寒区水稻水肥管理技术研究进展

于 洋，侯新月，袁安丽，高 月

(1. 黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080；2. 黑龙江省绥化市发展和改革委员会，黑龙江 绥化 152000)

水稻是重要的粮食作物，在保障国家粮食安全、提升农民收入水平等方面发挥着不可替代的作用。作为我国北方主栽作物，水稻具有极大的市场需求，全球气候变暖成为北方水稻扩种的有利条件之一，但每年的低温冷害仍然造成了较大的产量和收入损失。研究表明，各省份障碍型冷害的风险从大到小依次为黑龙江省、吉林省和辽宁省[1]。对寒区水稻种植技术的深入研究，有利于稳定主栽区产出、保障区域粮食安全。

水分和肥料是影响作物生长的关键因子，一直以来，作物水肥都是研究热点。水稻是大宗用水作物，围绕水稻节水灌溉模式的研究已不乏报道，水稻节水灌溉不仅有利于节省北方匮乏的水资源，还有利于减少污染物输出导致的面源污染，具有重要的生态环境意义。另一方面，肥料种类、施肥时期、基追肥比例、有机无机配施模式等水稻施肥管理方面的研究也已大量开展，并取得了系列成果，对于促进稻田科学施肥、增产减污起到了关键作用。然而，关于寒区水稻灌溉、施肥和水肥耦合方面的报道较少。本研究从寒区水稻种植过程中的水、肥、水肥耦合等角度切入，综述寒区水稻水肥管理技术研究进展，以期为北方稻田高产稳产提供参考。

1 寒区水稻灌溉管理

1.1 节水灌溉技术

水稻耗水量较大，过去通常采用淹灌的方法保证对水分的供给，淹灌有利于农田无机养分的释放，提升土壤肥力，但长期实践证明，淹灌不仅会造成无效耗水，且易造成农业面源污染。通过不断探索，研究出了薄露灌溉、间歇灌溉、浅水勤灌、湿润灌溉、控制灌溉和控灌中蓄[2]等灌溉方式，大大提升了用水效率。科研成果的转化促进了实际生产中北方灌溉制度的演变，以黑龙江省为例，表现为以下几个方面：水稻节水灌溉技术推广区域逐年扩大、有效灌溉面积逐年增加、灌溉定额不断下降，但灌溉次数和灌水期没有明显改变。

大量研究围绕抗寒水稻资源挖掘开展，潘晓雪[3]以12个农艺形状指标为依据对106份水稻材料进行比较分析，筛选出了发芽期耐寒性强的四个种质资源：176-6、176-15、桂99和糯稻89-1，为培育抗寒水稻提供了理论基础。潘国君[4]针对品种被国外占据这一威胁粮食安全的重要问题，提出了寒地早粳稻“一早三抗”新株型育种理论及技术体系，并在国内进行大面积推广。乔金玲[5]综述了黑龙江省水稻育种的历史和发展，认为黑龙江省水稻育种从高产进入超高产、优质和多抗育种阶段，还从育种技术创新角度提出了寒区水稻育种存在的问题和相应的对策。任勃[6]探明了水稻秧苗对抗旱剂的响应机理，并确定了最佳施用浓度，结果表明KHYE-1抗旱剂效果优于ABA，适宜叶施浓度为0.5%。综上，当前主要研究均集中在水稻抗寒性能上，尽管孙艳玲[7]、黄书勤[8]等学者已深入研究了寒区水稻灌溉模式，姚懿真[9]研究了中国水稻的水足迹和用水效率，但相对而言，低温下水稻如何响应不同灌溉制度、不同水分条件对水稻抗寒性能的影响机理的研究仍较为匮乏。不少寒区水稻灌溉制度延用南方稻田灌溉模式，缺乏适用性和灌溉参数调整的试验研究。

1.2 灌溉条件

寒区灌溉条件的研究主要集中在灌溉水温调控、灌溉设施设备、防冻保温材料、寒区灌溉智能化、土壤水分监测系统等方面。桑艺宁[10]针对寒区土壤水分控制常以田地是否开裂作为灌水标准的局限，结合传感器技术与CC2530无线通信芯片，研发了寒区智能灌溉系统。王密盛[11]针对寒区水稻全过程栽培技术标准化程度低的问题，从棚盘育秧、机械整地、机械插秧、机械收获等角度提出了生产模式、技术流程和技术规范，为生产实践提供了有益指导。郭安安[12]针对井灌区水温偏低可能造成的水稻减产问题，综述了国内井水灌溉的一系列节水和增温技术，为优化寒区井灌区提供了有益参考。夏治涛[13]针对寒区灌渠的冻胀问题，对不同厚度的聚苯板保温与防冻胀效果进行了研究，并对保温板铺设的厚度提出了建议。黑龙江省水利科学研究院主持的R327L型圆形喷灌机灌溉水稻技术应用研究、水稻旱作喷灌种植技术研究及“948”项目水田土壤水分蒸渗测量系统等项目，推进了水稻节水技术落地应用。

2 寒区水稻施肥管理

过去增产为导向之下水稻施肥主要用化肥，但近年来，长期施用化肥产生的一系列问题逐渐显现，土壤板结、酸化、营养失调、微生物区系失衡等问题严重阻碍了现代稻作区的可持续发展。生物有机肥、菌肥、缓释肥由于各自优势开始得到重视并大范围推广，不仅解决了化肥营养元素供给单一化的问题，一些有机肥还可降低水稻病害的发生，提升稻田肥力，改善土壤持水特性。林挺锐[14]以减肥减药为目标导向，研究了植物有机肥(烟渣有机肥等)在水稻种植上的应用及其病虫害防治效果，结果表明，新型植物有机肥能代替化肥并能显著减少化肥和农药的用量，增加产量的同时降低病害，促进农业的绿色可持续发展。韩正砥[15]针对化肥施用对生态环境造成的不利影响，研究有机无机肥配施对水稻生理过程的影响，结果表明75%有机肥配施25%化肥能有效促进节水灌溉下水稻的生长发育过程，显著提升了水稻的光合作用，水稻产量得到明显提升。徐辰峰[16]研究了三种缓释肥料对水稻-稻田土系统的综合影响，证明了硫包膜缓释肥前期释放较快但后期释放速度明显减缓，树脂包膜前期释放慢但后劲足，常规肥料肥效快、易溶但会造成大量径流和挥发损失。陈书强[17]定量明确了不同菌肥的节氮效果，表明生物菌剂对于后期土壤氮养分的供应有促进作用。

尽管水稻施肥技术已不乏报道，但结合低温条件开展的研究相对较少。张振钧[18]深入探索了低温下水稻种子的萌发过程及其对菌肥的响应规律，结果表明，生物菌肥的施入有利于水稻抵御冻害，促进水稻萌发，该效应在水稻发芽指数、萌发活力、株高等指标上均有明显体现。余小芬[19]研究了氮素供应对水稻抗寒性能的影响，研究结果表明，在低温和氮肥供应协同的条件下，施氮会对根、叶激素、IAA、CTK和ABA等产生影响，进而影响水稻耐寒性能。张晓辉[20]研究表明，低温会减少分蘖数从而降低减产，低温后追施40～80 kg/hm2有利于稳定产量，而80 kg/hm2以上的追施量下水稻贪青晚熟，氮肥生产力显著下降，造成氮肥利用效率的降低。

3 寒区水稻水肥耦合技术

水稻水肥耦合技术的研究主要集中在水肥(氮)耦合对水稻生长发育和产量、品质的影响、水肥耦合决策模型、水肥一体化设施设备和专家决策系统等[21-22]。沈依晨[23]针对传统水肥管理氮磷流失严重的问题，以一体化智能化装配泵站为技术依托，研发了水肥一体灌区专家决策系统，实现了预报预警、墒情探测、水肥一体供应等多模块的有机结合。张君颜[24]研究了不同灌溉方式对直播稻氮代谢和产量的影响及机理，综合氮代谢关键酶、籽粒产量、各器官氮素累积、稻米品质等指标发现，轻度干湿交替的综合效益最优。徐国伟[25-26]探讨了干湿交替下水氮耦合对水稻内源激素水平、氮肥利用效率、光合特性等指标的影响，结果表明，轻度干湿交替耦合中氮供应可在最大程度上提高水稻叶片净光合速率、光合氮素利用效率、PSⅡ潜在活性及最大光化学效率，说明适宜水肥调控及其效应可提升水稻光合性能从而促进水稻高产。

寒区低温下的水稻水氮耦合方面，戴明[27]通过长期定位试验证明水氮耦合促进了水稻穗数、穗粒数、穗长、穗粗和总产量的提升，提高了水氮氮素累积量和氮肥偏生产力，对根区土壤氮素累积和增产也有正向作用。王柏[28]针对黑龙江省部分地区水稻节水控制灌溉技术落后、水肥利用效率低等问题，通过野外小区试验，探寻节水制度下的施肥策略，结果表明基肥尿素水平较低，可以在返青期和分蘖期提升肥料施用量以增加产量；基肥尿素水平中等时，返青期可适当减少肥料用量，分蘖期补充中等水平氮肥可增产；基肥尿素水平较高时，返青期施中等水平氮肥，分蘖期可不施用氮肥。张忠学[29]以黑龙江省黑土稻田为研究对象，研究了水氮耦合对稻田碳循环的影响，结果表明控制灌溉下的水氮耦合能够增加碳汇强度，研究结果为黑土固碳减排提供了有益参考。

寒区水稻水肥耦合效应的研究较一般水肥研究复杂之处在于多了低温这一因子，水、肥、温协同作用下水稻生理生长的研究难度较大。因此，在寒区水稻主产区设置不同典型试验点，在此基础上开展水肥技术探索，是简化寒区水稻水肥研究的途径之一。

4 结 语

水稻耗水关乎水资源和生态环境，水稻施肥关乎土壤健康和可持续发展，因此，开展水稻控水、节肥、水肥耦合效应的研究对水稻种植水平的提升有深远意义。但从上述分析可知，尽管水稻水、肥及水肥耦合效应的研究已开展不少，但针对寒区稻田的研究相对匮乏，进一步研究应更多考虑在抗寒抗旱水稻种质资源的研发、低温下水稻响应水肥管理的生理和分子机制、适应寒区的水稻水肥决策模型、水肥配套机械与寒区耕作机械、结合气象因子的寒区墒情预警预报等方面进行细致深入探索。另一方面，农业生产对自然气候资源的依赖程度极高，而气象因子数量多、区域差异大、协同性强，给研究过程和成果推广带来了阻力，因此寒区水稻水肥的基础研究应多在寒区当地开展，避免单一的低温模拟研究，综合考虑其他气象因子，根据不同地区实际情况制定试验方案，促进科学研究成果在更短时间内向实际生产转化应用。