1 我国水稻灌溉中高产节水与防污的重要性

我国水稻产量占粮食作物总产量的37.1%［1］，水稻产量之高低，是否能够持续地稳产、高产，对我国粮食安全起到举足轻重的作用。

我国少量稻田分布在北方（淮河-秦岭-白龙江以北），虽然所占比重不大，但绝对面积大，达4百万公顷。北方稻区水量供需矛盾日益严重；全国85%稻田分布在南方，在该区域，水稻的灌溉用水量点总灌溉用水量的90%以上，由于降水在年际、特别是年内分布极不均匀，南方多数省（自治区）经常有数十万公顷的稻田水源不足。因此，无论北方和南方，推行水稻节水灌溉，对促进当地农业生产和保障我国粮食安全有着十分重要的意义。

2009年中央一号文件指出，在全社会高度关注食品质量安全的氛围里，保持农产品质量进一步提升和规避经营风险的要求更加迫切。因此，水稻生产不仅要量多也要质优；人们不仅要吃饱，而且要吃得健康。我国农业面源污染、农田水土环境恶化问题十分严重。全国耕地为世界的9%，却用掉世界30%的化肥（主要是氮肥、其次为磷肥），施用强度为世界平均水平的3.3倍［2，3］，在我国的各种粮食作物中，稻田施用化肥数量最多。过量的施化肥，约2/3未被水稻吸收利用，大多通过地表径流、渗漏和挥发等丧失掉。农药也超量使用，而且有相当部分的高毒性农药。每年有大量畜禽粪便未进行无害化、资源化处理而排入水体［2,3］。这些农业面源污染特别是氮、磷对水体的污染量已接近和超过工业与城市点源污染量的总和。这种农业水环境不仅污染江、湖、河、海、水库、地下水，而且影响粮食和食品质量安全，危害健康。因此，在节水灌溉特别是水稻节水灌溉中还必须防污、减污。

2 水稻节水灌溉模式

所谓水稻灌溉模式，系通过灌溉与排水，使水稻田间在不同阶段形成的水分状态。溉模式不同，灌溉制度（灌水次数、时间、定额与灌溉定额）亦不同，对水稻灌产量以及水土环境亦有显著影响。在我国《灌溉试验规范》中，对于稻田田间水份状况提出了以下标准：深水——水深大于60mm；浅水——水深为10～60mm；湿润——水稻根层土壤含水率为饱和含水率的80%至田面10mm水深；晒田——根层土壤含水率低于饱和含水率的80%［5］。

根据我国多年的试验研究与实践，基本可归纳为以下4类水稻节水灌溉模式［6］［7］。

2.1 “浅、湿、晒”模式

该模式是我国应用地域最广、时间较久的节水灌溉模式，如广西壮族自治区大面积推广的“薄、浅、湿、晒”灌溉［8］，浙江推广的“薄露”灌溉［9］，北方推广的“浅湿”灌溉等。这种模式在插秧返青时采用浅水，分蘖前期田面湿润，后期从浅水到落干再晒田，而后复灌浅水，拔节孕穗期浅水，乳期期湿润，黄熟期落干并晒田。其各阶段水分控制标准大体如图1(a)。

2.2 “间歇淹水”模式

我国北方以及南方的湖北、安徽等省成功地采用了这种模式［6,7］。其水分控制方式为：返青期保持浅水层，分蘖后期晒田，黄熟落干，其余时间采取浅水层、干露（无水层）相间的灌溉方式。一般每5～8d灌水一次，每次灌水30～70mm，使田面形成20～40mm水层，自然落干，大致是有水层3～5d，无水层2～4d，反复交替，灌前土壤含水率不低于田间持水率的85%～90%。 “间歇淹水”模式水分控制过程的示意如图1(b)。

2.3 “半旱栽培”模式

对这类灌溉模式，在山东济宁称为控制灌溉，在湖南永州称为控水灌溉，在广西玉林称为水插旱管，等等，已在这些地方推广［10］。这一模式与前述两类模式有较大差别，除在返青期，或是返青与分蘖前期建立水层外，其余时间则不建立水层（图1(c)）。

2.4 蓄雨型节水灌溉模式

为了充分地利用降雨，在不影响水稻高产的前提下多蓄雨水，以提高降雨利用率。各地推广上述浅湿晒、间歇淹水和半旱栽培等类节水模式的农田中，可同时采用蓄雨型模式，其要点是：平时可按上述各种节水灌溉模式进行灌溉；若遇降雨，不仅是当成一次灌水，而且对于雨水形成的水层，可以超出灌溉水层上限的标准，达到雨后极限（图1（a）、（b）、（c）中的虚线）。这种少灌多蓄的灌溉模式，降水利用率提高10%～20%，再节水约10%～15%，而且减轻排水负担。由于只是在雨后多蓄，并非长期淹水，仍保持湿润、露田、晒田的条件，这种极短期的蓄水对水稻生育和产量并无明显影响。

此外，近来广东等省还试验研究与初步推广了水稻沟垅灌溉模式，并取得丰产、高效节水的效果，值得在进一步试验研究的基础上，因地制宜地推广、应用。

3 水稻节水灌溉的节水增产作用

由于节水灌溉模式田面淹水时水层较浅，不淹水的累积时间较长，无水层时土壤含水率下限较低，致使稻田渗漏量大辐度减少，棵间蒸发量有所降低，蒸腾量也略有减少，从而耗水量以及相应的灌溉定额均能显著下降。根据15个省、自治区的试验与实践成果，与传统的长期淹灌模式相比，浅湿灌、间歇淹水与半旱栽培模式的灌溉用水量可分别降低8%～19%、13%～25%与30%～50%［6］。

能满足水稻对水分要求但田间偏旱的土壤水分条件，土壤通透性（含氧量）高，养分流失少、吸收多，好氧细菌增加，田间及土壤温度高、昼夜温差大，有利于植株特别是其根系的生长发育，从而有利于高产。各种节水灌溉模式一般可增产稻谷3%～8%，灌溉水的生产率（单位灌溉水量的产量）一般可提高20%～80%）［6］。

作为示例，将两处试验站近年节水灌溉模式节水、增产试验成果列于表1［11］、表2［12］。

4 水稻节水灌溉的防污减污作用

4.1 减轻稻田排出水流中的氮磷污染

由于稻田过量施用化肥等原因，随稻田渗漏水和地表排水流走的氮、磷量大，污染水体。节水灌溉的渗漏量和地表排水量减少，加之土壤通透性较强，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%。作为示例，以下列出广西及浙江两处试点近年的试验成果（表3［4］、表4［9］）。

4.2 减少温室甲烷CH4气体排放量及氨、氮挥发量

土壤中CH4细菌在厌氧条件下产生，而各种节水灌溉使土壤经常接触空气、曝晒阳光，有利于氧化而破坏甲烷菌产生和生存条件，能有效地抑制甲烷的生成和排放。河海大学试验研究的初步结果，采用中后期无水层灌溉，可减少甲烷排放量达39%~85%［13］；中国土壤研究所等单位研究结果，采用间歇灌溉，可减少甲烷排放42%~45%［14］。总之，使土壤经常直接接触空气、曝晒阳光的偏旱灌溉模式，能较大幅度地减少甲烷排放量。

施入稻田的氮肥，会因氨挥发而损失30%以上，不仅影响肥效，也污染大气。采用偏旱的节水灌溉模式与改革施肥制度相结合，可以降低挥发量。据笔者等在湖北荆门、广西桂林的试验，在氮肥施用总量不变的条件下，与间歇灌溉相结合，将施基肥（占70%左右的总氮肥量）和1次追肥（占30%左右氮肥量）的施肥制度改为基肥（占30%左右氮肥量）和2~3次追肥（占70%左右氮肥量），能减少20%左右的氮肥挥发量［15］。

4.3 减轻病虫害危害和农药污染

节水灌溉对稻田小气候的影响——提高株间昼夜温差和降低株间空气湿度，有利于减轻水稻病虫害。根据广西玉林农业气象站调查结果［16，17］，在半旱栽培条件下，稻纹枯病，稻飞虱和稻卷叶虫的发生率可减少40%~70%，从而防治病虫害的农药用量可显著减少，稻田的水土环境污染程度亦可显著减轻。2006年我国南方发生较大面积稻田稻飞虱危害，笔者等在受灾较严重的湖北荆门调查，当地认为，采用偏旱的间歇灌溉稻田，虫害较轻，农药使用量仅为其它稻田的一半左右，每公顷使用农药的费用比其他稻田少300元。

5 结论

（1）我国已探索并推广了许多种水稻节水灌溉模式，这些模式基本上可归纳为浅湿晒、间歇淹水、半旱栽培与蓄雨型等几类。针对不同的土壤、肥力、地下水位等条件，选用适宜的节水灌溉模式，均可以取得高产、大幅度节水以及防污的效果，要充分发挥水稻节水灌溉节水、增产与减污的三重作用这对保障粮食安全意义重大。

（2）与传统的长期淹水灌溉模式相比，采用不同的节水灌溉模式，田间节水率可达8%～50%，一般为20%～30%；增产率达2%～10%，一般为3%～8%。采用水稻节水灌溉模式具有显著的节水潜力与一定的增产作用。

（3）采用节水灌溉模式，可减轻稻田水土环境污染，特别是可减少20～40%的氮磷流失和40%以上的甲烷挥发，还可减轻稻田病虫害，这有利于粮食安全和农业可持续发展。