滇中水分調(diào)控條件下水稻需水規(guī)律及節(jié)水潛力

張凱 王瑩 楊士紅 高瑞 霸惠惠 王龍

摘要：在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)尋甸試驗(yàn)基地開(kāi)展不同灌溉條件下水稻需水規(guī)律及節(jié)水潛力研究。結(jié)果表明，平均氣溫、平均風(fēng)速、土壤熱通量、凈輻射與日均需水量呈正相關(guān)關(guān)系，相對(duì)濕度與日均需水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，受滇中高原氣候影響，水稻需水高峰期出現(xiàn)在分蘗期，而不是常見(jiàn)的拔節(jié)孕穗期與抽穗開(kāi)花期，且生育期較長(zhǎng)。控制灌溉較淹水灌溉相比，滲漏量、排水量、耗水量均有所降低，減少了無(wú)消耗水，提高了水分利用效率，達(dá)到了高效節(jié)水的目的。與淹水相比，滇中地區(qū)水稻種植區(qū)全生育期控灌Ⅰ耗水節(jié)水潛力為8 346.24萬(wàn)m3，控灌Ⅱ耗水節(jié)水潛力為1 0672萬(wàn)m3，表明滇中水稻種植區(qū)節(jié)水潛力巨大。

關(guān)鍵詞：控制灌溉;日均需水量;需水高峰期;水分利用效率;節(jié)水潛力

中圖分類(lèi)號(hào)：S511.01?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）07-00 -

收稿日期：2019-01-10

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：51579070）;云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（編號(hào)：2015FD021）。

作者簡(jiǎn)介：張 凱（1994—），男，陜西西安人，碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論及技術(shù)研究。E-mail：825525365@qq.com。

通信作者：王 瑩，副教授，主要從事節(jié)水灌溉理論及灌區(qū)水管理研究。E-mail：865289885@qq.com。

水稻生長(zhǎng)發(fā)育受氣候條件、作物品種、生育階段、土壤條件、農(nóng)田水分狀況以及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施多個(gè)因素綜合作用，同一地區(qū)相同水分條件下氣候因素對(duì)其影響顯著，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件研究水稻需水規(guī)律，對(duì)水稻合理灌溉具有指導(dǎo)意義。

云南省水資源總量1 872.00億m3，水資源豐富，但分布不均，各區(qū)域開(kāi)發(fā)不平衡，綜合用水中農(nóng)業(yè)占比達(dá)80%以上，其中又以水稻耗水量最大[1]。云南省水稻灌溉方式主要采用淹水灌溉，水分利用效率較低，水稻需水規(guī)律研究相對(duì)滯后，且云南省具有特殊的高原氣候和地形地貌，平原區(qū)的水稻需水規(guī)律是否適用于該地區(qū)有待研究。水稻是云南省主要糧食作物之一，種植面積占糧食作物面積的16.35%，全省129個(gè)縣（市、區(qū)）均有水稻種植。多年研究得出，節(jié)水灌溉技術(shù)顯著影響稻田水分轉(zhuǎn)化，減少水分無(wú)效損失，是緩解水稻產(chǎn)量與水資源緊缺問(wèn)題的主要方法[2-5]。因此，探究滇中水稻需水規(guī)律，為當(dāng)?shù)厮究茖W(xué)灌溉提供參考與依據(jù)，對(duì)獲取農(nóng)業(yè)最佳經(jīng)濟(jì)效益具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

尋甸試驗(yàn)站位于102°41′～103°33′E，25°20′～26°01′N(xiāo)，屬云南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地（圖1），試驗(yàn)站屬云南省中海拔地區(qū)，年平均氣溫14.5 ℃，年日照2 088.6 h，年降水量1 020.9 mm，年無(wú)霜期236 d以上。當(dāng)?shù)亓?xí)慣稻麥輪作，耕層土壤為紅壤土，采用室內(nèi)環(huán)刀法測(cè)定，飽和含水率為53.1%，容重1.24 g/cm3。水稻試驗(yàn)品種選取由云南禾樸農(nóng)業(yè)科技有限公司、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作研究所共同選育的雜交粳稻“滇禾優(yōu)34”，5月19

日插秧，9月28日收割。全生育期133 d。

1.2 試驗(yàn)處理與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用測(cè)桶與小區(qū)相結(jié)合的方法，測(cè)桶測(cè)水稻需水量，小區(qū)測(cè)水稻田間耗水量。測(cè)桶內(nèi)徑30 cm，高60 cm，裝試驗(yàn)地原狀土，每10 cm 1層填制，預(yù)留10 cm作水層用，放置于試驗(yàn)場(chǎng)地遮雨棚中，杜絕降雨，采用稱(chēng)質(zhì)量法測(cè)定土壤水分[6]。小區(qū)長(zhǎng)4 m×寬3 m無(wú)底測(cè)坑，小區(qū)水稻株距13 cm，行距 25 cm，24穴/m2，每小區(qū)裝有水表以便記錄灌水量，無(wú)水層時(shí)采用MP-160N型TDR土壤水分測(cè)定儀測(cè)定土壤水分。試驗(yàn)采取淹水灌溉、不同控制灌溉3種灌水模式，重復(fù)3次，以土壤水分為控制指標(biāo)，達(dá)到灌水下限則灌到上限，具體水分控制指標(biāo)見(jiàn)表1，不同處理生育期結(jié)束時(shí)測(cè)產(chǎn)。

由小區(qū)氣象站收集2 m氣溫平均值、2 m相對(duì)濕度平均值、20 cm土壤熱通量平均值、2 m風(fēng)速平均值、凈輻射值、降雨量總值，數(shù)據(jù)每30 min自動(dòng)收集1次，每半月采集1次數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 需水規(guī)律

由試驗(yàn)測(cè)桶計(jì)算水稻蒸發(fā)蒸騰量，由試驗(yàn)小區(qū)記錄耗水量，二者之差為水稻田間滲漏量，依據(jù)田間水量平衡方

式中：WCi、ETci為i時(shí)段內(nèi)田間耗水量與水稻蒸發(fā)蒸騰量;Ii、I1i分別為i時(shí)段內(nèi)測(cè)桶灌水量與小區(qū)灌水量;ΔW1i、ΔWi分別為i時(shí)段內(nèi)測(cè)桶與小區(qū)前后土壤含水量變化之差;Pi為i時(shí)段內(nèi)降雨量;di為i時(shí)段內(nèi)小區(qū)排水量;Δhi為小區(qū)前后水層變化之差;Si為i時(shí)段內(nèi)稻田滲漏量。式中單位均以mm計(jì)。

從表2可以看出，不同水分處理?xiàng)l件下全生育期需水量表現(xiàn)為淹水灌溉>控灌Ⅰ>控灌Ⅱ，控灌Ⅰ與控灌Ⅱ差距較小，分蘗中期、拔節(jié)孕穗期、乳熟期需水量較大，返青期、分蘗末期需水量較小，需水量最大時(shí)期為分蘗期，淹水灌溉為 175.5 mm，控灌Ⅰ、控灌Ⅱ分別為156.2、148.3 mm，該時(shí)期為促進(jìn)分蘗和葉片生長(zhǎng)需要充足的水分，且當(dāng)?shù)貧夂蚋稍铮沟谜趄v蒸發(fā)量大。

2.2 需水強(qiáng)度

從表3可以看出，不同灌水方式下水稻各生育期淹水灌溉需水強(qiáng)度整體大于控制灌溉，控灌Ⅰ大于控灌Ⅱ，但整體差異較小，幾種灌水模式均表現(xiàn)出分蘗前期需水強(qiáng)度最大，黃熟期最小，分蘗期全期需水強(qiáng)度高于其他生育期，這與多數(shù)平原地區(qū)拔節(jié)孕穗期與抽穗開(kāi)花期為需水高峰期不同，原因主要因?yàn)闅庀笠蛩貙?duì)水稻需水強(qiáng)度作用的結(jié)果，雖然全生育期中氣溫整體差異較小，但分蘗期以后地面2 m處風(fēng)速持續(xù)降低，相對(duì)濕度變大，不利于水稻蒸騰蒸發(fā)進(jìn)而影響生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致日均需水量降低。

2.3 氣象因子變化與需水量關(guān)系

2.3.1 氣象因子 氣象因子對(duì)水稻需水量有著重要影響，水稻不同生育期氣象因素變化見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，2 m處最大氣溫平均值、2 m氣溫平均值、2 m氣溫最小值變化趨勢(shì)基本一致，氣溫整體先增后減再增再減，呈“M”形，分蘗前期氣溫最大，分蘗末期氣溫最小，但全生育期氣溫變化差異較小;全生育期降雨量由分蘗前期開(kāi)始大幅度呈波浪式增長(zhǎng)，在拔節(jié)孕穗期降雨量達(dá)到最大值179.5 mm，分蘗前期降雨 0 mm，降雨主要集中在全生育期后段;2 m風(fēng)速平均值隨生育期不斷遞減，只在抽穗開(kāi)花期略微增長(zhǎng)，后在黃熟期達(dá)到全生育期最低;2 m相對(duì)濕度平均值由返青期降低至分蘗前期，而后大幅增長(zhǎng)，分蘗末達(dá)到最大值88.9%，拔節(jié)孕穗期以后各生育期變化不大，且平均值高于分蘗全期;凈輻射值與平均氣溫變化狀況具有良好的一致性，全生育期整體差異較小;20 cm 土壤熱通量值在全生育期前半段從返青期到分蘗末期不斷減少，分蘗期以后開(kāi)始增加，后半段呈“M”形分布。

2.3.2 逐日需水量 對(duì)逐日需水量與氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表4。不同氣象因素與水稻日均需水量存在一定的相關(guān)關(guān)系，但二者之間存在差異，降雨量與日均需水量幾乎沒(méi)有相關(guān)性，平均氣溫、平均風(fēng)速、土壤熱通量、凈輻射與日均需水量呈正相關(guān)關(guān)系，其中平均氣溫、平均風(fēng)速、土壤熱通量通過(guò)了0.01水平的相關(guān)性檢驗(yàn)，凈輻射通過(guò)了0.05水平的相關(guān)性檢驗(yàn)，相對(duì)濕度與日均需水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過(guò)了0.05水平的相關(guān)性檢驗(yàn)。氣象因素對(duì)不同灌水方式下水稻日均需水量影響也表現(xiàn)出一定趨勢(shì)，控灌與淹水比較，平均氣溫、相對(duì)濕度、凈輻射與日均需水量相關(guān)性有所降低，平均風(fēng)速、土壤熱通量與日均需水量相關(guān)性有所升高。氣象因素在水稻生長(zhǎng)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，適宜的風(fēng)速有助于提高水稻群體葉面積指數(shù)，促進(jìn)光合作用，相對(duì)濕度過(guò)高水稻蒸騰作用變?nèi)酰?dāng)?shù)厮救谥酗L(fēng)速整體呈下降趨勢(shì)，越到生育后期越低，而相對(duì)濕度正好相反，生育后期居高不下，這可能是導(dǎo)致水稻生育后期日均需水量整體偏低與生育期較長(zhǎng)的主要原因。

2.3.3 水量平衡要素 為水稻田間水量平衡要素見(jiàn)表5。從表5可以看出，控制灌溉灌水量、需水量、耗水量整體小于淹水灌溉，較淹水灌溉相比，控灌Ⅰ耗水量減少11.8%，控灌Ⅱ耗水量減少14.5%，控灌Ⅰ需水量減少10.3%，控灌Ⅱ需水量減少13.1%， 控灌Ⅰ灌水量減少34.6%， 控灌Ⅱ灌水量

減少41.2%，可以看出控制灌溉大大降低了灌溉水量，主要因?yàn)榭刂乒喔缺旧碚{(diào)控水分抑制了水稻蒸騰蒸發(fā)，且與淹水灌溉相比，控制灌溉滲漏量平均減少17.7%，排水量平均減少16.7%，在全生育期降雨充沛的情況下“漏少排少”，較大程度地利用了降雨量對(duì)灌溉水分的補(bǔ)給，并減少無(wú)效耗水。

2.4 水稻水分利用率

水稻水分利用率是作物產(chǎn)量與蒸發(fā)蒸騰量之比，是衡量灌水效果和節(jié)水潛力的重要指標(biāo)[8-9]。不同處理水稻水分利用效率見(jiàn)表6。3種處理中淹水灌溉產(chǎn)量最高，為 0.647 1 kg/m2，但蒸騰蒸發(fā)量也較高，所以水分利用率最低為1.17 kg/m3，控制灌溉雖然產(chǎn)量低于淹水灌溉，但蒸發(fā)蒸騰量較低，故控制灌溉水分利用率高于淹水灌溉，控灌Ⅰ水分利用率最高，為1.27 kg/m3，控灌Ⅱ與控灌Ⅰ相比需水量與產(chǎn)量均有所降低，故水分利用率相近， 由此可以看出，控制灌溉可以達(dá)到高效用水的目的。

2.5 耗水節(jié)水潛力

依據(jù)耗水節(jié)水潛力定義及已有研究成果，耗水節(jié)水潛力計(jì)算公式為[10]：WET=10×（ET基準(zhǔn)-ET帶水）×A區(qū)。

（4）

式中：WET為耗水節(jié)水潛力（m3）;ET基準(zhǔn)為未實(shí)施節(jié)水措施前作物騰發(fā)量（mm）;ET節(jié)水為實(shí)施節(jié)水措施后的作物騰發(fā)量（mm）;A區(qū)為研究區(qū)面積（hm2）。

將試驗(yàn)不同處理水稻騰發(fā)量，淹水灌溉為549.6 mm，控灌Ⅰ為492.9 mm，控灌Ⅱ?yàn)?77.1 mm，與試驗(yàn)區(qū)面積代入式（4）中，取滇中地區(qū)水稻種植面積14.72萬(wàn)hm2（昆明市、曲靖市、玉溪市、楚雄市）。與淹水相比，控灌Ⅰ耗水節(jié)水潛力為8 346.24萬(wàn)m3，控灌Ⅱ耗水節(jié)水潛力為1 0672萬(wàn)m3，可見(jiàn)滇中地區(qū)節(jié)水潛力巨大。

3 結(jié)語(yǔ)

氣象因素與水稻逐日需水量有著一定關(guān)系，受滇中高原氣候影響，水稻生育前期氣候干燥，而后期濕度大，風(fēng)速低，導(dǎo)致需水高峰出現(xiàn)在分蘗期，生育后期蒸發(fā)蒸騰量較低且生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間長(zhǎng)。

與淹水灌溉相比，控制灌溉通過(guò)降低水稻蒸騰蒸發(fā)，減少滲漏量與排水量，充分利用了降雨對(duì)灌溉水的補(bǔ)給，且控制灌溉水分利用效率高于淹水灌溉，起到高效節(jié)水的效果。

與傳統(tǒng)灌水方式比較，控灌Ⅰ耗水節(jié)水潛力為8 346.24萬(wàn)m3，控灌Ⅱ耗水節(jié)水潛力為10 672萬(wàn)m3，表明滇中地區(qū)若采用適宜的灌溉模式節(jié)水潛力巨大。

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