双季稻Mb+Ke 水肥耦合技术方案生理需水特性研究

2021-04-12安秋香

湖南水利水电 2021年1期

安秋香

（湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南长沙 410007）

引言

国家科技支撑计划项目“长江中游南部（湖南）水稻丰产节水节肥技术集成与示范”，自2013 年开始实施，为配合其子课题“农业水资源优化配置”专题研究，在益阳市赫山区笔架山乡开展了水肥耦合节水节肥定位试验，设定了3 种灌溉模式（Ma、Mb、Mc），3 个施肥方案（Kn、Ke、Kp）共9 个处理单元。经过5 年观测，已取得了主要目标成果。耦合方案代码为：Ma—薄露灌溉、Mb—薄浅湿晒灌溉、Mc—浅晒深灌溉、Kn—适量化肥+适量有机肥、Ke—减量化肥+增量有机肥、Kp—全部化肥。

本文依据Ma+Kn、Mb+Ke、Me+Kp，连续5 年观测试验总结成果，提取Mb+Ke 方案，重点对水稻的生理需水特性与主要技术指标加以分析评述。

水稻生理需水是指供给水稻本身生长发育，进行正常生命活动所需水分，主要为水稻叶片蒸腾量。试验证明，不同水肥耦合技术方案，在相同土壤和不同品种、不同气象条件下，生理需水特性不同。

1 Mb+Ke 方案的概念与实施要点

1.1 概念

薄浅湿晒灌溉（Mb）为：薄水插秧，浅水返青，分蘖前期湿润，分蘖后期晒田，孕穗期灌薄水，抽穗期保持薄水，乳熟湿润，黄熟湿润落干。耦合增量有机肥、减量化肥（Ke）。

1.2 实施要点

1）插秧水层不超过20 mm，保持浅水层；

2）返青水层保持在40mm 以内，低于5mm 时灌水；

3）分蘖前期3～5 天灌一次小于10 mm 的薄水层，保持田间土壤水分饱和；

4）分蘖后期晒田，视不同田类和天气采取重晒7～10 天，或轻晒5～7 天；

5）孕穗期灌薄水，田间保持10～20 mm 浅水层；

6）抽穗期保持薄水，水层5～15 mm；

7）乳熟期湿润，田间土壤水分饱和，一般3～5 天灌一次10 mm 以下薄水层；

8）肥料配置见表1。

表1 减量化肥+增量有机肥（Ke） kg/hm2

2 3 个水肥耦合方案节水增效指标

水稻产量由水分和氮素两个主要因子交互作用形成，合理的灌溉和施肥管理措施会发挥水肥因子的最大效应，起到水肥相济的正面效果。

由表2 看出，在相同地理环境和气象条件下，Mb+Ke 方案的耗水量W 最少，较Ma+Kn、Mc+Kp 方案节水3.3%～14.0%，较当地常规灌溉节水10.6%，水效比最高，稻谷耗水量0.06 m3/kg，较其他两个方案分别节水0.06 m3/kg、0.22 m3/kg。生理需水指标—蒸腾强度最小，亩产稻谷最多，但雨水利用率低于Mc+Kp（浅灌深蓄）方案（参见表2）。

表2 各耦合方案2013—2017 年平均水效指标

3 Mb+Ke 方案生理需水特性

3.1 蒸腾过程

绘制代表年（2016 年）早、晚稻3 日平均蒸腾ω3日～T 过程线（见图1）。呈现出单峰变化且早稻封顶滞后晚稻15 d，3 d 平均峰值小于晚稻1.25 mm，本田期历时比晚稻短9 d。

3.2 蒸腾量占比

1）蒸腾量在耗水量中的占比。2014—2016 年早、晚稻蒸腾量在总耗水量中的占比见表3，从中看出：早稻蒸腾量在耗水量中的占比为46.7%，晚稻为47.6%，双季稻为47.4%，其占比变幅较小，仅在5.8%～2.6%之间。

2）各生育期蒸腾量在本田期蒸腾量中的占比。表4 显示，早晚稻在分蘖末期经历适度的土壤水分亏缺锻炼，叶片抵抗水分亏缺的能力增强，在复水后和生育后期—孕穗、抽穗期保持较高的叶片光合速率，表现出明显的补偿或起补偿效应，故其蒸腾量早稻以抽穗期为最大，占本田期总量的19.9%；晚稻以孕穗后期为最大，占本田期总量的15.7%。早晚稻均以返青期蒸腾量占比最小，分别为1.5%、9.7%。

表3 历年蒸腾量ω 占耗水量W 的百分数

3）各生育期历年平均耗水强度与蒸腾强度。统计2013—2017 年早、晚、双季稻各生育期平均耗水强度与平均蒸腾强度列入表5 中，同时绘制生育期相关图（见图2）。

由表4、表5 及图2 分析，得到Mb+Ke 方案水稻生理需水特性：

表4 双季稻各生育期多年平均蒸腾量及其占比

①早稻与晚稻的耗水强度W0随生育期延续节水幅度呈现逐渐增加趋势，但在乳熟后期以后出现了逆转现象。同时表明，由于早稻插秧后气温较低，W0增加较缓慢，其峰值出现在敏感的抽穗期，其次是孕穗后期。晚稻w0的峰值则提前出现在孕穗后期，其次是抽穗期。且早、晚稻及双季稻的各生育期ω0过程呈相应变化。

②在不同土壤水分条件下，叶片与空气相对湿度差和叶面湿度对早、晚稻蒸腾影响最大。早稻在低土壤水分和空气相对湿度大条件下叶面蒸腾速率减小，晚稻减少不明显，甚至相对有所提高。图表中显示，本田期早稻平均蒸腾强度2.7 mm/d，其中抽穗期3.83 mm/d为最大，返青期最小为0.26 mm/d。晚稻平均蒸腾强度2.72 mm/d，孕穗后期3.86 mm/d 为最大，返青期最小为2.07 mm/d。说明早晚稻的蒸腾度最大差异发生返青期，其它生育期相差不大。

表5 双季稻各生育期多年平均值w0 与ω0

图2 双季稻各生育期多年平均wo 与ω0 相关图

耗水强度变化与蒸腾强度变化呈相应趋势。

③ 耗水强度在乳熟期之前，晚稻明显大于早稻，乳熟期之后，早稻出现较小反超。蒸腾强度则在孕穗后期之前，晚稻明显大于早稻，但在孕穗后期之后，早稻出现较大反超。

④早、晚稻本田期的生理需水过程呈现单峰形态。

3.3 生理需水与气象因子关系

1）历年本田期蒸腾量W 蒸腾强度W0及主要气象因子（2014—2017 年）。Mb+Ke 方案各田块历年W、W0指标及生长期降水P、气温t、日照μ、风速V 等主要气象因子数据见表6。

2）代表年生育期蒸腾强度ω0与主要气象因子。

Mb+Ke 方案2014、2015 年早、晚稻各生育期的蒸腾强度ω0及降水P、气温T、日照μ、风速V 等指标列于表7 中。

表6 本田期历年W、ω0 及主要气象因子

试验证明，无论早稻或晚稻，在植株发育旺盛，密度增大，透风减弱，棵间蒸发受到抑制后，叶面蒸腾受气象因子影响更为明显。主要气象因子对ω0的影响分述如下：

表7 代表年各生育期蒸腾强度ω0 及气象因子P、T、μ、V 一览表

①ω0与气温T 的关系。依表6 与表7中的蒸腾强度与气温，绘制～t 相关图（见图3）。

图3 显示，无论是历年本田期或是代表年各生育期的平均蒸腾强度与对应的日平均气温的相关关系都呈正相关，即蒸腾强度随气温升高而增大。早稻本田期平均气温升高1℃，ω0增大0.309 mm/d。晚稻本田期平均气温升高1℃，ω0增大0.251 mm/d。早稻增幅大于晚稻。

②ω0与降水P 的关系。依表6、表7 中相关数据，绘制ω0～P 相关图（见图4）。

由图4 分析，从双季稻总体趋势看，ω0随降水增大而渐小，单对早稻而言，ω0随降水增大而微增，虽然早稻期的降水明显大于晚稻，但由于早稻期的气温、日照时数、风速小于晚稻期，受其综合影响，早稻的蒸腾强度较晚稻平均偏小27.4%。

③ω0与日照μ 的关系绘制早、晚稻与相关图（见图5）。

图5 反映出在T、V 相近时，蒸腾强度随光照时数增大而增大。早稻期由于空气相对湿度大于晚稻，早稻的ω0明显小于晚稻，且随μ 增加而增大的幅度也缩小。（ω0变幅早稻2.0～2.17 mm/d，晚稻为2.46～2.89 mm/d）。同时，μ 随T 升高而增大，显示出蒸腾率与叶片光合速率相似的变化规律。

④ω0与风速V 的关系（图6）。本田期早稻多年平均风速为1.6 m/s，晚稻为1.7 m/s。在有风条件下，水平方向紊流作用影响较明显，当T、V、空气相对湿度相同或相近时，通常ω0随V 加大而增大。本实验区由于早稻期的空气相对湿度比晚稻期要大，所以早稻出现了ω0随V 加大而减少的变化规律。

3.4 生理需水与产量的关系

从历年早、晚稻平均生理需水与亩产稻谷（G）相关图中看出：一是晚稻的蒸腾强度比早稻大，产量比早稻高；二是晚稻产量随蒸腾强度增大而提高，ω0～G 相关线呈正比变化；三是早稻产量随蒸腾强度增大而减少，ω0～G 相关线呈反比变化；四是出现上述特征的机理主要是受气象因素影响，因为相对于晚稻，早稻期气温低、湿度大、日照时数短、降水多，大部分生育期处在低土壤水分条件下，叶面蒸腾速率减小所致（见图7）。