返青期水層深度對鹽堿地水稻生長的影響

王 旭，任秋實(shí)，孫兆軍,2,3,4，王 正，焦炳忠

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，銀川 750021； 3.寧夏大學(xué)環(huán)境工程研究院，銀川 750021；4.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評價與環(huán)境調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021)

我國是農(nóng)業(yè)大國，水資源豐富但分布不均勻，人均占有量低，雨水季節(jié)分配不平均，是世界上最缺水的國家之一[1]。水稻具有喜水的特性，是我國主要的糧食作物，也是耗水較多的農(nóng)作物，每年消耗的水量占全國總用水的54%[2]。我國水稻種植方式以傳統(tǒng)的淹水灌溉為主，控制灌溉技術(shù)還未推廣。水稻整個生育期內(nèi)有時候田面需要淺水，有時候需要排水曬田，返青期水稻對水分反應(yīng)比較敏感，水層深度的控制至關(guān)重要，不同生育期水層深度對水稻的影響，研究學(xué)者進(jìn)行了大量研究。研究結(jié)果表明，適宜的水層深度能有效提高生產(chǎn)效率[3]，控制無用蒸騰量的消耗，減少田間滲漏量和棵間蒸發(fā)量[4]，抑制稗草的萌發(fā)[5]，提高微生物，減少有害物質(zhì)的累積[6]，節(jié)水的同時還可以提升水稻的抗倒伏性[7]。鹽堿地種植水稻采用大水漫灌壓鹽，不僅造成淡水資源的浪費(fèi)，還會導(dǎo)致地下水位的上升引起次生鹽漬化[8]。張永宏等[9]通過鹽堿地水稻節(jié)水控灌試驗(yàn)表明：水稻整個生育期的全鹽含量均低于播種前，隨灌水量的增加脫鹽效果越顯著；控制灌溉不會引起土壤積鹽反而脫鹽效果顯著，具有抑鹽節(jié)水的效果?！氨∷喔?，淺水活苗”，在水稻的返青期保持薄水層[10]，能起到以水保溫的作用，防止秧苗受凍。

目前，研究多集中于水稻全生育期的控制灌溉，但針對水稻單個生育期內(nèi)適宜水層深度的研究鮮有報(bào)道。寧夏銀北地區(qū)，受地域和氣候的影響，五月份氣溫不穩(wěn)定，返青期水層的管理尤為重要。因此，本文在寧夏銀北地區(qū)開展田間對比試驗(yàn)，研究返青期不同水層深度對水稻根區(qū)土壤鹽分含量、保苗率、生長指標(biāo)、產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率的影響，以期為寧夏銀北地區(qū)水稻的田間灌水管理提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年在寧夏平羅縣前進(jìn)農(nóng)場三隊(duì)進(jìn)行。該地區(qū)屬干旱大陸性氣候，光照充足，年平均氣溫7.6 ℃，年降水150～203 mm，降雨主要集中在6-9月，年蒸發(fā)量1 857 mm以上。試驗(yàn)田以前為鹽堿撂荒地，“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目開展的鹽堿地改良試驗(yàn)，將撂荒地成功改良，經(jīng)過多年的水稻種植已達(dá)中產(chǎn)田。試驗(yàn)小區(qū)選擇多年稻田，采用引黃灌溉。土壤有機(jī)質(zhì)含量8.95 g/kg；全鹽含量3.5 g/kg；pH值為8.25；堿解氮含量46.38 mg/kg；速效磷含量9.15 mg/kg；速效鉀含量256.98 mg/kg。耕層20 cm，每年秋季犁地。

1.2 試驗(yàn)方案及觀測項(xiàng)目

采用田間小區(qū)對比設(shè)計(jì)，統(tǒng)一采用插秧的方式，每個小區(qū)插秧密度和化肥施用量相同，在水稻的返青期設(shè)置3個梯度的水層深度：20 mm的淺水層(T1)、35 mm的中水層(T2)、50 mm的深水層(T3)，水稻的分蘗、拔節(jié)孕穗、抽穗開花、灌漿及黃熟期3個處理的水層管理深度一致，每個處理重復(fù)3次。為避免其他因素對試驗(yàn)產(chǎn)生影響，生育期內(nèi)及時控制和防治病蟲害，對試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行精細(xì)化管理。

2016年4月4日進(jìn)行激光平地，4月17日進(jìn)行播肥(二銨10 000 kg/hm2，復(fù)合肥10 000 kg/hm2，氮肥3 340 kg/hm2)，4月28日進(jìn)行灌水，在灌水前打高埂，埂高50 cm，為防止水側(cè)滲，埂上覆膜。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)劃試驗(yàn)小區(qū)，每個小區(qū)面積30 m2(5 m×6 m)，小區(qū)間隔1 m。每個試驗(yàn)小區(qū)由控水閥門控制進(jìn)水，小區(qū)中固定刻度尺用于觀測水層深度；小區(qū)旁邊開有副渠和排水口，以精準(zhǔn)控制每個小區(qū)的水層深度。采用人工插秧，密度與當(dāng)?shù)厮咎镆恢拢?月24日插秧。

(1)進(jìn)水量：在進(jìn)水口安裝無喉量水堰，架設(shè)旋槳式流速儀監(jiān)測每個小區(qū)進(jìn)水口水的流速，利用水的平均流速和過水?dāng)嗝娣e的乘積計(jì)算每個小區(qū)的進(jìn)水量。

(2)水層深度：每天9∶00和16∶00通過刻度尺觀測水層深度，下雨后及時進(jìn)行排水以保持試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)的水層深度。

(3)生長指標(biāo)及產(chǎn)量：為減小誤差采用定株觀測，每個小區(qū)設(shè)定3個點(diǎn)，每個點(diǎn)設(shè)定10叢，觀測和統(tǒng)計(jì)保苗率、株高、穗長；每個小區(qū)取1 m2的水稻單獨(dú)收割后測產(chǎn)。

(4)含鹽量：采用m(土)∶V(水)=1∶5與去離子水混合后，充分震蕩搖勻并過濾，取上清液，采用S230電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率，土壤全鹽含量利用電導(dǎo)率與全鹽之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算[11]：

SCC=3.51EC1∶5+0.38

(1)

式中：SCC為全鹽量，g/kg；EC1∶5為上清液的電導(dǎo)率，mS/cm。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對稻田根層土壤鹽分的影響

試驗(yàn)區(qū)土壤中的鹽分為易溶鹽，耕作層鹽分含量低，蒸發(fā)強(qiáng)烈時會導(dǎo)致鹽分聚集在地表，鹽分也能隨水分的滲流遷移到土壤深層，主要受土壤水和地下水的影響[12]。插秧之前整地泡田已將鹽分降低到適宜作物生長的范圍。不同處理對水稻耕層鹽分動態(tài)變化的影響如圖1所示，4月1日為整地之前鹽分的含量。

圖1 各處理對稻田根層土壤鹽分的影響Fig.1 Effects of different treatments on rice root layer soil salt

由圖1可以看出：插秧后的返青期內(nèi)，各處理的土壤鹽分都低于種植前(P<0.01)，表明灌溉淋洗能抑制土壤返鹽，淋鹽效果顯著(P<0.01)；不同處理間脫鹽效果存在差異(P<0.05)，相同時期，T3處理的鹽分含量最低，T1處理的鹽分含量最高，由此可見，隨灌水量的增加鹽分含量逐漸降低，表明水稻返青期適當(dāng)?shù)牧芟茨苡行Э刂仆寥利}分的累積。

2.2 不同處理對水稻生長指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

不同處理對水稻生長及產(chǎn)量的影響如表1所示。

表1 各處理對水稻生長及產(chǎn)量的影響Tab.1 Effects of different treatments on rice growth and yield

注：不同英文小寫字母表示各處理在0.05水平差異顯著，下同。

由表1可以看出：各處理對水稻生長及產(chǎn)量的影響不同，T2處理的保苗率最高，T1和T3處理保苗率差別不大；T3的株高最高，表明淺水層會抑制株高的生長；T2的穗長最長、千粒重最重、產(chǎn)量也是最高的。造成T1和T3的保苗率低于T2處理的原因有：①試驗(yàn)區(qū)五月份氣溫不穩(wěn)定，導(dǎo)致秧苗受凍，影響保苗率；②水層中氧的含量較低，長時間保持深水層會造成秧苗心缺氧，水稻根系不能正常深入土壤，造成漂苗，影響保苗率。

2.3 不同處理對灌溉水分生產(chǎn)率的影響

水分生產(chǎn)率指消耗單位水量所產(chǎn)生的稻谷重量，是衡量水資源利用率的重要指標(biāo)，寧夏引黃灌區(qū)水稻水分生產(chǎn)效率平均為0.44 kg/m3[13]。水稻返青期，T1、T2、T3的灌水量分別為3 030、3 165、3 420 m3/hm2。各處理對灌溉水分生產(chǎn)率的影響如表2所示。

表2 各處理對灌溉水分生產(chǎn)率的影響Tab.2 Effects of different treatments on irrigation water productivity

由表2可以看出：T2的產(chǎn)量最高，T3次之，T2最低；T2的水分生產(chǎn)率最高，T1次之，T3最低，表明灌水量和產(chǎn)量不成正比關(guān)系，適當(dāng)?shù)目刂乒嗨芴岣弋a(chǎn)量。

3 討論與結(jié)論

秧苗移栽后緩沖期大約為4 d，水層太深，會淹沒心葉，透氣性不好，成活緩慢甚至爛秧。另外，水層中氧的含量很低，長時間深水會造成秧苗心缺氧，水稻根系不能正常深入土壤，造成漂苗。而水層太淺，有些地區(qū)氣溫不穩(wěn)定，會導(dǎo)致秧苗受凍，抑制根系的生長甚至死苗。因此，適時控灌節(jié)約水的同時能促進(jìn)水稻生長發(fā)育。土壤溫度對水稻的生長和發(fā)育起著直接作用，經(jīng)常添水會導(dǎo)致水溫低土壤溫度也低，水的熱容量高，稻田保持一定的水層可以保持幾天內(nèi)水溫不產(chǎn)生大的浮動土壤溫度也較恒定，利于水稻的生長發(fā)育。水稻整個生育期內(nèi)的非關(guān)鍵需水期，通過合理供水能夠改善根系土壤中的水、氣、熱、養(yǎng)分狀況，促進(jìn)水稻生長[14]。

鹽堿地種植水稻傳統(tǒng)灌溉采用大水漫灌，降低水稻根區(qū)可溶性鹽分的濃度[13]，脫鹽效果顯著，但帶來的潛在問題也不容忽視，長時間大水漫灌會導(dǎo)致地下水位的升高，導(dǎo)致土壤次生鹽漬化的發(fā)生，不利于作物的生長發(fā)育，不僅浪費(fèi)水資源而且不利于農(nóng)業(yè)資源的高效利用。因此，水稻地灌水要適量，并不是越多越好。在本試驗(yàn)中，T2處理一定程度上抑制了水稻的株高，產(chǎn)量高于T1處理，水分生產(chǎn)率高于T3，張愛華等[15]也通過水稻試驗(yàn)證實(shí)了控制灌溉的這些優(yōu)點(diǎn)，控制灌溉雖然抑制了水稻地上部分的生長但保障了水稻的穩(wěn)產(chǎn)。T2的灌溉水分生產(chǎn)率最高，為0.51只比寧夏引黃灌區(qū)平均值0.44 kg/m3高13.7%，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)區(qū)以前是撂荒鹽堿地，后經(jīng)改良達(dá)到中產(chǎn)田，產(chǎn)量不及高產(chǎn)田。但有學(xué)者[16]研究結(jié)果表明：返青期的水層20 mm為宜，這可能是地域或水稻品種不同造成的。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，水稻返青期水層深度35 mm處理的效果最佳。

返青期水稻水層的控制對地勢要求較高，試驗(yàn)田不平難以進(jìn)行水層管理，而且水層深度的控制管理需要人力的投入，會增加投入成本，但水稻返青期僅有4～6 d，時間短。田塊較小容易控制水層深度，但大面積種植推廣時存在一定的局限性，如何利用計(jì)算機(jī)控制和遙感等技術(shù)，根據(jù)反饋的信息進(jìn)行定量化灌溉將是下一步研究的重點(diǎn)。

本研究以水稻返青期水層深度為控制因素，研究了返青期不同水層深度對后期水稻生長及產(chǎn)量的影響，主要得出了以下結(jié)論：①保苗對水稻增產(chǎn)起決定作用，返青期水層深度過低會導(dǎo)致秧苗受凍，過高導(dǎo)致根系缺氧不利于根系的生長發(fā)育，影響保苗。因此，水稻返青期水層深度要適宜，依據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，寧夏銀北地區(qū)水稻返青期水層深度適宜深度為35 mm。②鹽堿地水稻種植灌水量與土壤脫鹽效果呈正比，但長時間大水灌溉會導(dǎo)致地下水位的升高，容易引起土壤次生鹽漬化，影響產(chǎn)量。因此，施行適時控灌，節(jié)水的同時又能促進(jìn)水稻生長發(fā)育，提高產(chǎn)量。

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