陳曉玲，陳 陽(yáng)，崔騰騰，李學(xué)紅，王善榮

（1.濱?？h農(nóng)業(yè)干部學(xué)校，江蘇 濱海 224500；2.濱海朗坤農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 濱海 224500）

0 引言

水稻數(shù)字灌溉技術(shù)是在水稻栽培過(guò)程中，依托數(shù)字化智能管理平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)不同地塊土壤濕度、水稻生長(zhǎng)周期等因素決定灌溉時(shí)間、灌水量，以滿足水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)水分的生理需水和生態(tài)需水的灌溉技術(shù)。水稻數(shù)字灌溉技術(shù)的技術(shù)路徑是通過(guò)土壤濕度傳感器、液位探測(cè)儀和田邊的5G 監(jiān)控系統(tǒng)，采用“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能新模式自動(dòng)計(jì)算水稻各生育期對(duì)水分的需求量并進(jìn)行灌水，實(shí)現(xiàn)水稻水漿管理的精準(zhǔn)灌溉[1]。節(jié)水灌溉技術(shù)是以節(jié)水為目的灌溉，以根層土壤含水率或適宜水深作為水稻田灌溉控制指標(biāo)，在充分?jǐn)r蓄降雨的基礎(chǔ)上，合理確定灌水時(shí)間、灌水次數(shù)和灌水量的灌溉技術(shù)[2]。隨著數(shù)字技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各方面應(yīng)用，水稻數(shù)字灌溉是集自動(dòng)控制技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的灌溉管理系統(tǒng)。通過(guò)現(xiàn)代科技手段，水稻水漿管理由過(guò)去的傳統(tǒng)型、粗放型、經(jīng)驗(yàn)型轉(zhuǎn)向根據(jù)水稻生長(zhǎng)過(guò)程中各生育期對(duì)水分的生態(tài)需水和生理需水規(guī)律，探索出標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、綠色化的灌溉方式，從而實(shí)現(xiàn)水稻的因需灌溉、智能灌溉、節(jié)能節(jié)水灌溉[3-4]。

1 試驗(yàn)基地建設(shè)基本概況及目標(biāo)

本文涉及的水稻數(shù)字灌溉試驗(yàn)基地位于濱?？h現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園套稍村內(nèi)“濱海農(nóng)旅+朗坤農(nóng)科園”，由鹽城朗坤數(shù)字鄉(xiāng)村科技有限公司、濱海農(nóng)旅集團(tuán)、濱海縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、濱海縣農(nóng)業(yè)干部學(xué)校共同聯(lián)合創(chuàng)建。其建設(shè)目標(biāo)是通過(guò)該園區(qū)基地建設(shè)，實(shí)現(xiàn)集稻麥栽培技術(shù)示范、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品電商、農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)及農(nóng)民培訓(xùn)、休閑觀光為一體的復(fù)合型綜合農(nóng)業(yè)科技示范基地。建設(shè)項(xiàng)目包括3 個(gè)部分：①示范區(qū)基本農(nóng)田建設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)化基本農(nóng)田建設(shè)面積23.34 hm2，其中18.00 hm2是以稻麥為主的標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)，4.00 hm2的新品種展示示范區(qū)，5.34 hm2的水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)，數(shù)字農(nóng)場(chǎng)示范區(qū)。濱?？h朗坤農(nóng)業(yè)園示范區(qū)位于廢黃河下游沙土沖積區(qū)，海拔高度1.2 m，土壤質(zhì)地為淤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量23.5 g/kg。②所需的儀器設(shè)備。田間氣象臺(tái)（用于測(cè)量降雨量、溫度、濕度、光照等數(shù)據(jù)）、土壤墑情傳感器、土壤溫度傳感器、液位探測(cè)儀和田邊5G 監(jiān)控系統(tǒng)等儀器設(shè)備。③數(shù)字指揮中心。數(shù)字農(nóng)場(chǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和技術(shù)服務(wù)處理指揮中心，利用已建成的華為朗坤三農(nóng)云大數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)配建育苗和數(shù)據(jù)指揮中心等生產(chǎn)車間1 棟。

本次數(shù)字灌溉技術(shù)示范基地建設(shè)，以朗坤農(nóng)業(yè)園為核心，在朗坤農(nóng)業(yè)園周邊選擇天場(chǎng)鎮(zhèn)秦橋村農(nóng)戶和八巨鎮(zhèn)雄大家庭農(nóng)場(chǎng)設(shè)對(duì)照，考察灌溉效能、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量水平。水稻數(shù)字灌溉技術(shù)試驗(yàn)區(qū)為機(jī)插秧，工廠化室內(nèi)育秧，移栽期6 月20～22 日；天場(chǎng)鎮(zhèn)秦橋村農(nóng)戶，栽培方式為直播稻，播種期6月20 日，種植面積0.5 hm2，灌溉方式為常規(guī)的干濕交替、淹水灌溉；八巨鎮(zhèn)雄大家庭農(nóng)場(chǎng)的栽培方式為機(jī)插秧和直播稻，播插期為6 月20～25 日，示范區(qū)面積21.3 hm2，灌溉方式為常規(guī)淺水灌溉。通過(guò)朗坤農(nóng)業(yè)園和“田間學(xué)堂”實(shí)習(xí)基地的融合創(chuàng)建，開(kāi)發(fā)培訓(xùn)基地資源、拓展培訓(xùn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、用理論和實(shí)踐相結(jié)合，探索開(kāi)發(fā)水稻田間水漿管理系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)閾值及手機(jī)應(yīng)用App 軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、便利的水稻數(shù)字灌溉軟件系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字灌溉在水稻生產(chǎn)中應(yīng)用推廣，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)。

2 農(nóng)田基礎(chǔ)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化

水稻智能化灌溉系統(tǒng)的建設(shè)基礎(chǔ)是農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，農(nóng)田“三溝”溝系配套系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，溝、渠、路、涵、洞、閘、泵配套建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，農(nóng)田地面平整度標(biāo)準(zhǔn)化，基地水稻田平整通過(guò)激光平田技術(shù)，平整度誤差值2.0～3.0 cm。

3 水稻數(shù)字灌溉技術(shù)應(yīng)用

3.1 育苗期

水稻育苗實(shí)施工廠化室內(nèi)育苗，在準(zhǔn)備好種子、苗床（塑盤(pán)+基質(zhì)），機(jī)械化一體播種，上架擺盤(pán)，覆蓋無(wú)紡布。溫度控制值：播種至出苗30±2℃、1.0～2.5 葉25±2℃、2.5 葉至移栽前20±2℃。水分控制閾值：播種至出苗基質(zhì)濕度80±5%、出苗至1 葉1 心基質(zhì)濕度75%，噴灌補(bǔ)水、移栽前7 天（1.5～2.5 葉）基質(zhì)濕度60%，2.5 葉至移栽，溫度20±2℃[5-6]。溫度儀、土壤濕度傳感儀、搖感器將數(shù)字傳輸?shù)娇刂浦行模詣?dòng)實(shí)現(xiàn)育苗溫濕度控制，實(shí)現(xiàn)工廠化標(biāo)準(zhǔn)化育秧。

3.2 移栽期（直播稻播種期）

水稻機(jī)插秧田灌溉的原則是“深水活棵”。水稻智能化灌溉必須在農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上實(shí)施，移栽前耕、耙、整達(dá)到栽插田間標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)溝、灌水泡田，灌水深度閥值2.0～5.0 cm，時(shí)間12～24 h。移栽時(shí)，田間水層深度閾值0.0～1.0 cm，移栽后至活棵，水層深度閾值3.0±0.5 cm。

直播稻田數(shù)字灌溉原則是“濕潤(rùn)灌溉，出苗立苗”。我縣直播稻主要采用旱直播模式，播種前耕、耙、整達(dá)到播種田間標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行播種、開(kāi)溝、上水。首次灌溉水層深閾值3.0±1.0 cm；首次灌溉后至3葉1 心，灌溉原則是“跑馬灌水”。灌溉時(shí)間在下午16 時(shí)后起動(dòng)，灌溉水層深閾值1.0±0.5 cm，至土壤濕度傳感器閾值80±0.5%，再次灌溉。

3.3 分蘗期

水稻分蘗期數(shù)字灌溉的原則是“淺水分蘗”[7]。水稻移栽活棵后或直播稻田生長(zhǎng)至3 葉1 心后進(jìn)入分蘗期。分蘗期灌溉時(shí)水層深閾值2.0±0.5 cm，自然落干至土壤濕度傳感器閾值90±0.5%，再次灌溉，期間若氣象臺(tái)預(yù)報(bào)在24 h 內(nèi)有中到大雨，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，可自動(dòng)調(diào)節(jié)推遲灌溉時(shí)間24 h，當(dāng)實(shí)際降雨量導(dǎo)致田間水層深度超過(guò)5.0 cm 時(shí)，由排水溝閘閥自動(dòng)調(diào)節(jié)排水。水稻生長(zhǎng)期間有短期淹水能力，可充分利用自然降雨的儲(chǔ)蓄，實(shí)現(xiàn)節(jié)水；連續(xù)降雨，也可排空再蓄積再排，對(duì)鹽堿地可起到洗鹽作用。

3.4 拔節(jié)孕穗期

水稻拔節(jié)期擱田對(duì)水稻中后期病蟲(chóng)害發(fā)生程度、調(diào)節(jié)分蘗的有效成穗、提高水稻中后期抗倒能力有較大影響，因此，此階段的灌溉需要考察分析田間水稻的長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相、生育進(jìn)程，以此決定和控制灌溉時(shí)間，擱田的原則是“苗到不等時(shí)、時(shí)到不等苗”[8]，在遙感數(shù)據(jù)傳輸自動(dòng)調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上，必須配以技術(shù)人員的田間調(diào)查、苗情考察，進(jìn)行人工調(diào)節(jié)擱田時(shí)間，實(shí)現(xiàn)效能最佳化。擱田期間除自然降雨外，田間土壤墑情閾值在60±0.5%，起動(dòng)灌溉1 次。達(dá)到擱田標(biāo)準(zhǔn)時(shí)至抽穗，此時(shí)為幼穗分化期，灌溉的原則是“前水不干后水不進(jìn)，足水養(yǎng)胎”。分蘗期灌溉時(shí)水層深閾值3.0±0.5 cm，自然落干至土壤濕度傳感器閾值90±0.5%，再次灌溉，期間若氣象臺(tái)預(yù)報(bào)在24 h 內(nèi)有中到大雨，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，可自動(dòng)調(diào)節(jié)推遲灌溉時(shí)間24 h，實(shí)際降雨量導(dǎo)致田間水層深度超過(guò)灌溉閾值，由排水溝閘閥自動(dòng)調(diào)節(jié)排水。

3.5 灌漿結(jié)實(shí)期

水稻灌漿結(jié)實(shí)期灌溉的原則是“干干濕濕、濕潤(rùn)灌溉”[9]，同時(shí)注意后期“寒露風(fēng)”對(duì)水稻灌漿的影響[10]。灌漿結(jié)實(shí)期灌溉時(shí)水層深閾值2.0±0.5 cm；自然落干至土壤濕度傳感器閾值80±0.5%；再次灌溉，期間若氣象臺(tái)預(yù)報(bào)在24 h 內(nèi)有“寒潮”（最低氣溫臨界值17 ℃），起動(dòng)灌溉保溫防青枯。在水稻成熟時(shí)到收獲前7～10 天進(jìn)行斷水。

4 數(shù)字灌溉與大田生產(chǎn)的灌溉效能對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)朗坤農(nóng)業(yè)園數(shù)字灌溉基地、天場(chǎng)鎮(zhèn)秦橋村農(nóng)戶直播種植基地、八巨鎮(zhèn)雄大家庭農(nóng)場(chǎng)機(jī)插秧示范基地這3 個(gè)基地的水稻栽培、灌溉的數(shù)據(jù)跟蹤統(tǒng)計(jì)分析，水稻從移栽期（直播稻從播種期）6 月15 日起至收獲期10 月31 日止，3 個(gè)基地灌溉次數(shù)與灌水量如下：①朗坤農(nóng)業(yè)園數(shù)字灌溉從栽播至成熟全生長(zhǎng)周期，計(jì)灌溉16 次，平均灌水量2 970 m3/hm2；②天場(chǎng)鎮(zhèn)秦橋村種植農(nóng)戶，直播稻從播種至成熟，全生長(zhǎng)周期，灌溉14 次，因統(tǒng)一集中提水灌溉、每次灌水時(shí)間長(zhǎng)、灌水量大，平均灌水量5 200 m3/hm2；③八巨鎮(zhèn)雄大家庭農(nóng)場(chǎng)機(jī)插秧示范基地，全生長(zhǎng)周期，灌溉16 次，平均灌水量4 150 m3/hm2。

4.1 灌水量差異分析

4.1.1 種植戶直播田灌溉灌水大

全生長(zhǎng)周期間，天場(chǎng)鎮(zhèn)秦橋村農(nóng)戶種植基地為粗放型淹水灌溉模式，灌溉時(shí)以感觀經(jīng)驗(yàn)確定灌溉時(shí)間和灌水量，灌溉過(guò)程受田間平整度的影響，對(duì)水稻生育進(jìn)程、氣象預(yù)報(bào)降雨、灌溉水位深度等精準(zhǔn)定位效果差，灌溉時(shí)間和灌溉水量未能按照水稻生態(tài)需水和生理需水精準(zhǔn)確定灌溉，所以，全生長(zhǎng)周期間灌溉量較大，比數(shù)字灌溉灌水量增加54.88%，灌溉效能未得到有效利用。

4.1.2 機(jī)插秧示范基地灌溉灌水量適中

八巨鎮(zhèn)雄大家庭農(nóng)場(chǎng)機(jī)插秧示范基地實(shí)施節(jié)水灌溉，田間平整度較好，灌溉渠防滲，基本按照水稻生長(zhǎng)期生態(tài)需水和生理需水灌溉，但精準(zhǔn)程度不高，比數(shù)字灌溉灌水量增加39.73%，灌溉效能基本得到有效利用。

4.1.3 數(shù)字灌溉基地灌水量少

朗坤農(nóng)業(yè)園數(shù)字灌溉基地實(shí)施數(shù)字灌溉，灌溉時(shí)間、灌水量根據(jù)水稻生長(zhǎng)期生態(tài)需水和生理需水，實(shí)施精準(zhǔn)調(diào)節(jié)灌溉，減少灌溉次數(shù)和灌水量，充分發(fā)揮了灌溉的效能，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化節(jié)約化灌溉。

4.2 灌溉效能對(duì)比分析

表1為2021年濱海縣水稻全生育期降雨量≥100 mm 中雨以上量級(jí)的統(tǒng)計(jì)日期及降雨量，數(shù)字灌溉通過(guò)氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)決定是否延遲灌溉和實(shí)際降雨量決定減少灌溉次數(shù)和灌水量，實(shí)現(xiàn)有效灌溉指標(biāo)；降雨量<100 mm 未統(tǒng)計(jì)在表中，降雨量<100 mm 小雨量級(jí)主要對(duì)生態(tài)需水的蒸發(fā)量及土壤墑情影響，通過(guò)灌溉閾值數(shù)字處理系統(tǒng)傳導(dǎo)自動(dòng)調(diào)節(jié)，灌溉時(shí)調(diào)節(jié)灌水量，實(shí)現(xiàn)有效灌溉指標(biāo)。

表1、表2 數(shù)據(jù)表明，2021 年水稻全生長(zhǎng)周期，降雨量比較常年分蘗期、孕穗期降雨日、降雨量少，拔節(jié)期、抽穗揚(yáng)花期、灌漿期降雨日、降雨量多。實(shí)施數(shù)字灌溉系統(tǒng)，在移栽期（直播稻播種期）、分蘗期、孕穗期進(jìn)行有效灌溉，其它時(shí)段自然降雨量都達(dá)到或超過(guò)灌溉需求量，在其它時(shí)段僅灌溉4 次，節(jié)約了灌溉水量。

表2 2021年6月21日—10月30日降雨量及和常年對(duì)比表 單位：mm

4.3 倒伏與產(chǎn)量對(duì)比分析

表1、表2 數(shù)據(jù)表明，2021 年水稻拔節(jié)期主要在7 月25 日—8 月3 日，而這期間7 月26—29 日連續(xù)4 日降雨，降雨量1 249 mm，我縣水稻生長(zhǎng)過(guò)程中，拔節(jié)期擱田未能有效實(shí)施，未能控制基部第1、2 節(jié)間的長(zhǎng)度，成熟水稻性狀及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)考察結(jié)果也證明，株高偏高、基部節(jié)間偏長(zhǎng)（內(nèi)因），加之2021年水稻成熟前，10 月7—8 日、9—10 日、14—15 日，降雨量分別是260、843、397 mm，最大風(fēng)力均在4 級(jí)以上，3 次暴風(fēng)雨過(guò)程氣象因素（外因），導(dǎo)致我縣水稻生產(chǎn)面上的75%左右田塊倒伏。

表3 數(shù)據(jù)表明，天場(chǎng)鎮(zhèn)秦橋村農(nóng)戶田倒伏面積80%，八巨鎮(zhèn)雄大農(nóng)場(chǎng)倒伏面積30%，朗坤農(nóng)業(yè)園數(shù)字灌溉基地未出現(xiàn)倒伏。成熟時(shí)對(duì)3 個(gè)基地進(jìn)行理論測(cè)產(chǎn)和實(shí)產(chǎn)驗(yàn)收。數(shù)字灌溉的示范區(qū)朗坤農(nóng)業(yè)園，由于灌溉按照設(shè)定閾值灌溉，尤其在拔節(jié)期，雖然自然降雨不利于擱田，但其標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)田排水系統(tǒng)通暢，能有效排除田間積水，結(jié)果未出現(xiàn)倒伏，實(shí)收產(chǎn)量10 375 kg/hm2，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)豐收。天場(chǎng)鎮(zhèn)秦橋村農(nóng)戶的直播田塊倒伏嚴(yán)重，理論測(cè)產(chǎn)減產(chǎn)達(dá)11.23%，實(shí)收產(chǎn)量8 975 kg/hm2，實(shí)收減產(chǎn)13.49%。八巨鎮(zhèn)雄大家庭農(nóng)場(chǎng)機(jī)插秧示范基地收割時(shí)因部分倒伏，理論測(cè)產(chǎn)減產(chǎn)達(dá)4.43%，實(shí)收產(chǎn)量9 870 kg/hm2，實(shí)收減產(chǎn)4.87%?？梢?jiàn)因倒伏導(dǎo)致的減產(chǎn)率較高。

表3 各基地產(chǎn)量結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)果與討論

1）經(jīng)過(guò)一季的水稻數(shù)字灌溉系統(tǒng)實(shí)施與探索，通過(guò)田間土壤墑情檢測(cè)傳輸及土壤墑情閥值、灌水水位檢測(cè)傳輸及灌溉水位閾值、預(yù)報(bào)降雨時(shí)間及量級(jí)等數(shù)據(jù)傳輸及灌溉時(shí)間的數(shù)字中心整合處理，以及水稻節(jié)水灌溉數(shù)字軟件系統(tǒng)應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)表明，示范區(qū)數(shù)字灌溉用水平均2 970 m3/hm2，比周邊天場(chǎng)鎮(zhèn)秦橋村種植農(nóng)戶灌溉用水平均5 200 m3/hm2節(jié)水42.9%，比雄大家庭農(nóng)場(chǎng)灌溉用水平均4 600 m3/hm2節(jié)水35.4%。數(shù)字灌溉可有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水，提高灌溉用水效能。

2）試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)數(shù)字灌溉的控制閾值有待進(jìn)一步優(yōu)化。在今后示范推廣中，進(jìn)一步探索不同的土壤質(zhì)地、地下水位等因素對(duì)水分滲漏量的影響，光照時(shí)數(shù)、日平均溫度等氣候因素對(duì)生態(tài)蒸發(fā)量的影響，品種類型生理需水等因素對(duì)灌溉閥值的影響，進(jìn)一步探索綠色高效高產(chǎn)的節(jié)水?dāng)?shù)字灌溉指標(biāo)閾值及配套軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

3）培育優(yōu)質(zhì)秧苗和建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)，合理移栽密度是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的前提，因此應(yīng)進(jìn)一步探索綠色高效配套農(nóng)藝栽培技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)合理產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)目標(biāo)值，配合后期適度灌水，增加千粒重，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)量。