干湿交替灌溉下生物炭对辽宁中部灌区水稻耗水规律和产量的影响

杨 磊，吕子超

(1.沈阳安腾物业服务有限公司，辽宁 沈阳 110003； 2.辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110003)

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2021年在辽宁省灌溉试验中心站(位于辽宁省沈阳市黄家乡)进行。试验站地点为平原地带，属温带大陆性季风气候。供试土壤为中壤土，参考理化指标为：容重1.5 g/cm3，土壤饱和体积含水率为42.2%，土壤全氮0.79 g/kg，速效磷18.1 mg/kg，速效钾88.5 mg/kg，有机质21.7 g/kg，土壤pH值7.3。

1.2 试验材料

供试品种为千重浪2号(沈农9765)，水稻于5月27日插秧，插秧行距为30 cm，株距为14 cm，每穴插3株。水稻施肥和田间管理均按照当地农民的生产管理经验进行。

1.3 试验设计

本试验采用裂区试验设计，两因素(灌溉方式和生物炭)，主区为灌溉方式，2个水平；副区为生物炭处理，2个水平，共4个处理，3重复，共12个小区。每试验小区面积为2 m×3 m = 6 m2。灌溉方式2个水平，分别为常规淹灌CF、干湿交替灌溉AWD，两种灌溉模式的控水标准见表1。生物炭处理2个水平，分别为不施生物炭(B0)和施生物炭10 t/hm2(B10)。

表1 常规淹灌和干湿交替灌溉水层深度和土水势控制下限要求

1.4 测定指标

分蘖：每小区取5穴做标记，作为定点观测植株，分蘖开始后每5 d一次，分蘖高峰期每3 d一次，拔节孕穗期后每生育期测定一次。水稻产量：于10月8日在各试验小区单收单打，分别计量，需折算成谷物含水量为14%条件下的均产量。灌水量：每次灌水后通过各小区单独安装的水表计量各小区灌水量。蒸发蒸腾量：采用带底的渗漏桶每日观测水位差，即为蒸发蒸腾量，渗漏桶高41 cm，上口径40 cm。下口径33 cm。渗漏量：结合带底渗漏桶和小区水位，观测桶内外水位差，即为渗漏量[1-4]。

1.5 数据分析

数据分析SPSS软件进行裂区方差分析，采用LSD法对灌溉模式和生物炭因子进行95%显著性差异检验。

2 结果分析

2.1 对水稻生育期内分蘖数变化的影响

不同灌溉模式和生物炭影响下水稻生育期内分蘖数变化见图1与表2，水稻分蘖数在7月2日达到峰值。对水稻分蘖数峰值进行方差分析，结果表明，灌溉模式和生物炭对水稻分蘖数峰值均有显著影响，两者交互作用对水稻分蘖数峰值无显著影响。与CF相比，AWD降低水稻分蘖数峰值4.50%。与B0相比，B10增加水稻分蘖数峰值6.41%。对末期水稻分蘖数进行方差分析，结果表明，生物炭对水稻末期分蘖数有显著影响，而灌溉模式和两者交互作用对水稻末期分蘖数无显著影响。与B0相比，B10增加水稻末期分蘖数8.08%。

图1 水稻生育期内分蘖数变化

表2 对水稻分蘖数峰值和末期分蘖数的影响

2.2 对水稻产量和灌溉水利用效率的影响

不同灌溉模式和生物炭对水稻产量、灌水量和灌溉水利用效率的影响见表3。灌溉模式对水稻灌水量有显著影响，而生物炭和两者交互作用对水稻灌水量无显著影响。与CF相比，AWD降低水稻灌水量31.4%。生物炭对水稻产量有显著影响，而灌溉模式和两者交互作用对水稻产量无显著影响。与B0相比，B10增加水稻产量7.80%。灌溉模式对水稻灌溉水利用效率有显著影响，而生物炭和两者交互作用对水稻灌溉水利用效率无显著影响。与CF相比，AWD提高水稻灌溉水利用效率44.9%。

表3 对水稻产量和灌溉水利用效率的影响

2.3 对水稻渗漏量，蒸发蒸腾量和耗水量的影响

不同灌溉模式和生物炭对水稻渗漏量、蒸发蒸腾量和耗水量的影响见表4。灌溉模式对水稻渗漏量有着显著影响，而生物炭和两者交互作用对水稻渗漏量无显著影响。与CF相比，AWD降低水稻渗漏量33.8%。灌溉模式和生物炭及两者交互效应对水稻蒸发蒸腾量均无显著影响。灌溉模式对水稻耗水量有着显著影响，而生物炭和两者交互作用对水稻耗水量无显著影响。与CF相比，AWD降低水稻渗漏量21.7%。

表4 对水稻渗漏量，蒸发蒸腾量和耗水量的影响 m3·hm-2

2.4 基于干湿交替灌溉模式和生物炭的水稻最佳灌溉制度

综合考虑水稻产量，耗水规律和灌溉水利用效率，干湿交替灌溉耦合生物炭处理(AWDB10)为水稻节水高产的最佳组合。根据图1水稻生育期内降水量得到水稻各生育期有效降水量，进而得到当前水文年条件下水稻最佳灌溉制度(表5)。全生育期净灌溉用水定额为7542.0 m3/hm2。

表5 基于干湿交替灌溉和生物炭的水稻最佳灌溉制度

3 结 论

相对于淹灌，干湿交替灌溉并未显著降低水稻蒸发蒸腾量，但显著降低水稻渗漏量(表4)，表明干湿交替灌溉能够保证水稻生理需水量，减少无效的水分消耗，这与前人研究结果相似。前人研究表明生物炭能降低水稻渗漏量，本研究中生物炭处理未表现出显著降低稻田渗漏量的作用，但有降低渗漏量的趋势(表4)。较之淹灌，干湿交替灌溉降低了水稻分蘖数峰值(表2)，但并未降低水稻最终分蘖数，这说明干湿交替灌溉最大限度地保证了水稻有效分蘖数。生物炭施用增加了水稻最终分蘖数和产量(表2和表3)，可能的原因是生物炭有较高的含碳量，可促进土壤团聚体形成并增加土壤有机质含量，促进植株根区土壤养分的供给促进植株生长，从而增加产量。本试验结果表明，生物炭在淹灌和干湿交替灌溉两种模式下对水稻耗水规律的影响较为一致。综合考虑，在辽宁中部灌区水稻生产实践中选择干湿交替灌溉下施用生物炭10 t/hm2是提高水稻灌溉水利用效率，增加水稻产量的最佳处理，该处理下的水稻全生育期净灌溉用水定额为7542 m3/hm2。