邱才飞，邵彩虹，关贤交，钱银飞，陈 金，张天玉，彭春瑞

(1.江西农业科学院土壤肥料与资源环境研究所,国家红壤改良工程技术研究中心,农业部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室,江西省农业生态与资源利用重点实验室，南昌 330200；2江西省邓家埠水稻原种场,江西余江 335200)

江西是中国双季稻种植的主要区域，双季稻种植面积和产量分别达到294.44万hm2和1 752.7 万t，其中，晚稻种植面积和产量分别占到双季稻的52.66%和53.21%[1]。晚稻由于稻米品质较好，售价较早稻要高5%～10%(2010-2016年)，且晚稻的产量也较早稻提高10%左右，农民种植意愿和积极性相对较高。水稻是需水量较大的作物，江西省年降水量虽然比较丰富，但60%的降水集中在3-6月的早稻生长季，而晚稻生长季的7-10月降水量只占25%左右[2]，其中，晚稻移栽到幼穗发育阶段正处于高温季节，稻田水分蒸发量大，水分供应较为紧张，传统的水稻淹灌水方式加剧了水分供应的匮缺，在灌水条件较差的地方，极容易出现季节性的干旱，给双季晚稻的生产带来不利影响。已有研究表明，若在水稻生产的拔节期、幼穗分化期和灌浆期等对水分比较敏感时期缺水，会显著降低水稻的结实率和千粒质量，减少有效穗数、每穗粒数和成熟粒率，最终影响水稻的产量和品质[3]。针对这种情况，依据国内外众多学者对稻田非充分灌溉技术及肥水耦合理论进行的大量研究结果，发现在适宜的时期进行适度控水可有效改善水稻田间温光条件[4-5]、强壮稻株根系，提高养分的吸收和利用能力[6-7]，达到“以肥调水”的作用[8]，增加水稻生长后期叶片含氮量和叶面积指数[9]，有利于实现水稻降损丰产。本试验通过设定不同的灌溉方式，研究适宜本地区气候特点的节水灌溉技术，以提高双季晚稻田的降水和灌溉水利用效率，对保持江西省晚稻的可持续发展和保证粮食生产安全具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

在江西省南昌市南昌县广福镇广福村试验田进行试验，该区域属鄱阳湖平原典型的双季稻种植区(东经115°54′51″，北纬28°21′8″)，气候条件适宜，属典型的亚热带湿润气候地带，平均海拔高度25 m，年平均气温17.8 ℃，年平均日照1 574.1 h，年平均降水量为1 662.5 mm，年平均霜期 89 d，该地区主要种植方式为一年两季水稻，供试土壤为赣江冲积物发育的冲积土，耕层土壤养分分别为pH 5.98，有机质26.00 g·kg-1，全氮1.89 g·kg-1，全磷 0.92 g·kg-1，全钾13.60 g·kg-1，碱解氮 186 mg·kg-1，有效磷 52.20 mg·kg-1，有效钾 195 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验设3个处理，即淹水灌溉(T1)，间歇灌溉(T2)和精准灌溉(T3)。其中，淹水灌溉(T1)是在晚稻全生育期保持5 mm以上的水层，直至收获期前5 d断水；间歇灌溉(T2)即是一次灌水50 mm，自然落干后3 d再次灌水；精准灌溉(T3)则在晚稻返青期保持10～30 mm的水层，分蘖初期至80%计划苗数保持田间浅水(1～5 mm水层)，80%计划苗数(每穴8～9苗)至倒2叶露尖期多次轻晒田(晒田程度至田间体积含水量30%，再复水至土壤完全湿润，但无明水)，幼穗分化至齐穗保持田间浅水(1～5 mm水层)，齐穗至乳熟保持田间湿润而无明水，乳熟至成熟保持田间体积含水量35%～40%(土壤体积含水量用WET-2型土壤三参数仪测定)。

试验于2016年7-10月进行，供试双季晚稻品种为‘新优752’，供试田块面积为0.1 hm2，小区面积40 m2，3次重复。水稻于6月18日播种，7月15日移栽完，10月20日收割。水稻移栽前做好小区田埂，埂宽25 cm，埂高20 cm，并用塑料薄膜覆盖埂体防渗水，各小区单独排灌水，大田四周留2 m保护行。移栽规格为20 cm×20 cm，每穴1粒谷苗。稻田施肥总量为N 180 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2，其中，磷肥做基肥一次性施入，氮、钾肥按基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=5∶2∶2∶1的质量比例施用，基肥结合翻耕施下，分蘖肥在移栽后7 d施下，穗肥在幼穗分化二期(幼穗1～2 mm)结合复水施下，粒肥在始穗期施下。

1.3 测试项目与方法

1.3.1 茎蘖发生及消亡动态 晚稻移栽后7 d开始，每小区选择长势和分蘖数一致的10穴稻苗，每隔7 d调查1次茎蘖数，直至晚稻齐穗。

1.3.2 光温特性 在水稻拔节期及抽穗期分别利用红外测温仪(型号LT/AZ8872，北京富瑞恒创科技有限公司生产)测定水稻的田间地面、稻株间和上部叶片温度，数字照度计(型号TES-1339，泰仕电子工业股份有限公司)测定水稻田间透光率。每个重复取代表性植株5穴，利用温度测定仪测定每株上中下各部的温度，利用光照测定仪测定每株上部光照度及下部前后左右的光照度。

1.3.3 干物质生产量 于有效分蘖盛期、拔节期、抽穗期和成熟期，每处理调查30穴植株的有效分蘖数,每个重复取代表性植株5穴,分茎、叶、穗测定干物质质量装入样品袋内，先105 ℃杀青30 min，在80 ℃烘干至恒质量，秤出样品的干物质质量。

1.3.4 植株及土壤氮磷养分 在晚稻的有效分蘖盛期、拔节期、抽穗期和成熟期取植株分穗、茎、叶分别测定氮磷量。土壤氮素测定采用H2SO4-H2O2联合消煮-蒸馏法测定，全磷采用H2SO4-H2O2联合消煮-钒钼黄比色法测定[10]。

1.3.5 水分利用效率及计算方法 每次灌排水时，分别记录各小区的进水量和出水量，水量计算方式，当田间有明水则以灌进和排出时田间水位的高度乘以面积计算，田间无明水则再加上以饱和含水量与耕作层的土壤含水量差值的和为实际灌水量。

总水分经济利用效率(kg·m-3)=经济产量/(降水量+灌水量)

总水分生物利用效率(kg·m-3)=生物产量/(降水量+灌水量)

灌溉水经济利用效率(kg·m-3)=生物产量/灌水量

灌溉水生物利用效率(kg·m-3)=经济产量/灌水量[11]

1.3.6 产量及产量构成 成熟期每小区先按5点取样法调查100蔸的平均穗数，根据平均穗数每小区取5蔸考察株高、有效穗、穗长、总粒数、实粒数、千粒质量。并对各小区单打单收，并将种样计入产量。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2007计算数据及制作图表，DPS 7.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式对水稻茎蘖发生动态及成穗的影响

水稻茎蘖数是水稻个体发育和群体建成的重要指标，由图1可以看出，各个处理的水稻分蘖数均呈现出从低到高，又从高到低的过程，但各处理分蘖的增加幅度和降低幅度表现不同，其中，最高分蘖数均在8月13日，且以T1的最高，较T2和T3分别增加7.28%和8.86%，均达显著水平，从分蘖的增长和消亡过程来看，T1的过程增加和降低幅度均最大，分别达到115.00%和41.86%，T3的最小，分别只有97.5%和29.94%，T2处于T1和T3之间。水稻成穗率是影响水稻产量的关键因素之一，图2所示，不同灌溉方式对水稻的成穗率有着较大的影响，成穗率最高的T3达到70.04%，较T1和T2分别提高20.47%和3.98%，且T2和T3的成穗率较T1由显著的增加，其中，T3达到极显著水平，而T2和T3之间则无显著差异。

图1 各处理水稻分蘖动态 Fig.1 Tillering dynamics of rice under different treatments

2.2 不同灌溉方式对水稻田间温度的影响

适宜的植株温度有助于水稻营养物质的积累，图3结果显示，在水稻的拔节期和抽穗期，不同的水分管理方式对植株不同部位的温度影响较大，各处理的植株温度均表现为上部>中部>下部，但处理间的温度变化则均表现为T1

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，大写字母表示差异极显著(P<0.01)，下同 Different lowercase and uppercase letters indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level，the same below

图2各处理水稻成穗率
Fig.2Paniclerateofriceunderdifferenttreatments

图3 各处理水稻不同位置田间温度Fig.3 Field temperature of rice in different positions

2.3 不同灌溉方式对稻田透光性的影响

水稻透光性是水稻光合作用效率和田间阴闭度的重要指标，合理的透光率可以增强田间的通透性，加快田间气体的交流，提高稻株间的CO2摩尔体积分数，同时，有利于对光照的截获，达到增强光合效率的作用。从图4的结果来看，拔节期和抽穗期的植株透光率均表现为T1

2.4 不同灌溉方式对水稻干物质积累及转化的影响

干物质生产是水稻植株生长和产量形成的基础，图5显示，各处理均表现为抽穗后的干物质积累速率较抽穗前提高，但不同灌溉处理间干物质的积累速率各异，且在抽穗前和抽穗后均表现为T3>T2>T1，其中，T3在2个阶段分别较T1增加14.58%和15.13%，均达显著水平；较T2则分别增加4.60%和5.58%，差异不显著。产量的形成不仅仅是抽穗后光合作用的结果，抽穗前茎、叶积累的干物质转化效率也会影响产量，图6的结果显示，各处理的干物质转化效率均表现为叶片显著大于茎鞘，但各处理间的叶片和茎鞘的干物质转化速率差异较小。

图4 各处理的水稻透光率Fig.4 Rice transmittance under different treatments

图5 不同处理的水稻干物质量积累速率Fig.5 Accumulation of rice dry matter under different treatments

图6 不同处理的水稻茎叶干物质转化效率Fig.6 Dry matter transformation efficiency of rice leaves and stems under different treatments

2.5 不同灌溉方式对氮磷吸收及转化的影响

氮、磷元素吸收和利用对水稻个体发育及光合作用具有重要的作用，图7结果显示，各处理在抽穗前的氮吸收速率均显著高于磷吸收速率，且氮吸收速率各处理间表现为T3>T2>T1，且T3和T1之间的差异在抽穗前后均达显著水平；磷的吸收速率在抽穗前后的差异较小，但总体表现为抽穗前大于抽穗后，特别是T1处理的差异较大，抽穗前的吸收速率显著大于抽穗后，在抽穗前各处理间差异不显著，但抽穗后显著低于T2和T3处理。抽穗后茎叶中氮磷的转化率显示(图8)，叶片和茎鞘中氮的转化率均显著高于磷的转化率，且氮的转化率在各处理间表现比较一致，而磷的转化率在叶片中各处理间差异不明显，但在茎鞘中则表现为T1>T2>T3，且T3较T1减少显著。

图7 不同处理的水稻N和P吸收速率Fig.7 N and P uptake rate of rice under different treatments

2.6 不同灌溉方式对水稻水分利用率的影响

不同灌溉方式对稻田水分的要求不同，在灌溉中的灌水量也存差异，从表1的结果可以看出，不同处理间水分的利用效率存在显著差异，并均表现为T3>T2>T1，且各处理间灌溉水利用率差异要大于总水分利用率，其中，T3和T2分别较T1的灌溉水分经济利用效率增加153.23%和53.96%，灌溉水分生物利用效率增加186.51%和63.72%；而T3和T2分别较T1的总水分经济利用效率则分别增加72.34%和32.98%，总水分生物利用效率分别增加93.83%和 41.78%。

2.7 不同灌溉方式对水稻产量及其构成因素的影响

不同灌溉方式对水稻产量及产量构成因素的影响也不同，表2的结果显示， 3种灌溉方式中T3有效穗和结实率最大，分别较T1增加11.76%和1.50%，但每穗总粒数最少，较T1减少5.96%，差异均达显著水平，T2的各项指标处于T1和T3之间，与2种灌溉方式的差异均不显著，千粒质量表现为T1>T3>T2，但三者差异不显著。从产量结果来看，T3的产量最高，分别较T1和T2增产3.55%和1.59%。

图8 不同处理的水稻茎叶N和P转化率Fig.8 N and P transformation rate of rice stem and leaf under different treatments

表1 不同处理的水分利用率Table 1 Water use efficiency of different treatments kg·m-3

注：每列数据后的不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)，下同。

Note：Values followed by different letters within a column are significantly different at 0.05 probability level,the same below.

表2 不同灌溉方式的水稻产量及其构成Table 2 Grain yield and its components under different irrigation regimes

3 讨 论

3.1 灌溉方式对水稻群体生长及田间小气候的影响

水稻群体的建成主要受分蘖发生的影响，而分蘖发生又受田间水分状况和养分供应的制约[12-13]，其中，水分状况不仅直接影响土壤的理化性状[14-15]，而且，对田间温湿度、空气流动性等小气候也有很大影响[16-17]。本研究结果表明，在淹水灌溉下，水稻较间歇灌溉和精准灌溉的最高茎蘖数高7.28%和8.86%，无效分蘖数分别增加37.67%和52.22%，而有效分蘖数分别减少8.00%和10.70%；受田间茎蘖数的影响，各灌溉方式的稻田透光性差异较大，其中，精准灌溉的透光性最好，在晚稻的拔节期和抽穗期较淹水灌溉分别提高41.39%和32.79%，较间歇灌溉分别提高11.17%和12.50%；而田间水分和光照性的差异，又间接影响田间温度，稻田平均温度最高的为精准灌溉，较淹水灌溉和间歇灌溉的平均温度在晚稻拔节期分别提高1.32 ℃和0.38 ℃，在抽穗期分别提高1.33 ℃和0.16 ℃。说明灌溉方式影响田间水分条件，稻田水分越多，水稻群体越大，越不利于田间空气流动和稻田温度的增加，淹水灌溉虽然截获光照的能力强，但有效光照低，最终的有效穗较少，而间歇灌溉和精准灌溉则有利于优化稻田的群体结构和田间小气候，表现出较好的通风透光性和较高的田间温度，且精准灌溉要优于间歇灌溉，但两者差异不显著。

3.2 水分条件对水稻物质积累与分配的影响

水分条件会对水稻物质积累、运转和分配等过程产生重要的影响，王唯逍等[18]研究发现，轻度水分胁迫可以增加叶片气孔导度、蒸腾速率和净光合速率；张玉屏等[19]也发现在适度控水条件下水稻叶片衰老缓慢，叶绿素含量增加，且有利于可溶性糖和游离氨基酸等渗透调节物质的主动积累和保护性酶CAT(过氧化氢酶)、POD(过氧化物酶)活性的提高；胡继超等[20]研究表明短期干旱会降低水稻植株叶、根、穗的分配指数，而提高茎、鞘的分配指数；李华等[21]则发现轻度水分胁迫的水稻干物质质量在抽穗期和成熟期较淹水状态高，并认为可能是水稻淹水灌溉导致群体状况恶化，而土壤水分适度亏缺可使水稻根系活力加强，群体质量提高，彭世彰等[22]则认为是水稻生长亏缺复水后会表现出补偿效应的结果。本研究发现，间歇灌溉和精准灌溉的干物质积累速率和氮磷积累速率较淹水灌溉在整个生育期均有所提高，其中，精准灌溉在抽穗前和抽穗后的干物质积累速率分别提高14.58%和15.13%，氮积累速率分别增加8.17%和173.95%，磷积累速率分别增加3.70%和35.59%，这与蒋天琦等[23]发现的控水处理的干物质积累量高于灌水处理，且更有利于水稻的氮积累的研究结果一致；从茎叶物质转化能力来看，干物质转化效率和氮转化效率在3种灌溉方式中差异较小，而磷转化效率在茎鞘和叶片中则均表现为淹水灌溉高于间歇灌溉和精准灌溉，且茎鞘的转化效率与精准灌溉的差异较显著。说明，不同灌溉方式主要影响晚稻干物质的积累和分配，且间歇灌溉和精准灌溉有利于干物质和氮磷养分的积累，但对物质的转化影响不大。

3.3 灌溉方式对水稻产量与水分利用效率的影响

灌溉方式对水稻产量和水分利用效率的影响较大，大量研究发现，适度控水灌溉与淹水灌溉比较，既可以增加水稻的产量，又有利于提高水分利用效率[7，24-25]。吕银斐等[26]发现干湿交替灌溉的产量较淹水灌溉高是增加了有效穗数和结实率；顾俊荣等[27]认为水稻轻干—湿交替灌溉技术提高产量是促进了茎鞘干物质和可用性糖向籽粒的运转，提高弱势籽粒的灌浆充实，使籽粒充实度、结实率和粒质量增加。龚少红等[28]认为节灌水分生产率比淹灌高是由于土壤蒸发和叶片蒸腾量相对较低而产量却有所增加。本研究也表明，精准灌溉与间歇灌溉较淹水灌溉产量也有所增加，且主要表现为有效穗和结实率提高，这与吕银斐等[26]、顾俊荣等[27]的研究结果一致，但每穗粒数和千粒质量有所降低，其中，每穗粒数降低较多，可能是由于单蔸有效穗的增加，在主茎相同的情况下，分蘖成穗比例增加，而分蘖穗的穗型一般小于主茎穗，拉低了每穗粒数的平均值；千粒质量下降则可能是精准灌溉与间歇灌溉的弱势粒结实率增加，弱势粒结实数占总粒数的比例增大，但充实程度相对较低，拉低了平均千粒质量。从水分的利用效率来看，由于精准灌溉和间歇灌溉较淹水灌溉的产量高而用水量低，水分利用效率得到显著提高，其中，精准灌溉的灌溉水分经济利用效率和灌溉水分生物利用效率分别较淹水灌溉增加153.23%和186.51%，总水分经济利用效率和总水分生物利用效率也分别增加72.34%和93.83%。

4 结 论

不同灌溉方式改变稻田的水分条件，间歇灌溉和精准灌溉均有利于降低最高分蘖数，提高有效穗，优化稻田的群体结构，增加稻田温度和稻田的透光性，提高水稻有效光合能力，增强氮磷养分的吸收，最终提高晚稻产量和水分的利用效率，且精准灌溉的增产节水效果要优于间歇灌溉。实际生产中，2种灌溉方式各有优缺点，间歇灌溉的优点就是灌溉方式易于掌握，缺点是增产效果不稳定，干湿交替过程中，水分供应与水稻的生长需水有时会出现错位，若在水稻需水的临界期缺水，甚至有可能出现减产[29-30]，水分利用效率较淹水虽有提高，但增加幅度不大。精确灌溉是根据水稻对水分的需求规律进行针对性的灌溉，可以较好的契合水稻生长，如在分蘖期进行适当的水分控制，能够抑制无效分孽的发生，从而不仅可以增加低位分蘖的发生，还可以降低因无效分蘖的生长而需要的营养物质的消耗，从而为有效分蘖的生长提供更多的营养物质，在幼穗发育阶段保持足够的水分供应可以促进颖花的分化，为最终的产量形成提供物质基础。精确灌溉对水分的利用效率最高，增产稳定性好，但要求人们对水稻生长时期和土壤水分状况的判定要准确，需要较为丰富的经验和相关的仪器设备辅助，技术掌握难度相对较大。

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