南方地区超级杂交水稻田间灌溉排水管理最优化研究

李桂元，李康勇，胡春艳

(湖南省水利水电科学研究院，长沙 410007)

水稻是我国南方地区种植面积最大的粮食作物，也是灌溉需水量最大的农作物。南方地区传统灌溉模式为“薄、浅、湿、晒”模式，即薄水养兜、浅水灌溉、湿润为主、落水晒田。这是20世纪80年代后期逐步推行的一种节水灌溉模式，已被广大农户较普遍采用，具有一定的代表性[1-3]。近年来针对水稻耐旱性能和耐淹性能的试验研究不断增加，又可称之为“调亏灌溉”和“调蓄灌溉”，其核心是充分利用水稻耐旱特性，在干旱期间适度推迟灌水，即当田面水深(或者土壤含水量)到达下限值时才灌水，从而达到减少灌水次数及灌水量[3-8]。我国南方地区，水稻生育期天然降雨丰沛，利用稻田田坎拦蓄降雨，可延迟灌水，减少灌水次数，节省灌溉水量[9]。显然，每次降雨稻田拦蓄的田间水深越深，所需要的灌溉水量越少，但长时间维持田间高水位，不利于作物生长。

超级稻，以其耐旱、耐淹性能好、抗病虫害、产量高等优良品质越来越被广大农民所喜爱，种植面积越来越大。但超级稻种植目前尚处于试验推广阶段，针对超级稻的节水增产灌溉制度实验研究尚不多见。超级稻各生育期的需水特性、其耐淹、耐旱水深、不同灌水模式对其产量与品质的影响等这些问题对于超级稻的种植与推广都很重要，开展超级稻田间灌溉排水管理模式研究，提出一套成熟的节水增产灌溉制度，实现超级稻大面积推广节水增产，是广大农户的现实需要[1-2]。本研究通过研究超级稻早稻的耐淹和耐旱特性，即通过试验测试稻田水分下限值和降雨时最大可拦蓄的田间水深上限值，设计了轻度、中度、重度3种程度耐淹水深和3种田间水分“亏缺”程度，以提出优化的田间灌溉排水管理模式，达到节水增效的目的。

1 材料与方法

本研究选择超级稻早稻开展试验研究，试验于2017年进行，早稻品种为株两优189，全省生育期为111 d。

1.1 试验场地准备

为使实验研究成果具有大田推广应用价值，实验场地应该既具有大田相一致的水肥条件，灌溉排水条件，同时又具有完善的田间灌溉排水计量设施、田间水层深度及土壤含水量测量设施(当田间水层深度为0时)。为此，在湖南省灌溉试验中心站春华试验区内，选择一块水田，建设水稻大田灌溉试验小区。实验小区有长方形水稻试验田15块，每块15 m，宽9 m，每块试验田设水表一块，能够精确记录每次灌溉供水量；设放水阀门2处，可视田间耐淹水深试验需要排水，精确控制田间水深。试验田块间采用C25混凝土隔墙，隔墙总高度为1.8m，从而保障各田块间水肥条件各自独立，便于不同试验方案间的比较。 以试验区上游2处山塘作为灌溉水源，埋设灌溉输水管道，设水泵加压，实现管道供水灌溉。

1.2 灌溉排水方案设计

为探究超级稻耐旱、耐淹特性，本研究设计了7种灌溉排水管理模式：1种作为对照的传统“薄、浅、湿、晒”模式，3种不同程度缺水的耐旱模式及3种不同程度稻田拦蓄利用天然降雨的耐淹模式，其中对照组3个重复，耐旱模式和耐淹模式每个处理2个重复。

水稻灌溉排水管理模式可由3个参数描述：灌水参数、每次灌水量、排水参数。hmin是指田面水深(当水深为0时，以田间土壤含水量表示)的下限值。当田面水深低于hmin时，就需要灌水，因此，hmin是确定什么时候应该灌水的参数。hmax是指田面蓄水上限指标。即当遇到降雨稻田拦蓄利用的田间水深适度值的上限。当田面水深高于该限值时，就需要排水，因此，hmax是确定降雨期间什么时候应该排水的参数。h是指每次灌水量。以灌水形成的田面水层深度表示。

水稻生育期可分7个阶段，每个阶段的一组hmin、h、hmax构成全生育期的灌溉排水模式。通过实验确定各个生育期什么时候应该灌水(hmin)、每次灌水量(h)及当遇到降雨水田可以拦蓄利用的最高田间水位(hmax)。本课题以目前通行的 “薄、浅、湿、嗮”常规灌溉模式为对照组，在水稻极限耐旱和极限耐淹情况下各选取3种灌溉模式，形成共7种灌溉模式，同期开展灌溉试验(表1、表2)。水稻品种、育秧、移栽、密度、植保、用肥、施农药等技术措施以及基础地力相同的条件下，以便从中优选一种既有利于节水又有利于增产的灌溉模式。

1.3 观测指标及方法

严格按照灌溉排水模式设计参数进行试验田间灌溉排水管理。对所有实验田块，每天一次观测田面水深。若田面水深大于0，则用钢卷尺测水深；若田面水深小于0，则取田间10 cm土壤测量含水量并做好记录。

对15块试验田的水稻生长态势开展动态观测。记录水稻各生育期重要时间节点的株高及分蘖数据。利用数码相机水稻不同生育阶段及土壤水分达到灌水下限时的田间土壤表现及水稻长势。

表1 水稻耐旱试验(调亏灌溉)灌溉排水模式参数表Tab.1 Irrigation and drainage patterns of drought tolerance experiment of rice

表2 水稻耐淹试验(调亏+调蓄)灌溉排水模式参数表Tab.2 Irrigation and drainage patterns of flooding resistance experiment of rice

注：表中单位以mm计，Tmin指田面适宜水层下限，即灌溉控制水深(田间土壤含水率)，低于此水层深，即须开始灌水。Tmin=-5，表示田间土壤含水率为饱和持水率的80%，田中光脚轻踩不占泥；Tmin=-10，表示田间土壤含水率为饱和持水率的60%，田面部分露白、田中开细坼；Tmin=-15，表示田间土壤含水率为饱和持水率的50%，田面普遍开坼。田间土壤水分以仪器测定为准。T为每次灌水至田面水层深；根据田块面积换算，每次灌水量为：4.0(返青期)、5.34 m3。Tmax为田面水层上限(耐淹水深)。即高于此水层深，田间开始排水。

2 结果与分析

2.1 水稻生长态势

不同灌溉模式超级稻各生育期株高平均值分别如表3所示。表3显示7种灌溉排水模式，水稻株高有较明显差异。其中耐淹模式Ⅱ平均株高终值最大，为95.7 cm。其次为常规模式及耐旱灌溉模式Ⅰ和Ⅱ。耐旱模式Ⅲ水稻平均株高终值最小，为93.7 cm。说明耐旱模式Ⅲ与耐淹模式Ⅲ均不利于水稻生长。

在分蘖前期，3种耐淹灌溉株高增长相对较快，5月13日与5月27日两次测量差值分别为18.4、19.1、18.4，此后，3种耐淹灌溉株高增幅逐渐被常规模式及耐旱模式Ⅰ反超。说明超级稻返青至分蘖前期对耐淹确实不很敏感，耐旱性能差别大，此期间不宜采用“调亏”灌溉。

表3不同灌溉模式超级稻各生育期株高 cm

7种灌溉模式下超级稻生育期分蘖观测见表4。表4显示不同灌溉排水模式对分蘖数影响较大，其中耐旱模式Ⅱ及耐淹模式Ⅱ分蘖数最大，分别为11.6、11.5，其次为耐淹模式Ⅱ，为11.5；耐旱灌溉Ⅲ及耐淹灌溉Ⅲ分蘖数最小，分别为10.9、10.7；只有耐旱灌溉Ⅰ和Ⅱ、耐淹灌溉Ⅰ这3种灌溉排水模式的水稻分蘖数比对照组稍大。说明适度调亏灌溉对水稻分蘖有促进作用，重度调亏灌溉模式及深度调蓄模式均不利于水稻分蘖。

2.2 水稻产量

测产结果表明(表5)，耐旱灌溉模式Ⅱ产量最大，为6 226.5 kg/hm2，耐淹模式Ⅱ次之，为6 163.5 kg/hm2。分别较常规模式增产3.7%、2.6%。耐旱模式Ⅲ及耐淹模式Ⅲ产量最小，分别为5 761.5、5 659.5 kg/hm2，分别较常规模式减小4.1%、5.7%。

表4 超级稻各生育期分蘖均值记录表 棵/兜

表5 超级稻测产结果Tab.5 The result of yeild of rice

2.3 灌溉水量

不同灌溉模式水稻各生育期灌水量统计情况如表6所示。试验结果显示：①不同灌溉模式的灌溉用水量差异很大。说明研究、推广超级稻节水增产灌溉排水管理技术具有显著的社会经济效益。②传统的“薄、浅、湿、嗮”灌溉模式灌溉需水量最大。试验证明该模式并非人们常说的节水灌溉模式。分析其原因是该模式未能充分利用水稻生育期稻田拦蓄利用天然降雨，水稻生长所需水分基本上需要人工灌溉提供，因而导致灌水次数多，用水量大。③耐淹灌溉模式Ⅱ和Ⅲ的灌溉用水量最少，说明该模式最节水。这是因为该模式既考虑了充分利用水稻的耐旱性能，将灌水参数hmin设计为-10～-15 mm，有效减少了2次灌水，使得水稻生育期灌水次数及灌水量均得到减少，同时，又能利用稻田田埂有效拦蓄天然降雨，减少水稻对人工灌溉水量的需求。

表6 不同灌溉模式水稻各生育期灌水量 m3

3 讨 论

水分是影响水稻生长及产量的重要因素，不同生育期对水分的敏感程度不同，且长期水分亏缺或田面水层过深都会影响水稻生长[10-14]。但研究指出适当的水分亏缺有利于节水和提高水稻产量，这与本试验得出结论一致。但不同研究者对水稻适宜灌水上下限研究得出结论不同。如刘志伟[15]等人在黑龙江对水稻灌水下限研究指出水稻分蘖期和拔节期灌水下限为85%田间含水率时产量最大，王传凯[16]等人在河南省对研究指出灌水下限为50%田间含水率时水稻各生长指标和产量最大，袁德梽[17]等人在甘肃省对水稻研究提出灌水下限为60%田间持水量时水稻幼苗期各生长指标最好，而本试验得出灌水下限为田间持水量60%时，水稻产量及生长指标最大。不同研究者提出灌水下限不同，这是因为灌水下限受土壤性质、地下水埋深及施肥条件等因素影响[18]，因此针对不同地区得出的试验结果也有所不同。目前针对水稻耐淹上限研究还较少，若条件允许，可以开展相应的研究。

4 结 语

通过研究7种灌溉模式对水稻生长及产量的影响，得出以下主要结论。

(1)超级稻田间灌溉排水管理模式(技术)对其生长、产量和全生育期灌溉水量影响很大，在相同的农艺措施及投入条件下，一个好的灌溉排水管理模式可获得节水增产的双重效果。

(2)传统的“薄、浅、湿、嗮”田间灌溉排水管理模式，水稻在各生育期分蘖及株高等主要生长态势指标表现较好，产量也较高，但需灌溉水量也最多。

(3)过度的调亏或调蓄，虽然节水效果较好，但影响水稻生长及产量。水稻生育期田间土壤含水量低于饱和持水量的60%(过度调亏)或稻田田间拦蓄水深大于350 mm(过度调蓄)，水稻产量最低。抽穗杨花生育期过度缺水对水稻整个生育期生长影响最大。

(4)适度的“调亏、调蓄”灌溉排水管理模式是南方多雨地区最佳灌溉排水管理模式，其各生育期生长态势指标及产量均处于较高或最高水平，所需灌溉水量最低。该模式既充分利用了水稻耐旱性能，减少灌水次数，优化田间土肥环境，又很好利用了耐淹性能，最大限度利用了天然降雨，实现节水增产的目的。超级杂交水稻田间灌溉排水管理最优参数为：干旱期“调亏”灌溉时，田间土壤含水量以饱和持水量的60%～80%为宜，不低于60%；降雨期间田间蓄水深度宜控制在250～350 mm，不高于350 mm。

水稻合适的灌溉排水管理参数见表7。

表7 水稻生育期田间灌溉排水管理参数优选结果 m3

注：hmin指田面适宜水层下限，即灌溉控制水深(田间土壤含水率)，低于此水层深，即须开始灌水。田中光脚轻踩不占泥；hmin=-10，表示田间土壤含水率为饱和持水率的60%，田面部分露白、田中开细坼；hmin=-15，表示田间土壤含水率为饱和持水率的50%，田面普遍开坼。田间土壤水分以仪器测定为准。h为每次灌水至田面水层深；hmax为田面水层上限(耐淹水深)，即高于此水层深，田间开始排水。

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