滇中水分調控條件下水稻需水規律及節水潛力

張凱 王瑩 楊士紅 高瑞 霸惠惠 王龍

摘要：在云南農業大學尋甸試驗基地開展不同灌溉條件下水稻需水規律及節水潛力研究。結果表明，平均氣溫、平均風速、土壤熱通量、凈輻射與日均需水量呈正相關關系，相對濕度與日均需水量呈負相關關系，受滇中高原氣候影響，水稻需水高峰期出現在分蘗期，而不是常見的拔節孕穗期與抽穗開花期，且生育期較長。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，減少了無消耗水，提高了水分利用效率，達到了高效節水的目的。與淹水相比，滇中地區水稻種植區全生育期控灌Ⅰ耗水節水潛力為8 346.24萬m3，控灌Ⅱ耗水節水潛力為1 0672萬m3，表明滇中水稻種植區節水潛力巨大。

關鍵詞：控制灌溉;日均需水量;需水高峰期;水分利用效率;節水潛力

中圖分類號：S511.01?? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）07-00 -

收稿日期：2019-01-10

基金項目：國家自然科學基金項目（編號：51579070）;云南省應用基礎研究項目（編號：2015FD021）。

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

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

水稻生長發育受氣候條件、作物品種、生育階段、土壤條件、農田水分狀況以及農業技術措施多個因素綜合作用，同一地區相同水分條件下氣候因素對其影響顯著，結合當地氣候條件研究水稻需水規律，對水稻合理灌溉具有指導意義。

云南省水資源總量1 872.00億m3，水資源豐富，但分布不均，各區域開發不平衡，綜合用水中農業占比達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，水稻需水規律研究相對滯后，且云南省具有特殊的高原氣候和地形地貌，平原區的水稻需水規律是否適用于該地區有待研究。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個縣（市、區）均有水稻種植。多年研究得出，節水灌溉技術顯著影響稻田水分轉化，減少水分無效損失，是緩解水稻產量與水資源緊缺問題的主要方法[2-5]。因此，探究滇中水稻需水規律，為當地水稻科學灌溉提供參考與依據，對獲取農業最佳經濟效益具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

尋甸試驗站位于102°41′～103°33′E，25°20′～26°01′N，屬云南農業大學試驗基地（圖1），試驗站屬云南省中海拔地區，年平均氣溫14.5 ℃，年日照2 088.6 h，年降水量1 020.9 mm，年無霜期236 d以上。當地習慣稻麥輪作，耕層土壤為紅壤土，采用室內環刀法測定，飽和含水率為53.1%，容重1.24 g/cm3。水稻試驗品種選取由云南禾樸農業科技有限公司、云南農業大學稻作研究所共同選育的雜交粳稻“滇禾優34”，5月19

日插秧，9月28日收割。全生育期133 d。

1.2 試驗處理與設計

試驗采用測桶與小區相結合的方法，測桶測水稻需水量，小區測水稻田間耗水量。測桶內徑30 cm，高60 cm，裝試驗地原狀土，每10 cm 1層填制，預留10 cm作水層用，放置于試驗場地遮雨棚中，杜絕降雨，采用稱質量法測定土壤水分[6]。小區長4 m×寬3 m無底測坑，小區水稻株距13 cm，行距 25 cm，24穴/m2，每小區裝有水表以便記錄灌水量，無水層時采用MP-160N型TDR土壤水分測定儀測定土壤水分。試驗采取淹水灌溉、不同控制灌溉3種灌水模式，重復3次，以土壤水分為控制指標，達到灌水下限則灌到上限，具體水分控制指標見表1，不同處理生育期結束時測產。

由小區氣象站收集2 m氣溫平均值、2 m相對濕度平均值、20 cm土壤熱通量平均值、2 m風速平均值、凈輻射值、降雨量總值，數據每30 min自動收集1次，每半月采集1次數據。

2 結果與分析

2.1 需水規律

由試驗測桶計算水稻蒸發蒸騰量，由試驗小區記錄耗水量，二者之差為水稻田間滲漏量，依據田間水量平衡方

式中：WCi、ETci為i時段內田間耗水量與水稻蒸發蒸騰量;Ii、I1i分別為i時段內測桶灌水量與小區灌水量;ΔW1i、ΔWi分別為i時段內測桶與小區前后土壤含水量變化之差;Pi為i時段內降雨量;di為i時段內小區排水量;Δhi為小區前后水層變化之差;Si為i時段內稻田滲漏量。式中單位均以mm計。

從表2可以看出，不同水分處理條件下全生育期需水量表現為淹水灌溉>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，該時期為促進分蘗和葉片生長需要充足的水分，且當地氣候干燥，使得蒸騰蒸發量大。

2.2 需水強度

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出分蘗前期需水強度最大，黃熟期最小，分蘗期全期需水強度高于其他生育期，這與多數平原地區拔節孕穗期與抽穗開花期為需水高峰期不同，原因主要因為氣象因素對水稻需水強度作用的結果，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處風速持續降低，相對濕度變大，不利于水稻蒸騰蒸發進而影響生長發育，導致日均需水量降低。

2.3 氣象因子變化與需水量關系

2.3.1 氣象因子 氣象因子對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始大幅度呈波浪式增長，在拔節孕穗期降雨量達到最大值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風速平均值隨生育期不斷遞減，只在抽穗開花期略微增長，后在黃熟期達到全生育期最低;2 m相對濕度平均值由返青期降低至分蘗前期，而后大幅增長，分蘗末達到最大值88.9%，拔節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，分蘗期以后開始增加，后半段呈“M”形分布。

2.3.2 逐日需水量 對逐日需水量與氣象因子進行相關性分析，結果見表4。不同氣象因素與水稻日均需水量存在一定的相關關系，但二者之間存在差異，降雨量與日均需水量幾乎沒有相關性，平均氣溫、平均風速、土壤熱通量、凈輻射與日均需水量呈正相關關系，其中平均氣溫、平均風速、土壤熱通量通過了0.01水平的相關性檢驗，凈輻射通過了0.05水平的相關性檢驗，相對濕度與日均需水量呈負相關關系，通過了0.05水平的相關性檢驗。氣象因素對不同灌水方式下水稻日均需水量影響也表現出一定趨勢，控灌與淹水比較，平均氣溫、相對濕度、凈輻射與日均需水量相關性有所降低，平均風速、土壤熱通量與日均需水量相關性有所升高。氣象因素在水稻生長過程中起著至關重要的作用，適宜的風速有助于提高水稻群體葉面積指數，促進光合作用，相對濕度過高水稻蒸騰作用變弱，當地水稻全生育期中風速整體呈下降趨勢，越到生育后期越低，而相對濕度正好相反，生育后期居高不下，這可能是導致水稻生育后期日均需水量整體偏低與生育期較長的主要原因。

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，主要因為控制灌溉本身調控水分抑制了水稻蒸騰蒸發，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灌溉水分的補給，并減少無效耗水。

2.4 水稻水分利用率

水稻水分利用率是作物產量與蒸發蒸騰量之比，是衡量灌水效果和節水潛力的重要指標[8-9]。不同處理水稻水分利用效率見表6。3種處理中淹水灌溉產量最高，為 0.647 1 kg/m2，但蒸騰蒸發量也較高，所以水分利用率最低為1.17 kg/m3，控制灌溉雖然產量低于淹水灌溉，但蒸發蒸騰量較低，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，控制灌溉可以達到高效用水的目的。

2.5 耗水節水潛力

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

（4）

式中：WET為耗水節水潛力（m3）;ET基準為未實施節水措施前作物騰發量（mm）;ET節水為實施節水措施后的作物騰發量（mm）;A區為研究區面積（hm2）。

將試驗不同處理水稻騰發量，淹水灌溉為549.6 mm，控灌Ⅰ為492.9 mm，控灌Ⅱ為477.1 mm，與試驗區面積代入式（4）中，取滇中地區水稻種植面積14.72萬hm2（昆明市、曲靖市、玉溪市、楚雄市）。與淹水相比，控灌Ⅰ耗水節水潛力為8 346.24萬m3，控灌Ⅱ耗水節水潛力為1 0672萬m3，可見滇中地區節水潛力巨大。

3 結語

氣象因素與水稻逐日需水量有著一定關系，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，風速低，導致需水高峰出現在分蘗期，生育后期蒸發蒸騰量較低且生長發育時間長。

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

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

參考文獻：

[1]云南省統計局.云南統計年鑒：2016[M]. 北京：中國統計出版社，2016.

[2]邵東國，孫春敏，王洪強，等. 稻田水肥資源高效利用與調控模擬[J]. 農業工程學報，2010，26（12）：72-78.

[3]鄭世宗，王士武，盧 成. 不同水肥模式對南方地區單季水稻需水特性影響研究[J]. 灌溉排水學報，2007，26（6）：86-88.

[4]和玉璞，張建云，徐俊增，等. 灌溉排水耦合調控稻田水分轉化關系[J]. 農業工程學報，2016，32（11）：144-149.

[5]劉路廣，吳 瑕，王麗紅，等. 鄂北地區不同灌溉模式水稻需水及生長特性研究[J]. 灌溉排水學報，2016，35（3）：32-36，50.

[6]朱士江，孫愛華，張忠學. 三江平原不同灌溉模式水稻需水規律及水分利用效率試驗研究[J]. 節水灌溉，2009（11）：12-14.

[7]莊德續，司振江，李芳花. 不同灌溉模式水稻需水規律研究[J]. 節水灌溉，2014（8）：1-3，11.

[8]劉廣明，楊勁松，姜 艷，等. 節水灌溉條件下水稻需水規律及水分利用效率研究[J]. 灌溉排水學報，2005，24（6）：49-52，55.

[9]Pang G B，Xu Z H，Yang S H，et al. Influence factors analysis of rice leaf water use effi-ciency under controlled irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2017，48（4）：233-241.

[10]劉路廣，譚君位，吳 瑕，等. 鄂北地區水稻適宜節水模式與節水潛力[J]. 農業工程學報，2017，33（4）：169-177.沈 奕，賞瑩瑩. 復合酵素和生物質炭配施對番茄生長發育和產量、品質的影響[J]. 江蘇農業科學，2019，47（5）：133-135.