淺析水稻節(jié)水灌溉高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)機(jī)理

李蔚然，于小彭，展廣軍，王康健，于艷青

（遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧 盤(pán)錦 124010）

水稻是我國(guó)最主要的糧食作物， 播種面積約占糧食種植總面積的30%，產(chǎn)量占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的1/2。 同時(shí)水稻也是需水量最多的糧食作物，對(duì)于氣候和灌溉條件方式等因素要求很大。 我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量約占全社會(huì)用水量的60%，農(nóng)田灌溉的傳統(tǒng)方式為淹水灌溉， 但是由于傳統(tǒng)的淹水灌溉方式不合理，大約30%的灌溉水量通過(guò)地表徑流、田間滲透、棵間蒸發(fā)等方式被消耗，灌溉用水利用率極低。 我國(guó)農(nóng)業(yè)的缺水量占全國(guó)缺水量的3/4，在水資源日益緊張的同時(shí)，農(nóng)業(yè)用水上卻存在著大量的水資源浪費(fèi)， 目前我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉水利用效率只有1.0 kg/m3， 低于國(guó)際上發(fā)達(dá)水平的2.0 kg/m3， 從這一數(shù)據(jù)當(dāng)中我們也可以看出農(nóng)業(yè)用水在我國(guó)存在嚴(yán)重的浪費(fèi)問(wèn)題[1]。水資源的匱乏嚴(yán)重影響了我國(guó)水稻糧食安全， 國(guó)民經(jīng)濟(jì)也會(huì)遭受?chē)?yán)重影響。研究水稻的需水特性，依據(jù)水稻需水特性以及自身機(jī)能采取不同的節(jié)水灌水方式（主要有控制灌溉、脅迫灌溉、間歇灌溉、淺濕曬灌溉、淺水灌溉等，均在土壤飽和含水率情況下），既可以最大程度上滿(mǎn)足水稻用水， 也可以降低無(wú)效蒸騰，提高水肥利用率，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的。

1 水稻需水特性

水稻是喜水作物，對(duì)水的依賴(lài)性較大，充足的水分也是水稻生長(zhǎng)的必要條件之一。 水稻產(chǎn)量高低有諸多影響因素，以水、肥、氣候等為主，其中水是最活躍的因子， 人們可以根據(jù)水稻的需水特性與規(guī)律來(lái)更好地制定灌溉制度，進(jìn)行合理灌溉，充分發(fā)揮水對(duì)水稻生長(zhǎng)的有利作用。

1.1 水稻體內(nèi)水分的生理作用

水分既是細(xì)胞原生質(zhì)的主要成分， 也是水稻新陳代謝的不可替代的反應(yīng)物質(zhì)。 水稻體內(nèi)含有大量的水分，含水量占其鮮重的70%～80%。 水分是水稻生理代謝過(guò)程中的重要參與者， 在光合作用、呼吸作用、有機(jī)物質(zhì)的合成和分解過(guò)程中，都有大量的水分子參與[2]。

水分是否充足對(duì)水稻的各個(gè)器官以及光合作用等生理作用有很大影響。 當(dāng)水稻體內(nèi)水分充足時(shí)，細(xì)胞會(huì)變得膨脹從而使各個(gè)器官保持應(yīng)有的緊張度，使水稻葉片的氣孔開(kāi)放，提高光合作用速率。

1.2 水稻根系對(duì)水分的吸收

水稻的葉片雖然也能吸收水分， 但是對(duì)整體來(lái)說(shuō)作用有限， 主要還是依靠水稻的根系從土壤中吸收；水稻根系也不是全部都能吸水，吸水作用主要是在根尖部分進(jìn)行， 所以水稻根部的發(fā)育是否茁壯對(duì)于水稻整個(gè)生長(zhǎng)周期是至關(guān)重要的。

蒸騰拉力是水稻根系吸水的主要?jiǎng)恿χ?，葉片產(chǎn)生蒸騰作用時(shí)產(chǎn)生的細(xì)胞水勢(shì)壓力會(huì)導(dǎo)致根部主動(dòng)從土壤中吸收水分， 根系周?chē)梢岳梦盏乃趾谋M后， 水稻會(huì)通過(guò)根系的生長(zhǎng)外延去追蹤新的水分從而用于一些生理作用， 同時(shí)也促進(jìn)了根系發(fā)育。

1.3 土壤通氣性對(duì)水稻根系吸水的影響

水稻根系吸水需要氧氣來(lái)供應(yīng)與維持。 大量實(shí)驗(yàn)證明： 如果長(zhǎng)時(shí)間淹水灌溉導(dǎo)致土壤通氣性不好，根系缺乏氧氣，不僅是水稻，小麥和玉米的根系吸水量也會(huì)降低10%～20%；如果讓土壤接觸氧氣，增加通氣性，則吸水性增加。 因?yàn)橥寥蓝趸紳舛冗^(guò)高或者缺氧會(huì)導(dǎo)致水稻根系的細(xì)胞呼吸減弱，影響根壓，從而導(dǎo)致吸水效果減慢[3]。

2 水稻節(jié)水灌溉可以提高產(chǎn)量

傳統(tǒng)的水稻淹水灌溉并不能保證水稻高產(chǎn)，反而會(huì)使根系受損， 長(zhǎng)時(shí)間的缺氧狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸、硫化氫、亞鐵等還原物質(zhì)，阻止水稻根系吸收養(yǎng)分。 因此，必須改進(jìn)灌水技術(shù)、根據(jù)水稻自身的需水特性和需水規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)和控制灌水， 既可以大大降低無(wú)效灌水并且達(dá)到節(jié)水目的， 也可以適應(yīng)水稻作物生長(zhǎng)需求達(dá)到高產(chǎn)的目的。

2.1 節(jié)水灌溉可以降低無(wú)效蒸騰實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)

蒸騰是水稻不可缺少的重要的生理作用，只有通過(guò)蒸騰作用水稻才可以獲得生長(zhǎng)需要的二氧化碳，提高水稻的耐高溫的特性；通過(guò)蒸騰作用，水稻可以吸收和運(yùn)輸水分， 葉片部分失水從而產(chǎn)生水勢(shì)作用需要從相鄰細(xì)胞吸收水分， 產(chǎn)生蒸騰拉力， 達(dá)到由葉片蒸騰作用產(chǎn)生的作用力傳到根部繼續(xù)吸收水分和養(yǎng)分， 水稻自身也會(huì)通過(guò)蒸騰拉力把從根系吸收的養(yǎng)分分配到各個(gè)器官中去。

但是相關(guān)研究表明，水稻通過(guò)葉片、根系等方式吸收的水分總量?jī)H有約1%左右能被自身利用， 其余均通過(guò)蒸騰作用等一些生理方式排到外界。 可見(jiàn)，降低無(wú)效蒸騰作用尤為重要，既能提高自身水分利用率，也可以提高自身養(yǎng)分利用率[3]。

先進(jìn)的水稻節(jié)水灌溉技術(shù)，例如控制灌溉、脅迫灌溉、間歇灌溉、淺濕曬灌溉、淺水灌溉等，其主要原理都是針對(duì)水稻生理需水和生態(tài)需水規(guī)律，可以給水稻創(chuàng)造更好更利于生長(zhǎng)的水分養(yǎng)分環(huán)境，充分發(fā)揮出水稻自身的生理機(jī)能，降低無(wú)效蒸騰作用進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[4]。

2.2 節(jié)水灌溉可以降低養(yǎng)分流失實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)

水稻除了蒸騰作用等生理性需水外， 還有棵間蒸發(fā)、田間滲透等生態(tài)性需水。 其中，田間滲透量約占水稻總需水的70%[5]。 棵間蒸發(fā)量和田間滲透量的變化不僅受自然氣候等影響， 也受田間的水層深度和土壤含水率的影響。采用節(jié)水灌溉，在土壤含水率100%的情況下， 水稻整個(gè)生育期的水層較低甚至不建立水層， 可以很大程度上減少棵間蒸發(fā)量，轉(zhuǎn)而被土壤蒸發(fā)所代替；水稻根系不斷吸收水分， 同時(shí)保持土壤含水率在80%～100%，可以加強(qiáng)根系對(duì)土壤中水分的吸收，促進(jìn)根系發(fā)育，吸收無(wú)機(jī)物效率提高，水稻通過(guò)根系運(yùn)輸水分和養(yǎng)分也相應(yīng)效率提高[6]。

相關(guān)資料顯示， 田間滲透量與田面的水層深度呈正相關(guān)，隨著水層深度越大滲透量越大。淹水灌溉過(guò)程中， 需要保持一定量的田間滲透量來(lái)帶走土壤中的有毒還原物質(zhì)， 并且需要地表徑流等方式淋洗土壤，同時(shí)也帶走了大量的肥料養(yǎng)分，造成大量水分、養(yǎng)分流失，對(duì)地下水環(huán)境也帶來(lái)巨大壓力。 采用節(jié)水灌溉，降低田間水層深度，灌溉時(shí)土壤含水量也達(dá)到了飽和含水量。 大氣與土壤的直接接觸和交換， 改變了水田土壤的長(zhǎng)期處于還原的被動(dòng)局面，減少了土壤有害還原物質(zhì)的形成，也有利于減緩水稻田間土壤的退化速度[7]。

2019 年在遼寧省鹽堿地利用研究所實(shí)驗(yàn)基地農(nóng)田測(cè)坑進(jìn)行了節(jié)水灌溉初步試驗(yàn)， 實(shí)際面積為336 m2，淹水灌溉為對(duì)照，控制灌溉為處理，不同灌溉方式水稻生育期各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。 從表1 中可以看出， 控制灌溉水稻的根系比淹水灌溉水稻的根系長(zhǎng)度高了10.3 個(gè)百分點(diǎn)，穗長(zhǎng)高了3.2 個(gè)百分點(diǎn)，有效穗數(shù)（理論換算）多了0.85 萬(wàn)穗/667 m2，產(chǎn)量（理論換算）提高6.8 個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)一步驗(yàn)證節(jié)水灌溉理論的可行性。

表1 不同灌溉方式水稻生育期各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

采用因地制宜、先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)水稻田間保水保肥，提高水肥的利用率，把水稻的棵間蒸發(fā)和田間滲透等生態(tài)需水合理降低， 也可以發(fā)揮水稻自身機(jī)能的調(diào)節(jié)機(jī)制和對(duì)水分生理需求的適應(yīng)性， 為水稻生產(chǎn)的節(jié)水增產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 水稻節(jié)水灌溉可以提高稻米品質(zhì)

稻米品質(zhì)的重要指標(biāo)之一就是蛋白質(zhì)的含量，普通稻米的蛋白質(zhì)含量為7%～9%。 李壽聲等在河海大學(xué)等灌溉試驗(yàn)站對(duì)水稻的需水規(guī)律等方面的研究過(guò)程中，采用控制灌溉技術(shù)，大米中粗蛋白含量高達(dá)10.05%， 已經(jīng)達(dá)到了優(yōu)質(zhì)大米的標(biāo)準(zhǔn)，比淹水灌溉提高了4.8%[8]。

傳統(tǒng)的淹水灌溉方式，土壤通氣性不好，缺少氧氣，有機(jī)質(zhì)分解效果不好，根系發(fā)展緩慢，吸收氮素情況也欠佳。 節(jié)水灌溉由于在水田建立淺水層，返青期后若條件允許甚至可以在土壤飽和含水率情況下不建立水層，土壤通透性大大提升，土壤含氧程度也有所改善， 土壤中的好氧微生物含量上升，有機(jī)質(zhì)被迅速分解，肥料中更多的氮轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У?；同時(shí)水稻根系發(fā)達(dá)，可以吸收更多的氮素為自身利用，輸送到籽粒當(dāng)中合成更多的蛋白質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)與建議

節(jié)水灌溉技術(shù)可以減少作物的無(wú)效蒸騰量、棵間蒸發(fā)量、田間滲透量等，因此也減少了作物需水量，提高水肥利用率，避免水肥大量流失，甚至可以達(dá)到水稻“最佳生態(tài)狀態(tài)”的高產(chǎn)水稻和優(yōu)質(zhì)米要求。 發(fā)展并推廣先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的必然選擇， 并且都有著不錯(cuò)的試驗(yàn)成果，但是目前我國(guó)的節(jié)水灌溉推廣效果并不顯著，大多數(shù)只是在試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行， 農(nóng)戶(hù)們對(duì)于節(jié)水灌溉的原理、 對(duì)水稻的需水特性和需水規(guī)律也不夠了解。 應(yīng)拿出有力的實(shí)驗(yàn)成果、配套的科普手冊(cè)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃ぷ髡竞娃r(nóng)業(yè)推廣站， 建立示范基地，讓農(nóng)戶(hù)們可以更加直觀地了解節(jié)水灌溉，真正做到節(jié)水高產(chǎn)，顯示出農(nóng)業(yè)科技的力量，為社會(huì)為百姓造福。