雙季稻灌溉制度研究

吳霞 陳棟格

[摘要]雙季稻的種植，對于保障云南省邊境地區糧食安全具有重要意義。為科學種植，最大程度提高水稻產量，以云南省勐臘縣勐滿壩區為例，根據有關規范和研究，結合實際，通過時歷年法及彭曼法對雙季水稻灌溉制度進行了研究，確定了該灌區的雙季稻灌溉方案，在P=80%的保證率下，夏季稻灌溉定額4976m3/hm2，冬季稻灌溉定額8855m3/hm2，研究結果與云南省地方標準一致，可為類似灌區規劃設計提供重要依據。

[關鍵詞]時歷年法；彭曼公式；北熱帶；雙季稻；灌溉制度

[中圖分類號]S274 [文獻標識碼]A

大米是我國南方餐桌上必不可少的主食，稻谷種植比例及產量在中國各糧食作物中也一直穩居首位，合理配置種植比例，科學地種植雙季稻，提高復種指數，是提高我國水稻生產能力、保證糧食供給的有效舉措。受年降水量、最暖月平均氣溫和穩定通過18℃持續日數限制，我國雙季稻種植區的潛在分布區主要位于長江中下游以南的廣大地區和其他包括云南南部在內的8個省（市）。

灌溉制度是制定區域規劃、流域規劃、灌區水利規劃及灌排工程規劃設計的重要組成部分，是進行水土資源平衡和確定渠道設計流量的基本依據。如在黑龍江省林甸灌區、青龍山灌區、四川省龍塘灌區、寧夏青銅峽灌區等實例中，均對水稻灌溉制度進行了分析研究，研究結果也中各灌區設計中發揮了重要作用。因此，合理可行的灌溉制度，對優化灌溉規模、水資源調度方案優化及灌溉管理中制定最優配水、調水計劃都是十分必要的。由于水稻中糧食作物中占有不可替代的比重和地位，合理制定水稻灌溉制度尤顯重要。

除了上述灌區實例，還有對遼寧省、三江平原地區等區域水稻灌溉制度的研究，均只涉及單季稻，而以往對雙季稻的研究，主要集中在氣候、土壤對雙季稻的影響，以及雙季稻栽培技術、機械化生產模式等，雙季稻灌溉制度相關內容甚少。本文以勐臘縣勐滿壩區為例，研究雙季稻生育期及灌溉制度，旨在為我省乃至我國北熱帶地區的水稻科學灌溉提供參考。

1 研究區簡介

勐臘縣是云南省最南端的一個邊境縣，位于西雙版納州東部，勐滿壩區位于勐臘縣西南部，介于東經101°12′～101°27′、北緯21°10′～22°22′之間。東接國家級磨憨口岸，西南與老撾勐新縣交界，北與勐捧鎮接壤，是一個多民族雜居的邊境小鎮。全鎮土地面積403km2，平均海拔1100m，國境線長42km，其中壩區面積187km2，占總面積的46.3%，是云南省較大的壩子之一。耕地總面積1927hm2，農民人均耕地面積0.07hm2。勐滿鎮主要有水稻土和磚紅壤。壩區適宜種植水稻、玉米、小麥、豆類等農作物及香蕉等經濟作物。根據國土二調統計，規劃區水田面積約1467hm2。

據有關規劃，勐滿鎮隨著經濟口岸建設，人口迅猛增加，為保證糧食安全，應大力發展雙季稻。根據實地調查及調查走訪，當地氣候適宜種植多季稻谷，其中冬季稻和夏季稻最適宜種植，可合理避開高溫對稻谷的影響，根據勐滿鎮《農業生產綜合統計報表》（1991～2014年）等有關資料顯示，在2007年大規模種植經濟作物香蕉以前，水稻（夏季稻）種植比例較大，高達50%以上，但現狀水平年水稻的種植比例降低為8%左右，大量糧田改種經濟作物香蕉。為了保證糧食安全，加上考慮到香蕉連作會導致季節性排水不良、土壤缺乏有機質、植株抗逆的能力逐漸減弱、易感染病蟲害、產量和品質逐年下降等問題，規劃在合理制定灌溉制度后提高農作物的復種指數，將水稻種植比例恢復到大規模種植香蕉以前。由于香蕉為常年作物，香蕉種植面積退減后，可同時增加冬季稻的種植比例。

2 生育期確定

2.1 氣象數據

本文共采用勐臘氣象站1971～2014年共44年氣象資料，主要采用指標為經緯度、海拔、平均氣溫、相對濕度、最高氣溫、日照時數、逐日降雨量。

勐臘縣屬北熱帶季風氣候區，其特點是熱量豐富、夏無酷暑、冬無嚴寒，降水豐沛，旱雨兩季分明，雨熱同季，每年11月至次年5月為旱季，6月～10月為雨季，雨季降水占全年降雨量的83%。據氣象資料記載，勐臘縣平均氣溫為21℃，最冷1月平均氣溫10～16℃，極端低溫為-5℃，最熱7月平均氣溫25.2～26℃，極端高溫為40.1℃，多年平均日照時數1850小時，相對濕度86%；冬天基本無霜；多年平均風速0.7m/s，實測最大風速為18m/s；多年平均蒸發量為1657.3mm，多年平均降水量為1550mm。

2.2 生育期

2.2.1 生育期時間。雙季稻種植主要自然災害有低溫、高溫以及旱澇災害，勐臘縣主要存在高溫影響，勐臘縣高溫主要集中在4～7月，8月后很少出現30℃以上高溫。根據有關研究，高溫對水稻的危害主要在孕穗期以后，抽穗揚花期對高溫最敏感，35℃以上的高溫就能影響開花受精，增加空殼率；灌漿期遇35℃以上的高溫，常出現高溫逼熟，水稻根系早衰，吸收養分的能力減弱，葉片功能下降，半實粒和秕粒增加；如果花期遇到高溫，則會造成花粉管尖端大量破裂，失去受精能力，而形成大量秕粒或空殼，若同期遇大風，則危害更大。此外，勐臘縣還與海南天氣類似，4月下旬至5上中旬，日照充足而強烈，地面增溫極快，相對濕度小，形成又干又熱的氣團，影響較大范圍的水稻尤其是早稻的開花結實。因為干熱風會是花藥干萎不開裂，散粉小，劃分生活技能減退，影響正常開花授粉，導致花粉發育不正常，空秕率增加，結實率降低而減產。

勐臘縣夏季溫高，為了將高溫災害對水稻的影響降到最低，當地水稻種植大致分為夏季稻和冬季稻兩類，夏季稻5月育秧，9月收割，冬季稻11月育秧4月收割，合理錯開了高溫逼熟及干熱風的影響。

水稻生育期劃分：水稻全生長期灌溉用水包括秧田期和大田期兩部分，大田期又分為移栽返青、分蘗初、分蘗末、拔節孕穗、抽穗揚花、乳熟、黃熟七個生育階段。

由于氣溫高，會加速作物的生長進程，夏季稻生育期較冬季稻相對較短，尤其體現在秧田期和拔節孕穗期，冬季稻秧田期為氣溫相對較低的11～12月，較夏季稻長5天，而夏季稻拔節孕穗期為溫度最高的7～8月，所需時間較冬季稻少10天。

夏季稻秧田期一般為25天，從5月6日～5月30日，大田期共100天，從5月31日～9月7日；冬季稻秧田期一般為30天，從11月20日～12月19日，大田期共120天，從12月20日～次年4月18日。生育期時間對比見表1。

為了說明數據的可靠性，將擬定的生育期與以往工程中的臨近灌區大沙壩灌區及氣候相似的海南東北部地區做了對比，與類似區域基本一致，對比情況見表2。

2.2.2 適宜水層深度。水稻生育期的淹灌水層深度包括適宜下限、適宜上限和降雨滯蓄深度，為充分利用降水，同時達到豐產節水的要求，各生育期水層深度按“淺水勤灌、淺灌深蓄”的灌水模式，并結合各生育階段的不同要求擬定，生育初期和末期水層較淺，孕穗揚花期較深，收割前的黃熟期落干曬田。

2.2.3 滲漏強度與作物系數。水稻田間滲漏強度主要與土壤性質水文地質條件及管理水平有關，水稻土和磚紅壤，擬定水稻生育初、中期的田間滲漏強度為2.0～3.0mm/d、生長末期落干時滲漏強度為1.5mm/d。作物系數為潛在需水量與實際需水量之間的換算系數，生育初期和末期較小，取1.05～0.95，生育中期較大，取1.20。

2.2.4 泡田定額及移栽進度。按灌區的耕作方式，采用淺水勤灌、淺灌深蓄的灌水方式，在移栽前5天開始泡田，根據當地的灌溉經驗，泡田定額為2700m3/hm2。移栽期需15天。根據當地習慣秧田與大田比例取1：15。

3 雙季稻溉制度設計

3.1 計算方法

在調查研究區水稻需水特性的基礎上，根據《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）設計水稻灌溉制度。本次水稻灌溉制度設計收集了勐臘縣氣象站1971～2014年共44年的氣象資料，按時歷年法逐年計算確定水稻灌溉制度。首先，根據聯合國糧農組織推薦的彭曼公式計算農作物各月份潛在需水量；其次，根據水稻各生育期的作物系數及潛在需水量計算出水稻各生育期的實際需水量；最后根據調查確定的泡田天數，泡田定額，泡田進度，水稻移栽時間，進度，考慮田間滲漏損失，扣除同期有效降雨量，按格田水量平衡法，分別推求出水稻秧田期、本田期的灌水量、及灌溉定額。秧田及本田按一定比例分攤，即可得出歷年來水稻的灌溉制度。選擇與灌溉保證率相近的年份并考慮對灌溉最不利的情況作為設計代表年。

彭曼公式是根據能量平衡原理、水汽擴散原理和空氣導熱定律等計算參照作物需水量的公式，1948年由英國H.L.彭曼提出，后經多次修正，1992聯合國糧農組織（FAO）推薦使用該公式進行參考作物需水量ET0計算，對某一地區計算某時段的ET，彭曼公式僅需水汽壓、氣溫、日照時數和風速等資料，理論依據完備，計算誤差小，是目前世界上應用最普遍的公式。彭曼法公式如下：

式中：ET0為參考作物騰發量（mm/d）；T為平均氣溫（℃）；Δ為平均氣溫時飽和水汽壓與溫度曲線在T處的切線斜率（kPa.℃-1）；ea為飽和蒸汽壓（kPa）；ed為實際蒸汽壓（kPa）；Rn為作物表面的太陽凈輻射（MJ/m2）.d；G為土壤熱通量（MJ/m2.d；Ti、Ti-1）；γ為濕度表常數， kPa.℃-1；U2為2m高處風速，m/s。

水稻需水量又稱水稻騰發量，是指植株蒸騰與株間蒸發兩者消耗的水量，它的大小及變化規律，主要取決于氣象條件、作物特性、土壤性質和農業技術措施等。其計算公式如下[19]：

式中：ETt為第t時段內的水稻需水量，mm；ET0 為該時段內參考作物需水量，mm；Kc為該時段作物系數；Ks為該時段土壤水分脅迫修正系數。時段長取1 d。

3.2 灌溉制度

本田期作物用水量為泡田水量、田間滲漏量、作物騰發量之和，并扣除同期有效降雨量。作物需水量采用“彭曼公式”求得潛在作物需水量（ET0），再按水稻作物系數折算出水稻需水量。水稻全生育期需水量為秧苗期與本田期需水量之和，秧田需水量按秧田與本田比分配。根據水稻灌溉定額的頻率分析，夏季稻選出1998、2004年兩個基本符合P=80%設計保證率的年份，以其中灌水分配過程不利的一年為典型年，計算結果以2004年的灌溉制度作為設計灌溉制度，P=80%水稻灌溉定額4976m3/hm2；冬季稻選出1979、2009年兩個基本符合P=80%設計保證率的年份，以其中灌水分配過程不利的一年為典型年，計算結果以2009年的灌溉制度作為設計灌溉制度，P=80%水稻灌溉定額8855m3/hm2。規劃區典型年水稻灌溉用水過程及灌溉定額詳見表3、表4。

根據云南省地方標準《用水定額》（DB53/T168—2013），雙季早稻、雙季晚稻P=75%用水定額分別為8550m3/hm2、4500 m3/hm2，本次規劃定額分別為8855m3/hm2、4976m3/hm2，勐滿壩區屬熱帶區、且規劃中取的保證率為P=80%，比定額標準中定額稍偏高，滿足要求。

3.3 灌水率

灌水率與灌區內的作物組成、種植比例、作物允許灌水延續時間、栽插進度有關。據《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）規定，結合灌區的實際情況，水稻灌水延續時間一般為5～10天，泡田期10～15天、移栽期10～15天、大田生育期5天，本次規劃在水稻灌水高峰期6月上旬、12月下旬為10天，其他生育階段均為8天。在對初步繪制出的灌水率圖進行合理修正后得設計灌水率為1.05m3/s/千hm2設計灌水率圖見圖1。

4 結論

本文通過時歷年法及彭曼公式研究勐滿壩區雙季稻灌溉制度設計，確定了勐滿壩灌區的雙季稻灌溉方案，在P=80%的保證率下，夏季稻灌溉定額4976m3/hm2，用水高峰為6月上旬，冬季稻灌溉定額8855m3/hm2，用水高峰為12月下旬，為該灌區規劃設計提供了有力支撐，亦可作為類似灌區規劃設計的重要依據。

[參考文獻]

[1] 段居琦，周廣勝，等.中國雙季稻種植區的氣候適宜性研究[J].中國農業科學，2012，45（2）：218-227.

[2] 劉云濤，李鐵男，李瑩.林甸灌區水稻灌溉制度研究[J].現代農業科技，2012（6） ：257-264.

[3] 葛旭峰，徐莉平，孫鐵蕾.龍塘水庫灌區水稻灌溉制度設計淺析[J].陜西水利，2017，205（2） ：183-184.

[4] 葉廷平，周立華，湯英.寧夏青銅峽灌區主要農作物地面灌溉制度的分析研究[J].節水灌溉，2012（6）：35-36.

[5] 魏然，李智青.龍山灌區灌溉制度分區概述[J].水利科技與經濟，2010，16（2）： 188-189.

[6] 王小林，劉云濤，張勇.三江平原地區水稻灌溉制度設計綜述[J].黑龍江水利科技，2004（2） ： 81-82.

[7] 鄒俏俏.遼寧省水稻灌溉制度分析[J].東北水利水電，2013（5）：55-56.

[8] 朱德峰.雙季稻高效配套栽培技術[M].北京，金盾出版社，2010.

[9] 鐘爽，何應對，等.連作年限對香蕉園土壤線蟲群落結構及多樣性的影響[J].中國生態農業學報，2012，20（5）：604-211.

[10] 錢銀飛，劉白銀，彭春璀，等.不同耕作方式對南方紅壤區雙季稻周年產量及土壤性狀的影響[J].應用生態學報，2004，15（7）：1177-1181.

[11] 謝曉金，申雙和，李秉柏，等.抽穗期高溫脅迫對水稻開花結實的影響[J].中國農業氣象，2009，30（2）：252-256.

[12] 張桂蓮，張順堂，肖浪濤，等.抽穗開花期高溫脅迫對水稻花藥、花粉粒及柱頭生理特性的影響[J].中國水稻科學，2014，28（2）：155-166.

[13] 李成德.高溫導致水稻出現大量空殼分析[J].陜西農業科學，2003（5）： 45-47.

[14] 張建平，趙艷霞，等.氣候變化對我國南方雙季稻發育和產量的影響[J].氣候變化研究進展.2005，l（4） ：151-156.

[15] 王斌，陳小敏，等.海南水稻生育期的時空變化特征及對氣候變暖的響應[J].熱帶作物學報.2017，38（3） ：415-420.

[16] 鄭世宗，柯惠英，陳雪，等.應用彭曼法推求水稻灌溉定額的分析[J].浙江水利科技，2003（2）：55-56.

[17] 歐建鋒，金兆森.基于彭曼法計算水稻作物需水量的簡化方法[J].揚州大學學報（自然科學版） ，2006（9）：57-60.

[18] 仇錦先，華黎利，等.Excel在水稻生育期灌溉制度計算中的應用[J].節水灌溉，2005（1）：28-30.