践和推广后发现，节水控灌能有效降低稻田耗水量，提高稻谷产量[8、9]。迄今为止，关于“薄、浅、湿、晒”与节水控灌两种灌溉模式的省水增效对比研究尚无报道。本项目开展稻田“薄、浅、湿、晒”和节水控灌试验，分析不同处理方式对水稻耗水量和产量的影响，为探寻适合南宁本地水稻生长所需的灌溉模式提供数据支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019年3～11月份在南宁市灌溉试验站水稻种植基地进行，试区位于北回归线附近，当地降雨主要受季风性气候的影响，夏季雨量丰沛，秋、冬季相对较为干旱。水稻生育期间虽然降雨较多，但具体在各月份的分布并不均衡，需要时常灌溉才能满足水稻各生长阶段对水分的需求。

1.2 试验材料

早稻供试品种为邕优4949，晚稻选择Y 两优6号作为参试材料。

1.3 试验设计

1.3.1 “薄、浅、湿、晒”

“薄、浅、湿、晒”（TW）是根据水稻在各生长阶段的需水特点进行薄灌、浅灌、湿润、晒田的灌溉模式，各主要生长期的水层上下限设置见表1。

表1 TW水稻各生长期灌溉水层上下限 mm

1.3.2 节水控灌

节水控灌（WI）是在水稻各生育期控制灌水量、保持较低水层的灌溉模式，各主要生长期的水层上下限设置见表2。

表2 WI水稻各生长期灌溉水层上下限mm

1.4 水稻耗水量计算

1.4.1 淹水期水稻耗水量

插秧后每天08：00～08：30用测针测田间水层深度，与第二天相减计算当日耗水量。当水位低于下限时，灌水至设定范围，记录灌后水深，计算灌水量。当稻田水位高于上限时，排水至上下限之间，测量排前、排后水深，计算排水量。再根据降雨量，算出淹水期耗水量。

式中:H1 为当日水深，mm；H2 为翌日水深，mm；I 为灌水量，mm；P为降雨量，mm；F为渗漏量，mm；试区做有防水层，因而F可忽略；C为排水量，mm。

1.4.2 湿润—晒田期水稻耗水量

湿润—晒田期每隔5 d 用土钻取0～10、10～20、20～30、30～40 cm深度的土壤，烘干测含水率，计算土壤储水量。

式中：W 为土壤储水量，mm；γ 为土壤容重，g/cm3；H为土壤深度，cm；θ为0～10、10～20、20～30、30～40 cm深度的土壤平均含水率，%；10为单位换算系数。

湿润—晒田期耗水量（ET2）：采用水量平衡法计算。

式中：P为降雨量，mm；G为地下水利用量，mm，由于水稻试区以水泥打底硬化，并做防水层，因而G可忽略不计；C 为排水量，mm；W1为5 d 前测量的土壤储水量，mm，W2为5 d后测量的土壤储水量，mm。

1.4.3 水稻全生育期耗水量

式中：ET为全生育期耗水量，mm；ET1为淹水期耗水量，mm；ET2为湿润—晒田期耗水量，mm。

1.5 稻谷水分利用效率计算

WUE=Y/ET

式中：WUE 为稻谷水分利用效率，kg/m3；Y为稻谷产量，kg/hm2。

1.6 观察记载项目

收获前各试区分别挑选20 株有代表性的水稻测量穗长、粒长、千粒重等指标。①穗长：用直尺量长度，求平均值；②粒长：随机选取20～30粒稻谷，用直尺量长度，求平均值；③千粒重：随机选取1000粒晒干的稻谷称重，或者随机称取100 g 晒干后的稻谷，数总粒数，再用克数除以粒数乘以1000；④产量：每个试区单割单收，晒干后称量稻谷产量。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉模式对水稻耗水量的影响

田间水分消耗主要由叶片蒸腾和棵间蒸发两部分组成。TW、WI 灌溉模式下水稻耗水量变化见图1。从图1 可以看到，“薄、浅、湿、晒”（TW）水稻耗水量呈“升-降-升-降”的双驼峰变化趋势；节水控灌（WI）则先升后降，表现出单峰曲线的变化特点。在插秧至秧苗返青阶段，稻田耗水主要以水面蒸发为主，TW和WI的早稻耗水量分别为44.5、51.6 mm，晚稻则为45.8、43.6 mm，差异均不明显。叶片完全返青后水稻进入分蘖期，在前期阶段，各试验区保持水层，TW、WI早、晚稻的耗水量均相当接近。在分蘖后期，TW由于晒田处理，稻田水分消耗量与WI 相比显著下降（P＜0.05），其中早稻耗水量67.6 mm，比WI（106.8 mm）早稻耗水量低36.7%；晚稻耗水量56.5 mm，比WI 晚稻耗水量（105.4 mm）低46.4%。水稻在拔节孕穗期长势旺盛，加上天气高温，导致稻叶蒸腾和水面蒸发均非常强烈，因而耗水量高于其他生育期。具体来看，TW早、晚稻拔节孕穗期耗水量分别达到132.1、131.8 mm，WI 早、晚稻拔节孕穗期耗水量也分别高达138.1、144.2 mm，可见同稻别情况下各处理耗水量差别并不明显。从抽穗开花期开始，水稻逐渐以生殖生长为主，叶片蒸腾减弱，耗水量不断降低。到成熟期，TW 早、晚稻耗水量分别下降到82.5、71.9 mm，WI 早、晚稻耗水量则分别降至76.1、63.8 mm，两种灌溉模式的耗水量仍然没有很大的差距。在水稻整个生育期，TW 早、晚稻的水分消耗量分别为515.3、507.8 mm；WI 早、晚稻的水分消耗量分别为585.6、563.6 mm，比TW 早、晚稻的水分消耗量分别高13.6%、11.0%，其差值主要是TW在分蘖后期晒田所致。

图1 TW、WI灌溉模式下水稻耗水量变化

2.2 不同灌溉模式对水稻产量的影响

“薄、浅、湿、晒”和节水控灌早稻、晚稻产量性状的对比见表3，从表3可以看出TW早稻粒长9.20 mm、晚稻穗长22.90 cm，分别比WI 早稻粒长、晚稻穗长高0.55%和0.75%，差异不显著；相比之下，WI早稻穗长及晚稻粒长则高于TW，但差异也没有达到5%（显著水平）；说明不同灌水模式下水稻穗长、粒长相当，TW 和WI 对二者的影响没有规律性。TW 早、晚稻的千粒重和产量均分别高于WI 早、晚稻的千粒重和产量，表现出较为明显的趋同性。其中TW 早稻千粒重26.93 g、产量7523 kg/hm2，比WI早稻千粒重、产量分别提高0.60%、1.10%；TW 晚稻千粒重、产量也分别比WI 晚稻千粒重、产量高1.53%、0.75%，但差异均不显著。上述分析表明，TW 和WI 早稻、晚稻各项产量指标数据均非常接近，差别低于5%，可见两种灌溉模式对水稻产量性状并没有造成差异显著性的影响。

表3 两种灌溉模式水稻产量性状对比

2.3 不同灌溉模式对稻谷水分利用效率的影响

根据收获后水稻产量及相应的耗水量，可以算出TW、WI 灌溉模式下稻谷的水分利用效率，结果如图2 所示。从图2 可以看出，早、晚稻TW 的水分利用效率均高于节水控灌。WI 高15.0%，差异达到显著水平（P＜0.05，下同）；晚稻TW 水分利用效率1.20 kg/m3，比WI（1.08 kg/m3）高11.8%，差异也达到5%（显著水平）。结合表3 和图1 可知，TW和WI 稻谷产量相近，TW 总耗水量较低，因而其水分利用效率显著高于WI。由此可见，“薄、浅、湿、晒”有利于提高水稻的水分利用效率，从而达到节本增效的目的。