寒地黑土稻作不同水氮耦合方式下经济效益、品质及水分生产效率的试验研究

梁乾平，张玉庆，金子茗

(1.东北农业大学水利与建筑学院，哈尔滨 150030；2.农业部农业水资源高效利用重点实验室， 哈尔滨 150030)

1 材料和方法

试验于2014年5月初至9月末在黑龙江省水稻灌溉试验中心(庆安站)进行。试验区与安邦河提水渠首工程相邻，地理坐标：东经125°44′、北纬45°63′。试验区属于寒温带大陆季风气候，多年平均降雨量577 mm，平均气温1.69 ℃，无霜期128 d，日照时数2 600 h，蒸发量770 mm。

试验区土壤类型为寒地黑土，全氮0.188%，全磷0.083%，全钾1.89%，有机质4.96%。田间持水率约为50%，供试品种为龙庆稻3号，移栽密度26万穴/hm2，每穴3株。

2014年试验是采取两因素四水平全面试验的方式在小区里进行，小区规格为10 m×10 m，小区间采用PVC板防渗、其余各面采用水泥修埂及排水管道并铺设无纺布进行防渗，两因素分别为灌溉模式(见表1)、氮肥施用量。设定的标准为纯氮肥为135、105、75、0 kg/hm2，分4次施入。施肥比例为基肥∶孽肥∶调节肥∶穗肥=5∶2.5∶1∶1.5。P肥作为基肥一次性施入(施P2O5为45 kg/hm2)，K肥分两次施入(施K2O为80 kg/hm2)，施入比例为基肥∶穗肥=1∶1。试验各小区(见表2)采取3次重复，对照组采取两次重复共44个小区。试验采用随机排列的方式进行。

表1 不同灌溉模式水分管理表 %

注：表中灌水下限百分数为占土壤饱和含水率(θs)的百分数，灌水上限0为田面无水层。

表2 试验处理表

灌排水量用水表、水尺测量，耗水量用水尺和土壤水分测定仪测量。从试验站自动气象站收集降雨时间、历时和降雨量资料。各小区采用五点法烘干后测产。测定结实率、千粒重等指标。

2 结论与分析

2.1 不同水氮耦合模式对水稻经济效益的影响

不同水氮耦合模式对水稻经济效益的影响如图1所示，从图1可知，水稻经济效益最大值区域出现在控制灌溉向蓄水控灌过渡与高氮向常氮过渡的交汇处并接近蓄水控灌与常氮，每公顷的收益可达1.2万元。零处等值线代表投入产出平衡点，等值线为负数代表每公顷水稻的投入大于产出。从等值线的疏密程度可以看出各因素水平对水稻经济效益的影响大小，当固定灌溉模式，可以看出控制灌溉的等值线密于蓄水灌溉和淹灌，说明不同氮肥施用量对控制灌溉下经济效益的影响大于蓄水控灌、浅水灌溉和淹灌；当固定氮肥施用量，可以看出常氮水平的等值线密于高氮水平、低氮水平、零氮水平，说明不同灌溉模式对常氮水平下经济效益的影响大于高氮水平、低氮水平和零氮水平。

图1 不同水氮耦合模式下的水稻经济效益

2.2 不同水氮耦合模式对水稻品质的影响

将水稻作物的品质测试结果列于(表3)。由表3看出:从糙米率、精米率和整精米率看:各处理区的糙米率变化幅度78.2%～81.1%,精米率68.89%～ 73.56%,整精米率63.38%～ 69.70%。其中,无氮肥区和低氮肥区的各碾米品质(碾米品质通常指:糙米率、精米率、整精米率)明显高于高氮肥区,说明适当的施用氮肥有利于提高碾米品质;但施氮过量则碾米品质下降。垩白米率和垩白度表现为:氮肥用量愈高垩白米率和垩白度愈大,呈明显的规律性。可见氮肥用量是影响碾米品质、垩白米率和垩白度的主导因素。

表3 氮肥用量对水稻品质的影响

2.3 不同灌溉模式对水稻耗水量的影响

不同灌溉模式对水稻的耗水量的大小及耗水规律的变化有直接的影响，不同灌溉模式下水稻各生育期的累积耗水量见表4，从表4可以看出，不同灌溉模式下累计耗水量从低到高的顺序为：控制灌溉486 mm>蓄水控灌527 mm>浅水灌溉598 mm>淹灌727 mm；控制灌溉分别比蓄水控灌、浅水灌溉、淹灌累计耗水量减少7.8%、18.7%、33.1%，蓄水控灌分别比浅水灌溉、淹灌累计耗水量减少11.9%、27.5%，浅水灌溉比淹灌累计耗水量减少17.7%。可以看出控制灌溉和蓄水控灌可以有效的减少水稻耗水量。控制灌溉和蓄水控灌耗水量的减少主要是由于某些生育期水稻田面没有水层，株间蒸发和渗漏大幅度减少。由不同灌溉模式水稻各生育期时间划分相同可知，控制灌溉各生育期的耗水强度< 蓄水控灌的耗水强度<浅水灌溉的耗水强度<淹灌的耗水强度。

表4 不同灌溉模式下水稻各生育期的累计耗水量 mm

不同灌溉模式下水稻各生育期耗水量模比系数见表5，从表5中看出不同灌溉模式下各生育期耗水量占全生育期累计耗水量的百分数，不同灌溉模式下的耗水规律基本相同，分蘖期耗水量>拔节孕穗期耗水量>乳熟期耗水量>黄熟期耗水量>返青期耗水量。

表5 不同灌溉模式下各生育阶段耗水量模比系数 %

2.4 不同灌溉模式对水稻灌排定额及降雨利用率的影响

水稻耗水量是由灌水量和有效降雨量两部分组成的，节水的途径有两方面，一是减少灌溉水量；一是增加降雨的利用率。从表4中可以看出控制灌溉降雨利用率最低为70.8%，浅水灌溉降雨利用率为81.2%，蓄水控灌降雨利用率为83.3%，淹灌降雨利用率最高为87.5%；灌溉水量从低到高的顺序为：蓄水控灌1 274 m3/hm2<控制灌溉1 460 m3/hm2<浅水灌溉2 080 m3/hm2<淹灌3 070 m3/hm2；蓄水控灌模式灌溉水量分别比控制灌溉、浅水灌溉、淹灌少12.7%、38.8%、58.5%；控制灌溉模式灌溉水量分别比浅水灌溉、淹灌少29.8%、52.4%；排水量从高到低的顺序为：控制灌溉1 400 m3/hm2>浅水灌溉900 m3/hm2>蓄水控灌800 m3/hm2>淹灌600 m3/hm2；排水量从多到少的顺序为：控制灌溉1 400 m3/hm2>浅水灌溉900 m3/hm2>蓄水控灌800 m3/hm2>淹灌600 m3/hm2；排水量多不仅会引起有效降雨量的减少、排水模量的增大，而且会带来人工费的增加，土壤肥力的流失，水体污染等问题。

2.5 不同灌溉模式对水分生产效率及灌溉水生产效率的影响

不同灌溉模式下水分生产效率和灌溉水生产效率见表6，从表6中可以看出水分生产效率从高到低依次为：控制灌溉1.78 kg/m3> 蓄水控灌1.63 kg/m3> 浅水灌溉1.29 kg/m3>淹灌1.06 kg/m3；控制灌溉每立方米水量分别比蓄水控灌、浅水灌溉、淹灌多生产粮食0.15、0.49、0.72 kg；蓄水控灌每立方米水量分别比浅水灌溉、淹灌多生产粮食0.34、0.57 kg；灌溉水生产效率从高到低顺序为：蓄水控灌6.86 kg/m3>控制灌溉5.94 kg/m3>浅水灌溉3.68 kg/m3> 淹灌2.28 kg/m3；蓄水控灌每立方米的灌溉水量分别比控制灌溉、浅水灌溉、淹灌多生产粮食0.92、3.18、4.58 kg；控制灌溉每立方米灌溉水量分别比浅水灌溉、淹灌多生产粮食2.26、3.66 kg。

表6 不同灌溉模式下灌溉水生产效率及水分生产效率

3 结 论

试验主要是将不同水稻节水灌溉模式与不同施氮量相耦合，研究不同水氮耦合模式对水稻经济效益和不同灌溉模式对水稻耗水量、水分生产效率、灌溉水生产效率、降雨利用率的影响。通过对实验结果分析得出以下结论：

(1)在所有水氮耦合处理中，蓄水控灌常氮水平的每公顷水稻经济效益最高达到1.1万元，水稻经济效益最大值区域出现在控制灌溉向蓄水控灌过渡与高氮向常氮过渡的交汇处并接近蓄水控灌与常氮，每公顷的收益可达1.2万元。

(2)蓄水控灌和控制灌溉模式都较大幅度的减少了耗水量，蓄水控灌模式与控制灌溉模式相比，降雨利用率增加到83.3%，灌溉水量减少12.7%，减小了灌排模量，减少了渠道占地面积。

(3)蓄水控灌和控制灌溉模式都使水分生产效率和灌溉水生产效率得到了较大幅度的提升，控制灌溉的水分生产效率略大于蓄水控灌的水分生产效率；蓄水控灌的灌溉水生产效率高于控制灌溉的灌溉水生产效率；但由于控制灌溉某些生育期不建立水层使得排水次数、排水量及人工费的增加。

[1] 郭相平，蒋新会，袁 静.蓄水控灌模式下耗水量及灌排定额初探 [J].灌溉排水学报，2009,28(1)：65-67.

[2] 郭以明，郭相平，樊峻江，等.蓄水控灌模式对水稻产量和水分生产效率的影响 [J].灌溉排水学报，2010,29(3)：61-64.

[3] 朱士江，王忠波，张忠学，等.寒地水稻覆膜灌溉耗水规律及水分生产效率试验研究 [J].灌溉排水学报，2011,30(6)：97-99.

[4] 王天亮，李 杰.不同灌溉模式下寒地水稻耗水特征与水分利用效率[J].黑龙江水利科技，2012,40(8)：45-48.

[5] 孙爱华，张忠学，朱士江.三江平原不同灌溉模式水稻耗水规律及水分利用效率试验研究[J].节水灌溉,2009，(11)：12-14.

[6] 程建平，曹凑贵，蔡明历，等.不同灌溉方式对水稻产量和水分生产率的影响[J].农业工程学报，2006,22(12)：28-33.

[7] 彭世彰，徐俊增，黄 乾，等.控制灌溉水稻叶片水平的水分利用效率试验研究[J].农业工程学报，2006,22(11)：47-51.

[8] 肖 新，朱 伟，杨露露，等.灌溉模式与施氮量对水稻蓄水规律及产量的影响[J].南京农业大学学报，2012,35(4)：27-31.