易澇易漬棉田水文過程及其對棉花產量的影響

程倫國 (長江中游濕地農業教育部工程研究中心(長江大學)，湖北 荊州 434025; 湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗站，湖北 荊州434013)

朱建強 (長江中游濕地農業教育部工程研究中心(長江大學)，湖北 荊州 434025)

吳立仁，徐振龍 (湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗站，湖北 荊州 434013)

易澇易漬棉田水文過程及其對棉花產量的影響

程倫國 (長江中游濕地農業教育部工程研究中心(長江大學)，湖北 荊州 434025; 湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗站，湖北 荊州434013)

朱建強 (長江中游濕地農業教育部工程研究中心(長江大學)，湖北 荊州 434025)

吳立仁，徐振龍 (湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗站，湖北 荊州 434013)

以2003～2008年的田間觀測資料為基礎，研究了易澇易漬棉田水文過程對農業澇漬災害防治及其評估的特點，探討了易澇易漬棉田水文過程及其對棉花產量的影響。結果表明，易澇易漬棉田具有地下水埋深淺、對降水很敏感的特點。30mm以上降水就可引起地下水位明顯抬升；降水可引起棉田間歇性多次受漬、受澇，會引起作物不同程度減產。當受澇(田間積水深度5～15cm)3d，地下水埋深小于30cm的時間累積達到12～22d時，可造成棉花減產13%～22%；當受澇5～6d，地下水埋深小于30cm的時間累積達到21～33d時，可造成棉花減產35%～50%。在不受澇僅受漬的情況下，當地下水埋深小于30cm的時間累積達3～4周時，可造成作物減產14%～31%，5周以上時則造成作物減產過半。回歸分析表明，作物減產程度與受澇、受漬程度指標之間有顯著的相關關系，在地下水位長期偏高、田間淺淹3～6d的情況下，漬對作物的影響大于澇。

棉田；降水；地下水動態；農田澇漬

在我國南方平原湖區，5～8月是棉花生長的主要時期，在此期間，受亞熱帶季風氣候的影響，降雨集中，降雨量大，且往往出現多個降雨過程。頻繁發生的大雨或暴雨使易澇易漬棉田地下水位明顯上升，甚至產生田間積水，形成澇、漬危害，影響棉花正常生長和最終產量。沈榮開[1]、湯廣民[2]、朱建強等[3-5]在測坑、測筒進行了棉花花鈴期澇漬試驗，建立了澇漬排水指標與棉花相對產量的關系。但基于多年大田水文觀測研究農田澇漬的資料還比較缺乏。為此，筆者于2003～2008年5月中下旬至8月中下旬對湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗站(后簡稱試驗站)棉田小區地下水動態進行了觀測，分析了因降水引起的田間積水和地下水動態對作物產生的澇、漬危害，現報道如下。

1 材料與方法

2003～2008年5～8月，在該試驗站5個田間小區(P1～P5)進行了多次棉花受澇、受漬試驗，田間小區的土壤為中壤，面積100～500m2不等。5個田間小區存在著微地形差異，田面高差0～30cm，選擇地形較高，不受澇、漬的小區作為對照，以對照產量為基準計算其他受澇漬影響的小區的減產幅度或相對產量。小區棉花受澇、受漬由大雨或暴雨造成，因各小區的田面高差不等，排水條件又不相同，所以各小區地下水位下降過程不同，從而自然形成各小區棉花受澇、受漬程度不同。為觀測地下水位動態，在每個田間小區埋設了3～5個地下水位觀測井。田間小區以硬化田埂隔開，硬化田埂下埋入1.3m深塑料薄膜以防小區間串水。供試棉花品種2003～2006年為湘雜棉3號，2007～2008年為鄂雜11號，于4月中旬營養缽育苗，5月中下旬移栽到田間，按栽培要求采用株距0.5m、行距1.2m的稀植方式，觀測小區各環節管理與當地大田生產相同。

一般情況下，每5d觀測1次棉田小區地下水埋深，降雨前后適當加測。受澇過程每天觀測田間積水深度，澇水排除后的降漬階段每天觀測地下水埋深。以多點(5～9個測點)測得的小區水深平均值作為該小區澇水深度，以單個小區內3～5個測點的地下水平均埋深值作為小區的地下水埋深。以觀測期地下水埋深小于30cm過程線與地下水埋深30cm等值線圍成的幾何圖形面積(SEW30)作為作物受漬程度指標，以地面淹水過程線與地下水埋深0cm等值線圍成的幾何圖形面積(SFW)作為作物受澇程度指標，兩指標的單位均為cm·d。另外，引入地下水埋深小于30cm持續時間累計天數(Ts)和一次受漬過程地下水埋深小于30cm最長持續天數(Tm)表征小區各受漬狀況，以Tw表示小區受澇最重一次的持續時間(d)。通過分析了解上述有關指標對作物產量的影響與產量的減產幅度(Rd)的關系。Rd=(對照區實際產量-處理區實際產量的差值)/對照區實際產量×100%。

2 結果與分析

2.1 易澇易漬棉田地下水變化特征

根據試驗站2003～2008年自動氣象監測儀記錄的降水量(Rainfall)數據、田間地下水位動態觀測結果及降水過程中田間受澇情況，繪制出2003年至2008年棉花主要生長階段農田地下水位動態與地面積水過程線圖(圖1～6)。其中，圖1和圖2反映了在棉花主要生長階段雨水較多且多以暴雨出現時農田既受漬又受澇的情形，圖3至圖6則反映了棉花主要生長階段僅受漬害影響的情形。

圖1 2003年棉田地下水位動態與田面積水過程

圖2 2004年棉田地下水位動態與田面積水過程

圖3 2005年棉田地下水位動態與田面積水過程

圖4 2006年棉田地下水位動態與田面積水過程

圖5 2007年棉田地下水位動態與田面積水過程

圖6 2008年棉田地下水位動態與田面積水過程

從圖1～6可以看出，易澇易漬棉田水文過程具有比較明顯的特征：

1)地下水埋深淺年際間平均埋深差異小 在棉花主要生長階段的5月中旬至8月份，地下水位主要在田面以下0～70cm范圍波動。根據6年觀測資料分析，5月下旬至8月底，幾個觀測區的地下水位埋深最大不超過95cm，地下水位平均位于田面下24～53cm，在平均水位上下波動的平均幅度為16cm，最大波動幅度26cm，最小波動幅度1.2cm。對同一觀測小區來看，年際間地下水位埋深的標準差僅相差2～3cm。

2)地下水位對降水很敏感 由于所觀測的易澇易漬農田地下水位埋深一般不超過100cm，在春夏季節埋深多在50cm左右，因此遇到中大雨地下水位就會明顯抬升。觀測表明，當遇到30mm以上有效降水，地下水位就會到達作物根系層附近。另外，因地下水位埋深淺，地下水位的峰值與降水過程的推進基本同步，這一點和地下水深埋區不同，也就是對地下水淺埋區而言，降水對地下水位有立竿見影的效果。

3)田間出現澇漬過程的次數以及澇漬組合與微地形和降雨密切聯系 以地下水位埋深30cm等水位線為基礎，地下水位高于此線表示根系層土壤水分過多，作物將受漬害影響，則不難看出在給定的分析時段內各小區漬害發生情況。

2003年6月10日～8月10日4次大到暴雨，降水量536.5mm，因微地形差異，幾個觀測小區經受了不同的澇漬影響。地勢較高的1小區出現了1個受漬過程，地勢較低的P2、P3小區經受了1個受澇過程和1個受漬過程，地勢最低的P4、P5小區經受了1個受澇過程和2個受漬過程。

2004年5月27日～8月16日降10場大到暴雨，降雨量828.6mm，使棉花受多次澇漬影響，其中，P1、P2小區棉花經受了1個受漬過程和1個受澇過程，P3、P4小區棉花經受了1個受澇過程和5個受漬過程；P5小區棉花經受了3個受澇過程和3個受漬過程。

2005年6月5日～8月21日期間發生了5次比較明顯的降水過程，降雨量237.2mm，P1小區棉花有1個受漬過程，P2、P3小區棉花分有4個受漬過程；P4、P5小區與稻田相鄰，受稻田淹灌和降水過程雙重影響，分別經受了6個和7個受漬過程。

2006～2008年，3年同期(5月20日～8月31日)均出現了6次明顯的降水過程，降雨量分別為334.5mm、566.5mm和549mm，受降水影響，P1～P3小區有2～3個受漬過程，地勢較低的P4、P5小區普遍經歷了6個受漬過程。

2.2 田間澇、漬基本作用形式及特點

田間觀測表明，棉田澇漬危害主要發生在棉花苗期到花鈴期。就田間澇、漬基本作用形式看，圖3反映的是作物典型受漬的情形，圖1表示以一次受澇過程為特征的澇漬相隨情形，圖2則代表了雨季降水頻繁年份作物遭受多次澇漬相隨的情形結合棉花生長發育情況。從圖1至圖6可以看出各年田間澇漬發生特點有所不同。圖3反映了2005年棉花植株移栽到田間后多次間歇受漬的情況，其中5月中旬至6月初棉花苗期經歷了2次受漬過程，隨后20多天地下水位一直在地表下30cm附近波動，7月上旬至8月下旬又有4次比較明顯的受漬過程，屬于受重漬致災型。圖1清楚表明2003年棉田澇漬過程主要發生在梅雨期，即在花鈴期僅受一次比較劇烈的澇漬相隨影響，屬于作物產量形成關鍵期澇漬致災型。圖2給出的是2004年棉田澇漬狀況，其特點是從大田苗期到花鈴期棉花多次經受澇漬綜合脅迫，屬于多個生育階段多次澇漬致災型。圖4至圖6與圖3一樣均屬于作物多次間接受漬類型，稍微不同的是圖3是多次簡短受漬與較長受漬的組合類型，而圖4至圖6則反映的是多次簡短受漬，表現為地下水位過程線陡、一次受漬過程持續時間短，一般3d左右。

2.3 田間澇、漬程度對棉花產量的影響

根據試驗結果整理分析，得到田間澇、漬累積作用對棉花產量的影響結果(表1)。由表1可以看出，從2003年和2004年棉花田間自然受澇漬綜合影響來看，隨著澇、漬程度加重，減產幅度明顯增大。2005年至2008年的觀測結果反映了棉花在田間多次間歇性受漬害的影響，亦可清楚地看出小區隨著受漬程度加重，棉花減產幅度隨之增加，當SEW30超過50cm·d即對作物產量有較明顯的影響(減產幅度超過5%)。

由于2005年棉花從苗期到花鈴期多次受漬脅迫，盡管僅受漬未受澇，但減產仍比較嚴重。在SEW30指標比較接近的情況下，2005年的減產幅度超過了2003年，可見，棉花苗期多次受漬，隨后在花鈴期又多次受漬時，造成的減產有可能超過花鈴期一次強度較高的澇漬相隨的影響。

2003年和2004年相比，二者都屬于澇漬相隨類型。2003年棉花在花鈴期僅遭遇一次澇漬相隨，2004年則從苗期到花鈴期，每個階段均遭遇多次澇漬相隨，所以2004年極端減產幅度達71.4%，遠大于2003年極端減產。對于2005年僅受漬的情形，當SEW30達到72cm·d時，對棉花產量就有一定影響(減產超過5%)，當SEW30達到126cm·d時會造成明顯減產(10%以上)。

2006～2008年田間觀測結果反映的是作物多次簡短受漬情形，一次受漬過程的持續時間一般3d左右，最大不超過5d，所以在SEW30相近的情況下，普遍比一次受漬過程持續時間較長(平均7d)的2005年減產幅度小。

2.4 澇、漬程度與棉花減產之間的定量關系

對2003年和2004年棉花受澇、漬共同影響的10組試驗資料以及2005～2008年棉花僅受漬害影響的18組試驗資料分別作相關分析，結果見表2。用剩余自由度和獨立自變量個數查相關系數檢驗表[8]，可以明顯看出，在澇漬共同影響下作物的減產幅度(Rd)與受澇、受漬程度指標之間有極顯著的相關關系，在僅受漬害影響時作物的減產幅度(Rd)與受漬程度指標之間亦有極顯著的相關關系。

表1 田間澇、漬程度與棉花減產觀測結果

表2 田間澇、漬程度與棉花減產之間的相關關系

表2中，方程(1)和方程(2)表示棉田既受澇又受漬的情形，方程(3)至方程(6)表示棉田僅受漬害影響的情形。根據多元統計原理，通過比較同一回歸方程中變量的標準系數的絕對值可了解不同變量對目標的貢獻大小，由此從方程(1)、(2)不難看出：在地下水位長期偏高、田間淺淹3～6d的情況下，漬害對作物的影響大于澇，這不同于強降水導致的澇漬相隨危害。朱建強等[6-7]的研究表明，在澇漬相隨發生條件下澇對作物的影響是第一位的，漬是第二位的。在方程(3)中，SEW30的標準系數大Ts的標準系數，說明分析期內地下水連續動態的累積值對作物產量的影響大于地下水埋深小于30cm的累積天數的影響。比較作物間歇性多次受漬的4個回歸方程有關參數，可以看出用方程(3)和方程(5)表示分析期內作物多次間歇性受漬對產量的影響最好。

3 小結

(1)易澇易漬棉田地下水埋深從棉花苗期到花鈴期主要在70cm內，一場30mm以上的降水就會引起地下水位明顯抬升，田間出現澇漬過程的次數以及澇漬組合與微地形和降雨密切聯系。

(2)從棉花苗期至花鈴期，自然降水可引起棉田出現間歇受漬和澇漬相隨脅迫，它們可對棉花產量造成較大影響。當受澇(田間積水深度5～15cm)3d，地下水埋深小于30cm的時間累積達到12～22d時，可造成棉花減產13%～22%；當受澇5～6d，地下水埋深小于30cm的時間累積達到21～33d時，可造成棉花減產35%～50%。在不受澇僅受漬的情況下，當地下水埋深小于30cm的時間累積達3～4周時，可造成作物減產14%～31%，5周以上時則造成作物減產過半。

(3)澇漬共同影響下作物的減產幅度(Rd)與受澇、受漬程度指標之間有顯著的相關關系，僅受漬害影響時作物的減產幅度(Rd)與受漬程度指標之間亦有極顯著的相關關系。在地下水位長期偏高、田間淺淹3～6d的情況下，漬對作物的影響大于澇。

[1]沈榮開,王修貴.澇漬排水控制指標的初步研究[J].水利學報,1999,(4):25-29.

[2]湯廣民.以澇漬連續抑制天數為指標的排水標準試驗研究[J].水利學報,1999,(4):25-29.

[3]朱建強,歐光華,張文英,等.棉花花鈴期澇漬相隨對棉花產量的試驗研究[J].農業工程學報,2003,19(4):80-83.

[4]朱建強,歐光華,張文英,等.澇漬相隨對棉花產量與品質的影響[J].中國農業科學,2003,36(9):1050-1056.

[5]朱建強.易澇易漬農田排水應用基礎研究[M].北京：科學出版社,2007.

[6]朱建強,歐光華,張文英,等.澇漬相隨對棉花產量與品質的影響[J].中國農業科學,2003,36(9):1050-1056.

[7]朱建強,李 靖.多個澇漬過程連續作用對棉花的影響[J].灌溉排水學報,2006,25(3):70-74.

[8]杜榮騫.生物統計學[M].北京:高等教育出版社,2003.273

2013-01-20

公益性行業(農業)科研專項(201203032)；湖北省自然科學基金項目(2011CDB010)。

程倫國 (1963-)，男，工程師，主要從事農業排灌試驗研究。

朱建強，E-mail：zyjb@sina.com。

S166;S562

A

1673-1409(2013)05-0001-06