于 洋，侯新月，袁安麗，高 月

(1. 黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2. 黑龍江省綏化市發(fā)展和改革委員會(huì)，黑龍江 綏化 152000)

水稻是重要的糧食作物，在保障國家糧食安全、提升農(nóng)民收入水平等方面發(fā)揮著不可替代的作用。作為我國北方主栽作物，水稻具有極大的市場需求，全球氣候變暖成為北方水稻擴(kuò)種的有利條件之一，但每年的低溫冷害仍然造成了較大的產(chǎn)量和收入損失。研究表明，各省份障礙型冷害的風(fēng)險(xiǎn)從大到小依次為黑龍江省、吉林省和遼寧省[1]。對(duì)寒區(qū)水稻種植技術(shù)的深入研究，有利于穩(wěn)定主栽區(qū)產(chǎn)出、保障區(qū)域糧食安全。

水分和肥料是影響作物生長的關(guān)鍵因子，一直以來，作物水肥都是研究熱點(diǎn)。水稻是大宗用水作物，圍繞水稻節(jié)水灌溉模式的研究已不乏報(bào)道，水稻節(jié)水灌溉不僅有利于節(jié)省北方匱乏的水資源，還有利于減少污染物輸出導(dǎo)致的面源污染，具有重要的生態(tài)環(huán)境意義。另一方面，肥料種類、施肥時(shí)期、基追肥比例、有機(jī)無機(jī)配施模式等水稻施肥管理方面的研究也已大量開展，并取得了系列成果，對(duì)于促進(jìn)稻田科學(xué)施肥、增產(chǎn)減污起到了關(guān)鍵作用。然而，關(guān)于寒區(qū)水稻灌溉、施肥和水肥耦合方面的報(bào)道較少。本研究從寒區(qū)水稻種植過程中的水、肥、水肥耦合等角度切入，綜述寒區(qū)水稻水肥管理技術(shù)研究進(jìn)展，以期為北方稻田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供參考。

1 寒區(qū)水稻灌溉管理

1.1 節(jié)水灌溉技術(shù)

水稻耗水量較大，過去通常采用淹灌的方法保證對(duì)水分的供給，淹灌有利于農(nóng)田無機(jī)養(yǎng)分的釋放，提升土壤肥力，但長期實(shí)踐證明，淹灌不僅會(huì)造成無效耗水，且易造成農(nóng)業(yè)面源污染。通過不斷探索，研究出了薄露灌溉、間歇灌溉、淺水勤灌、濕潤灌溉、控制灌溉和控灌中蓄[2]等灌溉方式，大大提升了用水效率?？蒲谐晒霓D(zhuǎn)化促進(jìn)了實(shí)際生產(chǎn)中北方灌溉制度的演變，以黑龍江省為例，表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：水稻節(jié)水灌溉技術(shù)推廣區(qū)域逐年擴(kuò)大、有效灌溉面積逐年增加、灌溉定額不斷下降，但灌溉次數(shù)和灌水期沒有明顯改變。

大量研究圍繞抗寒水稻資源挖掘開展，潘曉雪[3]以12個(gè)農(nóng)藝形狀指標(biāo)為依據(jù)對(duì)106份水稻材料進(jìn)行比較分析，篩選出了發(fā)芽期耐寒性強(qiáng)的四個(gè)種質(zhì)資源：176-6、176-15、桂99和糯稻89-1，為培育抗寒水稻提供了理論基礎(chǔ)。潘國君[4]針對(duì)品種被國外占據(jù)這一威脅糧食安全的重要問題，提出了寒地早粳稻“一早三抗”新株型育種理論及技術(shù)體系，并在國內(nèi)進(jìn)行大面積推廣。喬金玲[5]綜述了黑龍江省水稻育種的歷史和發(fā)展，認(rèn)為黑龍江省水稻育種從高產(chǎn)進(jìn)入超高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和多抗育種階段，還從育種技術(shù)創(chuàng)新角度提出了寒區(qū)水稻育種存在的問題和相應(yīng)的對(duì)策。任勃[6]探明了水稻秧苗對(duì)抗旱劑的響應(yīng)機(jī)理，并確定了最佳施用濃度，結(jié)果表明KHYE-1抗旱劑效果優(yōu)于ABA，適宜葉施濃度為0.5%。綜上，當(dāng)前主要研究均集中在水稻抗寒性能上，盡管孫艷玲[7]、黃書勤[8]等學(xué)者已深入研究了寒區(qū)水稻灌溉模式，姚懿真[9]研究了中國水稻的水足跡和用水效率，但相對(duì)而言，低溫下水稻如何響應(yīng)不同灌溉制度、不同水分條件對(duì)水稻抗寒性能的影響機(jī)理的研究仍較為匱乏。不少寒區(qū)水稻灌溉制度延用南方稻田灌溉模式，缺乏適用性和灌溉參數(shù)調(diào)整的試驗(yàn)研究。

1.2 灌溉條件

寒區(qū)灌溉條件的研究主要集中在灌溉水溫調(diào)控、灌溉設(shè)施設(shè)備、防凍保溫材料、寒區(qū)灌溉智能化、土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)等方面。桑藝寧[10]針對(duì)寒區(qū)土壤水分控制常以田地是否開裂作為灌水標(biāo)準(zhǔn)的局限，結(jié)合傳感器技術(shù)與CC2530無線通信芯片，研發(fā)了寒區(qū)智能灌溉系統(tǒng)。王密盛[11]針對(duì)寒區(qū)水稻全過程栽培技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化程度低的問題，從棚盤育秧、機(jī)械整地、機(jī)械插秧、機(jī)械收獲等角度提出了生產(chǎn)模式、技術(shù)流程和技術(shù)規(guī)范，為生產(chǎn)實(shí)踐提供了有益指導(dǎo)。郭安安[12]針對(duì)井灌區(qū)水溫偏低可能造成的水稻減產(chǎn)問題，綜述了國內(nèi)井水灌溉的一系列節(jié)水和增溫技術(shù)，為優(yōu)化寒區(qū)井灌區(qū)提供了有益參考。夏治濤[13]針對(duì)寒區(qū)灌渠的凍脹問題，對(duì)不同厚度的聚苯板保溫與防凍脹效果進(jìn)行了研究，并對(duì)保溫板鋪設(shè)的厚度提出了建議。黑龍江省水利科學(xué)研究院主持的R327L型圓形噴灌機(jī)灌溉水稻技術(shù)應(yīng)用研究、水稻旱作噴灌種植技術(shù)研究及“948”項(xiàng)目水田土壤水分蒸滲測量系統(tǒng)等項(xiàng)目，推進(jìn)了水稻節(jié)水技術(shù)落地應(yīng)用。

2 寒區(qū)水稻施肥管理

過去增產(chǎn)為導(dǎo)向之下水稻施肥主要用化肥，但近年來，長期施用化肥產(chǎn)生的一系列問題逐漸顯現(xiàn)，土壤板結(jié)、酸化、營養(yǎng)失調(diào)、微生物區(qū)系失衡等問題嚴(yán)重阻礙了現(xiàn)代稻作區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。生物有機(jī)肥、菌肥、緩釋肥由于各自優(yōu)勢(shì)開始得到重視并大范圍推廣，不僅解決了化肥營養(yǎng)元素供給單一化的問題，一些有機(jī)肥還可降低水稻病害的發(fā)生，提升稻田肥力，改善土壤持水特性。林挺銳[14]以減肥減藥為目標(biāo)導(dǎo)向，研究了植物有機(jī)肥(煙渣有機(jī)肥等)在水稻種植上的應(yīng)用及其病蟲害防治效果，結(jié)果表明，新型植物有機(jī)肥能代替化肥并能顯著減少化肥和農(nóng)藥的用量，增加產(chǎn)量的同時(shí)降低病害，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。韓正砥[15]針對(duì)化肥施用對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的不利影響，研究有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)水稻生理過程的影響，結(jié)果表明75%有機(jī)肥配施25%化肥能有效促進(jìn)節(jié)水灌溉下水稻的生長發(fā)育過程，顯著提升了水稻的光合作用，水稻產(chǎn)量得到明顯提升。徐辰峰[16]研究了三種緩釋肥料對(duì)水稻-稻田土系統(tǒng)的綜合影響，證明了硫包膜緩釋肥前期釋放較快但后期釋放速度明顯減緩，樹脂包膜前期釋放慢但后勁足，常規(guī)肥料肥效快、易溶但會(huì)造成大量徑流和揮發(fā)損失。陳書強(qiáng)[17]定量明確了不同菌肥的節(jié)氮效果，表明生物菌劑對(duì)于后期土壤氮養(yǎng)分的供應(yīng)有促進(jìn)作用。

盡管水稻施肥技術(shù)已不乏報(bào)道，但結(jié)合低溫條件開展的研究相對(duì)較少。張振鈞[18]深入探索了低溫下水稻種子的萌發(fā)過程及其對(duì)菌肥的響應(yīng)規(guī)律，結(jié)果表明，生物菌肥的施入有利于水稻抵御凍害，促進(jìn)水稻萌發(fā)，該效應(yīng)在水稻發(fā)芽指數(shù)、萌發(fā)活力、株高等指標(biāo)上均有明顯體現(xiàn)。余小芬[19]研究了氮素供應(yīng)對(duì)水稻抗寒性能的影響，研究結(jié)果表明，在低溫和氮肥供應(yīng)協(xié)同的條件下，施氮會(huì)對(duì)根、葉激素、IAA、CTK和ABA等產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響水稻耐寒性能。張曉輝[20]研究表明，低溫會(huì)減少分蘗數(shù)從而降低減產(chǎn)，低溫后追施40～80 kg/hm2有利于穩(wěn)定產(chǎn)量，而80 kg/hm2以上的追施量下水稻貪青晚熟，氮肥生產(chǎn)力顯著下降，造成氮肥利用效率的降低。

3 寒區(qū)水稻水肥耦合技術(shù)

水稻水肥耦合技術(shù)的研究主要集中在水肥(氮)耦合對(duì)水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量、品質(zhì)的影響、水肥耦合決策模型、水肥一體化設(shè)施設(shè)備和專家決策系統(tǒng)等[21-22]。沈依晨[23]針對(duì)傳統(tǒng)水肥管理氮磷流失嚴(yán)重的問題，以一體化智能化裝配泵站為技術(shù)依托，研發(fā)了水肥一體灌區(qū)專家決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)報(bào)預(yù)警、墑情探測、水肥一體供應(yīng)等多模塊的有機(jī)結(jié)合。張君顏[24]研究了不同灌溉方式對(duì)直播稻氮代謝和產(chǎn)量的影響及機(jī)理，綜合氮代謝關(guān)鍵酶、籽粒產(chǎn)量、各器官氮素累積、稻米品質(zhì)等指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，輕度干濕交替的綜合效益最優(yōu)。徐國偉[25-26]探討了干濕交替下水氮耦合對(duì)水稻內(nèi)源激素水平、氮肥利用效率、光合特性等指標(biāo)的影響，結(jié)果表明，輕度干濕交替耦合中氮供應(yīng)可在最大程度上提高水稻葉片凈光合速率、光合氮素利用效率、PSⅡ潛在活性及最大光化學(xué)效率，說明適宜水肥調(diào)控及其效應(yīng)可提升水稻光合性能從而促進(jìn)水稻高產(chǎn)。

寒區(qū)低溫下的水稻水氮耦合方面，戴明[27]通過長期定位試驗(yàn)證明水氮耦合促進(jìn)了水稻穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗長、穗粗和總產(chǎn)量的提升，提高了水氮氮素累積量和氮肥偏生產(chǎn)力，對(duì)根區(qū)土壤氮素累積和增產(chǎn)也有正向作用。王柏[28]針對(duì)黑龍江省部分地區(qū)水稻節(jié)水控制灌溉技術(shù)落后、水肥利用效率低等問題，通過野外小區(qū)試驗(yàn)，探尋節(jié)水制度下的施肥策略，結(jié)果表明基肥尿素水平較低，可以在返青期和分蘗期提升肥料施用量以增加產(chǎn)量；基肥尿素水平中等時(shí)，返青期可適當(dāng)減少肥料用量，分蘗期補(bǔ)充中等水平氮肥可增產(chǎn)；基肥尿素水平較高時(shí)，返青期施中等水平氮肥，分蘗期可不施用氮肥。張忠學(xué)[29]以黑龍江省黑土稻田為研究對(duì)象，研究了水氮耦合對(duì)稻田碳循環(huán)的影響，結(jié)果表明控制灌溉下的水氮耦合能夠增加碳匯強(qiáng)度，研究結(jié)果為黑土固碳減排提供了有益參考。

寒區(qū)水稻水肥耦合效應(yīng)的研究較一般水肥研究復(fù)雜之處在于多了低溫這一因子，水、肥、溫協(xié)同作用下水稻生理生長的研究難度較大。因此，在寒區(qū)水稻主產(chǎn)區(qū)設(shè)置不同典型試驗(yàn)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上開展水肥技術(shù)探索，是簡化寒區(qū)水稻水肥研究的途徑之一。

4 結(jié) 語

水稻耗水關(guān)乎水資源和生態(tài)環(huán)境，水稻施肥關(guān)乎土壤健康和可持續(xù)發(fā)展，因此，開展水稻控水、節(jié)肥、水肥耦合效應(yīng)的研究對(duì)水稻種植水平的提升有深遠(yuǎn)意義。但從上述分析可知，盡管水稻水、肥及水肥耦合效應(yīng)的研究已開展不少，但針對(duì)寒區(qū)稻田的研究相對(duì)匱乏，進(jìn)一步研究應(yīng)更多考慮在抗寒抗旱水稻種質(zhì)資源的研發(fā)、低溫下水稻響應(yīng)水肥管理的生理和分子機(jī)制、適應(yīng)寒區(qū)的水稻水肥決策模型、水肥配套機(jī)械與寒區(qū)耕作機(jī)械、結(jié)合氣象因子的寒區(qū)墑情預(yù)警預(yù)報(bào)等方面進(jìn)行細(xì)致深入探索。另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然氣候資源的依賴程度極高，而氣象因子數(shù)量多、區(qū)域差異大、協(xié)同性強(qiáng)，給研究過程和成果推廣帶來了阻力，因此寒區(qū)水稻水肥的基礎(chǔ)研究應(yīng)多在寒區(qū)當(dāng)?shù)亻_展，避免單一的低溫模擬研究，綜合考慮其他氣象因子，根據(jù)不同地區(qū)實(shí)際情況制定試驗(yàn)方案，促進(jìn)科學(xué)研究成果在更短時(shí)間內(nèi)向?qū)嶋H生產(chǎn)轉(zhuǎn)化應(yīng)用。