再生水灌溉对水稻生长性状和产量的影响_缪子梅

水稻是我国主要的粮食作物之一［１］ ，总产量占全国粮食作物总产量的 ４０％ 左右，同时水稻也是农业中耗水量最大的作物，稻田灌溉用水量占农业总用水量的 ６５％ 以上。 全球水资源短缺加剧，污水灌溉能够代替清水灌溉，有效节约水资源已成为缓解农业缺水的重要途径［２ － ３］ 。 随着水资源供需矛盾的进一步加剧、污水处理技术的发展， 国家将更加重视再生水的利用，再生水灌溉将会逐渐替代污水灌溉［４］ 。 再生水用于农田灌溉，同未经处理或简单处理的污水相比， 再生水水质大幅提高， 有效降低了其环境风险， 此外再生水利用还具有节省肥料、促进作物生长等经济效益，因此再生水在农业利用方面具有较大的潜力。 为了缓解水资源的压力，国内外学者针对再生水灌溉作物产量与品质及生态环境影响开展了大量的研究［５ － １０］ 。 现阶段关于利用再生水进行水稻灌溉的研究较少，同时水稻用水量较多，因此研究再生水灌溉对水稻生长指标和产量

收稿日期：２０２１ － ０２ － ２８

基金项目：国家重点研发计划重点专项（ 编号：２０１９ＹＦＣ０４０８８０３ ）；国家自然科学基金青年科学基金（ 编号：５２００９０４４）。

作者简介：缪子梅（１９７０—），女，安徽滁州人，研究员，主要从事水稻排灌理论与节水灌溉研究。 Ｅ － ｍａｉｌ：ｍｉａｏｚｍ＠ ｕｊｓ． ｃｏｍ． ｃｎ。

通信作者： 刘培霖， 硕士研究生， 主要从事再生水灌溉研究。Ｅ － ｍａｉｌ：３９１０８１６６１＠ ｑｑ． ｃｏｍ。

的影响，对节约水肥资源、提高经济效益有着重要的意义。

１ 材料与方法

１． １ 试验区基本情况

试验于 ２０２０ 年 ６—１０ 月在浙江省永康市舟山镇野外试验场（１２０°４０′Ｅ、２８°４８′Ｎ） 进行，该地区属于亚热带季风气候， 气候温和， 四季分明。 年平均气温 １７． ５ ℃ ， 年平均日照时数为 １ ９０９ ｈ， 无霜期

２４５ ｄ，年平均降水量 １ ３８７ ｍｍ。

试验场为冬闲田， 共有田间标准试验小区 ２７

个，每个小区长２０ ｍ，宽５ ｍ，小区面积１００ ｍ２ ，试验小区内土壤土质为黏土，土体密度 １． ３５ ｇ ／ ｃｍ３ ，ｐＨ 值 ６． ８７， 有 机 质 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，水表和田间竖尺记录灌排水量，灌溉水源来源于当地污水处理终端及附近河道。

１． ２ 试验设计

试验水稻品种为嘉优中科 １３ － １，２０２０ 年 ６ 月日移栽，１０ 月 ３ 日收割。 水稻移植前施底肥 １

次，生育期内施肥 １ 次，６ 月 ２５ 日施底肥：每小区施２ ｋｇ 复合肥（ Ｎ ∶ Ｋ ∶ Ｐ ＝ １５ ∶ １５ ∶ １５），１ ｋｇ 尿素（ 含氮量约为 ４６％ ）；７ 月 １２ 日施基肥：每小区施 ２． ５ ｋｇ

复合肥（ Ｎ ∶ Ｋ ∶ Ｐ ＝ １５ ∶ １５ ∶ １５）。

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表 １ 水稻生育阶段划分

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按照 ＳＬ１３———２０１５《灌溉试验规范》，根据水稻生育生长特点将水稻生育期划分为 ６ 个生育阶段，

生育期

日期

（ 月 － 日）

时长

（ ｄ）

分别为返青期、分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期、黄熟期（ 表 １）。

灌溉模式为间歇灌溉（ Ｗ１ ）、薄露灌溉（ Ｗ２ ）、浅层灌溉（ Ｗ３），设置 ３ 个重复，各个生育期设置相同的淹水历时， 水位下降进行补水， 控水结束后将水层降至适宜水层上限。 水稻水位控制标准见表 ２。

灌溉水源分为一级水（ Ｒ１）、二级水（ Ｒ２）、河道清水（ Ｒ３ ） ３ 种。一级水为舟山镇生活污水经过一

泡田 ０６ － ２０—０６ － ２８ ９

返青期 ０６ － ２９—０７ － ０５ ７

分蘖期 ０７ － ０６—０８ － ０４ ３０

拔节期 ０８ － ０５—０８ － ２１ １７

抽穗期 ０８ － ２２—０８ － ３１ １０

乳熟期 ０９ － ０１—０９ － １２ １２

黄熟期 ０９ － １３—１０ － ０３ ２１

本田期 ０６ － ２９—１０ － ０３ ９７

表 ２ 田间水位控制标准

灌溉模式 上下限 田面淹水深度（ ｍｍ）

返青 分蘖期 拔节孕穗期 抽穗开花期 乳熟期

Ｗ１ 灌污下限 ０ 露田 ３ ～ ５ ｄ 露田 １ ～ ２ ｄ 露田 １ ～ ２ ｄ 露田 ３ ～ ５ ｄ

灌污上限 ３０ ３０ ４０ ４０ ３０

允许蓄水深度 ５０ ７０ ８０ ８０ ６０

Ｗ２ 灌污下限 ０ １０ １０ １０ １０

灌污上限 ３０ ５０ ５０ ５０ ５０

允许蓄水深度 ５０ ７０ １００ １００ １００

Ｗ３ 灌污下限 ０ ４０ ４０ ４０ １０

灌污上限 ３０ ６０ ６０ ６０ ６０

允许蓄水深度 ５０ １００ １５０ １５０ １００

级处理工艺得到的灌溉用水；二级水为一级处理水进行再加工处理得到的灌溉用水；河道清水为舟山

表 ４ 水稻试验小区设计

水位 施肥

河道内的清水，此类水为周边农村灌溉用水。 灌溉

处理 调控 水源 方式 重复 备注

水水质指标见表 ３。

表 ３ 灌溉水水质指标

１ Ｗ１ Ｒ１ Ｆ１ ３ 一级处理 ＋ 水位调控模式一

２ Ｗ１ Ｒ２ Ｆ１ ３ 二级处理 ＋ 水位调控模式一

水源 ＣＯＤ

（ ｍｇ ／ Ｌ）

氨态氮含量

（ ｍｇ ／ Ｌ）

硝态氮含量

（ ｍｇ ／ Ｌ）

３ Ｗ１ Ｒ３ Ｆ１ ３ 三级处理 ＋ 水位调控模式一

４ Ｗ２ Ｒ１ Ｆ１ ３ 一级处理 ＋ 水位调控模式二

一级灌溉水 １８． ６００ ９． ２５６ ０． ０３７

二级灌溉水 ２０． ２２２ ８． １４７ １． ５１４

河道清水 ２１． ０００ ０． ６７８ １． ０７７

试验主要考虑不同水源、不同水位 ２ 个因素，共

设计 ９ 种处理方式，每种 ３ 个重复，共计 ２７ 个小区， 各小区施肥水平相同，采用当地近年来研究推荐施肥模式，具体小区设置见表 ４。

１． ３ 观测指标及分析方法

由于育苗期和返青期植株较小，生理生长指标不易测量， 而水稻黄熟期对水分反应不明显。 因此，本试验主要对分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期、黄熟期进行试验测定。

５ Ｗ２ Ｒ２ Ｆ１ ３ 二级处理 ＋ 水位调控模式二

６ Ｗ２ Ｒ３ Ｆ１ ３ 三级处理 ＋ 水位调控模式二

７ Ｗ３ Ｒ１ Ｆ１ ３ 一级处理 ＋ 水位调控模式三

８ Ｗ３ Ｒ２ Ｆ１ ３ 二级处理 ＋ 水位调控模式三

９ Ｗ３ Ｒ３ Ｆ１ ３ 三级处理 ＋ 水位调控模式三

每个生育期取 １ 次样，取样植株要求具有代表性，能够反映整个小区水稻生长发育的整体状况， 避免边际效应的影响，同时需注意不能采病株。 按照多点采样原则，分别在小区 ４ 个方向取样，每个方向取 １ 丛。 取样时，沿根茎结合处剪开，茎以上部分做植株干物质测定。 植株干物质测定主要考虑地上部分，即茎、叶、穗（ 谷），测定时用剪刀将各个部

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分分开，分别测定。

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株高：抽穗前，为地面到最高叶尖的高度，抽穗后，为地面到穗顶（ 不计芒） 的高度； 叶面积： 使用ＡＭ － ３００ 叶面积仪进行叶面积测定；干物质质量： 将植株各部分分开，烘干并进行质量测定。

２ 结果与分析

２． １ 稻田不同水源对水稻株高的影响

水稻株高过低， 生育缓慢， 不利于作物进行光合作用，干物质积累少， 导致最终产量形成少［１１］ 。相同灌溉模式条件下不同水源处理水稻生育期内株高变化曲线（ 图 １ ～ 图 ３ ）。 进行对比分析可知， 不同水源处理的水稻株高变化规律基本相同，水稻株高在全生育期内呈逐渐增高趋势， 最终趋于稳定，拔节期株高增长迅速， 后期增长缓慢且较为稳定直至生育期结束。

间歇灌溉模式（ Ｗ１ ） 下， 一级水和二级水水源处理水稻株高较河道清水水源处理水稻株高分别高 ６． ７％ 和 ８． ６％ （ 图 １）。 薄露灌溉模式（ Ｗ２） 下， 一级水和二级水水源处理水稻株高较河道清水水源处理水稻株高分别高 ６． ７％ 和 ４． ３％ （ 图 ２）。 浅层灌溉模式（ Ｗ３） 下，一级水和二级水水源处理水稻株高较河道清水水源处理水稻株高分别高 ７． １％ 和 ２． ２％ （ 图 ３）。

总体而言，不同灌溉模式同种水源处理株高基本相同，但同种灌溉模式水源差异导致株高略有差异。 相同灌溉模式下，全生育期内一级水和二级水水源处理的水稻株高始终高于河道清水水源处理的水稻株高。 在灌溉模式相同的情况下，再生水水源灌溉在带来营养元素的同时可以促进水稻的生长。

２． ２ 稻田不同水源对水稻叶面积指数的影响

相同灌溉模式下，不同水源处理下水稻生育期

内叶面积指数变化曲线见图 ４ ～ 图 ６。 通过对比分析可知，不同水源处理水稻叶面积指数变化趋势大致相同，叶面积指数从返青期至拔节孕穗期快速上升达到峰值，拔节孕穗期至黄熟期缓慢下降。 乳熟期营养停止供应转向稻穗， 叶面积指数开始减小， 叶片开始衰老。

间歇灌溉模式（ Ｗ１ ） 下， 一级水和二级水水源处理水稻叶面积指数峰值分别为 １． ５９ 和 １． ５５，而河道清水水源处理水稻叶面积指数峰值为 １． ０１（ 图４）。 薄露灌溉模式（ Ｗ２ ） 下， 一级水和二级水水源处理水稻叶面积指数峰值分别为 １． ５８ 和 １． ７９，而河道清水水源处理水稻叶面积指数峰值为 １． ４４（ 图５）。 浅层灌溉模式（ Ｗ３ ） 下， 一级水和二级水水源处理水稻叶面积指数峰值分别为 １． ５９ 和 １． ６６，而河道清水水源处理水稻叶面积指数峰值为 １． ５４

（ 图 ６）。

总体而言， 相同灌溉模式下， 全生育期内一级水和二级水水源处理的水稻叶面积指数始终高于河道清水水源处理的水稻叶面积指数。 二级水水源处理下，薄露灌溉模式（ Ｗ２） 叶面积峰值高于间歇灌溉（ Ｗ１） 和浅层灌溉（ Ｗ３）。 一级水水源处理， ３ 种灌溉模式叶面积指数基本相同。 河道水水源处理，浅层灌溉（ Ｗ３） 叶面积指数峰值高于间歇灌溉

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（ Ｗ１） 和薄露灌溉（ Ｗ２）。 在灌溉模式相同情况下， 再生水水源灌溉有利于水稻叶面积指数增长且延缓水稻叶面积指数降低。

灌溉模式（ Ｗ２） 下，一级水和二级水水源处理水稻干物质总质量较河道清水水源处理水稻干物质总质量分别高 ２３． ６％ 和 １３． ３％ （ 图 ８ ）。 浅层灌溉模式（ Ｗ３） 下，一级水和二级水水源处理水稻干物质总质量较河道清水水源处理水稻干物质总质量分别高 ４７． １％ 和 ３５． １％ （ 图 ９）。

２． ３ 稻田不同水源对水稻干物质总质量的影响

相同灌溉模式下不同水源处理下水稻各部位干物质质量变化（ 图 ７ ～ 图 ９） 显示，干物质总质量为水稻茎、叶和穗 ３ 个部分干物质质量组成，其中穗从拔节期开始出现。 不同水源处理下水稻干物质

总质量变化规律大致相同，在全生育期内不断积累

２． ４

影响

稻田不同水源对水稻不同部位干物质质量的

相同灌溉模式下不同水源处理下水稻生育期

趋于稳定，其中拔节孕穗期到乳熟期积累速率最快。间歇灌溉模式（ Ｗ１ ） 下， 一级水和二级水水源

处理水稻干物质总质量较河道清水水源处理水稻干物质总质量分别高 ０． ７％ 和 ２８． ７％ （ 图 ７）。 薄露

内各部位干物质质量变化见图 １０ ～ 图 １２。 水稻各生育阶段不同部位干物质质量分配情况变化基本一致，水稻茎和叶质量在抽穗开花占比最大； 穗则是从拔节期开始积累， 在抽穗期和乳熟期逐渐积

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累，并在乳熟期达到最大。

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水源处理水稻穗部质量占总干物质质量 ６２． ７％ 、

穗部干物质质量累积决定着稻田产量形成。间歇灌溉模式（ Ｗ１） 下，一级水、二级水和河道清水水源处理水稻穗部质量占总干物质质量 ５８． ８％ 、６１ư ０％ 和 ４８． ４％ （ 图 １０）。 薄露灌溉模式（ Ｗ２） 下， 一级水、二级水和河道清水水源处理水稻穗部质量占总干物质质量 ６２． ５％ 、５９． ２％ 和 ４６． １％ （ 图 １１）。浅层灌溉模式（ Ｗ３） 下，一级水、二级水和河道清水

５１ư ６％ 和 ４８． ５％ （ 图 １２）。

总体而言， 相同灌溉模式下， 再生水灌溉穗部干物质质量占比高于河道清水，再生水灌溉干物质质量高于河道水灌溉。 表明在灌溉模式相同情况下，再生水水源能够有效促进水稻干物质积累， 有利于水稻产量形成。

２． ５ 稻田不同水源及灌溉模式处理条件下对水稻产量的影响

图１３ 显示，间歇灌溉模式（ Ｗ１） 下，一级水和二级水水源处理水稻产量较河道清水水源处理产量分别高 ６． ２％ 和 ２７． ４％ 。 薄露灌溉模式（ Ｗ２） 下，一

级水和二级水水源处理水稻产量较河道清水水源处理产量分别高 １６． ０％ 和 １３． ７％ 。 浅层灌溉模式

（ Ｗ３） 下，一级水和二级水水源处理水稻产量较河道清水水源处理产量分别高 ２６． ７％ 和 ２． ５％ 。

一级水处理（ Ｒ１） 下，产量最高为浅层灌溉模式

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（ Ｗ３），其较间歇灌溉（ Ｗ１） 和薄露灌溉（ Ｗ２） 分别高 １７． ５％ 和 ８． ６％ 。 二级水处理（ Ｒ２） 下，产量最高为间歇灌溉（ Ｗ１），其较薄露灌溉（ Ｗ２） 和浅层灌溉

（ Ｗ３） 分别高 １２． ３％ 和 ２５． ２％ 。 而河道清水处理

（ Ｒ３） 下，３ 种灌溉模式产量基本相同。

因此，与河道水水源处理相比， 一级水和二级水水源处理在一定程度上表现出增产效应。 在灌溉模式相同情况下，再生水水源可以提高水稻产量。

３ 结论与讨论

３． １ 再生水水源灌溉可以促进水稻生长

间歇灌溉模式下，一级水和二级水水源处理水稻株高较河道清水水源处理水稻株高分别高 ６． ７％ 和 ８． ６％ 。 薄露灌溉模式下，一级水和二级水水源处理水稻株高较河道清水水源处理水稻株高分别高 ６． ７％ 和 ４． ３％ 。 浅层灌溉模式下，一级水和二级水水源处理水稻株高较河道清水水源处理水稻株高分别高 ７． １％ 和 ２ư ２％ 。 在灌溉模式相同情况下， 再生水水源灌溉在带来营养元素的同时可以促进水稻的生长。

间歇灌溉模式下，一级水和二级水水源处理水稻干物质总质量较河道清水水源处理水稻干物质总质量分别高 ０． ７％ 和 ２８． ７％ 。 薄露灌溉模式下， 一级水和二级水水源处理水稻干物质总质量较河道清水水源处理水稻干物质总质量分别高 ２３． ６％ 和 １３． ３％ 。 浅层灌溉模式下，一级水和二级水水源处理水稻干物质总质量较河道清水水源处理水稻干物质总质量分别高 ４７ư １％ 和 ３５． １％ 。 在灌溉模式相同情况下，再生水水源能够有效促进水稻干物质积累，有利于水稻产量形成。

３． ２ 再生水水源灌溉能提高水稻产量

间歇灌溉模式下，一级水和二级水水源处理水稻产量较河道清水水源处理产量分别高 ６． ２％ 和２７． ４％ 。 薄露灌溉模式下，一级水和二级水水源处理水稻产量较河道清水水源处理产量分别高１６ư ０％ 和 １３． ７％ 。 浅层灌溉模式下，一级水和二级水水源处理水稻产量较河道清水水源处理产量分

别高 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现出增产效应。

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