免耕套稻種植模式的節(jié)水效能研究

李章林 朱衛(wèi)彬 顧克禮

（1.揚(yáng)州市水利局，江蘇揚(yáng)州 225000；2.揚(yáng)州市江都區(qū)農(nóng)田水利科學(xué)研究站，江蘇揚(yáng)州 225000；3.揚(yáng)州克禮自然農(nóng)業(yè)研究服務(wù)中心，江蘇揚(yáng)州 225000）

我國人均淡水資源為世界平均水平的1/4，名列110位，是全球人均水資源最貧乏的國家之一［1］。因此，珍惜水資源，節(jié)約用水，嚴(yán)防水污染，事關(guān)國計(jì)民生。節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)通常被分為三個(gè)層次，即：工程和設(shè)施節(jié)水技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)和結(jié)構(gòu)型節(jié)水技術(shù)［2］。水稻是主要糧食作物之一，尤其在我國居舉足輕重的地位，其產(chǎn)量的高低，直接影響到我國10多億人的飯碗是否裝的自產(chǎn)大米。水稻栽培又是用水大戶，我國水稻種植面積占28%，但耗水量占農(nóng)業(yè)總用水量的65%以上［3］，因此，水稻節(jié)水高產(chǎn)栽培技術(shù)是當(dāng)前及今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

關(guān)于水稻節(jié)水高產(chǎn)栽培技術(shù)，前人進(jìn)行過頗多研究，并取得了豐碩成果，如：旱育壯秧技術(shù)、干濕交替和田垅灌溉技術(shù)等，對節(jié)水起到了顯著成效。但以泡田平整稻作方式的傳統(tǒng)灌水模式，未從根本上解決水資源的浪費(fèi)問題。隨著我國水資源日趨緊缺，直接影響到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

免耕套稻，又稱為超高茬麥（油）套稻，不需要耕翻整地、育苗移栽等繁雜的工序，緩解了茬口、季節(jié)、用水的矛盾，降低了勞動強(qiáng)度，有效地解決了焚燒秸稈所帶來的環(huán)境污染問題，秸稈全量覆蓋還田增加了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，改善了土壤的理化性狀，培肥了地力，在江蘇等稻麥（油）兩熟地區(qū)有一定應(yīng)用面積，且已形成江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)。但目前多強(qiáng)調(diào)在水源充足地區(qū)應(yīng)用［4，5］。

為了適應(yīng)我國水資源緊缺現(xiàn)狀，特別是針對我國稻麥（油）兩熟所在地區(qū)大多為缺水的丘陵地帶，研究免耕套稻高產(chǎn)高效節(jié)水栽培技術(shù)，分析節(jié)水原因，明確其相關(guān)的節(jié)水效能指標(biāo)，開發(fā)節(jié)水稻作新技術(shù)，這對于擴(kuò)大免耕套稻技術(shù)應(yīng)用范圍具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)為揚(yáng)州市江都區(qū)邵伯鎮(zhèn)崔橋村。試驗(yàn)地土質(zhì)粘壤，肥力中等，滲漏中等。試驗(yàn)區(qū)四周無建筑物等對作物日照、降雨、風(fēng)力、溫度等因素產(chǎn)生影響，處于相同小氣候條件。

試驗(yàn)前茬為小麥，品種揚(yáng)輻麥4號，管理措施一致。小麥?zhǔn)斋@期6月12日，單產(chǎn)水平350 kg/畝，全量麥秸覆蓋還田約450 kg/畝。

供試品種為遲熟中粳武運(yùn)粳24，國標(biāo)二級優(yōu)質(zhì)米。江蘇省區(qū)試平均生育期156 d。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 種植模式

設(shè)共生套稻（前茬收獲前20 d左右套播）、套直播稻（前茬收獲前1～3 d套播，未出芽苗）、機(jī)插稻三種種植模式。其中，共生套稻與套直播稻為免耕套稻種植模式，機(jī)插稻作為耕耙插秧種植模式CK。各處理面積1畝，重復(fù)2次，間比法排列。

播栽期：共生套稻5月23日，套直播稻6月8日，機(jī)插稻6月8日。機(jī)插稻栽期為6月21日，秧齡13 d。

1.2.2 節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)

（1）機(jī)插稻灌溉按照常規(guī)灌溉指標(biāo)進(jìn)行，見表1。

（2）共生套稻及套直播稻灌溉，執(zhí)行已有的江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 測定項(xiàng)目

測定灌溉量、土壤的含水率、降水量及有效水利用系數(shù)、田間耗水量等。

（1）灌溉量的測定分為：灌溉前測定田間土壤含水率或田間水層深度；灌溉后測定田間水層的深度，算出各處理田塊每次的灌水量［6］。

每次灌溉用水量計(jì)算［7］：

①灌前有水層采用公式（1）計(jì)算；

式中：

表1 機(jī)插稻各生育階段淹灌水層設(shè)計(jì) （單位：mm）

表2 共生套稻及套直播稻各生育階段淹灌水層設(shè)計(jì) （單位：mm）

w田凈i—典型田塊某次畝均凈灌溉用水量，m3/畝；

h1—某次灌溉前典型田塊田面水深，m；

h2—某次灌溉后典型田塊田面水深，m。

②灌前無水層采用公式（2）計(jì)算；

式中：

H—灌水期內(nèi)典型田塊土壤計(jì)劃濕潤層深度，mm；

γ—典型田塊H土層內(nèi)土壤干容重，g/cm3；

γ水—水的容重，一般可取1g/cm3；

θg1—某次灌溉前典型田塊H土層內(nèi)土壤質(zhì)量含水率，%；

θg2—某次灌溉前典型田塊H土層內(nèi)土壤質(zhì)量含水率（即飽和含水率），%。

（2）土壤的含水率測定：采用取土稱重的方法，即從田間取土并進(jìn)行稱重，然后對取土樣品進(jìn)行烘干，再測出烘干后的質(zhì)量，減少的部分為水的質(zhì)量，通過質(zhì)量的變化，可計(jì)算出土壤含水率。

土壤質(zhì)量含水率采用公式（3）計(jì)算：

式中：

θg—土壤質(zhì)量含水率，%；

m1—濕土重，g；

m2—干土重，g。

（3）降雨量信息的采集：采用雨量計(jì)對每一次的降雨進(jìn)行采集記錄。其有效水利用系數(shù)的測算主要根據(jù)降雨量與田間的排水量進(jìn)行計(jì)算，以降雨量減去排出的水量即為有效利用的水量。

（4）每個(gè)生育期的田間耗水量計(jì)算：該生育期內(nèi)灌水總量加上降雨總量減去排水量為總耗水量，除以生育期的天數(shù)即為每日耗水量。

1.3.2 測定方法

各處理對角線定點(diǎn)3個(gè)，共生套稻和套直播稻每點(diǎn)0.22 m2，機(jī)插稻每點(diǎn)10穴，每7 d記錄一次莖蘗消長量。成熟期共生套稻和套直播稻各點(diǎn)取代表性5株共15株、機(jī)插稻各點(diǎn)取代表性5穴共15穴考種，計(jì)算理論產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式的灌溉量比較

2.1.1 不同種植模式的灌溉次數(shù)比較

在2013年夏季持續(xù)高溫干旱的年景，免耕套稻全生育期總灌溉次數(shù)為10次，機(jī)插稻為18次，免耕套稻灌溉次數(shù)減少了44.4%。

2.1.2 不同種植模式的灌溉總量比較

不同種植模式的水稻全生育期灌溉總量分別為：共生套稻314.98m3/畝，套直播稻280.49m3/畝，機(jī)插稻450.86 m3/畝（機(jī)插稻不含育苗用水，下同）。與耕耙作業(yè)的機(jī)插稻相比，共生套稻節(jié)水135.88m3/畝，套直播稻節(jié)水170.37m3/畝，即免耕套稻節(jié)水達(dá)到1/3左右，見表3。

表3 不同種植模式的灌溉次數(shù)與灌溉總量比較

2.1.3 不同種植模式不同生育期的灌溉量比較

由表4可見，麥?zhǔn)找院笾练痔Y末期，免耕套稻灌溉3次，灌溉量76.39 m3/畝，即：先淺水濕潤扎根立苗，相隔半個(gè)月左右結(jié)合化除再灌一次淺水，同時(shí)追施促蘗肥，半個(gè)月后結(jié)合平衡肥再灌淺水；機(jī)插稻耕耙整地、插秧、返青、分蘗、促蘗共灌溉8次，灌溉量181.84m3/畝，是免耕套稻的2.5倍。

拔節(jié)穗分化階段，持續(xù)一個(gè)多月的極端高溫干旱，免耕套稻灌溉4～5次，灌溉量134.95 m3/畝；機(jī)插稻灌溉7次，灌溉量196.08 m3/畝，是免耕套稻的1.45倍。

孕穗抽穗期，免耕套稻灌溉1次，灌溉量34.5 m3/畝；機(jī)插稻灌溉2次，灌溉量37.68m3/畝。免耕套稻此期節(jié)水8.4%。

灌漿結(jié)實(shí)期，各處理皆灌溉1次，免耕套稻灌溉量27.94 m3/畝，機(jī)插稻灌溉量35.28m3/畝。免耕套稻后生長后期節(jié)水20.8%。

免耕套稻之一的共生套稻是在麥?zhǔn)涨?0 d套播，破胸稻種播后麥田速灌速排，灌溉量47.98m3/畝。盡管如此，水稻生長前期灌溉量仍比機(jī)插稻少52.1m3/畝，節(jié)水28.65%。

2.2 不同種植模式的耗水量比較

在排除了降雨量、排水量等因素的情況下，共生套稻全生育期耗水總量為816.33 mm，平均日耗水量為5.17mm，日耗水量最多的在分蘗期，為8.19mm，見表 5。

套直播稻全生育期耗水總量為741.12mm，平均日耗水量5.22mm，日耗水量最多的在孕穗抽穗期，為8.19mm，見表 6。

機(jī)插稻全生育期耗水總量為975.74mm，平均日耗水量6.87mm，日耗水量最多的在播栽期和分蘗期，為 10.04～10.99mm，見表 7。

從全生育期總耗水量看，共生套稻比機(jī)插稻減少了159.41mm，節(jié)水16.3%；套直播稻比機(jī)插稻減少了234.62mm，節(jié)水24.0% 。即：免耕套稻兩種模式全生育期耗水量平均比機(jī)插稻減少了20.2%。

表4 不同種植模式不同生育期的灌溉量比較 （單位：m3/畝）

表5 共生套稻不同生育階段耗水量

表6 套直播稻不同生育階段耗水量

表7 機(jī)插稻不同生育階段耗水量

從平均日耗水量分析，與機(jī)插稻相比，共生套稻、套直播稻分別減少24.7%、24.0%，即：免耕套稻平均每日減少水分蒸發(fā)和流失24.4%。機(jī)插稻各生育階段日耗水量都高于共生套稻和套直播稻，表現(xiàn)最突出的是大田分蘗期，機(jī)插稻日耗水量達(dá)10.99 mm，而免耕套稻兩種模式平均日耗水量為8mm左右，減少27.3%。

2.3 不同種植模式的莖蘗動態(tài)與產(chǎn)量構(gòu)成

定點(diǎn)觀測不同種植模式的莖蘗動態(tài)，免耕套稻基本苗多于機(jī)插稻1/3左右，高峰苗達(dá)到35萬左右，最終有效穗多2萬以上。理論測產(chǎn)顯示，免耕套稻增產(chǎn)表現(xiàn)為穗數(shù)多2.0～2.6萬，總穎花量多20.51%；共生套稻穗型稍大于套直播稻。

共生套稻、套直播稻、機(jī)插稻的實(shí)收產(chǎn)量平均分別為687.5 kg/畝、642.5 kg/畝、595 kg/畝，與機(jī)插稻相比，共生套稻增產(chǎn)92.5 kg/畝，套直播稻增產(chǎn)47.5 kg/畝。不同種植模式的理論產(chǎn)量構(gòu)成見表8。

2.4 不同種植模式的效益分析

在省工節(jié)本方面，由于免耕套稻無需育秧、插秧，免去了機(jī)插稻所需的機(jī)耕、機(jī)插及招待費(fèi)等開支，又因?yàn)楣?jié)水灌溉、節(jié)肥栽培，因此，比機(jī)插稻省工節(jié)本200元/畝。

在生態(tài)效益方面，共生套稻、套直播稻、機(jī)插稻分別施用純氮17.2 kg/畝 、13.8 kg/畝、28.3 kg/畝，共生套稻和套直播稻比機(jī)插稻節(jié)減化肥39.2%、51.2%，有利于食品安全和稻米品質(zhì)的提高。

3 小結(jié)與討論

（1）與耕耙作業(yè)的機(jī)插稻大田相比，免耕套稻沒有耕耙整地作業(yè)，不存在大水泡田、淺水驗(yàn)平要求；沒有淺水插秧、深水活棵、露田扎根、灌水分蘗等繁瑣灌溉工序，因此，減少灌溉次數(shù)高達(dá)44.4%，節(jié)省灌溉用水1/3左右。其中，共生套稻節(jié)水135.88m3/畝，套直播稻節(jié)水170.37m3/畝。

（2）共生套稻一般需要破胸稻種播種當(dāng)天下午麥田灌溉、速灌速排。但是，播種期間若遇連陰雨，稻種所在的表土層濕度充足，可以免灌溉。2013年江都小紀(jì)點(diǎn)上5月15日套播，巧遇連續(xù)三天小到中雨，免去了播后當(dāng)天的灌溉，出苗正常。由此說明，從節(jié)水栽培角度，可以充分注意天氣趨勢，安排好浸種期，使破胸稻種播后與連續(xù)多天的陰雨天氣相吻合，從而免去一次麥（油）田間灌水，實(shí)現(xiàn)共生套稻模式的進(jìn)一步節(jié)水。

表8 不同種植模式的理論產(chǎn)量構(gòu)成

（3）免耕套稻田塊麥秸稈全量覆蓋，其量可達(dá)400～500 kg/畝。秸稈覆蓋可減少株間水分蒸發(fā)。因此，免耕套稻全生育期耗水量比機(jī)插稻減少20.2%，平均日減少水分蒸發(fā)和流失24.4%。尤其是在大田分蘗期，機(jī)插稻日耗水量達(dá)10.99mm，而免耕套稻平均日耗水量為8 mm左右，減少27.3%，這得益于秸稈覆蓋阻擋了陽光的直接照射，減少了陽光強(qiáng)照帶來的株間水分蒸發(fā)；在田間產(chǎn)生蒸發(fā)的時(shí)候，秸稈還可以吸附部分水分，減少水分的流失。

（4）免耕套稻同時(shí)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。本對比試驗(yàn)顯示，免耕套稻比機(jī)插稻省工節(jié)本200元 /畝，節(jié)減化肥1/3，增產(chǎn)稻谷47.5 kg/畝，特別是有效地解決了麥油秸稈焚燒難題，有助于稻麥（油）兩熟地區(qū)夏收時(shí)節(jié)的霧霾治理。

（5）免耕套稻種植模式的節(jié)水機(jī)理及其不同生態(tài)區(qū)的節(jié)水指標(biāo)尚需進(jìn)一步研究。

［1］ 中國水資源狀況.優(yōu)訊-中國網(wǎng)china.com.cn/info.2010-03-18.

［2］ 陳阜，朱文珊.結(jié)構(gòu)型節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)及其應(yīng)用前景.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與農(nóng)作制度建設(shè)，2006：319.

［3］ 程建平.水稻節(jié)水栽培生理生態(tài)基礎(chǔ)及節(jié)水灌溉技術(shù)研究.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2007：1.

［4］ 超高茬麥田套稻技術(shù)規(guī)程.江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)，DB32/T423-2005.

［5］ 套直播稻技術(shù)規(guī)程.江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)，DB32/T1643-2010.

［6］ 中華人民共和國水利部.灌溉試驗(yàn)規(guī)范（中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），2004：59.

［7］ 全國農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則.2013：43.