返青期水层深度对盐碱地水稻生长的影响

王 旭，任秋实，孙兆军,2,3,4，王 正，焦炳忠

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏大学资源环境学院，银川 750021； 3.宁夏大学环境工程研究院，银川 750021；4.宁夏(中阿)旱区资源评价与环境调控重点实验室，银川 750021)

我国是农业大国，水资源丰富但分布不均匀，人均占有量低，雨水季节分配不平均，是世界上最缺水的国家之一[1]。水稻具有喜水的特性，是我国主要的粮食作物，也是耗水较多的农作物，每年消耗的水量占全国总用水的54%[2]。我国水稻种植方式以传统的淹水灌溉为主，控制灌溉技术还未推广。水稻整个生育期内有时候田面需要浅水，有时候需要排水晒田，返青期水稻对水分反应比较敏感，水层深度的控制至关重要，不同生育期水层深度对水稻的影响，研究学者进行了大量研究。研究结果表明，适宜的水层深度能有效提高生产效率[3]，控制无用蒸腾量的消耗，减少田间渗漏量和棵间蒸发量[4]，抑制稗草的萌发[5]，提高微生物，减少有害物质的累积[6]，节水的同时还可以提升水稻的抗倒伏性[7]。盐碱地种植水稻采用大水漫灌压盐，不仅造成淡水资源的浪费，还会导致地下水位的上升引起次生盐渍化[8]。张永宏等[9]通过盐碱地水稻节水控灌试验表明：水稻整个生育期的全盐含量均低于播种前，随灌水量的增加脱盐效果越显著；控制灌溉不会引起土壤积盐反而脱盐效果显著，具有抑盐节水的效果。“薄水灌溉，浅水活苗”，在水稻的返青期保持薄水层[10]，能起到以水保温的作用，防止秧苗受冻。

目前，研究多集中于水稻全生育期的控制灌溉，但针对水稻单个生育期内适宜水层深度的研究鲜有报道。宁夏银北地区，受地域和气候的影响，五月份气温不稳定，返青期水层的管理尤为重要。因此，本文在宁夏银北地区开展田间对比试验，研究返青期不同水层深度对水稻根区土壤盐分含量、保苗率、生长指标、产量及灌溉水分生产率的影响，以期为宁夏银北地区水稻的田间灌水管理提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016年在宁夏平罗县前进农场三队进行。该地区属干旱大陆性气候，光照充足，年平均气温7.6 ℃，年降水150～203 mm，降雨主要集中在6-9月，年蒸发量1 857 mm以上。试验田以前为盐碱撂荒地，“十二五”国家科技支撑计划项目开展的盐碱地改良试验，将撂荒地成功改良，经过多年的水稻种植已达中产田。试验小区选择多年稻田，采用引黄灌溉。土壤有机质含量8.95 g/kg；全盐含量3.5 g/kg；pH值为8.25；碱解氮含量46.38 mg/kg；速效磷含量9.15 mg/kg；速效钾含量256.98 mg/kg。耕层20 cm，每年秋季犁地。

1.2 试验方案及观测项目

采用田间小区对比设计，统一采用插秧的方式，每个小区插秧密度和化肥施用量相同，在水稻的返青期设置3个梯度的水层深度：20 mm的浅水层(T1)、35 mm的中水层(T2)、50 mm的深水层(T3)，水稻的分蘖、拔节孕穗、抽穗开花、灌浆及黄熟期3个处理的水层管理深度一致，每个处理重复3次。为避免其他因素对试验产生影响，生育期内及时控制和防治病虫害，对试验小区进行精细化管理。

2016年4月4日进行激光平地，4月17日进行播肥(二铵10 000 kg/hm2，复合肥10 000 kg/hm2，氮肥3 340 kg/hm2)，4月28日进行灌水，在灌水前打高埂，埂高50 cm，为防止水侧渗，埂上覆膜。按试验设计规划试验小区，每个小区面积30 m2(5 m×6 m)，小区间隔1 m。每个试验小区由控水阀门控制进水，小区中固定刻度尺用于观测水层深度；小区旁边开有副渠和排水口，以精准控制每个小区的水层深度。采用人工插秧，密度与当地水稻田一致，5月24日插秧。

(1)进水量：在进水口安装无喉量水堰，架设旋桨式流速仪监测每个小区进水口水的流速，利用水的平均流速和过水断面积的乘积计算每个小区的进水量。

(2)水层深度：每天9∶00和16∶00通过刻度尺观测水层深度，下雨后及时进行排水以保持试验区设计的水层深度。

(3)生长指标及产量：为减小误差采用定株观测，每个小区设定3个点，每个点设定10丛，观测和统计保苗率、株高、穗长；每个小区取1 m2的水稻单独收割后测产。

(4)含盐量：采用m(土)∶V(水)=1∶5与去离子水混合后，充分震荡摇匀并过滤，取上清液，采用S230电导率仪测定电导率，土壤全盐含量利用电导率与全盐之间的关系进行计算[11]：

SCC=3.51EC1∶5+0.38

(1)

式中：SCC为全盐量，g/kg；EC1∶5为上清液的电导率，mS/cm。

2 结果与分析

2.1 不同处理对稻田根层土壤盐分的影响

试验区土壤中的盐分为易溶盐，耕作层盐分含量低，蒸发强烈时会导致盐分聚集在地表，盐分也能随水分的渗流迁移到土壤深层，主要受土壤水和地下水的影响[12]。插秧之前整地泡田已将盐分降低到适宜作物生长的范围。不同处理对水稻耕层盐分动态变化的影响如图1所示，4月1日为整地之前盐分的含量。

图1 各处理对稻田根层土壤盐分的影响Fig.1 Effects of different treatments on rice root layer soil salt

由图1可以看出：插秧后的返青期内，各处理的土壤盐分都低于种植前(P<0.01)，表明灌溉淋洗能抑制土壤返盐，淋盐效果显著(P<0.01)；不同处理间脱盐效果存在差异(P<0.05)，相同时期，T3处理的盐分含量最低，T1处理的盐分含量最高，由此可见，随灌水量的增加盐分含量逐渐降低，表明水稻返青期适当的淋洗能有效控制土壤盐分的累积。

2.2 不同处理对水稻生长指标及产量的影响

不同处理对水稻生长及产量的影响如表1所示。

表1 各处理对水稻生长及产量的影响Tab.1 Effects of different treatments on rice growth and yield

注：不同英文小写字母表示各处理在0.05水平差异显著，下同。

由表1可以看出：各处理对水稻生长及产量的影响不同，T2处理的保苗率最高，T1和T3处理保苗率差别不大；T3的株高最高，表明浅水层会抑制株高的生长；T2的穗长最长、千粒重最重、产量也是最高的。造成T1和T3的保苗率低于T2处理的原因有：①试验区五月份气温不稳定，导致秧苗受冻，影响保苗率；②水层中氧的含量较低，长时间保持深水层会造成秧苗心缺氧，水稻根系不能正常深入土壤，造成漂苗，影响保苗率。

2.3 不同处理对灌溉水分生产率的影响

水分生产率指消耗单位水量所产生的稻谷重量，是衡量水资源利用率的重要指标，宁夏引黄灌区水稻水分生产效率平均为0.44 kg/m3[13]。水稻返青期，T1、T2、T3的灌水量分别为3 030、3 165、3 420 m3/hm2。各处理对灌溉水分生产率的影响如表2所示。

表2 各处理对灌溉水分生产率的影响Tab.2 Effects of different treatments on irrigation water productivity

由表2可以看出：T2的产量最高，T3次之，T2最低；T2的水分生产率最高，T1次之，T3最低，表明灌水量和产量不成正比关系，适当的控制灌水能提高产量。

3 讨论与结论

秧苗移栽后缓冲期大约为4 d，水层太深，会淹没心叶，透气性不好，成活缓慢甚至烂秧。另外，水层中氧的含量很低，长时间深水会造成秧苗心缺氧，水稻根系不能正常深入土壤，造成漂苗。而水层太浅，有些地区气温不稳定，会导致秧苗受冻，抑制根系的生长甚至死苗。因此，适时控灌节约水的同时能促进水稻生长发育。土壤温度对水稻的生长和发育起着直接作用，经常添水会导致水温低土壤温度也低，水的热容量高，稻田保持一定的水层可以保持几天内水温不产生大的浮动土壤温度也较恒定，利于水稻的生长发育。水稻整个生育期内的非关键需水期，通过合理供水能够改善根系土壤中的水、气、热、养分状况，促进水稻生长[14]。

盐碱地种植水稻传统灌溉采用大水漫灌，降低水稻根区可溶性盐分的浓度[13]，脱盐效果显著，但带来的潜在问题也不容忽视，长时间大水漫灌会导致地下水位的升高，导致土壤次生盐渍化的发生，不利于作物的生长发育，不仅浪费水资源而且不利于农业资源的高效利用。因此，水稻地灌水要适量，并不是越多越好。在本试验中，T2处理一定程度上抑制了水稻的株高，产量高于T1处理，水分生产率高于T3，张爱华等[15]也通过水稻试验证实了控制灌溉的这些优点，控制灌溉虽然抑制了水稻地上部分的生长但保障了水稻的稳产。T2的灌溉水分生产率最高，为0.51只比宁夏引黄灌区平均值0.44 kg/m3高13.7%，这可能是因为试验区以前是撂荒盐碱地，后经改良达到中产田，产量不及高产田。但有学者[16]研究结果表明：返青期的水层20 mm为宜，这可能是地域或水稻品种不同造成的。依据试验结果，水稻返青期水层深度35 mm处理的效果最佳。

返青期水稻水层的控制对地势要求较高，试验田不平难以进行水层管理，而且水层深度的控制管理需要人力的投入，会增加投入成本，但水稻返青期仅有4～6 d，时间短。田块较小容易控制水层深度，但大面积种植推广时存在一定的局限性，如何利用计算机控制和遥感等技术，根据反馈的信息进行定量化灌溉将是下一步研究的重点。

本研究以水稻返青期水层深度为控制因素，研究了返青期不同水层深度对后期水稻生长及产量的影响，主要得出了以下结论：①保苗对水稻增产起决定作用，返青期水层深度过低会导致秧苗受冻，过高导致根系缺氧不利于根系的生长发育，影响保苗。因此，水稻返青期水层深度要适宜，依据本试验结果，宁夏银北地区水稻返青期水层深度适宜深度为35 mm。②盐碱地水稻种植灌水量与土壤脱盐效果呈正比，但长时间大水灌溉会导致地下水位的升高，容易引起土壤次生盐渍化，影响产量。因此，施行适时控灌，节水的同时又能促进水稻生长发育，提高产量。

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