雙季稻Mb+Ke 水肥耦合技術(shù)方案生理需水特性研究

安秋香

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院，湖南 長沙 410007）

引 言

國家科技支撐計劃項目“長江中游南部（湖南）水稻豐產(chǎn)節(jié)水節(jié)肥技術(shù)集成與示范”，自2013 年開始實施，為配合其子課題“農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置”專題研究，在益陽市赫山區(qū)筆架山鄉(xiāng)開展了水肥耦合節(jié)水節(jié)肥定位試驗，設(shè)定了3 種灌溉模式（Ma、Mb、Mc），3 個施肥方案（Kn、Ke、Kp）共9 個處理單元。經(jīng)過5 年觀測，已取得了主要目標成果。耦合方案代碼為：Ma—薄露灌溉、Mb—薄淺濕曬灌溉、Mc—淺曬深灌溉、Kn—適量化肥+適量有機肥、Ke—減量化肥+增量有機肥、Kp—全部化肥。

本文依據(jù)Ma+Kn、Mb+Ke、Me+Kp，連續(xù)5 年觀測試驗總結(jié)成果，提取Mb+Ke 方案，重點對水稻的生理需水特性與主要技術(shù)指標加以分析評述。

水稻生理需水是指供給水稻本身生長發(fā)育，進行正常生命活動所需水分，主要為水稻葉片蒸騰量。試驗證明，不同水肥耦合技術(shù)方案，在相同土壤和不同品種、不同氣象條件下，生理需水特性不同。

1 Mb+Ke 方案的概念與實施要點

1.1 概 念

薄淺濕曬灌溉（Mb）為：薄水插秧，淺水返青，分蘗前期濕潤，分蘗后期曬田，孕穗期灌薄水，抽穗期保持薄水，乳熟濕潤，黃熟濕潤落干。耦合增量有機肥、減量化肥（Ke）。

1.2 實施要點

1）插秧水層不超過20 mm，保持淺水層；

2）返青水層保持在40mm 以內(nèi)，低于5mm 時灌水；

3）分蘗前期3～5 天灌一次小于10 mm 的薄水層，保持田間土壤水分飽和；

4）分蘗后期曬田，視不同田類和天氣采取重曬7～10 天，或輕曬5～7 天；

5）孕穗期灌薄水，田間保持10～20 mm 淺水層；

6）抽穗期保持薄水，水層5～15 mm；

7）乳熟期濕潤，田間土壤水分飽和，一般3～5 天灌一次10 mm 以下薄水層；

8）肥料配置見表1。

表1 減量化肥+增量有機肥（Ke） kg/hm2

2 3 個水肥耦合方案節(jié)水增效指標

水稻產(chǎn)量由水分和氮素兩個主要因子交互作用形成，合理的灌溉和施肥管理措施會發(fā)揮水肥因子的最大效應(yīng)，起到水肥相濟的正面效果。

由表2 看出，在相同地理環(huán)境和氣象條件下，Mb+Ke 方案的耗水量W 最少，較Ma+Kn、Mc+Kp 方案節(jié)水3.3%～14.0%，較當?shù)爻Ｒ?guī)灌溉節(jié)水10.6%，水效比最高，稻谷耗水量0.06 m3/kg，較其他兩個方案分別節(jié)水0.06 m3/kg、0.22 m3/kg。生理需水指標—蒸騰強度最小，畝產(chǎn)稻谷最多，但雨水利用率低于Mc+Kp（淺灌深蓄）方案（參見表2）。

表2 各耦合方案2013—2017 年平均水效指標

3 Mb+Ke 方案生理需水特性

3.1 蒸騰過程

繪制代表年（2016 年）早、晚稻3 日平均蒸騰ω3日～T 過程線（見圖1）。呈現(xiàn)出單峰變化且早稻封頂滯后晚稻15 d，3 d 平均峰值小于晚稻1.25 mm，本田期歷時比晚稻短9 d。

3.2 蒸騰量占比

1）蒸騰量在耗水量中的占比。2014—2016 年早、晚稻蒸騰量在總耗水量中的占比見表3，從中看出：早稻蒸騰量在耗水量中的占比為46.7%，晚稻為47.6%，雙季稻為47.4%，其占比變幅較小，僅在5.8%～2.6%之間。

2）各生育期蒸騰量在本田期蒸騰量中的占比。表4 顯示，早晚稻在分蘗末期經(jīng)歷適度的土壤水分虧缺鍛煉，葉片抵抗水分虧缺的能力增強，在復(fù)水后和生育后期—孕穗、抽穗期保持較高的葉片光合速率，表現(xiàn)出明顯的補償或起補償效應(yīng)，故其蒸騰量早稻以抽穗期為最大，占本田期總量的19.9%；晚稻以孕穗后期為最大，占本田期總量的15.7%。早晚稻均以返青期蒸騰量占比最小，分別為1.5%、9.7%。

表3 歷年蒸騰量ω 占耗水量W 的百分數(shù)

3）各生育期歷年平均耗水強度與蒸騰強度。統(tǒng)計2013—2017 年早、晚、雙季稻各生育期平均耗水強度與平均蒸騰強度列入表5 中，同時繪制生育期相關(guān)圖（見圖2）。

由表4、表5 及圖2 分析，得到Mb+Ke 方案水稻生理需水特性：

表4 雙季稻各生育期多年平均蒸騰量及其占比

①早稻與晚稻的耗水強度W0隨生育期延續(xù)節(jié)水幅度呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，但在乳熟后期以后出現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。同時表明，由于早稻插秧后氣溫較低，W0增加較緩慢，其峰值出現(xiàn)在敏感的抽穗期，其次是孕穗后期。晚稻w0的峰值則提前出現(xiàn)在孕穗后期，其次是抽穗期。且早、晚稻及雙季稻的各生育期ω0過程呈相應(yīng)變化。

②在不同土壤水分條件下，葉片與空氣相對濕度差和葉面濕度對早、晚稻蒸騰影響最大。早稻在低土壤水分和空氣相對濕度大條件下葉面蒸騰速率減小，晚稻減少不明顯，甚至相對有所提高。圖表中顯示，本田期早稻平均蒸騰強度2.7 mm/d，其中抽穗期3.83 mm/d為最大，返青期最小為0.26 mm/d。晚稻平均蒸騰強度2.72 mm/d，孕穗后期3.86 mm/d 為最大，返青期最小為2.07 mm/d。說明早晚稻的蒸騰度最大差異發(fā)生返青期，其它生育期相差不大。

表5 雙季稻各生育期多年平均值w0 與ω0

圖2 雙季稻各生育期多年平均wo 與ω0 相關(guān)圖

耗水強度變化與蒸騰強度變化呈相應(yīng)趨勢。

③ 耗水強度在乳熟期之前，晚稻明顯大于早稻，乳熟期之后，早稻出現(xiàn)較小反超。蒸騰強度則在孕穗后期之前，晚稻明顯大于早稻，但在孕穗后期之后，早稻出現(xiàn)較大反超。

④早、晚稻本田期的生理需水過程呈現(xiàn)單峰形態(tài)。

3.3 生理需水與氣象因子關(guān)系

1）歷年本田期蒸騰量W 蒸騰強度W0及主要氣象因子（2014—2017 年）。Mb+Ke 方案各田塊歷年W、W0指標及生長期降水P、氣溫t、日照μ、風(fēng)速V 等主要氣象因子數(shù)據(jù)見表6。

2）代表年生育期蒸騰強度ω0與主要氣象因子。

Mb+Ke 方案2014、2015 年早、晚稻各生育期的蒸騰強度ω0及降水P、氣溫T、日照μ、風(fēng)速V 等指標列于表7 中。

表6 本田期歷年W、ω0 及主要氣象因子

試驗證明，無論早稻或晚稻，在植株發(fā)育旺盛，密度增大，透風(fēng)減弱，棵間蒸發(fā)受到抑制后，葉面蒸騰受氣象因子影響更為明顯。主要氣象因子對ω0的影響分述如下：

表7 代表年各生育期蒸騰強度ω0 及氣象因子P、T、μ、V 一覽表

①ω0與氣溫T 的關(guān)系。依表6 與表7中的蒸騰強度與氣溫，繪制～t 相關(guān)圖（見圖3）。

圖3 顯示，無論是歷年本田期或是代表年各生育期的平均蒸騰強度與對應(yīng)的日平均氣溫的相關(guān)關(guān)系都呈正相關(guān)，即蒸騰強度隨氣溫升高而增大。早稻本田期平均氣溫升高1℃，ω0增大0.309 mm/d。晚稻本田期平均氣溫升高1℃，ω0增大0.251 mm/d。早稻增幅大于晚稻。

②ω0與降水P 的關(guān)系。依表6、表7 中相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制ω0～P 相關(guān)圖（見圖4）。

由圖4 分析，從雙季稻總體趨勢看，ω0隨降水增大而漸小，單對早稻而言，ω0隨降水增大而微增，雖然早稻期的降水明顯大于晚稻，但由于早稻期的氣溫、日照時數(shù)、風(fēng)速小于晚稻期，受其綜合影響，早稻的蒸騰強度較晚稻平均偏小27.4%。

③ω0與日照μ 的關(guān)系繪制早、晚稻與相關(guān)圖（見圖5）。

圖5 反映出在T、V 相近時，蒸騰強度隨光照時數(shù)增大而增大。早稻期由于空氣相對濕度大于晚稻，早稻的ω0明顯小于晚稻，且隨μ 增加而增大的幅度也縮小。（ω0變幅早稻2.0～2.17 mm/d，晚稻為2.46～2.89 mm/d）。同時，μ 隨T 升高而增大，顯示出蒸騰率與葉片光合速率相似的變化規(guī)律。

④ω0與風(fēng)速V 的關(guān)系（圖6）。本田期早稻多年平均風(fēng)速為1.6 m/s，晚稻為1.7 m/s。在有風(fēng)條件下，水平方向紊流作用影響較明顯，當T、V、空氣相對濕度相同或相近時，通常ω0隨V 加大而增大。本實驗區(qū)由于早稻期的空氣相對濕度比晚稻期要大，所以早稻出現(xiàn)了ω0隨V 加大而減少的變化規(guī)律。

3.4 生理需水與產(chǎn)量的關(guān)系

從歷年早、晚稻平均生理需水與畝產(chǎn)稻谷（G）相關(guān)圖中看出：一是晚稻的蒸騰強度比早稻大，產(chǎn)量比早稻高；二是晚稻產(chǎn)量隨蒸騰強度增大而提高，ω0～G 相關(guān)線呈正比變化；三是早稻產(chǎn)量隨蒸騰強度增大而減少，ω0～G 相關(guān)線呈反比變化；四是出現(xiàn)上述特征的機理主要是受氣象因素影響，因為相對于晚稻，早稻期氣溫低、濕度大、日照時數(shù)短、降水多，大部分生育期處在低土壤水分條件下，葉面蒸騰速率減小所致（見圖7）。

圖3 代表年2014、2015 生育期、歷年本田期蒸騰強度與氣溫T 相關(guān)圖

圖4 歷年本田期蒸騰強度 與降雨量P 相關(guān)圖

圖5 歷年本田期蒸騰強度 與平均日照U 相關(guān)圖

圖6 歷年本田期蒸騰強度ω0 與平均風(fēng)速相關(guān)圖

圖7 歷年本田期蒸騰強度 與畝產(chǎn)稻谷G 相關(guān)圖