再生水灌溉對(duì)水稻生長(zhǎng)性狀和產(chǎn)量的影響

繆子梅 劉培霖 肖夢(mèng)華 李圓圓 李競(jìng)春

摘要：再生水灌溉能有效緩解水資源壓力，研究不同再生水水源灌溉水稻對(duì)生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量的影響對(duì)節(jié)約水肥資源、提高經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義。2020年以嘉優(yōu)中科13-1品種為試驗(yàn)材料，設(shè)置間歇灌溉（W1）、薄露灌溉（W2）、淺層灌溉（W3）3種灌溉模式及一級(jí)水（R1）、二級(jí)水（R2）、河道清水（R3）3種灌溉水源處理共9組試驗(yàn)，分析相同灌溉模式下不同灌溉水源對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量的影響。3種灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻株高較河道清水水源處理水稻株高分別高6.7%和8.6%、6.7%和4.3%、7.1%和2.2%。3種灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻干物質(zhì)積累量較河道清水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量分別高0.7%和28.7%、23.6%和13.3%、47.1%和35.1%。3種灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻產(chǎn)量較河道清水水源處理產(chǎn)量分別高6.2%和27.4%、16.0%和13.7%、26.7%和2.5%。說明再生水水源灌溉能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育，提高水稻產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：再生水灌溉;水稻;生長(zhǎng)性狀;產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S511.07?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）18-0084-06

收稿日期：2021-02-28

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（編號(hào)：2019YFC0408803）;國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金（編號(hào)：52009044）。

作者簡(jiǎn)介：繆子梅（1970—），女，安徽滁州人，研究員，主要從事水稻排灌理論與節(jié)水灌溉研究。E-mail：miaozm@ujs.com.cn。

通信作者：劉培霖，碩士研究生，主要從事再生水灌溉研究。E-mail：391081661@qq.com。

水稻是我國(guó)主要的糧食作物之一[1]，總產(chǎn)量占全國(guó)糧食作物總產(chǎn)量的40%左右，同時(shí)水稻也是農(nóng)業(yè)中耗水量最大的作物，稻田灌溉用水量占農(nóng)業(yè)總用水量的65%以上。全球水資源短缺加劇，污水灌溉能夠代替清水灌溉，有效節(jié)約水資源已成為緩解農(nóng)業(yè)缺水的重要途徑[2-3]。隨著水資源供需矛盾的進(jìn)一步加劇、污水處理技術(shù)的發(fā)展，國(guó)家將更加重視再生水的利用，再生水灌溉將會(huì)逐漸替代污水灌溉[4]。再生水用于農(nóng)田灌溉，同未經(jīng)處理或簡(jiǎn)單處理的污水相比，再生水水質(zhì)大幅提高，有效降低了其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，此外再生水利用還具有節(jié)省肥料、促進(jìn)作物生長(zhǎng)等經(jīng)濟(jì)效益，因此再生水在農(nóng)業(yè)利用方面具有較大的潛力。為了緩解水資源的壓力，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)再生水灌溉作物產(chǎn)量與品質(zhì)及生態(tài)環(huán)境影響開展了大量的研究[5-10]?，F(xiàn)階段關(guān)于利用再生水進(jìn)行水稻灌溉的研究較少，同時(shí)水稻用水量較多，因此研究再生水灌溉對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量的影響，對(duì)節(jié)約水肥資源、提高經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

試驗(yàn)于2020年6—10月在浙江省永康市舟山鎮(zhèn)野外試驗(yàn)場(chǎng)（120°40′E、28°48′N）進(jìn)行，該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明。年平均氣溫17.5 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)為 1 909 h，無(wú)霜期245 d，年平均降水量1 387 mm。

試驗(yàn)場(chǎng)為冬閑田，共有田間標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)小區(qū)27個(gè)，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)20 m，寬5 m，小區(qū)面積100 m2，試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)土壤土質(zhì)為黏土，土體密度1.35 g/cm3，pH值6.87，有機(jī)質(zhì)含量20.3 g/kg，全氮含量 0.153 g/kg，全磷含量0.028 g/kg。

再生水采用管道灌溉，水表和田間豎尺記錄灌排水量，灌溉水源來(lái)源于當(dāng)?shù)匚鬯幚斫K端及附近河道。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)水稻品種為嘉優(yōu)中科13-1，2020年6月26日移栽，10月3日收割。水稻移植前施底肥1次，生育期內(nèi)施肥1次，6月25日施底肥：每小區(qū)施 2 kg 復(fù)合肥（N ∶K ∶P=15 ∶15 ∶15），1 kg尿素（含氮量約為46%）;7月12日施基肥：每小區(qū)施2.5 kg復(fù)合肥（N ∶K ∶P=15 ∶15 ∶15）。

按照SL13——2015《灌溉試驗(yàn)規(guī)范》，根據(jù)水稻生育生長(zhǎng)特點(diǎn)將水稻生育期劃分為6個(gè)生育階段，分別為返青期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期、黃熟期（表1）。

灌溉模式為間歇灌溉（W1）、薄露灌溉（W2）、淺層灌溉（W3），設(shè)置3個(gè)重復(fù)，各個(gè)生育期設(shè)置相同的淹水歷時(shí)，水位下降進(jìn)行補(bǔ)水，控水結(jié)束后將水層降至適宜水層上限。水稻水位控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。

灌溉水源分為一級(jí)水（R1）、二級(jí)水（R2）、河道清水（R3） 3種。一級(jí)水為舟山鎮(zhèn)生活污水經(jīng)過一級(jí)處理工藝得到的灌溉用水;二級(jí)水為一級(jí)處理水進(jìn)行再加工處理得到的灌溉用水;河道清水為舟山河道內(nèi)的清水，此類水為周邊農(nóng)村灌溉用水。灌溉水水質(zhì)指標(biāo)見表3。

試驗(yàn)主要考慮不同水源、不同水位2個(gè)因素，共設(shè)計(jì)9種處理方式，每種3個(gè)重復(fù)，共計(jì)27個(gè)小區(qū)，各小區(qū)施肥水平相同，采用當(dāng)?shù)亟陙?lái)研究推薦施肥模式，具體小區(qū)設(shè)置見表4。

1.3 觀測(cè)指標(biāo)及分析方法

由于育苗期和返青期植株較小，生理生長(zhǎng)指標(biāo)不易測(cè)量，而水稻黃熟期對(duì)水分反應(yīng)不明顯。因此，本試驗(yàn)主要對(duì)分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、黃熟期進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。

每個(gè)生育期取1次樣，取樣植株要求具有代表性，能夠反映整個(gè)小區(qū)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的整體狀況，避免邊際效應(yīng)的影響，同時(shí)需注意不能采病株。按照多點(diǎn)采樣原則，分別在小區(qū)4個(gè)方向取樣，每個(gè)方向取1叢。取樣時(shí)，沿根莖結(jié)合處剪開，莖以上部分做植株干物質(zhì)測(cè)定。植株干物質(zhì)測(cè)定主要考慮地上部分，即莖、葉、穗（谷），測(cè)定時(shí)用剪刀將各個(gè)部分分開，分別測(cè)定。

株高：抽穗前，為地面到最高葉尖的高度，抽穗后，為地面到穗頂（不計(jì)芒）的高度;葉面積：使用AM-300葉面積儀進(jìn)行葉面積測(cè)定;干物質(zhì)質(zhì)量：將植株各部分分開，烘干并進(jìn)行質(zhì)量測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田不同水源對(duì)水稻株高的影響

水稻株高過低，生育緩慢，不利于作物進(jìn)行光合作用，干物質(zhì)積累少，導(dǎo)致最終產(chǎn)量形成少[11]。相同灌溉模式條件下不同水源處理水稻生育期內(nèi)株高變化曲線（圖1～圖3）。進(jìn)行對(duì)比分析可知，不同水源處理的水稻株高變化規(guī)律基本相同，水稻株高在全生育期內(nèi)呈逐漸增高趨勢(shì)，最終趨于穩(wěn)定，拔節(jié)期株高增長(zhǎng)迅速，后期增長(zhǎng)緩慢且較為穩(wěn)定直至生育期結(jié)束。

間歇灌溉模式（W1）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻株高較河道清水水源處理水稻株高分別高6.7%和8.6%（圖1）。薄露灌溉模式（W2）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻株高較河道清水水源處理水稻株高分別高6.7%和4.3%（圖2）。淺層灌溉模式（W3）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻株高較河道清水水源處理水稻株高分別高7.1%和2.2%（圖3）。

總體而言，不同灌溉模式同種水源處理株高基本相同，但同種灌溉模式水源差異導(dǎo)致株高略有差異。相同灌溉模式下，全生育期內(nèi)一級(jí)水和二級(jí)水水源處理的水稻株高始終高于河道清水水源處理的水稻株高。在灌溉模式相同的情況下，再生水水源灌溉在帶來(lái)營(yíng)養(yǎng)元素的同時(shí)可以促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)。

2.2 稻田不同水源對(duì)水稻葉面積指數(shù)的影響

相同灌溉模式下，不同水源處理下水稻生育期內(nèi)葉面積指數(shù)變化曲線見圖4～圖6。通過對(duì)比分析可知，不同水源處理水稻葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)大致相同，葉面積指數(shù)從返青期至拔節(jié)孕穗期快速上升達(dá)到峰值，拔節(jié)孕穗期至黃熟期緩慢下降。乳熟期營(yíng)養(yǎng)停止供應(yīng)轉(zhuǎn)向稻穗，葉面積指數(shù)開始減小，葉片開始衰老。

間歇灌溉模式（W1）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻葉面積指數(shù)峰值分別為1.59和1.55，而河道清水水源處理水稻葉面積指數(shù)峰值為1.01（圖4）。薄露灌溉模式（W2）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻葉面積指數(shù)峰值分別為1.58和1.79，而河道清水水源處理水稻葉面積指數(shù)峰值為1.44（圖5）。淺層灌溉模式（W3）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻葉面積指數(shù)峰值分別為1.59和1.66，而河道清水水源處理水稻葉面積指數(shù)峰值為1.54（圖6）。

總體而言，相同灌溉模式下，全生育期內(nèi)一級(jí)水和二級(jí)水水源處理的水稻葉面積指數(shù)始終高于河道清水水源處理的水稻葉面積指數(shù)。二級(jí)水水源處理下，薄露灌溉模式（W2）葉面積峰值高于間歇灌溉（W1）和淺層灌溉（W3）。一級(jí)水水源處理，3種灌溉模式葉面積指數(shù)基本相同。河道水水源處理，淺層灌溉（W3）葉面積指數(shù)峰值高于間歇灌溉（W1）和薄露灌溉（W2）。在灌溉模式相同情況下，再生水水源灌溉有利于水稻葉面積指數(shù)增長(zhǎng)且延緩水稻葉面積指數(shù)降低。

2.3 稻田不同水源對(duì)水稻干物質(zhì)總質(zhì)量的影響

相同灌溉模式下不同水源處理下水稻各部位干物質(zhì)質(zhì)量變化（圖7～圖9）顯示，干物質(zhì)總質(zhì)量為水稻莖、葉和穗3個(gè)部分干物質(zhì)質(zhì)量組成，其中穗從拔節(jié)期開始出現(xiàn)。不同水源處理下水稻干物質(zhì)總質(zhì)量變化規(guī)律大致相同，在全生育期內(nèi)不斷積累趨于穩(wěn)定，其中拔節(jié)孕穗期到乳熟期積累速率最快。

間歇灌溉模式（W1）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量較河道清水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量分別高0.7%和28.7%（圖7）。薄露灌溉模式（W2）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量較河道清水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量分別高23.6%和13.3%（圖8）。淺層灌溉模式（W3）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量較河道清水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量分別高47.1%和35.1%（圖9）。

2.4 稻田不同水源對(duì)水稻不同部位干物質(zhì)質(zhì)量的影響

相同灌溉模式下不同水源處理下水稻生育期內(nèi)各部位干物質(zhì)質(zhì)量變化見圖10～圖12。水稻各生育階段不同部位干物質(zhì)質(zhì)量分配情況變化基本一致，水稻莖和葉質(zhì)量在抽穗開花占比最大;穗則是從拔節(jié)期開始積累，在抽穗期和乳熟期逐漸積累，并在乳熟期達(dá)到最大。

穗部干物質(zhì)質(zhì)量累積決定著稻田產(chǎn)量形成。間歇灌溉模式（W1）下，一級(jí)水、二級(jí)水和河道清水水源處理水稻穗部質(zhì)量占總干物質(zhì)質(zhì)量58.8%、61.0%和48.4%（圖10）。薄露灌溉模式（W2）下，一級(jí)水、二級(jí)水和河道清水水源處理水稻穗部質(zhì)量占總干物質(zhì)質(zhì)量62.5%、59.2%和46.1%（圖11）。淺層灌溉模式（W3）下，一級(jí)水、二級(jí)水和河道清水水源處理水稻穗部質(zhì)量占總干物質(zhì)質(zhì)量62.7%、51.6%和48.5%（圖12）。

總體而言，相同灌溉模式下，再生水灌溉穗部干物質(zhì)質(zhì)量占比高于河道清水，再生水灌溉干物質(zhì)質(zhì)量高于河道水灌溉。表明在灌溉模式相同情況下，再生水水源能夠有效促進(jìn)水稻干物質(zhì)積累，有利于水稻產(chǎn)量形成。

2.5 稻田不同水源及灌溉模式處理?xiàng)l件下對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

圖13顯示，間歇灌溉模式（W1）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻產(chǎn)量較河道清水水源處理產(chǎn)量分別高6.2%和27.4%。薄露灌溉模式（W2）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻產(chǎn)量較河道清水水源處理產(chǎn)量分別高16.0%和13.7%。淺層灌溉模式（W3）下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻產(chǎn)量較河道清水水源處理產(chǎn)量分別高26.7%和2.5%。

一級(jí)水處理（R1）下，產(chǎn)量最高為淺層灌溉模式（W3），其較間歇灌溉（W1）和薄露灌溉（W2）分別高17.5%和8.6%。二級(jí)水處理（R2）下，產(chǎn)量最高為間歇灌溉（W1），其較薄露灌溉（W2）和淺層灌溉（W3）分別高12.3%和25.2%。而河道清水處理（R3）下，3種灌溉模式產(chǎn)量基本相同。

因此，與河道水水源處理相比，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理在一定程度上表現(xiàn)出增產(chǎn)效應(yīng)。在灌溉模式相同情況下，再生水水源可以提高水稻產(chǎn)量。

3 結(jié)論與討論

3.1 再生水水源灌溉可以促進(jìn)水稻生長(zhǎng)

間歇灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻株高較河道清水水源處理水稻株高分別高6.7%和8.6%。薄露灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻株高較河道清水水源處理水稻株高分別高6.7%和4.3%。淺層灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻株高較河道清水水源處理水稻株高分別高7.1%和2.2%。在灌溉模式相同情況下，再生水水源灌溉在帶來(lái)營(yíng)養(yǎng)元素的同時(shí)可以促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)。

間歇灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量較河道清水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量分別高0.7%和28.7%。薄露灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量較河道清水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量分別高23.6%和13.3%。淺層灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量較河道清水水源處理水稻干物質(zhì)總質(zhì)量分別高47.1%和35.1%。在灌溉模式相同情況下，再生水水源能夠有效促進(jìn)水稻干物質(zhì)積累，有利于水稻產(chǎn)量形成。

3.2 再生水水源灌溉能提高水稻產(chǎn)量

間歇灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻產(chǎn)量較河道清水水源處理產(chǎn)量分別高6.2%和27.4%。薄露灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻產(chǎn)量較河道清水水源處理產(chǎn)量分別高16.0%和13.7%。淺層灌溉模式下，一級(jí)水和二級(jí)水水源處理水稻產(chǎn)量較河道清水水源處理產(chǎn)量分別高26.7%和2.5%。同河道清水灌溉相比，再生水水源灌溉在一定程度上表現(xiàn)出增產(chǎn)效應(yīng)。

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