中国水稻节水灌溉技术的现状及发展趋势

　　水稻是中国三大粮食作物之一，常年种植面积为 3 × 108 hm2 ，占总耕地面积的 30% 左右，水稻总产量达到 1. 8 × 1011 kg，占总粮食产量的 40% 左右 ( 茆智等，2002) 。同时，水稻也是农业的用水大户，用水量占农业用水量的 70% ，消耗全国总用水量约 50% ( 康定，2009) 。传统的淹水灌溉耗水量极大，达 6000 ～ 9000 m3 ·hm - 2 ，浪费极其严重( 顾春梅和赵黎明，2012) 。中国的灌溉水利用效率仅为 40% 左右，低于发达国家的 80% 水利用效率，水的生产效率不足 1. 0 kg·m - 3 ，也远远低于发达国家 2. 0 kg·m - 3 的水平( 陈琳，2010) 。因灌溉方式的不合理，造成了水资源浪费严重、水利用率低，加剧了水资源的短缺和水资源污染。根据水利部、中国工程院等部门的预测，中国农业用水必须维持零增长或负增长，才能保证中国用水安全和生态安全，缓解水资源供需矛盾的重要途径之一是发展节水灌溉( 王增发和洪小康，1998) 。因此，研究和开发水稻节水灌溉技术是非常必要的。本文综述了水稻节水灌溉技术的类型及对水稻生长和稻田生态环境的影响，阐述了节水灌溉技术的增产节水机理，并展望了节水灌溉技术的发展趋势。

中国水稻节水灌溉技术的现状及发展趋势

　　1 水稻节水灌溉技术的增产机理

　　水稻是中生植物，即“半水生性”，对水旱具有双重的适应性( 贾宏伟等，2007) 。与其他大田作物一样，良好的土壤通气性、充足的水分供给和适宜的养分供应可确保水稻良好的生长发育，进而获得高产。水分供给量和方式决定着土壤的通气性和养分供给( 才晓玲和李志洪，2008) ，阐明水稻的需水特性是非常重要的。水稻需水包括生理需水和生态需水。生理需水 ( 植株蒸腾) 指维持水稻自身生长发育、进行正常生命活动及保持体内水分平衡所需的水分。作物蒸腾量包括有效蒸腾量和无效蒸腾量，无效蒸腾量的减少不但不会减产，还有一定的增产和优质效益。生态需水是为保证水稻正常生长发育创造良好的生态环境所需要的水分。它的主要作用是调节土壤的水、肥、气、热状况及株间小气候环境条件，常指棵间蒸发量和田间渗漏量，大部分对水稻的生长发育无益，反而会对水稻产生不利影响( Mackenzie et al. ， 1999; 崔桂官和吴悦琴，2000) 。水稻节水灌溉是根据水稻生育过程中生理生态的需水规律，控制农田水分状况、提高土壤温度，调节土壤水分、降低田间湿度，改善土壤理化性质、田间小气候条件，促进根系发育，增强根的活力，并使植株茎叶协调，使基部节间粗短，增强抗逆性，减少无效分蘖，防止倒伏，提高有效穗数和穗粒数，进而提高产量。

　　2 中国水稻节水灌溉技术

　　2. 1 “浅、湿、晒”灌溉技术 “浅、湿、晒”灌溉技术是从 20 世纪 70 年代末开始研究试验，于 80 年代初中期取得成功，并在大田应用，90 年代初期开始大面积推广应用( 茆智等， 2005) ，广西推广的“薄、浅、湿、晒”灌溉，北方推广的“浅、湿”灌溉等与其相似。其技术要点为: 薄水插秧，浅水返青，分蘖前期湿润，分蘖后期晒田，拔节孕穗期回灌薄水，抽穗开花保持薄水，乳熟期湿润，黄熟期湿润、落干( 张伟义，1998) 。此灌溉技术可实现节约用水约 11% ～ 39. 6% ，产量提高 1. 1% ～ 35% ( 张文渊，1999; 李承明，2001; 孙红光等，2002; 徐红和张学龄，2003; 余青，2012) ( 表 1) 。

　　2. 2 间歇灌溉技术间歇灌溉也叫涌流灌溉，是由美国学者于 1979 年首先提出，并进行深入研究，逐渐发展起来的一种地面节水灌溉技术。中国的间歇灌溉技术试验研究始于1987 年，目前仍处于初级阶段( 岳尚文和李强， 2 000 ) 。间歇灌溉是按一定时间间隔向沟或畦供水，利用波涌流在沟畦里推进以湿润土壤的灌水方式( 李强，2000) 。间歇灌溉较好地解决了传统淹水灌溉田间深层渗漏大、灌水不均匀和长畦( 沟) 灌溉难的问题。

　　2. 3 控制灌溉技术 20 世纪 80 年代中后期，中国科学家与澳大利亚科学家合作开始研究控制灌溉技术，当时研究的对象主要是果树和大田作物盆栽试验，90 年代开始在大田作物开展试验。1996 年，河海大学专家开始在水稻上研究控制灌溉，并取得成功。目前，已在中国得到大面积的推广与应用( 彭世彰等，2006) 。控制灌溉技术是指在秧苗本田移栽后，田面保持 5 ～ 25 mm 水层返青，在分蘖后的各个生育阶段不再建立水层。以根层土壤水分作为控制指标，确定灌水时间和灌水定额。土壤水分控制上限为饱和含水率，下限则视水稻不同生育阶段，分别取土壤饱和含水率的 60% ～ 80% 适宜组合。为了实现这一目标，只需灌溉 2 到 6 次即可，而按照传统的灌溉技术，灌水次数大约在 12 到 20 次。控制灌溉技术通过控制土壤的含水率大大地节约了用水。此外，这种灌溉技术还有利于稻谷对于氧气的吸收，而且水肥不容易流失，水稻对于肥料的吸收能力也较强，促进了资源利用效率的提升，增加了水稻的产量( 张恩江等， 2007) 。该技术可节约 30. 5% 左右的水资源，提高约 9%的水稻产量( 孙家国等，2007; 周立奎，2007; 王青菊等，2012; 俄立生和王欢，2013) ( 表 1) 。

　　3 节水灌溉对水稻生长发育的影响

　　3. 1 对水稻根的影响根系是作物的主要吸收器官，又是很多物质同化、转化或合成的地方，其生长发育与土壤水分密切相关，并影响地上部分生长发育和产量形成( 冯广龙和刘昌明，1996) 。节水灌溉技术使土壤通气条件改善，根系活力增强，水稻根系深度增加 10 ～ 20 cm，总根数和白根数均增加 20% ( 李远华等，1998) ，吸肥功能旺盛，尤期在生长后期维持较高的根系活力，较好地协调高产与根系早衰之间的矛盾( 陈国林，1996) 。

　　3. 2 对水稻茎叶的影响叶片是植物进行光合作用的器官，也是植株蒸腾水分散失的主要途径。正常灌溉下，叶面积指数在营养生长末期达到最大，受水分胁迫后，植物体内的水分胁迫抑制了细胞的分化和扩张，叶片生长缓慢，可有效减少植株的蒸腾量( 张明炷等，1994) 。节水灌溉技术通过影响叶片的叶水势调节气孔开度，气孔开度则对植物光合和水分利用有重要作用 ( Chalmers et al. ，1984; DaMatta et al. ，2002) ，水稻受旱后，叶气孔开闭时间短且难达到最大，蒸腾速率下降，减少无效蒸腾散失的水分( 张明炷等，1994) 。节水灌溉下，水稻株高生长受到抑制，较传统淹灌植株平均矮 6. 9 ～ 7. 5 cm( 孙彦坤等，2008) ，茎杆粗壮，提高了水稻的抗倒伏性( 张明炷等，1994; 李远华，1998; 杨丽敏等，2010) 。同时还使分蘖提前，减少无效分蘖，提高有效分蘖和成穗数，提高产量 ( 崔一龙等，1992; 杨丽敏，2008; 陈厚存等，2012) 。

　　3. 3 对水稻产量及品质的影响产量构成因素主要由有效穗数，每穗实粒数和千粒重构成。节水灌溉主要是通过增加有效穗数和每穗实粒数来达到增加产量的效果。研究表明，节水灌溉可使结实率增加 1% ～ 10% ( 傅志强等， 2011) 。余青( 2010) 发现，“浅、湿、晒”灌溉较常规灌溉每平方米有效穗数增加 3. 38% ，每穗实粒增加 3. 17% 粒。

　　4 节水灌溉对生态环境的影响

　　4. 1 改善田间小气候节水灌溉使稻田水分干湿交替，从而影响稻田热容量的变化，稻田温度、株间湿度会随着田间水分状况不同而发生改变，使田间小气候发生变化。当稻田土壤含水量降低时，棵间蒸发减少，植株蒸腾减弱，导致株间湿度下降，稻田温度升高。采用节水灌溉模式稻田温度会增加 1 ～ 3 ℃，株间空气湿度会降低 1% ～ 5% ( 茆智等，2002) 。节水灌溉对田间小气候的影响，在晴天中午最为明显，但阴雨天保温效果不好( 何顺之，1993) 。

　　4. 2 减轻水体污染由于稻田过多的施用化肥等肥料，随稻田渗漏水和地表排水流失的氮、磷等元素量大，污染水体。节水灌溉减少因降雨肥水被迫排放，减少肥水在田面较长时间而挥发，减少因灌水量太大造成在渗漏水中的损失。节水灌溉使土壤通透性加强，氧化状态时间相对较长，抑制了由渗漏与地表排出水中氮、磷浓度的提高，致使水中带走的氮、磷总量减少。根据广西、江苏、浙江、湖北等省试验点的试验观测，采用各种节水灌溉模式，可以减少随渗漏与地表排水排走的总氮负荷及总磷负荷，减少的幅度大多数为 20% ～ 40% ( 茆智等，2009) 。此外，节水灌溉还可以增加氮利用率，节水灌溉条件下植株、稻谷、秸秆的氮利用率比淹水灌溉分别高 3% 、2% 和 1. 3% ( 李荣刚等，2001) 。

　　4. 3 减少水稻病虫害节水灌溉可以显著减轻病虫害的危害和减少农业使用量，减少了对水体的污染，间接提高了经济效益。采用节水灌溉技术后，对田间小气候有很大影响。改变了稻田高温高湿的状况，稻田增温，株间空气湿度降低，使昼夜温差变大，从而抑制了病原菌的传播与繁殖，减轻病虫害的发生。方荣杰( 2001) 研究发现，在节水灌溉条件下，稻田纹枯病的发病率从 36. 7% 下降到了 3. 3% ，病株率从 12. 8% 下降到 0. 4% ，病情指数从 4. 1 下降到 0. 1。根据广西玉林农业气象站调查结果表明，节水灌溉条件下稻纹枯病，稻飞虱和稻卷叶虫的发生率可减少 40% ～ 70% ( 茆智等，2009) 。

　　5 存在问题及发展趋势

　　5. 1 水稻节水灌溉技术存在的问题由于中国节水灌溉技术实施的比较晚，研究还不完善。虽然都有良好的节水和增产效果，但其效果还不稳定，有些高效的节水技术是否可以高产，缺乏充分的理论依据和实践。另外，大量试验研究表明，一些使稻田偏旱的高效节水技术，使用十几年后可能招致土壤肥力下降，几十年后，可能使稻田土的肥沃特性衰减甚至丧失，不利于持续高产。许多研究都只探讨纯粹的节水灌溉技术对水稻生长发育的影响，而没有将栽培与节水相结合，同时各种节水灌溉技术存在一定的局限性。因此，新的灌溉技术的研究已成为科学家研究的热点。

　　5. 2 发展趋势 5. 2. 1 调亏灌溉技术调亏灌溉是于 20 世纪 70 年代中期由澳大利亚持续灌溉农业研究所 Tatura 中心研究成功的( 蔡大鑫等，2004) 。与其他灌溉技术不同的是，它是根据作物的遗传和生态特性，在作物生长的某一适当阶段，人为主动地对其施加一定程度的水分胁迫，以影响作物的生理和生化过程，对作物进行抗旱锻炼，提高作物的后期抗旱能力，即通过作物自身的变化实现高水分利用率。调亏灌溉还可以控制营养器官生长，提高根冠比，改变光合产物在营养器官和生殖器官之间的分配比例，以获得更高的经济产量，在产量增加的同时还能有效的改善作物的品质，提高经济价值( 郭相平和康绍忠，1998; 史文娟等，1998) 。调亏灌溉实现了产量、水分利用、品质的全面提高，并且对地形、土壤理化性质等没有局限，可以在大范围内推广。该技术在水稻中的利用尚未见报道。 5. 2. 2 蓄雨( 水) 型节水灌溉技术利用稻田及稻田周边设施蓄积自然降水或灌溉水，缓解双季稻地区换茬期的水缺乏问题，同时减低因换茬期因泡田、整田所消耗的水量，提高水分的利用效率。本文提出了 2 种较为有效的蓄雨( 水) 型节水灌溉技术，如稻-沟系统和蓄水收获模式。稻-沟系统是指在稻田周围建立蓄水沟或蓄水池，即可以蓄积自然降雨，也可以减轻稻田灌水或排水时的负担，减少经地表水流走造成的水资源浪费。蓄水收获模式是指在早稻黄熟期后，稻田不晒田，而是继续灌水，直到水稻成熟收割，收割后不翻耕，直接种植下一季水稻。这样减少了晒田再灌水而浪费掉的水资源，抑制旱生杂草的生长，减少了耕作时间和劳力，秸秆还田，保护了生态环境，减少了稻田营养损失。5. 2. 3 膜下滴灌技术膜下滴灌技术是 2012 年在新疆研发成功并投入使用的，是一套世界首创的高产、高效、优质、生态膜的水稻现代化栽培技术，改变了传统水稻种植的“水作”方式，全生育期无水层、不起垄。膜下滴灌技术通过水肥精确调控，化学调控和及时控制分蘖数量等措施提高产量; 将覆膜直播与滴管技术有机结合，解决了已有水稻覆膜技术育苗移栽，分厢开沟等费时费力及肥料和水分利用率低的问题，可以节水 60% 以上( 郭庆人和陈林， 2012) ，同时覆膜对土壤具有明显的保水增温，防除杂草，降低病虫害的效果，降低了肥料和农药的污染。不起垄，可以提高土 10% ～ 15% 的地利用率，增加了种植面积。膜下滴灌水稻全生育期无水层，大大减少了大田中 CH4的排放，其他温室气体的排放也得到有效的抑制。

　　另外，在国外地下灌溉已被公认为是一种最有发展前途的高效节水灌溉技术，尽管目前还存在一些问题，使应用推广的速度较慢，但科技含量愈来愈高，许多理论实践问题会逐渐得到解决。

　　参考文献

　　才晓玲，李志洪. 2008. 容重和水分条件对黑土和冲积土通气性影响的研究. 科技信息: 学术研究，( 21) : 8 - 9.

　　蔡大鑫，沈能展，崔振才. 2004. 调亏灌溉对作物生理生态特征影响的研究进展. 东北农业大学学报，35 ( 2) : 139.

　　蔡一霞，朱庆森. 2002. 结实期土壤水分对稻米品质的影响. 作物学报，28( 5) : 601 - 608.

　　《中国水稻节水灌溉技术的现状及发展趋势》来源：《生态学杂志》，作者：姚林1，2，3 郑华斌2，3，4 刘建霞1，2，3 贺慧1，2，3 黄璜2，3，4**

学术指导老师

学术指导老师二维码