吳漢，柯健，何海兵，尤翠翠，時光宇*，武立權, 3

不同間歇時間灌溉對水稻產量及水分利用效率的影響

吳漢1，柯健2，何海兵2，尤翠翠2，時光宇1*，武立權2, 3

（1. 安徽省淠史杭灌區(qū)灌溉試驗總站，安徽 六安 237158；2. 安徽農業(yè)大學 農學院，合肥230036；3. 江蘇省現代作物生產協同創(chuàng)新中心，南京 210095）

【】研究易推廣、適宜江淮地區(qū)的水稻高產水分高效利用的節(jié)水灌溉模式，有利于當地水稻生產的可持續(xù)發(fā)展。于2015年和2016年在固定式水泥測坑內設置不同間歇灌溉時間處理W1（穗分化前水層落干后3～5 d，穗分化后水層落干1～3 d的補充灌溉）和W2（穗分化前水層落干后7～9 d，穗分化后水層落干3～5 d的補充灌溉），以常規(guī)淹灌（W0）為對照，研究間歇灌溉條件下補充灌溉的間歇時間及其對水稻產量及水分利用效率的影響。W0處理產量為8.01～9.40 t/hm2，W1、W2處理與W0處理無顯著差異。與W0處理相比， W1、W2處理總需水量分別減少了3.64%～4.74%、5.63%～8.72%；W2處理的需水量低于W1、W0處理不同灌溉方式主要是通過影響穗分化期和灌漿結實期的需水量來影響總需水量，與W0處理相比， W1、W2處理穗分化期的需水量分別下降了0.66%～10.72%、4.54%～7.33%，灌漿結實期的需水量分別下降了4.67%～18.47%、20.76%～25.95%，且在2016年達到顯著水平（<0.05）。W1、W2處理較W0處理分別顯著減少了7.50%～41.85%、31.00%～43.94%的灌水量，分別減少了1、1～2次灌水。2 a的灌水利用效率以W2處理下的最高（3.79～12.66 kg/m3），分別較W0和W1處理提高了43.02%～98.74%、5.59%～22.26%；降水利用率也顯著高于W0和W1處理。穗分化前水層落干后7～9 d，穗分化后水層落干3～5 d的補充灌溉方式能有效減少灌水量、灌排水次數，提高灌溉水利用效率和降水利用率，穩(wěn)定水稻產量，是較為適合江淮地區(qū)的稻田高產水分高效利用的間歇灌溉方式。

間歇灌溉；間歇時間；水稻產量；水分利用效率

0 引 言

水稻是我國最主要的糧食作物之一，全國大約有2/3人口以稻米為主食[1]。然而，隨著人口不斷增加，在現有耕地面積上提高水稻單產，對保障我國糧食安全具有重要意義[2]。水稻是糧食用水的第一大戶, 稻田灌溉用水量約占農業(yè)用水總量的70%[3]。目前，水稻生產的灌溉方式主要以常規(guī)淹灌為主，用水量達6 000～9 000 m3/hm2，耗水量巨大，浪費嚴重[4]。江淮丘陵地區(qū)特別是江淮分水嶺地區(qū)水資源缺乏，其地表水資源主要來自大氣降水，區(qū)內大部分地區(qū)多年平均降雨量在850～1 000 mm，其中，6―8月降雨占全年降雨量的50%左右，由于坡陡流急，加之高崗丘陵區(qū)塘庫水面較少，攔蓄能力不足，使本地區(qū)內本來不充裕的降水大量流失到區(qū)外，常導致夏季暴雨洪澇、伏秋季干旱。此外隨著人口的增長、城鎮(zhèn)和工業(yè)的發(fā)展、全球氣候的變化以及環(huán)境污染的加重，用于灌溉的水資源愈來愈匱乏，嚴重威脅到水稻生產的發(fā)展[5]。因此需要研究適合江淮丘陵地區(qū)節(jié)水高產水資源高效利用的生產模式。

近年來，國內外科研工作者在水稻節(jié)水灌溉方式和技術及其對水稻生長發(fā)育、產量影響等方面進行了大量研究[6-9]，主要包括旱作、覆蓋栽培、控制灌溉、干濕交替灌溉（間歇灌溉）等。目前，對節(jié)水灌溉技術在提高水稻水分利用效率方面的作用已有明確認識，節(jié)水灌溉較常規(guī)淹灌能顯著提高水分利用效率，減少耗水量[10]。然而關于節(jié)水灌溉技術對水稻產量影響的研究結果不一致，劉立軍等[11]研究結果顯示增產，Cabangon等[12]研究顯示減產。綜合考慮，干濕交替灌溉表現出一定的節(jié)水性和高產性，是當前節(jié)水灌溉技術的研究熱點。與傳統(tǒng)灌溉方式相比，采用干濕交替方式有利于創(chuàng)造良好的根系形態(tài)、提高根系活力，提升光合生產、水稻群體生長質量等[7,10,13]，此外，間歇灌溉方式下可減少農田氮素的徑流損失[10]，有助于提高氮素利用效率。但是目前干濕交替灌溉節(jié)水高產模式仍處于基礎研究層面，生產應用比較少，其中一個主要原因可能是研究中補充灌溉下限難于掌握，比如以土壤水勢或土壤含水率來進行判斷，當土壤水勢降低到-15 kPa時或土壤含水率降到田間飽和含水率60%～70%時補充灌溉，農民難以掌握，不易推廣。基于此，本研究設置階段性的間歇灌溉時間數，以常規(guī)淹灌為對照，研究不同間歇時間灌溉對水稻產量及水分利用率影響，以期探索適宜于江淮丘陵地區(qū)推廣應用的水稻間歇灌溉制度，為當地水稻節(jié)水高產提供一定理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2015—2016年在安徽省淠史杭灌區(qū)灌溉試驗總站內（117.55°E，31.80°N）進行。年平均氣溫15 ℃，平均降水量1 100 mm，平均蒸發(fā)量800 mm，平均日照時間2 040 h，無霜期220～230 d。pH值為7.5，土壤有機質量19.6 g/kg，全氮量1.2 g/kg，全磷量0.3 g/kg，全鉀量13.2 g/kg。試驗期間的氣象數據如圖1所示，由試驗站內安裝的小型自動氣象站提供。

圖1 試驗期間的氣象數據

表1 不同灌溉方式的水分管理方案

1.2 試驗設計

試驗在固定式水泥測坑內進行，測坑尺寸為2.5 m×1.6 m×1.0 m（長×寬×深），測坑內填有黏性水稻土。設計了3種不同的灌溉方式：淹水灌溉（W0）；穗分化前水層落干后3~5 d，穗分化后水層落干1~3 d的補充灌溉（W1）；穗分化前水層落干后7~9 d，穗分化后水層落干3~5 d的補充灌溉（W2）3個處理，水分管理如表1所示，以農田水位作為田間水分控制指標，中間數值為灌水適宜上限，右邊數值為降雨時允許蓄水深度；間歇時間表示田間無水層后到再次灌水的時間。返青期保持10～30 mm；收獲前2周斷水，自然落干。

供試品種為中秈雜交稻岡優(yōu)渝九，分別于2015年4月14日、2016年4月7日播種；2015年5月26日、2016年5月25日人工移栽，株行距為20 cm× 21 cm。各處理總施氮量為150 kg/hm2，按基肥、分蘗肥、穗肥質量比為6: 2: 2的比例施用；各處理施用K2O 94.5、P2O563 kg/hm2，均一次性基施。病、蟲、草害防治同高產田塊。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 水位

首先在靠近測坑砼壁一側標定測坑田面基準點（代表測坑田面高程），測量基準點至砼壁頂點的距離，測坑田面有水層時，用測針測量砼壁頂點至水面的距離1。則田面水層深度=-1。

1.3.2 灌排水量

灌水量由流量計直接讀出。若雨后田間水位超過最大蓄水深度，按照水位處理設計方案進行排水，排水前后的水層深度變化量即為排水量。試驗在水泥測坑內進行，每日田間滲漏量為0 mm。

1.3.3 土壤含水率

在測坑內用土鉆隨機取5個0~20、20~40、40~60 cm的土樣，稱質量后置于烘箱中烘干至恒質量，計算土壤含水率。

1.3.4 產量及其構成因素

于收獲前每小區(qū)選取3個連續(xù)的20穴水稻計算有效穗數，再取相同莖蘗數植株10穴進行室內考種，計算結實率、千粒質量，并實收記產。

1.3.5 需水量

根據《灌溉試驗規(guī)范（SL13－2015）》方法進行計算。測坑田面有水層時，需水量計算式為：

d=1-2++-， （1）

式中：d為水稻日需水量（mm）；1為第1日初田面水深（mm）；2為層坑內第2日初田面水層深度（mm）；為第1日內降水量（mm）；為第1日內灌水量；（mm）為第1日內排水量（mm）。

測坑田面無水層時，這一時段內的需水量計算為：

式中：1-2為水稻時段1-2的需水量（mm）；為土壤層次號數；為土壤層次總數目；γ第層土壤干體積質量（g/cm3）；H為第層土壤的厚度（cm）；W1為第層土壤在時段始的含水率（干土質量的百分率）；W2為第層土壤在時段末的含水率（干土質量的百分率）；為時段內降水量（mm）；為時段內灌水量（mm）；為時段內排水量（mm）。

1.3.6 作物系數

c=/0， （3）

式中：c為作物系數；為水稻需水量（mm）；0為參考作物蒸騰蒸發(fā)量（mm），根據《灌溉試驗規(guī)范（SL13－2015）》中的彭曼-蒙蒂斯（Penman-Monteith）公式計算所得。

1.3.7 水分利用參數

=/， （4）

式中：為水分生產率(kg/m3)；為水稻產量(kg/m2)；為需水量(m3/m2)。

WUE= (-)/×100% ， （5）

式中：WUE為降水利用率（%）；為降水量（mm）；為排水量（mm）。

WUE=/， （6）

式中：WUE為灌水利用系數（kg/m3）；為水稻產量（kg/m2）；為灌水量（m3/m2）。

測得數據采用Excel 2016和SPSS 19.0軟件進行分析與處理，采用OriginPro 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 不同間歇時間灌溉對稻田灌排水量的影響

由圖2、表2可知，年份和灌溉方式及二者的交互作用顯著影響著稻田的灌水量、排水量和水稻的需水量。2015年水稻生長期間的降水量（632.7 mm）要高于2016年（569.8 mm），且2015年穗分化后的降水分布更為均勻（穗分化后日降水量變異系數2015年為0.30，2016年為0.91）。W1、W2處理下較常規(guī)淹水灌溉（W0）分別顯著減少了7.50%~41.85%、31.00%~43.94%的灌水量，此外灌水次數分別減少了1、1~2次。W2處理的需水量、灌水量要低于W1處理的，且在2016年達到顯著水平。間歇灌溉下的排水量及排水次數亦要小于W0處理；W2處理下的排水量在2015年與W1處理的無顯著差異，而在2016年要顯著低于W1處理。常規(guī)淹灌（W0）處理下的水稻需水量為467.00～501.03 mm，W1、W2處理與之相比分別顯著下降了3.64%~4.74%、5.63%~8.72%。

圖2 不同間歇時間灌溉下田間水位變化

表2 不同間歇時間灌溉對灌水量和排水量的影響

注 不同小寫字母表示同一年份不同處理在0.05 水平上差異顯著；**，*和ns分別表示處理在0.01，0.05水平上差異顯著和差異不顯著，下同。

Note Values followed by different lowercase within a column represent significant difference at 5% probability level of different treatments in the same year；**, *and ns : significant at 0.01 and 0.05 probability level, and not significant, respectively. The same as below.

2.2 不同間歇時間灌溉對水稻需水特性的影響

由表3可知，年份顯著影響著水稻穗分化期、抽穗期、結實期的需水量；灌溉方式顯著影響著水稻穗分化期和結實期的需水量；二者的交互作用顯著影響著穗分化期和抽穗期的需水量。在穗分化期，與W0處理相比，W1處理減少了0.66%～10.72%的需水量，在2015年達到顯著水平；W2處理的需水量減少了4.54%～7.33%，2 a均達到顯著水平。在結實期，與W0處理相比，W1處理減少了4.67%～18.47%的需水量，在2015年達到顯著水平；W2處理的需水量減少了20.76%～25.95%，2 a均達到顯著水平。W1、W2處理在2015年各階段需水量和總需水量均無顯著差異，而在2016年，W2處理的總需水量要顯著低于W1處理，這是由于穗分化期和結實期的需水量下降。

年份顯著影響著水稻分蘗期、穗分化期、抽穗期的作物系數；灌溉方式顯著影響著水稻穗分化期、結實期和整個生育期的作物系數；二者的交互作用顯著影響著水稻穗分化期、抽穗期、結實的作物系數。作物系數呈先增大后減小的趨勢，2015年在穗分化期達到最大，而2016年在抽穗期達到最大。各個時期的作物系數均以W0處理下的最大。在2015年，穗分化期、結實期、全生育期的作物系數表現為W0處理>W1處理=W2處理；而在2016年，穗分化期、結實期的作物系數表現為W0處理=W1處理>W2處理，全生育期的作物系數表現為W0處理>W1處理>W2處理。

表3 不同間歇時間灌溉對水稻各生育時期需水量和作物系數的影響

注 分蘗期表示水稻從返青以后至穗分化以前。

Note Tillering stage indicates that from regreened to panicle initiation.

表4 不同間歇時間灌溉對水稻產量及其構成因素的影響

2.3 不同灌溉方式對水稻產量及其構成因素的影響

由表4可知，不同灌溉處理下對水稻產量及其構成因素并無明顯的影響。而年份對水稻產量及其構成因素有著極其顯著的影響。2015年的水稻平均產量為9.62 t/hm2，而2016年的水稻平均產量為7.82 t/hm2，下降了18.71%。從產量構成因素來看，2016年的有效穗數、千粒質量、結實率較2015年的均明顯下降，而每穗粒數顯著增加。

2.4 不同間歇時間灌溉對水稻水分生產率的影響

由表5可知，年份與灌溉方式顯著影響著水分生產率和灌水利用效率，二者的交互作用顯著影響著灌水利用效率。W1、W2處理下水分生產率要高于W0處理的，在2016年達到顯著水平。W1處理的2 a灌水利用效率分別為11.99、3.10 kg/m3，要高于W0處理下的，其中2015年達到顯著水平。2 a的灌水利用效率以W2處理下的最高（3.79～12.66 kg/m3），分別較W0處理和W1處理提高了43.02%～98.74%、5.59%～22.26%。

表5 不同間歇時間灌溉對水分利用效率的影響

3 討 論

3.1 不同間歇時間灌溉對水稻產量的影響

以往研究發(fā)現，不同水分管理影響著水稻的產量及其構成因素[13-15]。何海兵等[13]研究結果表明，與淹水灌溉相比，干濕交替灌溉顯著提高了水稻的產量及其構成因素，這是因為水稻生育期內多次處于非淹灌條件下或一直處于飽和含水率狀態(tài)，與傳統(tǒng)淹灌栽培相比，提高了根區(qū)溶氧能力，促進根系發(fā)育，產量水平也較傳統(tǒng)淹灌處理有不同程度的增加[16]。

而本研究結果表明，間歇灌溉處理下的水稻產量及其構成因素較常規(guī)淹灌的無明顯差異，而不同間歇灌溉處理之間的差異也不明顯。這可能是因為品種和生態(tài)環(huán)境不同造成的。此外，2016年分蘗后期降雨過于集中，使得有效穗數較2015年明顯下降；灌漿期積溫下降和太陽輻射減少致使千粒質量、結實率顯著下降，最終導致2016年的產量較2015年的顯著下降。

3.2 不同間歇時間灌溉對水稻水分利用的影響

不同灌溉模式對水稻的需水規(guī)律有著顯著的影響。劉路廣等[17]對鄂北地區(qū)水稻需水特性進行研究時發(fā)現，與淺灌模式和中蓄模式相比，濕潤模式水稻耗水量和灌水量明顯降低。本試驗結果與楊文新等[18]的研究結果一致，水稻需水量、需水強度、需水模比系數在不同灌灌溉方式下發(fā)生明顯變化，這可能是不同的灌溉方式改變了水稻根系[19]，從而改變了水稻需水特性。本試驗結果表明，不同灌溉方式主要是通過影響穗分化期、灌漿結實期的需水量來影響總的需水量，這可能是因為這2個生育時期時間較長，干濕交替灌溉的節(jié)水效果明顯。而分蘗期和抽穗開花期的需水量并無顯著差異，可能是因為分蘗期水稻根系尚未發(fā)育完全，且分蘗期田間水位差異不大，處理效果未達到預期；抽穗期時間短且田間一直有水層。此外前人研究結果表明作物系數在抽穗開花期最大，而本試驗結果顯示2015年在穗分化期最大，而2016在抽穗開花期最大，造成這種差異的原因可能是2015年穗分化期溫度較高。

不同的灌溉方式顯著影響著水稻的水分利用效率。趙宏亮等[15]研究認為，間歇灌溉較淹水灌溉不僅提高了產量，還提高了水分利用效率。楊文新[18]的試驗結果表明水稻控制灌排模式能顯著提高灌溉水利用系數，而且產量水平與淺濕灌溉沒有差異。試驗結果表明，與常規(guī)淹灌相比，間歇灌溉能夠顯著提高水分生產率、灌水利用系數和降雨利用率。W1處理與W2處理的灌溉水利用效率和降水利用率在2015年無顯著差異，可能是因為2015年雨量更充沛且穗分化后降水更為均勻，使得2個水分管理的差異不明顯。

4 結 論

與常規(guī)淹灌相比，穗分化前水層落干后7～9 d，穗分化后水層落干3～5 d的補充灌溉方式能有效減少灌水量、灌排水次數，顯著提高灌溉水利用效率和降水利用率，穩(wěn)定水稻產量，是較為適合江淮地區(qū)的稻田高產水分高效利用的間歇灌溉方式。

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Experimental Study on the Effects of Different Intermittent Irrigations on Yield and Water Use Efficiency of Rice

WU Han1, KE Jian2, HE Haibing2, YOU Cuicui2, SHI Guangyu1*, WU Liquan2, 3

(1. Irrigation Experiment Central Station of Pishihang Irrigation District of Anhui Province, Lu’an 237158, China; 2. College of Agronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China; 3. Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production, Nanjing 210095, China)

【】Improving irrigation water use efficiency has become increasingly pressing for developing sustainable irrigation, and the objective of this paper is to investigate experimentally the impact of different intermittent irrigations on yield and water use efficiency of rice.【】The field experiment was conducted at Jianghuai region in southeast China, in which we compared two intermittent irrigations: supplemental irrigation by keeping a water layer over the soil surface for 3~5 days prior to the panicle initiation and then another 13 days after the panicle initiation (W1), supplemental irrigation by keeping a water layer over the soil surface for 7~9 days before the panicle initiation and then another 3~5 days after the panicle initiation (W2). In each treatment, we measured grain yield and water use efficiency in both 2015 and 2016; the conventional flooding irrigation served as the control (W0).【】The rice yield in W0 was 8.01~9.40 t/hm2, not differing significantly from that in W1 and W2. Compared to W0, W1 and W2 reduced total evapotranspiration () by 3.64%~4.74% and 5.63%~8.72% respectively, with the discrepancy between W1 and W2 caused mainly by their different impact on ET in the panicle initiation and gain-filling stages. Compared with W0, W1 and W2 reduced ET by 0.66%~10.72% and 4.54%~7.33% during the panicle stage, and by 4.67%~18.47% and 20.76%~25.95% during the gain-filling stage, respectively; the reduction in ET was significant in 2016. Compared to W0, W1 and W2 saved irrigation amount by 7.50%~41.85% and 31.00%~43.94% and irrigation times by 1 and 1~2, respectively. Apart from efficacy in using precipitation, W2 was also most efficient in using irrigation water (3.79~12.66 kg/m3) and was 43.02%~98.74% and 5.59%~22.26% higher than W0 and W1, respectively.【】Supplemental irrigation by keeping a water layer over soil surface for 7~9 days prior to the panicle initiation and then another 3~5 days after the panicle initiation can effectively reduce irrigation amount and frequency without compromising rice yield. It also improved use efficiency of both irrigation water and precipitation and is thus the optimal intermittent irrigation method for rice in Jianghuai region.

intermittent irrigation; intermittent time; rice yield; water use efficiency

S511；S157

A

10.13522/j.cnki.ggps.2019032

1672 - 3317（2020）01 - 0037 - 08

吳漢, 柯健, 何海兵, 等. 不同間歇時間灌溉對水稻產量及水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學報, 2020, 39(1):37-44.

WU Han, KE Jian, HE Haibing, et al. Experimental study on the effects of different intermittent irrigations on yield and water use efficiency of rice [J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(1): 37-44.

2019-04-25

國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFD0301305)；安徽省自然科學基金項目(1908085MC67，1808085QC70)；安徽省攻關項目(1804h07020150)

吳漢（1992-），男。助理農藝師，主要從事水稻節(jié)水灌溉技術研究。E-mail: wh18255372060@163.com

時光宇（1963-），男。農業(yè)技術推廣研究員，主要從事水稻節(jié)水灌溉技術研究。E-mail: 719703328@qq.com

責任編輯：趙宇龍