不同灌溉方式下水稻产量和节水减排效果分析

梁梅英 粟世华 刘圣锋 吴昌智 郭攀 赵海雄

摘要 2016—2019年对水稻开展不同灌溉方式的比较试验，研究不同灌溉方式下的节水减排效果和水稻产量。结果表明：结合不同灌溉方式下灌水量、排水量、灌水次数、水分利用率以及水稻产量等指标，可知间歇灌溉应用效果更好。间歇灌溉方式下早稻和晚稻的灌水量分别为（201.5±34.8）和（240.9±42.1）mm，水分生产率分别为1.35和1.38 kg/m3，产量分别为（6 189.0±373.5）和（6 409.0±682.5）kg/hm2。间歇灌溉结合70%化学肥料+30%菌肥的配比下，水稻产量更高。该研究结果可为水稻高效生产提供理论依据。

关键词 间歇灌溉;常规灌溉;薄浅湿晒灌溉;雨养灌溉;节水减排

中图分类号 S-274  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）12-0212-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.12.056

开放科学（资源服务）标识码（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

水稻是我国主要的粮食作物之一，在我国南方水稻种植面积占全国水稻种植总面积的78.9%[1]。水稻是一种喜水作物，整个生育过程需要消耗大量的水[2]。近年来，随着城市化和工业化进程的加快，农业供水量受到一定程度的削减，但水稻作为一种重要的粮食作物，研究水稻的节水减排灌溉显得尤为重要。

目前，国内外学者对水稻灌溉技术的关注持续不减。从20世纪六七十年代开始，我国水稻的灌溉方式逐步由深水灌溉向浅水灌溉过渡，出现了“薄、浅、湿、晒”、蓄雨型灌溉、间歇淹水灌溉、“半旱栽培”灌溉等模式[3-6]。笔者研究了常规灌溉、薄浅湿晒、间歇灌溉和雨养灌溉4种不同灌溉方式对水稻产量及节水减排效果的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2016—2019年在桂林市农田灌溉试验中心站内试验场地进行，其中2016—2018年对4种不同灌溉方式的节水减排进行同步试验，2019年对间歇灌溉進行不同肥料配比试验（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）。该试验场地（110°10′E，25°16′N）位于漓江流域内，属于亚热带季风气候，全年无霜期309 d，年均降水量1 926 mm，年平均气温19.0 ℃。试验场地内划分12个试验区，每个区长15 m，宽5 m，面积75 m2，单向排列，田块两端均为水泥板明渠和明沟，灌排前后分开，测量田间水层深度并进行对比，试验过程中各试验区农艺措施完全一致，单收单核产量。

1.2 试验方案

1.2.1 不同灌溉方式对比。

首先从节水减排及产量方面分析常规灌溉、薄浅湿晒、间歇灌溉和雨养灌溉的优越性。这4种灌溉方式的生育期划分及水层设计见表1。

1.2.2 间歇灌溉试验方案。在水稻试验不同灌溉方式筛选后，以间歇灌溉方式为例，进一步研究其施肥类型和方法对水稻生长及产量的影响，试验面积为75 m2，其中分基肥（375.0 kg/hm2）、分蘖肥（300.0 kg/hm2）和攻穗肥（375.0 kg/hm2）分3次施放，占比为5∶4∶5，水层设计与表1中的间歇灌溉相一致。间歇灌溉的施肥配比见表2。

1.3 测定方法

1.3.1 气象数据。气象数据由桂林市农田灌溉试验中心站内小型气象监测站提供，包括气温、降水量、风速等指标。

1.3.2 试验田灌水量和排水量。每天08：00对各试验田水层深度进行观测，并根据各灌溉方式的要求进行及时调控。

1.3.3 排水水质。试验期间，每隔5～7 d测定一次农田排水总氮、总磷指标（施肥期加密）。

1.3.4 土壤含氮量。土样取样时间：基肥施放前1 d第1次取样以及基肥施放后第2天为第2次取样，此后每间隔5 d取一次样直至施放分蘖肥前停止;同样，在分蘖肥施放的前一天取样，在分蘖肥施放后第2天取样，此后每10 d取一次样至攻穗肥施放前停止;在攻穗肥施放前一天取一次样，在攻穗肥施放后第2天取一次样，此后每隔10 d取满3次停止取样。取样采用蛇形布点法，每个试验单元布设4个点，随机布点。取样深度为15 cm，土片厚度为1 cm，每片土样约100 g，其测定方法参照《土壤质量全氮的测定凯氏法》（HJ 717—2014）。

1.3.5 水稻含氮量。其取样时间与取土样时间一致，取样水稻主干茎部分约2 cm2和水稻叶片部分约2 cm2。使用水稻氮素快速测定仪测定水稻植株的含氮量。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式试验

2.1.1 节水减排分析。2016—2018年研究区早稻和晚稻的降水量分别为（833.7±338.2）和（389.4±269.8）mm，统计试验期间不同灌溉方式下节水减排效果。由表3可知，4种灌溉方式下灌水量和排水量均受到降水的影响，早稻的降水量较大，总体上早稻排水量比晚稻大。在不同灌溉方式下，雨养灌溉所需的灌水量最少，其次为间歇灌溉;在总氮和总磷排放负荷量方面，早稻间歇灌溉下总氮、总磷排放负荷均最小，分别为（0.75±0.39）和（0.72±0.33） kg/hm2;晚稻间歇灌溉下总氮排放负荷最小，雨养灌溉下总磷排放负荷最小。在灌水次数方面，雨养灌溉最少，其次为间歇灌溉。

以早稻为例，相比于常规灌溉，薄浅湿晒、间歇灌溉和雨养灌溉的灌水量分别减少21.7%、36.9%和71.9%，灌水次数分别减少19.8%、36.6%和82.2%，排水量分别减少1.0%、4.2%和18.3%，总氮排放负荷分别减少21.6%、35.3%和17.2%，总磷排放负荷分别减少25.4%、42.9%和27.0%。由此可见，间歇灌溉在节水减排方面更具优越性。

2.1.2 节水高产分析。在保证水稻产量的情况下，最大限度减少水资源使用量很有必要。2016—2018年4种不同灌溉方式下耗水量和产量见表4。

由表4可知，在相同灌溉方式下晚稻的产量优于早稻。对于同一种水稻类型，间歇灌溉下水稻产量最高，薄浅湿晒次之，雨养灌溉下水稻产量最低。这是因为雨养灌溉主要依靠降水来补充田间水分，这样可能会在水稻重要的需水时期出现缺水情况，如抽穗开花期缺水不仅会减弱光合作用，而且会降低植株体内碳水化合物含量，影响籽粒形成。间歇灌溉和薄浅湿晒应考虑到水稻各生育期需水情况以及人为控制灌溉量，这更有利于水稻生长。

对耗水量而言，早稻和晚稻在4种不同灌溉方式下的变化趋势呈现一致性，常规灌溉下耗水量最大，薄浅湿晒次之，雨养灌溉下耗水量最小。雨养灌溉的耗水量最少，但其产量最低。常规灌溉耗水量最大，但其水稻产量低于薄浅湿晒和间歇灌溉。

水稻产量与水分生产率、降水利用率有一定的关系。4种灌溉方式的降水利用率和水分利用率如图1所示。从图1可以看出，在各水稻类型中间歇灌溉下的水稻水分生产率最高，早稻和晚稻分别为1.35和1.38 kg/m3。雨养灌溉下的灌溉水分生产率在各水稻类型中均最高，早稻和晚稻分别为6.26和3.09 kg/m3，这也许是因为该灌溉方式下稻田水分有时过于干旱，因此灌溉水分生产率较高。其次为间歇灌溉下的灌溉水分生产率，早稻和晚稻分别为3.07和2.66 kg/m3。降水利用率在不同水稻类型下呈现的变化趋势一致，雨养灌溉下降水利用率最高，间歇灌溉次之，而常规灌溉下降水利用率最低。我国南方属于亚热带季风气候，有雨热同期的特点，在主汛期是水稻主要生育期，提高降水利用率、减少稻田排水有利于减少稻田的氮磷排放、降低农业面源污染的程度，也可起到防洪减排的作用[2，7]。

2.2 间歇灌溉不同施肥方式效果比较

对4种灌溉方式下节水减排效果及水稻产量进行对比，不同水稻类型中间歇灌溉模式下水稻产量最高，薄浅湿晒次之，雨养灌溉模式下水稻产量最低;从灌水量、灌水次数、排水量及耗水量来看，常规灌溉模式下最高，薄浅湿晒次之，雨养灌溉最低。间歇灌溉下水稻产量远高于雨养灌溉，因此选择间歇灌溉进行不同施肥方式效果的對比试验。经过12次取样检测，不同肥料下土壤含氮量和水稻含氮量见图2。

土壤中含氮量通常是衡量土壤氮素基础肥力的一个重要指标。由图2（a）可知，F3配比下，土壤含氮量总体最高，其次为F2。各肥料配比下，在第6次取样（分蘖中前期）时土壤含氮量达到最高，F3、F2、F1、F5和F4分别为3.05、3.03、2.91、2.79和2.59 g/kg，此后土壤含氮量逐渐降低并趋于稳定，说明水稻在不断吸收土壤中的氮素。

水稻植株含氮量对水稻生长具有重要作用，特别是在分蘖期，其含氮量对植株分蘖十分关键[8]。同时，水稻植株中含氮量的测定对于氮肥的精确施用及提高氮肥利用效率具有重要意义[9-11]。由图2（b）可知，水稻植株含氮量呈递减趋势，在F3配比下水稻含氮量相对于其他肥料配比较高，在第12次取样（黄熟期）时不同肥料下的水稻含氮量均达到最低。

各肥料配比下水稻产量如图3所示。在肥料配比F3下水稻产量最高，达到14 758.85 kg/hm2;其次为F2，水稻产量为13 165.11 kg/hm2;在F4肥料配比下水稻产量最低，为9 642.81 kg/hm2。

3 讨论与结论

3.1 讨论

该研究结果表明间歇灌溉能够保证水稻产量，起到节水减排作用，减少排水量、灌水量和灌水次数，提高水分生产率和降水利用效率[12-13]。吴汉等[14]对间歇灌溉进行了研究，结果发现与常规灌溉相比排水量减少了7.50%～43.94%，灌水量减少了31.00%～43.94%，灌水次数也有所减少，水分生产率提高了43.02%～98.74%。赵宏亮等[15]研究表明间歇灌溉有利于提高水稻产量以及水分利用效率，同时间歇灌溉也有利于土壤对氮素的保持，防止肥力流失，进而提高产量以及防止农业面源污染[16]。该研究结果与前人研究基本一致。

该试验还研究了不同灌溉方式下的总氮、总磷排放负荷。早稻间歇灌溉下总氮、总磷排放负荷最小，分别为（0.75±0.39）和（0.72±0.33）kg/hm2。晚稻間歇灌溉下总氮排放量负荷最小。雨养灌溉下总磷排放量负荷最小，其次为间歇灌溉。这主要是因为间歇灌溉提高了降水利用率，增加了降水的停留时间，减少了稻田排水量，实现了减少排水水体中氮磷排放量的目标[13]。

3.2 结论

（1）与常规灌溉相比，早晚稻采用薄浅湿晒、间歇灌溉和雨养灌溉均能有效减少灌水量、排水量和灌水次数。以早稻为例，与常规灌溉相比，间歇灌溉、薄浅湿晒和雨养灌溉灌水

量分别减少21.7%、36.9%和71.9%，灌水次数分别减少19.8%、36.6%、82.2%，排水量分别减少1.0%、4.2%和18.3%，总氮排放负荷分别减少21.6%、35.3%和17.2%，总磷排放负荷分别减少25.4%、42.9%和27.0%，加上考虑到间歇灌溉下水稻产量最高、雨养灌溉最低，因此间歇灌溉在不同水稻类型下节水减排效果较好，且产量较高，具有良好的应用价值。

（2）在间歇灌溉施肥配比中，F3施肥配比下水稻产量最高，较F5施肥配比下的水稻产量提高了28.6%。

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