王樹鵬，韓煥豪，崔遠(yuǎn)來，黃 英，王 杰，張 雷

(1.云南省水利水電科學(xué)研究院，昆明 650228；2.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072)

滇中是云南省水稻主產(chǎn)區(qū)，水稻種植面積和產(chǎn)量都居云南省前列[1]。水稻是耗水耗肥大戶，隨著全球水資源的日益貧乏和旱災(zāi)的日益嚴(yán)重, 研究水稻在發(fā)育過程中對水分的需求、減少水稻灌溉、提高水分利用率是中國節(jié)水農(nóng)業(yè)一個(gè)重要發(fā)展方向[2]。對不同灌溉模式下水稻需水規(guī)律和水分生產(chǎn)效率的分析研究是正確制定稻田土壤水分調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)稻田灌溉管理的重要依據(jù)[3]。云南省水稻需水規(guī)律研究相對落后，加之云南有突出的高原立體氣候和復(fù)雜的地形地貌，平原地區(qū)已有水稻灌溉試驗(yàn)研究成果不能照搬[4]，故開展云南省水稻需水規(guī)律研究必要且迫切。本文以滇中的嵩明和大理兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中稻為研究對象，在大理開展水稻淹水灌溉試驗(yàn)，在嵩明開展淹水灌溉和間歇灌溉兩種灌溉模式對比試驗(yàn)研究，分析不同位置及灌溉模式下滇中水稻需水規(guī)律，以期對云南水稻高效灌溉用水管理提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及處理

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

嵩明試驗(yàn)區(qū)位于25°21′N，103°07′E。屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，多年平均氣溫15.2 ℃，多年平均降雨量961.7 mm。其中5-10月降水量約占全年降水量的72%～85%。土壤為粉沙質(zhì)黏壤土，飽和含水量為50.4%，密度為1.27 g/m3。供試水稻品種為云南省農(nóng)科院最新培育的香型有機(jī)稻云粳37，5月18日插秧，9月15日收割，整個(gè)生育期共121 d。

大理試驗(yàn)區(qū)位于25°50′N、100°10′E。四季溫差小，冬干夏雨，垂直差異顯著。土壤類別中紫色土類占土地總面積的31.75%，紅壤土占27.7%。試驗(yàn)區(qū)耕作層屬粉沙質(zhì)壤土，土壤飽和體積含水率為48.23%，田間持水率為41.5%，密度為1.14 g/cm2。供試水稻品種為當(dāng)?shù)仄毡榉N植的楚粳28，5月11日插秧，9月25日收割，整個(gè)生育期共138 d。

1.2 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

嵩明水稻不同灌溉模式試驗(yàn)在大型測坑中進(jìn)行，2個(gè)有底測坑和1個(gè)無底測坑用來進(jìn)行間歇灌溉試驗(yàn)，另2個(gè)有底和1個(gè)無底測坑進(jìn)行淹水灌溉試驗(yàn)，共6個(gè)測坑。兩種灌溉模式的水層控制標(biāo)準(zhǔn)見表1，每日早上8∶00觀測測坑水層深度。插秧后至返青期各灌溉模式均保持 30 mm 的水層，以后土壤水分到達(dá)灌前下限即灌至上限，灌水及降雨前后加測, 當(dāng)無水層時(shí)采用土壤水分速測儀TDR測定土壤水分, 并于各生育期觀測水稻生理發(fā)育動(dòng)態(tài), 收獲時(shí)測定各項(xiàng)產(chǎn)量結(jié)構(gòu)指標(biāo)。

表1 嵩明水稻測坑水層控制標(biāo)準(zhǔn)

大理水稻在農(nóng)民田間用塑料薄膜包裹的田埂隔成的小區(qū)內(nèi)進(jìn)行，只進(jìn)行淹水灌溉試驗(yàn)，具體水層控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。小區(qū)水位用自計(jì)式HOBO水位計(jì)進(jìn)行觀測。

表2 大理水稻小區(qū)水層控制標(biāo)準(zhǔn) mm

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻需水規(guī)律

水稻蒸發(fā)蒸騰量(ETc)由耗水量減去滲漏量獲得，有水層時(shí)日耗水量由水量平衡方程為：

WC=h1-h2+P+m-d

(1)

式中：WC是時(shí)段內(nèi)田間耗水量；h1是時(shí)段初田面水層深度；h2是時(shí)段末田面水層深度；P是時(shí)段內(nèi)降雨量；m是時(shí)段內(nèi)的灌水量；d是時(shí)段內(nèi)排水量。

無水層時(shí)，由TDR所測土壤含水率變化后依式(2)計(jì)算，即：

S=gH(q1-q2)

(2)

式中：S是土壤含水量變化量，mm；γ是土壤密度，g/cm3；H是土壤濕潤層深度，mm；θ1，θ2分別是時(shí)段前后土壤含水率，%。

當(dāng)無降雨、灌溉及田間滲漏發(fā)生時(shí)，S即為某一時(shí)段的蒸發(fā)蒸騰量；如當(dāng)日有降水，再把降水量計(jì)算進(jìn)去。嵩明、大理兩地不同灌溉模式水稻各生育期日均蒸發(fā)蒸騰量如表3所示。由表3可見，兩地水稻各生育期日均ETc都是返青期較小，分蘗期最大，以后各生育期持續(xù)減小。這和內(nèi)地低海拔地區(qū)水稻日均ETc最大值出現(xiàn)在拔節(jié)孕穗期或抽穗開花期不同，主要是大理、嵩明兩地和低海拔地區(qū)的氣候差異所致。水稻ETc是水稻生長發(fā)育進(jìn)程及氣候條件共同作用的結(jié)果，從水稻生長發(fā)育進(jìn)程而言，一般拔節(jié)孕穗期或抽穗開花期葉面積指數(shù)最大，需水最旺盛，因此次階段的蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度最大，云南高原地區(qū)中稻返青及拔節(jié)期在5月底到6月中旬，正處于旱季，雖然從水稻生理角度不是需水最旺盛期，但由于氣候干燥，因此其日均ETc最大，而進(jìn)入拔節(jié)孕穗期或抽穗開花期，由于進(jìn)入雨季，其日均ETc相應(yīng)減少。

表3 試驗(yàn)點(diǎn)水稻各生育期日均蒸發(fā)蒸騰量 mm

兩地比較表明，在返青期和黃熟期，嵩明水稻日均ETc低于大理；分蘗期、抽穗開花期和乳熟期時(shí)的日均ETc均高于大理；拔節(jié)孕穗期兩地日均ETc相差不大。不同灌溉模式比較表明，嵩明兩種灌溉模式下的日均ETc相差較小，除分蘗期外，其余生育期淹水灌溉下的日均ETc稍高于間灌。

2.2 參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0

采用FAO Penman-Monteith公式[6]計(jì)算ET0，把嵩明和大理的氣象數(shù)據(jù)代入公式可得兩地各生育期日均ET0變化如圖1所示。嵩明ET0日均值在水稻移栽后的返青期最大，黃熟期最小。除了拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期的ET0日均值幾乎相同外，整個(gè)生育期的ET0均值幾乎按同一斜率在逐漸減小。大理ET0日均值從分蘗期開始有所上升，分蘗期過后開始下降至乳熟期，然后黃熟期又上升，呈波動(dòng)變化趨勢?？梢妰傻囟际窃谒旧谇捌贓T0較大，而生育后期ET0較小，是一個(gè)逐漸減小的過程。這主要是因?yàn)閮傻匚辶職鉁剌^高、輻射較強(qiáng)、風(fēng)速較強(qiáng)且降雨量較少導(dǎo)致的，這與低海拔地區(qū)有較大差別，在低海拔地區(qū)，七八月溫度最高、輻射最強(qiáng)，ET0最大值一般出現(xiàn)在這2個(gè)月份，水稻生育前期和生育后期的ET0都相對較小，全生育期的ET0日均值是一個(gè)上凸的單峰曲線。比較ETc與ET0日均在生育期變化規(guī)律可見，兩者表現(xiàn)出較好的一致性，即ETc日均值變化過程受氣象因子影響顯著。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)水稻生育期內(nèi)ET0日均值

2.3 作物系數(shù)

作物系數(shù)(Kc)為作物蒸發(fā)蒸騰量與ET0的比值，即：

(3)

式中：ETc為作物蒸發(fā)蒸騰量，mm。

把嵩明和大理水稻ETc和ET0數(shù)據(jù)代入公式(3)中得到兩地各生育期作物系數(shù)Kc變化曲線如圖2所示。由圖2可知，嵩明兩種灌溉模式下水稻Kc都是返青期較小，然后在拔節(jié)孕穗期達(dá)到峰值后逐漸減小。Kc大于1.0的有分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期?？傮w來看兩種灌溉模式之間Kc差異不大，但淹灌的稍大于間灌。大理水稻Kc從返青期開始逐漸增加，到抽穗開花期達(dá)到最大值，然后迅速減小，形成單峰曲線。且水稻各生育期的作物系數(shù)均大于1.0，最小值出現(xiàn)在返青期，為1.10，最大值出現(xiàn)在抽穗開花期，為1.35，全生育期作物系數(shù)均值為1.2。Kc除與作物種類有關(guān)外，同種作物的Kc還具有明顯的地域性差別。嵩明和大理兩地Kc差別主要和水稻品種有關(guān)，其次和兩地氣象因素差別關(guān)系也較大。圖2可見除分蘗期和拔節(jié)孕穗期Kc較接近以外，大理水稻Kc明顯比嵩明的大。

圖2 嵩明、大理兩地水稻作物系數(shù)變化對比

進(jìn)一步結(jié)合圖1分析發(fā)現(xiàn)，兩地Kc差異變化趨勢和ET0日均值差異變化趨勢是一致的，即ET0日均值差距越大則Kc差距也越大。表現(xiàn)為，兩地分蘗期和拔節(jié)孕穗期ET0日均值較接近，其Kc也較接近；返青期、抽穗開花期和乳熟期ET0日均值相差較大，其Kc相差也較大。把嵩明、大理兩地氣象中的溫度、風(fēng)速和相對濕度進(jìn)行單一要素對比，結(jié)果如圖3所示。可以看出，大理小區(qū)水稻生育期內(nèi)溫度更高、風(fēng)速更大且相對濕度較低，均對大理水稻生長更有利。3種氣象要素都對Kc變化產(chǎn)生較大影響，但就嵩明、大理兩地Kc差異變化來看，兩地水稻同生育期溫度上的差異對Kc的影響最大，是主導(dǎo)氣象因素。

2.4 水量平衡要素

嵩明和大理水稻水量平衡要素變化如表4所示，可知與淹灌相比，嵩明水稻間歇灌溉減少灌水量44.3 mm，節(jié)水23.4%。整個(gè)生育期內(nèi)降雨量偏多且各生育期降雨分布較均勻，使得灌水量不多，降雨利用率較高。根據(jù)表4中水量平衡要素可知間灌的降雨利用率為38.9%，淹灌的降雨利用率為31.2%，間灌的降雨利用率比淹灌提高25%。間灌下的滲漏量為平均每天1.34 mm，淹灌下滲漏量為平均每天1.5 mm，與淹水灌溉相比，間歇灌溉的節(jié)水能力主要來自于提高了降雨利用率，減少了滲漏量，并在一定程度上降低了蒸發(fā)蒸騰量。與淹水灌溉相比，滲漏量減少19.2 mm、蒸發(fā)蒸騰量減少25.7 mm，減少幅度分別為10.6%和5%。大理同樣整個(gè)水稻生育期內(nèi)降雨量偏多且主要分布在7-9月，相應(yīng)的排水也集中在這3個(gè)月。五六月降雨較少，灌水主要集中在這2個(gè)月，且灌水量較嵩明測坑多。滲漏量為平均每天0.87 mm，較嵩明少。根據(jù)表4中水量平衡要素可知降雨利用率為39.7%，比嵩明測坑水稻略高。

圖3 嵩明、大理兩地單一氣象因素對比

表4 嵩明、大理兩地水量平衡要素變化 mm

2.5 產(chǎn)量與水分生產(chǎn)率

嵩明和大理水稻產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率如表5所示。可知在嵩明試驗(yàn)區(qū)水稻間歇灌溉蒸發(fā)蒸騰量水分生產(chǎn)率和灌溉水分生產(chǎn)率都比淹灌的要大，但由于畝產(chǎn)較低，即便是間歇灌溉，其1.18 kg/m3的水分生產(chǎn)率也相對較低。由于大理水稻畝產(chǎn)比嵩明高出較多，相應(yīng)的水分生產(chǎn)率也高出嵩明很多。蒸發(fā)蒸騰量水分生產(chǎn)率高出嵩明測坑間灌66.9%、淹灌84.1%；灌水量水分生產(chǎn)率高出嵩明間灌53.2%、淹灌95.2%。

表5 測坑水稻不同灌溉模式下水分生產(chǎn)率

3 結(jié) 語

本文通過對滇中嵩明和大理兩地水稻不同灌溉模式下需水規(guī)律及水分生產(chǎn)率的研究，得出以下主要結(jié)論。

(1)水稻品種不同，其生育期蒸發(fā)蒸騰量和產(chǎn)量的差異也較大。滇中高原有比較突出的春旱現(xiàn)象，水稻生育前期參考作物蒸發(fā)蒸騰量最大，并持續(xù)減少至生育后期，受此影響，水稻日均蒸發(fā)蒸騰量峰值出現(xiàn)在分蘗期，與低緯度地區(qū)一般出現(xiàn)在拔節(jié)孕穗或抽穗開花期不同。

(2)嵩明和大理兩地作物系數(shù)差別主要與水稻品種有關(guān)，與兩地氣象因素差別關(guān)系也較大。兩地作物系數(shù)差異變化趨勢和ET0日均值差異變化趨勢一致，溫度、風(fēng)速和相對濕度3種氣象要素都對作物系數(shù)變化產(chǎn)生較大影響，其中溫度是主導(dǎo)氣象因素。

(3)與淹灌相比，嵩明水稻間歇灌溉更節(jié)水。間歇灌溉的節(jié)水能力主要來自于提高了降雨利用率，減少了滲漏量，并在一定程度上降低了蒸發(fā)蒸騰量。大理水稻降雨利用率比嵩明水稻略高。大理水稻畝產(chǎn)高于嵩明，相應(yīng)的水分生產(chǎn)率也高于嵩明。

□

[1] 云南省農(nóng)牧漁業(yè)廳編.云南省種植業(yè)區(qū)劃[M].昆明:云南科技出版社,1992.

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