丁 峰，蒲勝海，呂玉平，馬曉鵬，沈曉明，莫 彥

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所/農(nóng)業(yè)部西北綠洲農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091；3.昌吉回族自治州環(huán)境監(jiān)測(cè)站，新疆昌吉 831100；4.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所，北京 100038)

0 引 言

【研究意義】水稻產(chǎn)量約占我國(guó)糧食總產(chǎn)量的40%，為第一大糧食作物[1-3]。水稻在三大糧食作物中比較優(yōu)勢(shì)明顯，也是水量消耗最多的作物[4-6]。新疆水稻面積，水資源短缺是制約水稻生產(chǎn)的主要因素[7]。膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用于水稻生產(chǎn)，水稻旱作能夠有效擴(kuò)大新疆水稻種植面積[7,8]。旱作灌溉模式的產(chǎn)量、耗水量、水分利用效率等是北方干旱區(qū)研究的熱點(diǎn)技術(shù)[9,10]。【前人研究進(jìn)展】王懷博[11]確定了膜下滴灌旱作水稻合理的地下水補(bǔ)給量，明確了膜下滴灌不同品種旱作水稻實(shí)際需水量和需水規(guī)律，提出膜下滴灌不同品種旱作水稻適宜的土壤水分下限[12]。何進(jìn)宇等[13]研究發(fā)現(xiàn)，灌溉、氮肥、磷肥均對(duì)滴灌水稻增產(chǎn)具有極顯著的作用，其作用大小依次為灌溉定額>施氮量>施磷量。田志蓮等[14]對(duì)膜下滴灌旱作水稻土壤水分下限試驗(yàn)研究表明，土壤水分下限為θ田處理的葉綠素、光合作用較其它處理好。徐強(qiáng)等[15]指出，滴灌水稻分蘗期水分調(diào)控時(shí)應(yīng)充分考慮干旱脅迫的補(bǔ)償效應(yīng)，水稻分蘗期輕中度控水有利于滴灌水稻光合作用和產(chǎn)量的提高。侯健偉等[16]認(rèn)為，新疆膜下滴灌水稻各時(shí)期最佳灌溉量為：苗期 82.7 mm，分蘗期 198.5 mm，拔節(jié)期 213.3 mm，抽穗楊花期 155.6 mm，灌漿期 265.2 mm 和成熟期 111.1 mm，全生育期灌水量為 1 026.4 mm?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人的研究工作對(duì)于新疆地區(qū)的滴灌水稻灌水量、各生育期耗水特征關(guān)注較少，研究還不夠充分。研究新疆地區(qū)滴灌水稻的各生育期耗水特征和水分利用率?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以膜下滴灌栽培的水稻品種寧28為研究對(duì)象，設(shè)置不同膜下滴灌灌水量處理，分析膜下滴灌水稻各生育階段的耗水特性，為制定膜下滴灌水稻合理的灌溉制度提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)點(diǎn)位于新疆烏魯木齊市區(qū)以北25 km新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家灰漠土肥力與肥料效應(yīng)監(jiān)測(cè)基地(N 43°95'26"，E 87°46'45")。試驗(yàn)區(qū)屬典型的中亞干旱區(qū)山地一綠洲生態(tài)系統(tǒng)，海拔高度600 m，年均降雨量310 mm，年均蒸發(fā)量2 570 mm，干燥度8.29，年平均氣溫7.7℃，平均日照時(shí)數(shù)2 594 h，無(wú)霜期156 d。試驗(yàn)站土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，容重1.25 g/cm3，pH為7.90，有機(jī)碳8.80 g/kg，全氮0.87 g/kg，全磷0.67 g/kg，全鉀19.80 g/kg，有效氮55.20 mg/kg，速效磷3.40 mg/kg，速效鉀288 mg/kg。

選擇水稻品種寧28為研究對(duì)象。各滴灌處理采用“干播濕出”(在播種后滴灌出苗水)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年4月30日播種，9月15日左右結(jié)束，根據(jù)烏魯木齊地區(qū)往年的ET0從4月30日到9月15日的ET0為763 mm，取763 mm為灌溉水量中值，設(shè)5個(gè)滴灌灌溉定額處理，分別為ET0的0.6、0.7、1、1.1、1.2倍。

試驗(yàn)種植模式為株行距配置為10+20+10+20(cm)，株距9 cm，滴灌毛管鋪設(shè)在兩窄行作物中間，1膜2管8行，各處理播種量為每穴8粒，各處理施肥管理一致，全生育期施肥總量為廄肥15 t/hm2，水溶性有機(jī)肥120 kg/hm2，純氮300 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2。基肥在臨秋冬翻地時(shí)一次性施用廄肥和P2O5。苗期肥分3次隨水滴施純氮30 kg/hm2、K2O 15 kg/hm2。分蘗肥分3次隨水滴施純氮110 kg/hm2、K2O 10 kg/hm2。拔節(jié)肥分3次隨水滴施純氮110 kg/hm2、K2O 25 kg/hm2、有機(jī)肥60 kg/hm2。穗肥分4次隨水滴施純氮50 kg/hm2、K2O 25 kg/hm2、有機(jī)肥60 kg/hm2。其他田間管理措施保持一致。在水稻生長(zhǎng)期間同滴灌系統(tǒng)等量隨水滴施。水稻3葉期時(shí)每個(gè)小區(qū)各隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)作為田間調(diào)查點(diǎn)。表1，表2

表1 烏魯木齊地區(qū)ET0Table 1 ET0 of Rice Growth Period in Urumqi(mm)

表2 不同處理灌溉定額Table 2 Irrigation quotas for different treatments(mm)

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 土壤水分

使用北京東方潤(rùn)澤生態(tài)科技股份有限公司生產(chǎn)的智墑(云智能土壤水溫傳感器)對(duì)土壤中0～1 m深度的土壤水分監(jiān)測(cè)。

1.2.2.2 產(chǎn)量

水稻成熟時(shí)，每個(gè)處理取3穴測(cè)定水稻產(chǎn)量構(gòu)成，包括單株有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗空粒數(shù)、成穗率和千粒重，后收割各處理測(cè)產(chǎn)。

1.2.2.3 作物耗水量

農(nóng)田水分平衡方程式可寫為[17]：

ETT=P+I-ΔW.

(1)

式中ΔW為作物生育期間土壤儲(chǔ)水變化量，即土壤貯水消耗量(mm)，P為該時(shí)段降水量(mm)，ETc為作物生育期耗水量(mm)，包括植株蒸騰量與植株間地表蒸發(fā)量；I為灌溉用水量(mm)。

應(yīng)用土壤濕度和土壤容重，根據(jù)土壤水分貯量公式[2]，計(jì)算各時(shí)段不同深度的土壤貯水量。

W=10×r×v×h.

(2)

式中W為不同深度土壤貯水量(mm)，r為土壤相對(duì)濕度(%)，v為土壤平均容重(g/cm3)，h為土層深度(cm)，10為換算系數(shù)。

1.2.2.4 葉面積指數(shù)

分別于拔節(jié)期、齊穗期和成熟期選取長(zhǎng)勢(shì)一致具有代表性的單株完全葉作為標(biāo)準(zhǔn)葉，測(cè)量其長(zhǎng)寬，按照葉面積=0.75×長(zhǎng)×寬(成熟期經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為0.67)，烘干稱重后換算整穴葉面積，以計(jì)算葉面積指數(shù)LAI，每個(gè)處理隨機(jī)選取3穴；LAI衰減指數(shù)=(灌漿期LAI-成熟期LAI)/灌漿期LAI。

1.2.2.5 作物水分生產(chǎn)率

作物單位耗水量產(chǎn)出的籽粒產(chǎn)量，WUE=Y/ETc。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行整理，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各處理性狀的平均值進(jìn)行相關(guān)性分析。使用Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉定額對(duì)膜下滴灌水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

研究表明，不同水分處理下膜下滴灌水稻單位面積穗數(shù)達(dá)到顯著差異水平，W5>W3>W4>W2>W1；不同灌水量穗長(zhǎng)為W4>W2>W3>W5>W1；不同灌水量的每穗粒數(shù)表現(xiàn)為：W4>W3>W5>W2>W1；不同灌水量的千粒重表現(xiàn)為W2>W4>W5>W3>W1，W1處理與其他4個(gè)處理差異顯著，W2、W3、W4、W5處理之間千粒重?zé)o顯著差異；不同灌水量的空癟率為 W1>W2>W3>W5>W4；不同灌水量的實(shí)際產(chǎn)量為W5>W4>W3>W2>W1，各處理之間的實(shí)際產(chǎn)量差異顯著，W5處理的水稻產(chǎn)量最高，達(dá)到6 508.5 kg/hm2，W5處理的水稻產(chǎn)量比W4、W3、W2、W1處理分別增加了21.95%、61.58%、136.94%和458.43%。表3

表3 不同灌水量處理水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Table 3 Yield and yield composition of rice treated with different irrigation amounts

2.2 不同灌溉定額對(duì)膜下滴灌水稻耗水量的影響

研究表明，不同灌水量處理膜下滴灌水稻各生育階段的耗水量、耗水強(qiáng)度、耗水模數(shù)，各灌水量處理的耗水量均隨灌水量增加而增加，5個(gè)處理水稻生育期內(nèi)耗水量均表現(xiàn)為拔節(jié)孕穗期>分蘗期>灌漿期>苗期>成熟期>抽穗揚(yáng)花期；不同水分處理下的水稻各生育期的耗水強(qiáng)度各處理整體趨勢(shì)一致，前期耗水強(qiáng)度較低后來(lái)不斷升高至拔節(jié)孕穗期水稻耗水強(qiáng)度達(dá)到最大值，而后呈逐漸下降的趨勢(shì)。

耗水強(qiáng)度總體表現(xiàn)為拔節(jié)孕穗期>抽穗揚(yáng)花期>灌漿期>分蘗期>成熟期>苗期。在膜下滴灌水稻全生育期5個(gè)水分處理的耗水強(qiáng)度分別為3.75 mm/d(W1)、4.33 mm/d(W2)、5.76 mm/d(W3)、6.30 mm/d(W4)、7.14 mm/d(W5)。膜下滴灌水稻耗水強(qiáng)度和耗水模數(shù)最大的時(shí)期在拔節(jié)孕穗期，耗水強(qiáng)度分別為4.92 mm/d(W1)、5.64 mm/d(W2)、7.96 mm/d(W3)、8.58 mm/d(W4)、9.42 mm/d(W5)，階段耗水模數(shù)分別為22.98%、22.80%、24.15%、23.82%、23.06%；抽穗揚(yáng)花期是膜下滴灌水稻的另一個(gè)需水高峰耗水強(qiáng)度達(dá)到4.28～8.91 mm/d，各處理的耗水模數(shù)介于7.91%～8.73%；分蘗期水稻根系、葉片、分蘗生長(zhǎng)都較快，使得這個(gè)階段的水稻需水強(qiáng)度的較高，各處理耗水強(qiáng)度為3.99～7.67 mm/d，耗水模數(shù)為21.89%～22.55%；成熟期各處理耗水強(qiáng)度為3.14～5.96 mm/d，耗水模數(shù)為10.18%～11.72%；苗期植株較小、葉面積低其自身的需水量較低，該時(shí)期水稻的耗水強(qiáng)度較小，各處理耗水強(qiáng)度為2.61～4.63 mm/d，耗水模數(shù)為17.24%～20.75%。表4

表4 不同灌水量處理水稻耗水量Table 4 Water consumption of rice treated with different irrigation amounts

2.3 不同灌溉定額對(duì)膜下滴灌水稻生長(zhǎng)的影響

研究表明，各處理葉面積指數(shù)隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)逐漸增大，到灌漿期時(shí)達(dá)到最大值，灌漿期之后葉面積指數(shù)開始下降。各處理葉面積指數(shù)總體趨勢(shì)表現(xiàn)為W5>W4>W3>W2>W1。分蘗期葉面積指隨著灌水量增加逐漸增大，各處理分別為1.35(W1)、2.13(W2)、2.17(W3)、2.18(W4)、2.34(W5)，各處理之間差異不顯著；灌漿期葉面積指數(shù)達(dá)到全生育期最大值，各處理表現(xiàn)為W5>W4>W3>W2>W1，W5處理的葉面積指數(shù)與W1、W2、W3、W4處理相比分別高出31.15%、33.20%、29.15%、3.24%；計(jì)算各處理葉面積衰減指數(shù)分別為18.28%(W1)、12.03%(W2)、6.46%(W3)、3.04%(W4)、2.93%(W5)。隨著灌水量減少葉面積衰減指數(shù)逐漸增大，葉片表現(xiàn)出早衰特征。表5

表5 不同灌溉定額對(duì)膜下滴灌葉面積指數(shù)Table 5 Leaf area index of drip irrigation under mulch with different irrigation quotas

各處理植株高度隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)逐漸增大，成熟期各處理株高表現(xiàn)為W5>W4>W3>W2>W1。苗期株高隨著灌水量增加逐漸增大，各處理分別為13.45 cm(W1)、15.63 cm(W2)、16.78 cm(W3)、18.79 cm(W4)、20.45 cm(W5)；成熟期株高達(dá)到全生育期最大值，各處理表現(xiàn)為W5>W4>W3>W2>W1，W5處理的株高與W1、W2、W3、W4處理相比分別高出25.21%、12.99%、3.58%和1.49%。表6

表6 不同灌溉定額對(duì)膜下滴灌株高Table 6 Plant height of drip irrigation under mulch with different irrigation quotas

2.4 不同灌溉定額對(duì)膜下滴灌水稻水分生產(chǎn)率的影響

研究表明，水分生產(chǎn)效率與全生育期灌水量為對(duì)數(shù)關(guān)系曲線。各處理水分生產(chǎn)效率表現(xiàn)為W5>W4>W3>W2>W1，W5處理水分生產(chǎn)率最高為0.64 kg/m3，其產(chǎn)量為6 508.5 kg/hm2；W5處理與W4、W3、W2、W1處理水分生產(chǎn)率相比分別提高7.61%、30.48%、43.62%和193.06%，W5處理為較適宜的水分處理。圖1

圖1 各處理產(chǎn)量、水分生產(chǎn)率與耗水量的曲線擬合Fig.1 Curve fitting of yield,water productivity and water consumption of each treatment

3 討 論

研究表明，灌水量減少空癟率升高，表現(xiàn)為W1>W2>W3>W5>W4，導(dǎo)致產(chǎn)量下降，W5處理的水稻產(chǎn)量比W4、W3、W2、W1處理分別增加了21.95%～458.43%。研究認(rèn)為，隨著灌水量減少葉面積衰減指數(shù)逐漸增大，葉面積衰減指數(shù)分別為18.28%(W1)、12.03%(W2)、6.46%(W3)、3.04%(W4)、2.93%(W5)。葉片表現(xiàn)出早衰特征，與前人結(jié)果一致，土壤水分不足，會(huì)使葉片過(guò)早衰老枯黃，不利于灌漿，最終秕粒較多，從而使產(chǎn)量降低[18,19]。

侯建偉等[16]認(rèn)為膜下滴灌水稻耗水量最大的時(shí)期在拔節(jié)孕穗期，日均耗水量和耗水模比系數(shù)最大的時(shí)期也在拔節(jié)孕穗期。這與研究結(jié)果一致，滴灌水稻耗水強(qiáng)度和耗水模數(shù)最大的時(shí)期在拔節(jié)孕穗期，前人試驗(yàn)是在控制灌水下限條件下進(jìn)行的，耗水強(qiáng)度較高一些。試驗(yàn)耗水強(qiáng)度較耗水強(qiáng)度分別為4.92～9.42 mm/d，階段耗水模數(shù)分別為22.80%～24.15%。

韓姝嫻等[18]研究表明，抽穗開花期是水稻生育過(guò)程中需水強(qiáng)度最大的時(shí)期，拔節(jié)孕穗期次之。這與研究結(jié)果不一致，研究認(rèn)為抽穗揚(yáng)花期是膜下滴灌水稻的第2個(gè)需水高峰耗水強(qiáng)度達(dá)到4.28～8.91 mm/d，但由于該時(shí)期較短，各處理的耗水模數(shù)僅僅只占到7.91%～8.73%。這可能與試驗(yàn)地區(qū)氣候差異及水稻品種不同有關(guān)。

研究結(jié)果表明，耗水模數(shù)：拔節(jié)孕穗期>分蘗期>灌漿期>苗期>成熟期>抽穗揚(yáng)花期。這與前人的結(jié)果一致，水稻全生育期內(nèi)的蒸騰耗水變化規(guī)律總體呈現(xiàn)出生育前期較低—中期較高—后期逐漸衰減的趨勢(shì)，孕穗、揚(yáng)花、乳熟期為需水關(guān)鍵期[20]。提出拔節(jié)孕穗期和分蘗期為膜下滴灌水稻關(guān)鍵需水期。而徐強(qiáng)等[15 ]認(rèn)為滴灌水稻分蘗期具有較好補(bǔ)償效應(yīng)，輕中度控水有利于提高滴灌水稻光合作用和產(chǎn)量。后續(xù)研究可從發(fā)掘滴灌水稻分蘗期節(jié)水潛力入手。

4 結(jié) 論

4.1水稻各生育階段耗水強(qiáng)度變化規(guī)律一致，即拔節(jié)孕穗期>抽穗揚(yáng)花期>灌漿期>分蘗期>成熟期>苗期；各生育期耗水量表現(xiàn)為拔節(jié)孕穗期>分蘗期>灌漿期>苗期>成熟期>抽穗揚(yáng)花期。拔節(jié)孕穗期、分蘗期為膜下滴灌水稻關(guān)鍵需水期，尤其在拔節(jié)孕穗期水稻對(duì)水分最敏感。在膜下滴灌水稻全生育期5個(gè)水分處理的耗水強(qiáng)度分別為3.75 mm/d(W1)、4.33 mm/d(W2)、5.76 mm/d(W3)、6.30 mm/d(W4)、7.14 mm/d(W5)。

4.2隨著灌溉定額減少會(huì)使葉片過(guò)早衰老枯黃，不利于灌漿，最終秕粒較多，從而使產(chǎn)量降低。葉面積衰減指數(shù)逐漸增大，葉片表現(xiàn)出早衰特征。各處理葉面積衰減指數(shù)分別為18.28%(W1)、12.03%(W2)、6.46%(W3)、3.04%(W4)、2.93%(W5)。

4.3水分生產(chǎn)效率與全生育期灌水量的對(duì)數(shù)關(guān)系曲線，水稻產(chǎn)量與灌水量為指數(shù)關(guān)系，水稻產(chǎn)量隨著灌水量的增加而提高。水稻產(chǎn)量隨著耗水量的增加而增加，不同灌水量對(duì)產(chǎn)量影響顯著，W5處理灌溉定額達(dá)到1 020.67 mm，水分生產(chǎn)率最高為0.64 kg/m3，其產(chǎn)量為6 508.5 kg/hm2。