王 旭，任秋實，孫兆軍,2,3,4，王 正，焦炳忠

(1.寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021；2.寧夏大學資源環(huán)境學院，銀川 750021； 3.寧夏大學環(huán)境工程研究院，銀川 750021；4.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評價與環(huán)境調控重點實驗室，銀川 750021)

我國是農業(yè)大國，水資源豐富但分布不均勻，人均占有量低，雨水季節(jié)分配不平均，是世界上最缺水的國家之一[1]。水稻具有喜水的特性，是我國主要的糧食作物，也是耗水較多的農作物，每年消耗的水量占全國總用水的54%[2]。我國水稻種植方式以傳統的淹水灌溉為主，控制灌溉技術還未推廣。水稻整個生育期內有時候田面需要淺水，有時候需要排水曬田，返青期水稻對水分反應比較敏感，水層深度的控制至關重要，不同生育期水層深度對水稻的影響，研究學者進行了大量研究。研究結果表明，適宜的水層深度能有效提高生產效率[3]，控制無用蒸騰量的消耗，減少田間滲漏量和棵間蒸發(fā)量[4]，抑制稗草的萌發(fā)[5]，提高微生物，減少有害物質的累積[6]，節(jié)水的同時還可以提升水稻的抗倒伏性[7]。鹽堿地種植水稻采用大水漫灌壓鹽，不僅造成淡水資源的浪費，還會導致地下水位的上升引起次生鹽漬化[8]。張永宏等[9]通過鹽堿地水稻節(jié)水控灌試驗表明：水稻整個生育期的全鹽含量均低于播種前，隨灌水量的增加脫鹽效果越顯著；控制灌溉不會引起土壤積鹽反而脫鹽效果顯著，具有抑鹽節(jié)水的效果?！氨∷喔?，淺水活苗”，在水稻的返青期保持薄水層[10]，能起到以水保溫的作用，防止秧苗受凍。

目前，研究多集中于水稻全生育期的控制灌溉，但針對水稻單個生育期內適宜水層深度的研究鮮有報道。寧夏銀北地區(qū)，受地域和氣候的影響，五月份氣溫不穩(wěn)定，返青期水層的管理尤為重要。因此，本文在寧夏銀北地區(qū)開展田間對比試驗，研究返青期不同水層深度對水稻根區(qū)土壤鹽分含量、保苗率、生長指標、產量及灌溉水分生產率的影響，以期為寧夏銀北地區(qū)水稻的田間灌水管理提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2016年在寧夏平羅縣前進農場三隊進行。該地區(qū)屬干旱大陸性氣候，光照充足，年平均氣溫7.6 ℃，年降水150～203 mm，降雨主要集中在6-9月，年蒸發(fā)量1 857 mm以上。試驗田以前為鹽堿撂荒地，“十二五”國家科技支撐計劃項目開展的鹽堿地改良試驗，將撂荒地成功改良，經過多年的水稻種植已達中產田。試驗小區(qū)選擇多年稻田，采用引黃灌溉。土壤有機質含量8.95 g/kg；全鹽含量3.5 g/kg；pH值為8.25；堿解氮含量46.38 mg/kg；速效磷含量9.15 mg/kg；速效鉀含量256.98 mg/kg。耕層20 cm，每年秋季犁地。

1.2 試驗方案及觀測項目

采用田間小區(qū)對比設計，統一采用插秧的方式，每個小區(qū)插秧密度和化肥施用量相同，在水稻的返青期設置3個梯度的水層深度：20 mm的淺水層(T1)、35 mm的中水層(T2)、50 mm的深水層(T3)，水稻的分蘗、拔節(jié)孕穗、抽穗開花、灌漿及黃熟期3個處理的水層管理深度一致，每個處理重復3次。為避免其他因素對試驗產生影響，生育期內及時控制和防治病蟲害，對試驗小區(qū)進行精細化管理。

2016年4月4日進行激光平地，4月17日進行播肥(二銨10 000 kg/hm2，復合肥10 000 kg/hm2，氮肥3 340 kg/hm2)，4月28日進行灌水，在灌水前打高埂，埂高50 cm，為防止水側滲，埂上覆膜。按試驗設計規(guī)劃試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積30 m2(5 m×6 m)，小區(qū)間隔1 m。每個試驗小區(qū)由控水閥門控制進水，小區(qū)中固定刻度尺用于觀測水層深度；小區(qū)旁邊開有副渠和排水口，以精準控制每個小區(qū)的水層深度。采用人工插秧，密度與當地水稻田一致，5月24日插秧。

(1)進水量：在進水口安裝無喉量水堰，架設旋槳式流速儀監(jiān)測每個小區(qū)進水口水的流速，利用水的平均流速和過水斷面積的乘積計算每個小區(qū)的進水量。

(2)水層深度：每天9∶00和16∶00通過刻度尺觀測水層深度，下雨后及時進行排水以保持試驗區(qū)設計的水層深度。

(3)生長指標及產量：為減小誤差采用定株觀測，每個小區(qū)設定3個點，每個點設定10叢，觀測和統計保苗率、株高、穗長；每個小區(qū)取1 m2的水稻單獨收割后測產。

(4)含鹽量：采用m(土)∶V(水)=1∶5與去離子水混合后，充分震蕩搖勻并過濾，取上清液，采用S230電導率儀測定電導率，土壤全鹽含量利用電導率與全鹽之間的關系進行計算[11]：

SCC=3.51EC1∶5+0.38

(1)

式中：SCC為全鹽量，g/kg；EC1∶5為上清液的電導率，mS/cm。

2 結果與分析

2.1 不同處理對稻田根層土壤鹽分的影響

試驗區(qū)土壤中的鹽分為易溶鹽，耕作層鹽分含量低，蒸發(fā)強烈時會導致鹽分聚集在地表，鹽分也能隨水分的滲流遷移到土壤深層，主要受土壤水和地下水的影響[12]。插秧之前整地泡田已將鹽分降低到適宜作物生長的范圍。不同處理對水稻耕層鹽分動態(tài)變化的影響如圖1所示，4月1日為整地之前鹽分的含量。

圖1 各處理對稻田根層土壤鹽分的影響Fig.1 Effects of different treatments on rice root layer soil salt

由圖1可以看出：插秧后的返青期內，各處理的土壤鹽分都低于種植前(P<0.01)，表明灌溉淋洗能抑制土壤返鹽，淋鹽效果顯著(P<0.01)；不同處理間脫鹽效果存在差異(P<0.05)，相同時期，T3處理的鹽分含量最低，T1處理的鹽分含量最高，由此可見，隨灌水量的增加鹽分含量逐漸降低，表明水稻返青期適當的淋洗能有效控制土壤鹽分的累積。

2.2 不同處理對水稻生長指標及產量的影響

不同處理對水稻生長及產量的影響如表1所示。

表1 各處理對水稻生長及產量的影響Tab.1 Effects of different treatments on rice growth and yield

注：不同英文小寫字母表示各處理在0.05水平差異顯著，下同。

由表1可以看出：各處理對水稻生長及產量的影響不同，T2處理的保苗率最高，T1和T3處理保苗率差別不大；T3的株高最高，表明淺水層會抑制株高的生長；T2的穗長最長、千粒重最重、產量也是最高的。造成T1和T3的保苗率低于T2處理的原因有：①試驗區(qū)五月份氣溫不穩(wěn)定，導致秧苗受凍，影響保苗率；②水層中氧的含量較低，長時間保持深水層會造成秧苗心缺氧，水稻根系不能正常深入土壤，造成漂苗，影響保苗率。

2.3 不同處理對灌溉水分生產率的影響

水分生產率指消耗單位水量所產生的稻谷重量，是衡量水資源利用率的重要指標，寧夏引黃灌區(qū)水稻水分生產效率平均為0.44 kg/m3[13]。水稻返青期，T1、T2、T3的灌水量分別為3 030、3 165、3 420 m3/hm2。各處理對灌溉水分生產率的影響如表2所示。

表2 各處理對灌溉水分生產率的影響Tab.2 Effects of different treatments on irrigation water productivity

由表2可以看出：T2的產量最高，T3次之，T2最低；T2的水分生產率最高，T1次之，T3最低，表明灌水量和產量不成正比關系，適當的控制灌水能提高產量。

3 討論與結論

秧苗移栽后緩沖期大約為4 d，水層太深，會淹沒心葉，透氣性不好，成活緩慢甚至爛秧。另外，水層中氧的含量很低，長時間深水會造成秧苗心缺氧，水稻根系不能正常深入土壤，造成漂苗。而水層太淺，有些地區(qū)氣溫不穩(wěn)定，會導致秧苗受凍，抑制根系的生長甚至死苗。因此，適時控灌節(jié)約水的同時能促進水稻生長發(fā)育。土壤溫度對水稻的生長和發(fā)育起著直接作用，經常添水會導致水溫低土壤溫度也低，水的熱容量高，稻田保持一定的水層可以保持幾天內水溫不產生大的浮動土壤溫度也較恒定，利于水稻的生長發(fā)育。水稻整個生育期內的非關鍵需水期，通過合理供水能夠改善根系土壤中的水、氣、熱、養(yǎng)分狀況，促進水稻生長[14]。

鹽堿地種植水稻傳統灌溉采用大水漫灌，降低水稻根區(qū)可溶性鹽分的濃度[13]，脫鹽效果顯著，但帶來的潛在問題也不容忽視，長時間大水漫灌會導致地下水位的升高，導致土壤次生鹽漬化的發(fā)生，不利于作物的生長發(fā)育，不僅浪費水資源而且不利于農業(yè)資源的高效利用。因此，水稻地灌水要適量，并不是越多越好。在本試驗中，T2處理一定程度上抑制了水稻的株高，產量高于T1處理，水分生產率高于T3，張愛華等[15]也通過水稻試驗證實了控制灌溉的這些優(yōu)點，控制灌溉雖然抑制了水稻地上部分的生長但保障了水稻的穩(wěn)產。T2的灌溉水分生產率最高，為0.51只比寧夏引黃灌區(qū)平均值0.44 kg/m3高13.7%，這可能是因為試驗區(qū)以前是撂荒鹽堿地，后經改良達到中產田，產量不及高產田。但有學者[16]研究結果表明：返青期的水層20 mm為宜，這可能是地域或水稻品種不同造成的。依據試驗結果，水稻返青期水層深度35 mm處理的效果最佳。

返青期水稻水層的控制對地勢要求較高，試驗田不平難以進行水層管理，而且水層深度的控制管理需要人力的投入，會增加投入成本，但水稻返青期僅有4～6 d，時間短。田塊較小容易控制水層深度，但大面積種植推廣時存在一定的局限性，如何利用計算機控制和遙感等技術，根據反饋的信息進行定量化灌溉將是下一步研究的重點。

本研究以水稻返青期水層深度為控制因素，研究了返青期不同水層深度對后期水稻生長及產量的影響，主要得出了以下結論：①保苗對水稻增產起決定作用，返青期水層深度過低會導致秧苗受凍，過高導致根系缺氧不利于根系的生長發(fā)育，影響保苗。因此，水稻返青期水層深度要適宜，依據本試驗結果，寧夏銀北地區(qū)水稻返青期水層深度適宜深度為35 mm。②鹽堿地水稻種植灌水量與土壤脫鹽效果呈正比，但長時間大水灌溉會導致地下水位的升高，容易引起土壤次生鹽漬化，影響產量。因此，施行適時控灌，節(jié)水的同時又能促進水稻生長發(fā)育，提高產量。

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