南方地區(qū)水稻節(jié)水灌溉的綜合效應(yīng)研究進(jìn)展

羅文兵，孟小軍，李亞龍，鄒 帆，張 偉

(1.長(zhǎng)江科學(xué)院 農(nóng)業(yè)水利研究所，湖北 武漢 430010；2.武漢中地環(huán)科水工環(huán)科技咨詢有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430223；3.湖北省王英水庫(kù)管理局，湖北 咸寧 437000；4.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

1 研究背景

水稻是中國(guó)三大糧食作物(稻谷、小麥和玉米)之一，水稻種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一位(中國(guó)農(nóng)業(yè)部，2014)。常年種植面積約占全國(guó)糧食作物總面積的28%，水稻產(chǎn)量占全國(guó)糧食產(chǎn)量的40%左右[1]。由于南方地區(qū)水資源豐沛，全國(guó)大部分水稻種植在該地區(qū)，但該區(qū)域的水稻灌區(qū)大灌大排用水效率低下，加劇了水資源的短缺。因此，有必要推行水稻節(jié)水灌溉，挖掘水稻產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力，解決水稻生產(chǎn)與水資源緊張之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和保證水稻生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展。

相關(guān)學(xué)者圍繞水稻節(jié)水灌溉的節(jié)水增產(chǎn)機(jī)理進(jìn)行了大量研究。隨著面源污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重和人們環(huán)保意識(shí)的提高，農(nóng)田氮磷流失成為備受關(guān)注的環(huán)境污染問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)也從傳統(tǒng)的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)轉(zhuǎn)向“節(jié)水減排”或“節(jié)水控污”上來(lái)。而在關(guān)注稻田氮磷減排的同時(shí)，也有學(xué)者對(duì)節(jié)水灌溉條件下的稻田溫室氣體排放[2-5]和生物多樣性[6-9]開(kāi)展了相關(guān)研究。但在具體生產(chǎn)中，節(jié)水灌溉模式的選擇大多是基于節(jié)水和增產(chǎn)為目標(biāo)確定的，即強(qiáng)調(diào)的是灌溉的節(jié)水經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，而對(duì)其環(huán)境及生態(tài)效應(yīng)考慮不夠，如節(jié)水灌溉對(duì)減輕農(nóng)業(yè)面源污染、減少溫室氣體排放、維持稻田雜草和動(dòng)物多樣性的影響等?？梢?jiàn)，綜合考慮節(jié)水、增產(chǎn)、提高水肥利用效率、減排和維持生物多樣性目標(biāo)的研究還不夠深入，未能構(gòu)建系統(tǒng)完整的綜合指標(biāo)體系。

鑒于此，本文分析了南方水稻產(chǎn)區(qū)不同節(jié)水灌溉模式的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)了其節(jié)水、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境效應(yīng)，梳理了需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題，提出構(gòu)建綜合考慮各方面效應(yīng)的指標(biāo)體系并進(jìn)行調(diào)控灌溉模式優(yōu)選的建議，旨在促進(jìn)南方地區(qū)節(jié)水灌溉事業(yè)的發(fā)展。

2 南方地區(qū)水稻節(jié)水灌溉模式

由于水稻生產(chǎn)的重要性及水資源的緊缺性，我國(guó)水稻節(jié)水灌溉研究及推廣應(yīng)用一直得到重視，其水平處于世界前列。我國(guó)研究提出的水稻節(jié)水灌溉模式達(dá)10多種，并得到大面積推廣應(yīng)用[10]。這些模式基本上可歸納為“薄淺濕曬”灌溉、薄露灌溉、間歇灌溉、控制灌溉、蓄雨型節(jié)水灌溉等幾種常用的模式[10-11]，其特點(diǎn)詳見(jiàn)文獻(xiàn)[12]。其中“薄淺濕曬”灌溉模式在我國(guó)應(yīng)用最廣，目前在廣西、上海、江蘇得到大面積推廣。間歇灌溉模式適用丘陵山區(qū)，通過(guò)地形坡度來(lái)控制淺水層和干露狀態(tài)。該模式在湖北、安徽、浙江等省已得到成功應(yīng)用[10]。薄露灌溉技術(shù)適用于平原地區(qū)，在浙江、江西等地得到大面積推廣?？刂乒喔燃夹g(shù)具有節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、保肥、抗倒伏和抗病蟲(chóng)害等優(yōu)點(diǎn)，在湖南、江蘇、廣西等地得到大面積推廣。蓄雨型節(jié)水灌溉更適用于田間平整度高的平原地區(qū)，在福建、湖北、浙江等地得到推廣應(yīng)用。

水稻節(jié)水灌溉是根據(jù)水稻在不同生育階段的需水規(guī)律，利用水稻自身的調(diào)節(jié)機(jī)制，通過(guò)減少灌水次數(shù)和灌溉水量，達(dá)到提高水肥利用效率和產(chǎn)量的目的。其與常規(guī)灌溉的不同在于田間水層停留時(shí)間的不同、灌水的判斷標(biāo)準(zhǔn)不同、灌水程度不同等方面[13]。但水稻節(jié)水灌溉與常規(guī)淹沒(méi)灌溉相比，對(duì)田塊平整度、坡度要求更高，并對(duì)灌水標(biāo)準(zhǔn)和灌水程度提出更精細(xì)化管理，需要花費(fèi)更多的人力物力才能達(dá)到預(yù)期效果[14]。

3 節(jié)水灌溉的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)

根據(jù)湖北漳河灌區(qū)開(kāi)展的間歇灌溉與淹灌對(duì)比試驗(yàn)，得到相同肥料管理下，間歇灌比淹灌灌水量減少13.7%，排水量減少19.93%，滲漏量減少10.49%，且水稻產(chǎn)量增產(chǎn)6.3%[15]。在江西贛撫平原灌區(qū)，間歇灌溉與淹水灌溉相比，能顯著減少田間灌水量，平均節(jié)水率為12.7%。間歇灌溉模式下灌水定額小且允許田間土壤干到一定程度，這樣就有效提高了田間蓄水能力，減少了排水量。廣西桂林青獅潭灌區(qū)開(kāi)展了薄淺濕曬和間歇灌溉下節(jié)水增產(chǎn)效果研究，結(jié)果表明，薄淺濕曬和間歇淹水模式與長(zhǎng)期淹水模式相比，間歇灌溉與常規(guī)灌概相比，排水量減少約20%，產(chǎn)量增加約5%[16]。而在江蘇高郵灌區(qū)開(kāi)展了田間控制灌溉試驗(yàn)，在灌水次數(shù)不變的前提下，通過(guò)分生育階段科學(xué)供水方式、合理利用降雨和排水再利用，減少了稻田灌水量，較常規(guī)模式節(jié)約灌溉用水15.85%～18.24%。另根據(jù)15個(gè)省(自治區(qū))的試驗(yàn)成果，淺濕灌、間歇灌溉的灌溉用水量分別比傳統(tǒng)的長(zhǎng)期淹灌降低8%～19%和13%～25%，大部分節(jié)水在20%～30%范圍內(nèi)[11]。

節(jié)水灌溉通過(guò)充分利用降雨，減少灌排次數(shù)和灌排水量，降低蒸散發(fā)和滲漏，從而達(dá)到節(jié)水的目的。水稻田節(jié)水灌溉一是通過(guò)露田、曬田，從而降低滲漏水頭而顯著降低滲漏量，全生育期內(nèi)一般可減少30%～40%；其次是通過(guò)控制土壤含水量，表土層含水率下降速率比根層土壤平均含水率下降速率快，導(dǎo)致棵間蒸發(fā)降低率大于蒸騰降低率，從而降低棵間蒸發(fā)量25%～35%，蒸騰量降低15%左右，總耗水量減少20%～35%。加上節(jié)水灌溉充分利用降雨，故通常情況下，節(jié)水灌溉比傳統(tǒng)灌溉相比，灌水量可減少25%～45%[10-11]。

水稻節(jié)水灌溉的增產(chǎn)機(jī)理在于田面經(jīng)常排水曬田避免土壤長(zhǎng)期處于淹水和飽和狀態(tài)，大大提高土壤透氣性，增加土壤含氧量，提高土壤的氧化還原電位，還原物質(zhì)得到氧化，減少其對(duì)稻根的危害，礦化速度提高，促進(jìn)水稻根系的生育，根數(shù)增加，根表面的吸附面積增加，增強(qiáng)了根系的活力，進(jìn)而提高植株的抗逆性及抗倒伏能力，秸稈更加充實(shí)，產(chǎn)量得到提高[11]。在淺濕灌溉(節(jié)水灌溉)下，土壤氧化還原電位(Eh)值明顯大于淹水灌溉條件下的值，土壤通透性增加，水分生產(chǎn)效率達(dá)1.21 kg/m3，較淹灌平均增加31.5%，產(chǎn)量平均增加25.8%[17]。而干濕交替灌溉(節(jié)水灌溉)與常規(guī)淹水灌溉相比，分蘗成穗率平均為79.4%，明顯高于常規(guī)淹灌，水分利用率較常規(guī)淹灌平均增加27.3%，產(chǎn)量平均增加5.94%[18]。相反在濕潤(rùn)灌溉下，雖分蘗成穗數(shù)與淹水灌溉下基本保持不變，但產(chǎn)量卻有所降低[19]。

4 節(jié)水灌溉的環(huán)境效應(yīng)

4.1 減少氮磷排放

農(nóng)田氮磷流失是造成南方地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因，根據(jù)其產(chǎn)生機(jī)理，農(nóng)業(yè)面源污染的防控可從源頭控制和過(guò)程消減兩方面入手。在源頭控制方面，如采用節(jié)水灌溉、控制排水等田間灌排技術(shù)進(jìn)行面源污染控制；在輸移過(guò)程中，進(jìn)行阻控、攔截和消減。兩者相比，源頭控制更重要。作為從源頭上減少面源污染物排放的重要管理措施，水稻田間節(jié)水灌溉通過(guò)在不同生育期適當(dāng)減少灌水量，從而減少排水量和排污量來(lái)達(dá)到減輕農(nóng)田面源污染的目的。

目前有關(guān)水稻節(jié)水灌溉模式的減污效應(yīng)研究有較強(qiáng)的地域性，主要集中在湖北、廣西、江蘇、江西、浙江等省份。如湖北省主要在漳河灌區(qū)開(kāi)展了間歇灌溉對(duì)氮磷流失規(guī)律的研究，結(jié)果表明，相同肥料管理下，總氮排放量減少47.87%，總磷減少1.79%；在不同的氮肥施水平下，間歇灌溉氮肥利用率較常規(guī)淹灌提高約11.56%，而兩種施氮水平下氮肥利用率差異不顯著[20]。廣西主要在桂林青獅潭灌區(qū)開(kāi)展了薄淺濕曬和間歇灌溉下氮磷消減規(guī)律研究，結(jié)果表明，與長(zhǎng)期淹灌相比，間歇淹水模式和薄淺濕曬地表排水銨態(tài)氮流失量分別減少了21.4%和27.7%[11]；與常規(guī)灌概相比，間歇灌溉地表排水總氮流失量可減少約30%、總磷流失量減少約20%[16]。江蘇主要在江蘇高郵灌區(qū)開(kāi)展田間試驗(yàn)，分析控制灌溉的減污效應(yīng)。控制灌溉稻田TN、TP流失負(fù)荷分別較常規(guī)灌溉方式減少53.72%和37.45%[21]。該模式主要通過(guò)實(shí)施灌水調(diào)控和排水管理，控制了氮、磷流失關(guān)鍵時(shí)期的排水量，高效利用了水分和養(yǎng)分，取得了減排控污的效果。江西主要在贛撫平原灌區(qū)分析間歇灌溉模式下氮、磷流失規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，間歇灌溉與淹水灌溉相比，總氮減排率為12.2%；總磷減排率為15.1%[22]。間歇灌溉模式下灌水定額小且允許田間土壤干到一定程度，這樣就有效提高了田間蓄水能力，減少了排水量，特別是水稻生育前期田面水中氮、磷濃度高，減少排水對(duì)減少氮、磷地表流失意義重大。浙江主要在永康、平湖、蕭山等地開(kāi)展了薄露灌溉、蓄雨節(jié)水灌溉下的氮、磷流失試驗(yàn)，結(jié)果表明，薄露灌溉與傳統(tǒng)灌概相比，氨氮、硝氮、總氮和總磷的減排量分別達(dá)到63%、27%、34%和37%[23]，植株氮吸收率在分蘗、齊穗期分別為傳統(tǒng)灌溉的4.29倍和2.56倍，成熟期差異不大[24]；蓄雨節(jié)水灌溉與常規(guī)灌溉和節(jié)水灌溉相比，減污效果最好，TN排放量減少了22%～90%[25]。

綜上所述，節(jié)水灌溉模式與常規(guī)淹灌相比，可顯著減少氮、磷流失負(fù)荷，削減的幅度約為20%～40%范圍內(nèi)[26]。水稻節(jié)水灌溉的減污機(jī)理在于[27]：(1)通過(guò)減少灌水量，導(dǎo)致排水和滲漏量減少，從而減少氮、磷流失；(2)節(jié)水灌溉水層普遍比傳統(tǒng)淹灌淺，導(dǎo)致稻田表層水壓水勢(shì)低，降低了稻田下滲，從而減少了氮、磷的滲漏淋失機(jī)會(huì)；(3)節(jié)水灌溉下的薄水層為土壤及其表層水中微生物的活動(dòng)創(chuàng)造了條件，提高了其數(shù)量和活性，進(jìn)而促進(jìn)了氮素的吸收利用；(4)干濕交替和曬田等措施增強(qiáng)了土壤的通氣性，進(jìn)而提高了氧化還原電位，促進(jìn)可溶性磷的固定，降低磷素流失的機(jī)會(huì)。

可見(jiàn)，水稻節(jié)水灌概模式通過(guò)改善土壤的水、肥、氣、熱條件，從而促進(jìn)水稻的增產(chǎn)；通過(guò)提高稻田土壤氧化還原電位，增強(qiáng)好氧微生物活性，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解和土壤肥力的維持，進(jìn)而提高肥料利用率；通過(guò)減少灌排次數(shù)和灌排水量，提高降雨利用和灌溉效率，減少氮磷污染物負(fù)荷，從而減輕因氮、磷大量流失而導(dǎo)致的自然水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，也實(shí)現(xiàn)了從源頭上控制面源污染的目的[15]。

4.2 減少溫室氣體排放

節(jié)水灌溉通過(guò)改變土壤的水分條件來(lái)影響土壤透氣性、微生物活性和氧化還原電位，通過(guò)改變土壤中的含氧量、有機(jī)質(zhì)分解速率、根系生物量和活性、硝化與反硝化作用強(qiáng)度以及氣體在土壤孔隙中擴(kuò)散速率等[28]，進(jìn)而顯著影響稻田溫室氣體的排放。

4.2.1 節(jié)水灌溉對(duì)稻田CH4排放的影響 CH4排放是CH4產(chǎn)生、氧化和傳輸3個(gè)過(guò)程相互作用的結(jié)果[29]。研究表明，在土壤氧化還原電位(Eh)為-200～-150 mV時(shí)，產(chǎn)甲烷菌開(kāi)始產(chǎn)生CH4。而土壤氧化還原電位的重要影響因素之一是水分，土壤含水條件不同導(dǎo)致土壤通透性及氧化還原狀態(tài)不同，從而導(dǎo)致稻田CH4排放的差異[30]。排水曬田及干濕交替的水分管理模式改善了土壤通氣狀況，增加土壤含氧量，提高了土壤Eh值，產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)受到抑制，同時(shí)促進(jìn)了CH4氧化過(guò)程，使CH4的排放量顯著減少[31-33]。控制灌溉較常規(guī)灌溉可以極顯著減少稻田CH4排放量83.5%[6,34]。通過(guò)江蘇省句容市和韓國(guó)江原道省的田間試驗(yàn)研究得到，間歇灌溉稻田CH4排放量比持續(xù)淹水稻田減少30%～71%[35-36]。研究表明，節(jié)水灌溉稻田較傳統(tǒng)淹灌，CH4排放可降低14.19%～78.92%，平均降低51.66%[29]。

4.2.2 節(jié)水灌溉對(duì)稻田N2O排放的影響 通常在稻田土壤中的硝化和反硝化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生N2O。不同的灌溉方式下稻田土壤水分條件和有氧、缺氧狀態(tài)不同，進(jìn)一步影響微生物硝化反硝化過(guò)程，從而導(dǎo)致稻田N2O排放量的差異。曬田及干濕交替為N2O的產(chǎn)生提供了條件，增加了N2O的排放，但N2O排放量的增加幅度由曬田及土壤脫水程度決定。大量研究表明，干濕交替階段土壤水分劇烈變化以及土壤落干后的富氧環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較多的N2O。根據(jù)韓國(guó)水原田間試驗(yàn)得到節(jié)水灌溉較持續(xù)淹水灌溉增加了533%的稻田N2O排放量[37]。通過(guò)在江蘇昆山開(kāi)展的田間試驗(yàn)得到控制灌溉較常規(guī)灌溉增加了135.4%～136.9%的稻田N2O排放量[6,38]。間歇灌溉稻田較淹灌稻田N2O累積排放量增加了85.66%[39]。綜合前人研究結(jié)果，節(jié)水灌溉方式較長(zhǎng)期淹水灌溉可改變稻田N2O排放量，大部分研究認(rèn)為節(jié)水灌溉增加了稻田N2O排放量，但也有少部分研究得到的結(jié)論相反[40]?？梢?jiàn)，節(jié)水灌溉對(duì)稻田N2O排放量的影響需要進(jìn)一步分析區(qū)域和氣候差異的作用機(jī)制[29]。

4.2.3 節(jié)水灌溉對(duì)稻田CO2排放的影響 土壤水分通過(guò)影響土壤通氣狀況，導(dǎo)致土壤水中的溶解量以及土壤孔隙中的擴(kuò)散速率產(chǎn)生差異，從而導(dǎo)致CO2排放差異[41]。經(jīng)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)得到，節(jié)水灌溉稻田土壤CO2排放量大于長(zhǎng)期淹水稻田，增幅為20.83%～104.00%，平均增排率達(dá)48.40%[29]。節(jié)水灌溉條件下CO2排放量的增加主要集中在落干階段。其增加的原理在于落干條件下較淹水狀態(tài)提高了CO2在田間表層土壤的擴(kuò)散能力，并讓土壤保持有氧環(huán)境，提高了土壤的氧化還原電位、微生物數(shù)量和氧化活性，從而導(dǎo)致落干狀態(tài)下的CO2排放量大于淹水條件的排放量。

4.2.4 節(jié)水灌溉對(duì)稻田溫室氣體排放的綜合影響 水稻節(jié)水灌溉能顯著減少稻田CH4的排放，但會(huì)促進(jìn)N2O的形成，兩者之間具有明顯的“消-長(zhǎng)”關(guān)系[42-43]。李健陵等[44]研究發(fā)現(xiàn)薄淺濕曬節(jié)水灌溉有效抑制了特別是水稻生育后期的CH4排放峰，促進(jìn)了稻田N2O的排放，CH4和N2O排放此消彼長(zhǎng)，但CH4減排量大于N2O增排量，總體而言，薄淺濕曬灌溉具有減少稻田綜合溫室效應(yīng)的作用。Linquist等[45]研究發(fā)現(xiàn)，干濕交替灌溉條件下的稻田較持續(xù)淹水灌溉條件下的稻田增加了N2O的排放量，但在CH4的排放量上卻顯著減少，從而導(dǎo)致GWP(全球增溫潛勢(shì))下降約34%。Peng等[46]研究表明，與常規(guī)灌溉相比，濕潤(rùn)灌溉稻田當(dāng)季的N2O排放量增長(zhǎng)了15.9%，但CH4的排放量只占總GWP貢獻(xiàn)率的一半，與常規(guī)灌溉相比，較其86%的總GWP貢獻(xiàn)率顯著降低?？梢?jiàn)，濕潤(rùn)灌溉與干濕交替灌溉可通過(guò)降低CH4排放而降低稻田總GWP。與傳統(tǒng)淹灌相比，控制灌溉模式可增加121.8%～144.3%的N2O排放量，減少81.2%～82.8%CH4排放量，綜合增溫潛勢(shì)減少了15.0%～34.8%[42]。

稻田GWP在節(jié)水灌溉模式下，影響率介于-78.00%～36.80%，GWP平均降低37.92%[29]。由于稻田排放的溫室氣體以CH4為主，并且其在GWP中的貢獻(xiàn)較大，而采用節(jié)水灌溉模式下的稻田能夠顯著降低CH4排放。因此，結(jié)合大部分研究成果表明，在節(jié)水灌溉模式下可降低稻田的GWP[47-48]。但少部分研究表明，節(jié)水灌溉方式增加了稻田GWP[5,49]，其原因在于節(jié)水灌溉方式增加了稻田CO2和N2O的排放。

4.3 減少水稻病蟲(chóng)害

節(jié)水灌溉可減少農(nóng)藥使用量，顯著減輕病蟲(chóng)害的危害，從而間接提高了經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)水灌溉會(huì)引起稻田小氣候的顯著改變，如稻田溫度增加、植株間濕度降低、田間晝夜溫差增大等，從而抑制了田間病原菌的繁殖與傳播，進(jìn)而降低水稻病蟲(chóng)害發(fā)生概率。方榮杰[50]研究發(fā)現(xiàn)，在節(jié)水灌溉條件下，稻田紋枯病的發(fā)病率降低了33.4%，病株率下降了12.4%，病情指數(shù)從4.1下降0.1。Mao[51]指出水稻半干旱栽培相對(duì)長(zhǎng)期淹灌，稻飛虱減少了46%，稻田紋枯病減少了24%，稻卷葉蟲(chóng)減少了70%。

5 節(jié)水灌溉的生態(tài)效應(yīng)

節(jié)水灌溉的生態(tài)效應(yīng)研究主要集中在雜草和動(dòng)物多樣性方面。節(jié)水灌溉下的稻田干濕交替必定引起田間雜草生境變化，如田間溫度、濕度、pH、土壤養(yǎng)分狀況及地面光輻射等環(huán)境因子均有所不同，同時(shí)影響著田間各種雜草的生長(zhǎng)，如植株密度、植株構(gòu)建、生物量及養(yǎng)分吸收量等，進(jìn)而顯著影響田間雜草的生物多樣性。方榮杰[50]研究表明，非充分灌溉條件下的田間水層能顯著抑制雜草的生長(zhǎng)。付浩龍等[6]通過(guò)在高郵灌區(qū)開(kāi)展控制灌溉和常規(guī)灌溉雜草群落多樣性調(diào)查，得到控制灌溉稻田雜草物種豐富度要高于常規(guī)灌溉，常規(guī)灌溉稻田雜草各生育期發(fā)生密度總體大于控制灌溉，同時(shí)控制灌溉稻田雜草危害優(yōu)勢(shì)種少于常規(guī)灌溉，雜草群落相對(duì)穩(wěn)定。邱佩等[7]在江西省灌溉試驗(yàn)中心站采用群落生態(tài)學(xué)方法，開(kāi)展了淹灌與間歇灌溉下稻田雜草群落組成及物種多樣性變化研究。結(jié)果表明間歇灌溉各生育期雜草密度降低1.2%～53.2%，平均降低27.8%。相關(guān)研究表明，間歇灌溉條件下形成多樣化的環(huán)境，由于水稻與雜草、雜草與雜草之間存在相互競(jìng)爭(zhēng)，限制了某些對(duì)單一生境有著良好適應(yīng)性的雜草種類生長(zhǎng)，起著過(guò)濾雜草的作用，降低了雜草發(fā)生量?？梢?jiàn)，間歇灌溉明顯提高了雜草群落多樣性，有效地抑制了優(yōu)勢(shì)種雜草生長(zhǎng)。

由于田間干濕交替，顯著影響稻田害蟲(chóng)及天敵的數(shù)量。付浩龍等[8]在高郵灌區(qū)采用多種指數(shù)分析了節(jié)水灌溉模式下稻田各生育階段節(jié)肢動(dòng)物群落的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，隨著水稻的生長(zhǎng)，控制灌溉田間捕食性天敵種類比例隨之增加，害蟲(chóng)種類比例則減少，常規(guī)灌溉則與之相反?？刂乒喔鹊咎锏墓?jié)肢動(dòng)物群落多樣性總體要優(yōu)于常規(guī)灌溉，物群穩(wěn)定水平也高于常規(guī)灌溉，能夠?qū)μ镩g害蟲(chóng)進(jìn)行有效地控制。此外，控制灌溉生育后期中性昆蟲(chóng)均勻度和多樣性均比常規(guī)灌溉小，說(shuō)明控制灌溉模式抑制了害蟲(chóng)的繁殖與傳播。邱佩等[9]采用群落生態(tài)學(xué)研究方法，比較了淹灌和間歇灌溉兩種不同灌溉模式下稻田節(jié)肢動(dòng)物群落多樣性。結(jié)果表明：間歇灌溉增加了水稻各生育期節(jié)肢動(dòng)物群落科數(shù)和種數(shù)，全生育期內(nèi)害蟲(chóng)天敵總數(shù)平均增加了2.62%，天敵種類數(shù)增加了26.2%，在拔節(jié)孕穗期天敵種類數(shù)和數(shù)量增加率均達(dá)到最高。可見(jiàn)，間歇灌溉有效提高了稻田節(jié)肢動(dòng)物天敵群落多樣性，降低害蟲(chóng)群落多樣性，整體天敵與害蟲(chóng)群落分布具有穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果與李道西等[52]研究得到節(jié)水灌溉條件能減少水稻病蟲(chóng)害的結(jié)論不一致，其原因在于系統(tǒng)相對(duì)封閉，缺乏一定代表性。

由此可見(jiàn)，節(jié)水灌溉對(duì)稻田雜草密度和危害優(yōu)勢(shì)種具有一定的控制作用，維持了節(jié)肢動(dòng)物群落的穩(wěn)定性，從而有效地抑制部分雜草和優(yōu)勢(shì)種(蟲(chóng)害)的爆發(fā)，對(duì)維護(hù)稻田雜草多樣性、控制病蟲(chóng)害及稻田生態(tài)平衡具有重要的意義。

總之，與傳統(tǒng)淹灌相比，節(jié)水灌溉不僅具有節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)，同時(shí)還在減少氮磷、溫室氣體排放和維持雜草和動(dòng)物多樣性方面發(fā)揮了重要作用[53-54]。

6 需進(jìn)一步研究的問(wèn)題及展望

目前水稻節(jié)水灌溉模式的選擇及推廣普遍存在強(qiáng)調(diào)其節(jié)水經(jīng)濟(jì)效益，而對(duì)其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)重視不夠的問(wèn)題。水稻田間節(jié)水灌溉模式的優(yōu)選基本都是基于“節(jié)水增產(chǎn)效益最大化”這一原則，此時(shí)的最大效益有可能是在犧牲環(huán)境、生態(tài)利益的基礎(chǔ)上得到的。近年來(lái)，隨著節(jié)水灌溉事業(yè)的發(fā)展和對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，對(duì)節(jié)水灌溉的研究尤其是對(duì)節(jié)水灌溉條件下稻田生態(tài)和環(huán)境效應(yīng)研究提出了許多新的要求，以下幾個(gè)問(wèn)題需要更深入地研究和探討。

(1)田間節(jié)水灌溉的綜合效應(yīng)研究。大量研究表明節(jié)水灌溉對(duì)節(jié)水、增產(chǎn)、環(huán)境、生態(tài)的影響是客觀存在的，目前的研究多集中于節(jié)水灌溉下的節(jié)水減排機(jī)理，近年來(lái)部分研究開(kāi)始關(guān)注對(duì)氮磷、溫室氣體排放和生物多樣性的影響，但大多都偏重對(duì)單方面的影響，對(duì)綜合考慮節(jié)水、增產(chǎn)、提高水肥利用效率、減少氮磷和溫室氣體排放、維持雜草和生物多樣性目標(biāo)的研究還不夠深入，其綜合影響機(jī)理還不清晰[55]。因此，需深入研究水稻節(jié)水灌溉與節(jié)水、增產(chǎn)、環(huán)境、生態(tài)之間的互饋機(jī)制，明確水資源高效利用、糧食產(chǎn)量保障、水環(huán)境治理以及維持生物多樣性對(duì)節(jié)水灌溉的需求，采用多學(xué)科交叉，分析不同水稻節(jié)水灌溉模式的節(jié)水增產(chǎn)效益和生態(tài)環(huán)境效益，從而提出田間水肥綜合調(diào)控模式。

(2)節(jié)水灌溉對(duì)溫室氣體排放的綜合影響和機(jī)理研究。現(xiàn)有研究大多只關(guān)注對(duì)1種或2種氣體的影響效果，而針對(duì)3種溫室氣體排放的綜合影響效應(yīng)以及3種氣體之間此消彼長(zhǎng)排放規(guī)律的研究較缺乏，有待深入研究[41]。此外，有關(guān)節(jié)水灌溉對(duì)農(nóng)田溫室氣體排放影響機(jī)理的研究較缺乏，多是從土壤等角度來(lái)分析，而缺少節(jié)水灌溉條件下溫室氣體排放的微生物驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究[29]。

(3)節(jié)水灌溉對(duì)雜草和動(dòng)物多樣性調(diào)控機(jī)制研究。雖然目前學(xué)者認(rèn)識(shí)到節(jié)水灌溉對(duì)雜草和節(jié)肢動(dòng)物多樣性的影響，但水分狀況變化對(duì)稻田環(huán)境及雜草植株生理特性的內(nèi)在影響規(guī)律、水管理措施下稻田雜草群落之間的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和群落調(diào)控機(jī)制的研究還不夠深入[6]。節(jié)水灌溉條件下稻田害蟲(chóng)的發(fā)生規(guī)律、節(jié)水灌溉對(duì)天敵的控害作用機(jī)理等問(wèn)題還有待深入探討[9]。

(4)節(jié)水灌溉模式的多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)?；诠?jié)水灌溉對(duì)節(jié)水、增產(chǎn)、環(huán)境和生態(tài)的綜合影響機(jī)理，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)(如3S技術(shù)等)采集數(shù)據(jù)，分析各因子交互作用機(jī)理，篩選關(guān)鍵因子，科學(xué)選取綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)因子，構(gòu)建考慮南方不同地域和氣候特點(diǎn)類型灌區(qū)(丘陵區(qū)的長(zhǎng)藤結(jié)瓜灌區(qū)和平原河網(wǎng)灌區(qū))的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，探討評(píng)價(jià)指標(biāo)的尺度效應(yīng)，建立基于模糊理論的節(jié)水灌溉綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)模型，并在此基礎(chǔ)上利用多目標(biāo)決策方法進(jìn)行多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)，提出水稻田間最優(yōu)調(diào)控模式[56]。