盘锦灌区节水灌溉对水稻及稻田生态环境的影响

申祺　钟顺成　朱紫檀　张晓宁　黄裕普　孙驰

摘  要：盘锦市水资源形势严峻，在水稻生产中发展节水灌溉是应对水资源短缺的有效措施。总结了盘锦灌区应用的水稻节水灌溉模式，综述了节水灌溉对水稻生长发育、产量的影响及对稻田生态环境的影响，并对节水灌溉技术的研究趋势进行了展望，以期为水稻生产提质增效、水稻绿色栽培提供理论和实践依据。

关键词：盘锦灌区;节水灌溉;水稻;稻田生态环境

Effects of Water-saving Irrigation on Ecological Environment of Rice and Paddy Fields in Panjin Irrigation District

SHEN Qi ， ZHONG Shun-cheng ， ZHU Zi-tan ， ZHANG Xiao-ning ， HUANG Yu-pu ， SUN Chi

（Liaoning Institute of Saline-Alkali Land Utilization， Panjin Liaoning 124010， China）

Abstract： The situation of water resources in Panjin City is severe. Developing water-saving irrigation in rice production is an effective measure to deal with the shortage of water resources. This paper summarizes the application of water-saving irrigation models for rice in Panjin Irrigation District， summarizes the effects of water-saving irrigation on rice growth， yield and ecological environment， and prospects the research trend of water-saving irrigation technology， in order to provide theoretical and practical basis for improving the quality and efficiency of rice production and the green cultivation of rice.

Key words： Panjin Irrigation District; Water-saving irrigation; Rice; Ecological environment of rice field

水稻是我國重要的粮食作物之一，其生产耗水量大且水分利用效率低，会造成水资源浪费。盘锦市是辽宁省主要的盐碱地水稻产区，具备发展优质水稻生产的生态条件和物质基础[1]，然而该区域年蒸发量大于降水量，且农业灌溉每公顷用水量远低于辽宁省平均水量，水资源不足[2]。发展节水灌溉是应对水资源短缺的有效措施，节水灌溉技术通过改变原有的水循环规律，可对水稻生长发育和稻田生态环境产生重要影响。针对盘锦灌区区域缺水的状况，开展节水灌溉对水稻及稻田生态环境影响的研究，对缓解水资源供需矛盾、实现水稻提质增效和绿色栽培[1]、保障粮食安全具有重要意义。

1  水稻节水灌溉技术模式

水稻是盘锦灌区的主要农作物，种植主要分布在盘山灌区和大洼灌区，对应采用的节水灌溉技术主要为控制灌溉[3]和间歇灌溉。

1.1  控制灌溉

控制灌溉以水稻各生育阶段水分敏感程度为依据调节灌溉供水量[4]，水资源消耗量低，且消耗结构更加合理[5]，其技术要点为：返青期田间保持1～2 cm浅水层，其他生育阶段将土壤含水率控制在土壤饱和含水率的60%～80%，上限为饱和含水率[4]。

1.2  间歇灌溉

间歇灌溉是按一定时间间隔向沟或畦供水，利用波涌流在沟畦里推进以湿润土壤的灌水方式[6]。针对盘锦灌区盐碱地的特点，实施浅湿结合、适时烤田的灌溉技术，具体技术要点如下：

返青期田间保持5～6 cm水层。分蘖期实行浅湿间歇灌溉，即一次灌水3～5 cm，直到表层土壤含水量为饱和含水量的70%～80%时再进行下一次灌水;灌区最长间歇时间为4～6 d。分蘖末期根据水稻的分蘖进程适时排水烤田，排水烤田可对控制无效分蘖、促进生理转化、改善根际土壤条件、防治黑根和预防生育后期根系早衰起到重要作用。抽穗开花期田间水层可控制在5～6 cm，但针对土质偏黏、潜水位偏高的情况应安排1～2次晒田。灌浆成熟期实行间歇灌溉模式，同时注重改善土壤通透性，最终实现活秆成熟。

此外，为使浅湿灌溉技术具有良好的针对性和适应性，辽宁省盐碱地利用研究所又提出强度间歇灌溉和轻度间歇灌溉两种模式，分别应用于灌排条件好、土壤肥力高的区域和灌排条件较差、土壤肥力一般的区域[7]。

2  节水灌溉对水稻生长发育和产量的影响

2.1  控制灌溉对水稻生长发育和产量的影响

控制灌溉会对水稻不同生育阶段的生长发育产生影响。蒋天琦[8]研究发现，控制灌溉条件下粳稻在分蘖期、拔节期、开花期、乳熟期和完熟期的根体积比淹水灌溉高。王秋菊等[9]研究发现，控制灌溉提高了水稻分蘖盛期、孕穗期、齐穗期、灌浆中期和成熟期的根系干重。陈伟[10]以辽宁中部地区为例，对水稻的分蘖、拔节孕穗、抽穗开花和乳熟四个生育阶段进行控制灌溉，发现控制灌溉提高了水稻分蘖期、拔节期的株高和抽穗期、乳熟期的分蘖数。李蔚然等[11]于2019年在实验基地农田进行节水灌溉初步试验，控制灌溉和淹水灌溉方式下水稻生育期各项指标对比表明，控制灌溉可增加水稻根系长度和穗长、提高有效穗数。

许多研究表明，控制灌溉使水稻增產。陈伟[10]研究发现，抽穗期和乳熟期连续控制灌溉提高了水稻产量。李蔚然等[11]和李丹等[12]的研究表明，全生育期采用控制灌溉技术能够提高水稻产量。增产的主要原因是：控制灌溉一方面充分发挥了水稻生长的补偿效应，促进了根系发育;另一方面使水稻有效分蘖加快形成，有效穗数提高，水稻大穗形成及籽粒充实得到保证，结实率和粒重增加[4]。

2.2  间歇灌溉对水稻生长发育和产量的影响

间歇灌溉也会对水稻不同生育阶段的生长发育和产量产生影响。刘宇锋[13]的研究表明，间歇灌溉处理提高了水稻全生育期的根系活力、单株根干重、单株根体积，降低了拔节期、抽穗期和乳熟期的水稻单株根数。张绍文[14]试验发现，间歇灌溉生育后期根干重及地上部干重大于淹水灌溉处理，间歇灌溉全生育期根冠比、根直径和表面积高于淹水灌溉处理。周峥嵘等[15]发现，间歇灌溉处理下的水稻孕穗期单株根干重、根体积和根冠比低于淹水灌溉处理，总粒数、实粒数、结实率和产量也低于淹水灌溉处理。因此，有关间歇灌溉对水稻根系、产量的研究，结果未必一致。

3  节水灌溉对稻田生态环境的影响

3.1  减轻水体污染

由于稻田过量施用肥料，氮、磷等元素随稻田渗漏水和地表排水流失，会导致水体污染[6，16]。节水灌溉不仅能减少随稻田渗漏水和地表排水流失的氮、磷浓度（减少幅度为20%～40%）[16]，且能有效减少多环芳烃在地下水中的浸出量[17]，还能提高植株、稻谷、秸秆的氮利用率[18]，从而减轻水体污染。

3.2  改善土壤理化性质

土壤性状主要包括物理性状（颜色、质地、团聚体组成、含水量、容重、总孔隙度等）和化学性状（酸碱度、有机质含量、电导率、盐分总量、有机质的化学组成、全量矿质元素含量等）。节水灌溉能够对土壤的理化性质产生影响，湿处理后土壤毛细管变湿，引起土壤团聚体膨胀裂解，促进有机质分解，增加土壤养分磷和钾的含量;控制灌溉能抑制土壤水分蒸发，保持土壤的含水率，具有保墒的作用[6]。

3.3  改善田间小气候

节水灌溉技术对土壤温室气体排放产生影响，导致稻田的气温和湿度均发生变化。节水灌溉条件下，土壤经常与空气接触，使得土壤通透性增强，土壤含氧量增加，土壤好气微生物活跃，有机质分解增多，矿化速度提高，土壤的氧化还原电位提高，厌氧菌生长受到抑制，甲烷菌的产生和生存环境受到破坏，使稻田的温室效应降低[19]，改善田间小气候[6]。

3.4  减轻水稻病虫害

近年来，盘锦灌区水稻主要病虫害为稻瘟病、纹枯病、稻飞虱和二化螟。节水灌溉通过合理安排灌排水次数，改变稻田高温高湿的状况，降低株间空气湿度，增大水稻成长期间的昼夜温差，抑制病原菌的繁殖与传播，从而减少病虫害的发生率、减轻病虫害[6，20]。

4  节水灌溉技术研究趋势展望

灌溉方式对水稻和稻田生态环境的影响较为复杂，涉及多种因素（作物、土壤和气象等）。发展兼顾经济性与生态性的节水灌溉技术，应考虑区域水源状况、水稻品种、种植结构、土地规模、土壤状况、生产习惯、农业生产者等因素[21，22]。接下来可对水稻节水灌溉技术加强以下几个方面的研究：

一是考虑水资源量的转化关系，并根据水稻不同生长时期的需水量，对水稻各生育阶段灌溉水量进行优化配置，从而提高灌溉用水效率。灌溉过程中大气降水、地表水和地下水之间具有转化关系。水稻生长初期、快速生长期、生长中期和成熟期的需水量分别为107.2 mm、172.8 mm、247.9 mm和77.0 mm，全生长季作物需水量均值为605.1 mm[23]。

二是研究节水灌溉对水稻根系的形态和构型特性的影响[4]。水稻吸收水分可能取决于根系的形态和构型，因此需要研究根的形态学特征。

三是探明节水灌溉条件下水肥耦合效应对水稻根系生长和产量的影响及其机理[24]。目前关于水肥耦合对水稻根系影响的研究还比较少，水分和养分又是决定水稻产量的两个重要因素，适宜的水肥耦合模式可通过调控稻田根际氮形态和溶氧量等环境因子，促进良好根系形态构建，进而提高水稻群体质量和产量[25]。

四是充分利用计算机设备[26]，并加强产学研合作，围绕产业链，通过建立实质性利益联结机制，推动高校、科研院所等科研机构与企业进行多目标、多学科深度合作，解决制约节水农业产业发展的关键问题。

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收稿日期：2022-08-31

作者简介：申祺（1993-），女，研究实习员，主要从事农田水利方面研究。