沈陽市水稻淺濕曬灌溉模式淺析

馮 碩

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110006)

目前，國內(nèi)各地區(qū)形成了各具特色的水稻節(jié)水灌溉技術(shù)，其中具有代表性的是水稻淺濕曬灌溉。由于試驗(yàn)區(qū)氣候條件、土壤及地形條件的不同，水稻在淺濕曬灌溉模式下的作物需水量、土壤水分狀況及灌水指標(biāo)仍無確定性的結(jié)論。研究大多結(jié)合所在試驗(yàn)區(qū)定性分析根層土壤水分與地下水埋深的關(guān)系，或針對所在試驗(yàn)區(qū)定量分析的不同灌溉方式水稻需水量和需水系數(shù)的影響，或?qū)?jié)水灌溉條件下作物系數(shù)和土壤水分修正系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究，而沒有確定性分析淺濕曬灌溉模式下水稻灌溉制度。本文對沈陽市試驗(yàn)區(qū)淺濕曬灌溉條件下水稻作物需水量及灌溉制度進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定水稻淺濕曬灌溉灌水指標(biāo)。

淺濕曬灌溉的技術(shù)要點(diǎn)主要是在各生育階段對水稻水層深度進(jìn)行定量控制。主要分為：插秧至返青淺水灌溉，插秧時要求水層10～20mm，返青期田間水層保持在40mm以內(nèi)，低于5mm應(yīng)及時灌水；分蘗前期濕潤管理，做到3～5d灌一次水，水層10mm以下，經(jīng)常保持田間土壤水分飽和狀態(tài)；分蘗后期進(jìn)行曬田5～10d；拔節(jié)孕穗期及時回水灌溉，田間應(yīng)保持10～20mm的淺水層；抽穗開花期保持淺水灌溉，水層深度保持在5～15mm；乳熟期濕潤灌溉，一般3～5d灌一次10mm的水層；黃熟期濕潤落干，遇雨及時排除田面積水。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在遼寧省水利灌溉中心試驗(yàn)站進(jìn)行，位于遼寧省沈陽市黃家鄉(xiāng)，屬于半濕潤半干旱季風(fēng)型大陸性氣候，年平均氣溫6.2～9.7℃，平均降水量600～800mm，平均蒸發(fā)量1600～1800mm，無霜期183d。土壤為褐土，土質(zhì)為黏壤土，容重1.45g/cm3，土壤孔隙率為46.43%，土壤肥力偏下，速效鉀81.04mg/kg，速效磷18.27mg/kg，土壤堿解氮75.02mg/kg，全氮1.07g/kg，有機(jī)質(zhì)1.19%，土壤pH 7.5。

2 水稻淺濕曬灌溉制度

2.1 生育階段

根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)建議和試驗(yàn)區(qū)氣候及土壤條件，水稻生育階段見表1。

表1 生育階段及起止時間

2.2 參照作物需水量

參照作物需水量是各種氣象條件影響作物需水量的綜合指標(biāo)。氣象參數(shù)由設(shè)在試驗(yàn)區(qū)蒸滲器北側(cè)的自動氣象觀測設(shè)備來觀測，可測氣溫、濕度、降水量、日照時數(shù)、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓及水面蒸發(fā)量等，1956—2012年試驗(yàn)區(qū)水稻生育期參照作物需水量過程如圖1所示。從圖1可以看出，峰值集中在1958—1965及1997—2000年，峰值過后均呈現(xiàn)驟減趨勢，近年來參照作物需水量均在400～500mm區(qū)間。

圖1 試驗(yàn)區(qū)逐年參照作物需水量過程

2.3 作物需水量

作物需水量ET0采用FAO- 56推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算。作物系數(shù)Kc是計(jì)算作物需水量的重要參數(shù)，它不僅隨作物而變化，更主要的是隨作物生育階段而異。作物系數(shù)在生育期內(nèi)隨時間的變化具有很好的趨勢性。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)對分析作物系數(shù)所需參數(shù)的實(shí)際觀測并進(jìn)行修正，確定不同生育階段作物系數(shù)Kc分別為：0.84，0.95，1.07，1.18，1.35，1.45，1.17，0.97。水稻逐年生育期需水量過程見表2。由表2可知，水稻生育期內(nèi)需水量基本呈先升后降趨勢，需水量隨根莖發(fā)展伸長、葉面積增大，在拔節(jié)孕穗期達(dá)到峰值，之后隨葉片衰敗、作物成熟而迅速減小。

表2 水稻生育期內(nèi)需水量過程 單位：mm

2.4 水量平衡原理制定水稻灌溉制度

用水量平衡法確定水稻灌溉制度，生育期內(nèi)灌水次數(shù)、灌水時間和灌水定額根據(jù)水稻豐產(chǎn)、節(jié)水灌溉方式，通過逐時段水量平衡演算擬定，水稻生育期某一階段內(nèi)灌水次數(shù)、灌水時間及灌水定額，可通過逐時段(日或候)的水量平衡演算擬定，公式如下：

h2=h1+P-ET-F-C

(1)

式中，h1—時段初田面水層深度，mm，不大于允許水深上限；P—時段內(nèi)降水量，mm；F—時段內(nèi)稻田適宜滲漏量，mm；C—時段內(nèi)稻田排水量，mm。

采用水量平衡法逐時段向后演算，擬定出逐年各生育階段內(nèi)灌水次數(shù)、灌水時間及灌水定額，從而得出全生育期的灌溉定額。典型年泡田期灌溉制度見表3。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)淺濕曬灌溉試驗(yàn)確定各生育階段水層深度控制情況見表4，生育期灌溉定額計(jì)算過程見表5。

表3 泡田期灌溉制度計(jì)算

表4 水田各生育階段水層深度 單位：mm

2.5 灌溉定額的確定

根據(jù)以上公式計(jì)算作物凈灌溉定額，并采用1956—2012年57a系列，逐日進(jìn)行水田水量平衡計(jì)算，得出試驗(yàn)區(qū)逐年凈灌溉定額過程如圖2所示，并得出不同頻率凈灌溉定額見表6。

采用水量平衡法確定歷年水稻的灌溉制度，根據(jù)灌溉定額的頻率分析選出2～3個符合設(shè)計(jì)保證率的年份，以其中灌水分配過程最不利的一年為典型年，以該年的灌溉制度作為設(shè)計(jì)灌溉制度。依據(jù)灌溉定額頻率分析，提出75%保證率情況下試驗(yàn)區(qū)的凈灌溉定額為6075m3/hm2。

表5 生育期灌溉制度計(jì)算

圖2 逐年生育期凈灌溉定額

表6 不同頻率凈灌溉定額

3 結(jié)論

本文在研究淺濕曬灌溉條件下水稻作物需水量、作物系數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)區(qū)氣象、土壤及地形等條件，確立了水稻淺濕曬灌溉的灌溉定額，主要結(jié)論如下。

(1)利用試驗(yàn)區(qū)57a的長系列日氣象資料，用Penman-Monteith公式計(jì)算參照作物需水量，得到試驗(yàn)區(qū)水田生育期逐年參照作物需水量。

(2)根據(jù)試驗(yàn)區(qū)對計(jì)算作物系數(shù)所需參數(shù)的實(shí)際觀測，并參考FAO推薦的標(biāo)準(zhǔn)作物系數(shù)確定了水稻的作物系數(shù)，計(jì)算水稻作物需水量，得到拔節(jié)孕穗期是作物需水量最大的時期。

(3)通過淺濕曬灌溉方式對水稻灌溉水層深度的控制，利用水量平衡法確定試驗(yàn)區(qū)水稻的灌溉制度，選擇灌溉設(shè)計(jì)保證率P=75%的年份作為典型年，依據(jù)灌溉定額頻率分析，提出75%保證率情況下試驗(yàn)區(qū)的凈灌溉定額為6075m3/hm2。

淺濕曬灌溉是一種促控結(jié)合、省水低耗、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，不僅符合水稻的蓄水規(guī)律和要求，而且能使水、肥、氣、熱得到更合理的調(diào)整，對淺濕曬灌溉模式的研究是發(fā)展水稻節(jié)水栽培生產(chǎn)的必然要求，能夠?yàn)槲沂∑渌貐^(qū)更好的推廣應(yīng)用這項(xiàng)節(jié)水灌溉技術(shù)提供有力的技術(shù)職支撐。