控制灌溉对水稻生长性状及产量的影响

马文慧，孙书洪，2*，韩晓楠，薛铸，2

（1.天津农学院水利工程学院，天津 300384；2.天津市农业水利技术工程中心，天津 300384）

天津市水稻种植历史悠久，目前水稻年种植面积已达6 万hm2以上[1]。水稻为一种喜湿耐淹作物，生育期内需要消耗大量水分，水资源不足是制约水稻种植的主要瓶颈[2]。天津市干旱缺水严重，用于水稻灌溉的水资源量十分有限。此外，水稻不同生育阶段对水分的需求不尽相同，长期处于淹灌状态会导致根层土壤环境恶化，不利于水稻根系呼吸和发育，对水稻生长发育造成一定的负面影响[3]。研究表明，适宜的节水灌溉技术对水稻增产具有促进作用[4，5]。水稻全生育期适当控制灌溉，不仅可使水分利用效率提高，还可使水稻植株和根系长势更好，产量明显提高，能够达到节水高产的目的[6]。水稻控制灌溉较淹水灌溉可节约用水14.6%，控制灌溉处理下水稻根系的吸氧能力得到明显改善，有效分蘖数增加，产量提高7.8%[7]。津原89 为耐盐碱性强的水稻品种，具有耐旱、抗倒伏、高产、高品质等优点，目前已成为京津冀地区面积较大的主栽品种之一，也为天津小站稻高产起到了重要的支撑作用。而截至目前，有关天津滨海地区控制灌溉对该品种生长性状以及产量的影响研究鲜有报道。对不同灌溉处理下水稻的生长性状及产量进行研究，旨为水稻节水高产技术的制订提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年5～10 月在天津市滨海地区农业节水研究中心试验站进行。基地位于天津市静海区团泊镇，属河道冲积平原地区，每年降雨多集中在7～8月；不同深度的土壤基本性状略有不同（表1）。

表1 试验地土壤的基本性状Table 1 Basic characteristics of soil in the test site

1.2 试验材料

参试水稻品种为津原89。水稻全生育期划分为苗期、返青期、分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期和黄熟期。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验测坑规格为1.2 m×0.9 m×1.0 m，每测坑栽插水稻24穴，6 株/穴，行距30 cm，穴距15 cm。各小区在返青期均保持薄水层返青活棵；进入返青期后，采取不同的灌溉方式处理，试验灌溉方式设控灌1、控灌2、控灌3 和淹灌（CK）4 个处理（表2），3 次重复。每隔2 d 用PR2 土壤水分速测仪测定1 次土壤含水量，灌水前和降雨后加测。采用水表计量灌水量，并记录灌水日期、水表读数和灌水次数。

表2 不同灌溉处理土壤水分控制的上下限Table 2 Upper and lower limits of soil moisture control under different irrigation treatments

2020 年5 月24 日插秧，10 月8 日收获，水稻全生育期137 d。肥料采用尿素（N 含量46%）和复合肥（N、P2O5、K2O 含量分别为24%、20%和10%），施肥时间和施肥量（表3）与当地生产一致。

表3 施肥时间和施肥量Table 3 Fertilization time and amount

1.3.2 测定项目与方法 每测坑选择有代表性的5 穴进行标记，测定株高和分蘖数。其中，株高每7 d 测量1 次；分蘖数在分蘖初始期每4 d 统计1 次，分蘖高峰期每2 d 统计1 次。水稻收割前，统计有效穗数、穗粒数和空粒数；水稻成熟后，每处理单独收获并测产，统计千粒重，计算灌溉水利用效率：

式中，WUE 为灌溉水利用效率（kg/m3）；Y 为产量（kg/hm2）；IRR为灌溉水量（m3/hm2）。

1.3.3 数据处理与统计分析 采用Microsoft Excel 软件对试验数据进行统计分析，并绘制图表；采用SPSS 26.0 软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 控制灌溉对水稻株高的影响

缺水是制约水稻生长发育的主要因子之一，植株生长对土壤水分亏缺反应敏感，其中株高反应尤为强烈。

不同的灌溉处理下，水稻株高变化趋势基本一致，均呈现增加后降低的变化，表现为分蘖期至乳熟期呈逐渐增加趋势，乳熟期达到最高，之后略有降低（图1）。水稻整个生育期，不同灌溉处理的株高顺序均为控灌3＜控灌2＜控灌1＜淹灌。表明控制灌溉在一定程度上对水稻的株高生长起到了抑制作用，且这种作用贯穿于整个生育期。

图1 控制灌溉对水稻株高的影响Fig.1 Effect of controlled irrigation on rice plant height

2.2 控制灌溉对水稻分蘖数的影响

不同的灌溉处理下，水稻分蘖数变化趋势基本一致，均呈先增加后降低的变化，表现为返青期至分蘖后期呈逐渐增加趋势，分蘖后期达到最高，此时指标值顺序为淹灌＞控灌1＞控灌2＞控灌3；之后分蘖数呈逐渐降低趋势，其中控灌1 和控灌2 处理降低缓慢，淹灌处理降低最快，最终，控灌1 处理的分蘖数最多，控灌2 与淹灌处理相当，控灌3 的分蘖数最少且＜淹灌处理（图2）。

图2 控制灌溉对水稻分蘖数的影响Fig.2 Effect of controlled irrigation on number of tillers of rice

控灌1、控灌2、控灌3 处理的有效分蘖率分别为87.7%、86.6%和84.1%，均明显＞淹灌处理（75.0%）。分析原因认为，淹灌处理下水稻整个生育期均处于淹水状态，根部通气性差，阻碍了根系发育和吸收更多养分，导致无效分蘖数增多，最终有效分蘖率最低；而控灌处理可不同程度地抑制无效分蘖，增加有效分蘖，从而分蘖成穗率提高。

2.3 控制灌溉对水稻产量及其构成因素的影响

不同的灌溉处理下，水稻穗长顺序为控灌1＞控灌2＞控灌3＞淹灌，其中控灌1 与控灌2 处理差异不显著，但二者均与淹灌处理差异达到了显著水平，表明控灌1 和控灌2 处理可明显促进穗长生长；有效穗数顺序为控灌1＞控灌2＞淹灌＞控灌3，其中控灌1 与控灌3 处理差异达到了显著水平，但不同控制灌溉处理与淹灌处理差异均不显著，表明控灌1 和控灌2 处理可促进有效分蘖数增加；穗粒数和千粒重顺序均为控灌1＞控灌2＞控灌3＞淹灌，结实率顺序为控灌1＞控灌2＞淹灌＞控灌3，但差异均不显著，表明控制灌溉对穗粒数、千粒重和结实率影响均不明显，其中控灌1 和控灌2 效果较好，有利于穗粒数、千粒重和结实率的增加；产量顺序为控灌1＞控灌2＞淹灌＞控灌3，其中控灌1 与控灌2 处理差异不显著，分别较淹灌处理增产8.5%和4.14%（表4），表明控灌1 与控灌2 处理的产量相当，均有利于水稻增产。控灌3 和淹灌处理的产量较低，原因可能是水分过低或过高抑制了养分的吸收和利用，进而影响产量的提高。而控灌1 和控灌2 处理的产量相对较高，与适当控制灌溉后有效减少了水面蒸发，土壤通透性较好，更利于养分吸收有关。总体来看，控灌1 处理效果最好，控灌2 处理次之，均能够提高水稻产量及其构成因素水平，但二者所有指标差异均不显著。

表4 控制灌溉对水稻产量及其构成因素的影响Table 4 Effect of controlled irrigation on yield and its components of rice

2.4 控制灌溉对水稻灌水量和灌溉水利用效率的影响

不同的灌溉处理下，水稻灌水量顺序为控灌3＜控灌2＜控灌1＜淹灌，控制灌溉处理较淹灌处理节约用水15%～21%；灌溉水利用效率为控灌1＞控灌2＞控灌3＞淹灌（表5）。淹灌处理水稻灌水量最大，而产量并非最高，导致该处理下灌溉水利用效率最低。控灌3 处理的节水效果最好，但产量低于淹灌处理，因此灌溉水利用效率也不高。适当控制水分的控灌1 和控灌2 处理灌溉水利用效率较高，尤以控灌1 的效果最好。

表5 不同灌溉处理的灌水量及灌溉水利用效率Table 5 Irrigation amount and irrigation water use efficiency of different irrigation treatments

3 结论与讨论

在水稻生长过程中进行适当的水分调控，能够促进水稻对营养成分的吸收，进而对水稻生长特性有着至关重要的影响[8]。郭相平等[9]研究表明，与淹灌相比，节水灌溉对水稻株高生长起到了一定的抑制作用，但可提高有效分蘖率和成穗率；刘江彪等[10]研究发现，整个生育期节水灌溉的水稻株高均低于淹灌，水稻分蘖数均呈先增加后减少的趋势，水分状况的调节仅仅是影响了增加或减少的幅度，从而影响有效分蘖率和成穗率。本研究也发现，不同的灌溉处理下，水稻株高生长趋势基本一致，返青期至抽穗开花期为株高增长迅速期，而后趋于稳定；控制灌溉处理的株高低于淹灌处理。在水稻增长关键期控水严重，对株高生长有一定的抑制作用；分蘖中期之后，淹灌处理的分蘖数最高，控灌3 处理的最低，分蘖后期至黄熟期分蘖数呈现下降趋势，控灌处理的分蘖数降低程度明显低于淹灌，说明控灌能够抑制水稻无效分蘖，提高成穗率。

适宜的水分胁迫下水稻无效分蘖减少，有效穗数增加，结实率相对淹灌也有所增加，从而有助于产量的提高[11～13]。孟翔燕等[14]研究表明，淹灌、控制灌溉与浅湿灌溉处理的水稻生长性状变化趋势一致且差异不大，在水稻不同生育期进行适当的水分控制，不仅能提高灌溉水分生产效率，还能提高产量。刘艳等[15]研究表明，干湿交替灌溉在水稻生长后期更利于同化物的输出，进而促进组成产量的各项指标达到最优状态。本研究结果表明，不同的灌溉处理对水稻产量影响较大，其中，适当控制水分的控灌1 和控灌2 处理分别较淹灌处理增产8.50%和4.14%，而水分胁迫严重的控灌3 处理减产2.28%。

在作物生产上，适当控水可以达到节水、增效的目的。本研究结果表明，控灌处理较淹灌处理节水15%～21%，其中控灌3 处理最省水，但产量最低。适当控制土壤水分条件的控灌1 和控灌2 处理，产量均较高且差异不显著，灌溉水利用效率也相近。综合分析认为，控灌2 处理效果最好。