不同灌溉方式下寒地水稻耗水特征與水分利用效率

王天亮，李 杰

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

0 引言

黑龍江省水資源總量偏少，人均占有水資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國平均水平，同時由于近年來黑龍江省一些地區(qū)灌溉用水短缺問題日益嚴(yán)重，水資源短缺已影響黑龍江省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展［1］。同時作物耗水特征和水分利用效率的研究是一項具有重要的理論價值和實踐意義的研究課題，以小麥、玉米等作物為對象的研究已經(jīng)非常深入和廣泛，也取得了顯著的進(jìn)展，而對于寒稻耗水特征和水分利用效率的研究，盡管前人已取得了一些成果，但仍未形成體系，理論基礎(chǔ)研究不足，有必要進(jìn)行進(jìn)一步深入的研究［2－4］。本文通過對不同灌溉方式下寒稻耗水量、產(chǎn)量等的測定，研究不同生育時期寒稻的需水耗水特征、不同灌溉方式對寒稻生理生態(tài)過程的影響及不同灌溉方式下產(chǎn)量及水分利用效率差異的變化規(guī)律，確定一種更適合在黑龍江省節(jié)水、高效的灌溉制度，為寒稻高效節(jié)水灌溉體系的制定提供理論依據(jù)和決策依據(jù)，對于在黑龍江省地區(qū)全面推行寒稻節(jié)水灌溉具有重要的現(xiàn)實意義［4－7］。

1 材料與方法

1.1 試區(qū)概況

本試驗于2011年在黑龍江省雙鴨山市寶清縣三江水利試驗站進(jìn)行，試驗站所在區(qū)域?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，土壤為白漿土，pH值一般為5.3～6.2，年平均氣溫3.3℃，年平均降水量576 mm，年蒸發(fā)量843.5 mm，≥10℃有效積溫2 532.9℃，年日照時數(shù)2 735。

1.2 試驗設(shè)計與方法

試驗播種時間在5月25日，水稻品種為空育131，在水稻品種、育秧、移栽、密度、用肥等技術(shù)措施相同的條件下，試驗采用隨機(jī)排列，3個處理，3次重復(fù)，共9個小區(qū)，小區(qū)試驗田規(guī)格為20m2(5m×4m)，小區(qū)采用完全阻滲處理，在試驗小區(qū)安裝水泵，每個小區(qū)單灌單排，單獨(dú)設(shè)置水表、負(fù)壓計、滲水剖面(測滲透量)等設(shè)施，并設(shè)置蒸發(fā)皿和量雨器。

每天8:00觀測土表的水分變化。當(dāng)土表有水時，采用ZHD型測針測定水層深度的變化;當(dāng)土表無水時，則用TDR300測定土壤含水率的變化。成熟期后每小區(qū)取10株考種測每m2千粒重。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉技術(shù)對水稻耗水量、耗水強(qiáng)度的影響

由表2所示，在不同灌溉技術(shù)下，濕潤灌溉在各個生育期耗水量最小;在全生育期內(nèi)濕潤灌溉比淺濕灌溉、常規(guī)灌溉耗水量分別少1 007.84 m3/hm2、1 778.26 m3/hm2。由圖1可知，比較不同灌溉技術(shù)下水稻各生育階段累積耗水量，3種灌溉技術(shù)下在返青期、分蘗期、孕穗期水稻的累積耗水量差異不顯著，從抽穗期開始，各處理下水稻的累積耗水量顯著表現(xiàn)為濕潤灌溉＜淺濕灌溉＜常規(guī)灌溉。

表1 不同灌溉方式的水分管理

表2 不同灌溉技術(shù)下水稻各生育階段的耗水量 m3/hm2

圖1 不同灌溉技術(shù)下水稻各生育階段的累積耗水量

從圖2所示，不同灌溉技術(shù)下，濕潤灌溉、淺濕灌溉、常規(guī)灌溉的耗水強(qiáng)度在整個生育期間變化趨勢是相似的，呈單峰型，在返青、分蘗期上升速度緩慢，孕穗期、抽穗期耗水強(qiáng)度上升速度顯著，在乳熟期，黃熟期耗水強(qiáng)度迅速回落。耗水強(qiáng)度以常規(guī)最大，淺濕次之，濕潤最小。在返青期和分蘗期各處理耗水強(qiáng)度差異不顯著;孕穗期各處理耗水強(qiáng)度差異較顯著，耗水強(qiáng)度總體表現(xiàn)均為濕潤灌溉＜淺濕灌溉＜常規(guī)灌溉;由于孕穗期至抽穗開花期作物生長較為迅速，各處理耗水強(qiáng)度顯著上升，耗水強(qiáng)度大致為濕潤灌溉＜淺濕灌溉＜常規(guī)灌溉，孕穗期濕潤灌溉的耗水強(qiáng)度由分蘗期的45.77 m3/hm2*d－1至146.60 m3/hm2*d－1，乳熟期處理濕潤灌溉、淺濕灌溉和常規(guī)灌溉之間差異不顯著。

由圖3可知，不同灌溉技術(shù)下的模比系數(shù)變化趨勢是相似的，分蘗期是水稻需水臨界期之一，該階段模比系數(shù)均表現(xiàn)為濕潤灌溉＞淺濕灌溉＞常規(guī)灌溉，各處理差異不顯著;孕穗期的模比系數(shù)為濕潤灌溉＜淺濕灌溉＜常規(guī)灌溉;黃熟期是水稻干物質(zhì)生產(chǎn)與轉(zhuǎn)運(yùn)的重要時期，濕潤灌溉和常規(guī)灌溉模比系數(shù)相同、淺濕灌溉最小。

圖2 不同灌溉技術(shù)下水稻各生育階段的耗水強(qiáng)度

圖3 不同灌溉技術(shù)下水稻各生育階段的模比系數(shù)

2.2 不同灌溉技術(shù)對水稻水分利用效率特征的影響

表3 不同灌溉技術(shù)下水稻水分利用效率

從表3得到，不同灌溉技術(shù)下，耗水量大小為濕潤灌溉＜淺濕灌溉＜常規(guī)灌溉，與濕潤灌溉相比，淺濕灌溉、常規(guī)灌溉耗水量分別增加了10.46%、24.14%。3種灌溉技術(shù)下水分利用效率大小為濕潤灌溉最高，淺濕灌溉次之，常規(guī)灌溉最小，方差分析表明，在水分利用效率上濕潤灌溉、淺濕灌溉、常規(guī)灌溉差異顯著。原因在于濕潤灌溉與淺濕灌溉、常規(guī)灌溉相比，濕潤灌溉即產(chǎn)量高，又耗水量小，故濕潤灌溉水分利用效率最高;常規(guī)灌溉與濕潤灌溉、淺濕灌溉相比，常規(guī)灌溉即產(chǎn)量低，又耗水量大，故常規(guī)灌溉水分利用效率最低。由此可見，濕潤灌溉即可提高水分利用效率，又可達(dá)到高產(chǎn);淺濕灌溉節(jié)水增產(chǎn)效果不如濕潤灌溉顯著。

圖4 水稻產(chǎn)量與耗水量的關(guān)系

從圖4可以看出，依據(jù)不同灌溉技術(shù)條件下水稻的耗水量(x)與產(chǎn)量(y)的對應(yīng)關(guān)系而建立的兩者間擬合方程為y =0.003x2+4.7229x－9404(R2=0.9566)，由水稻耗水量與產(chǎn)量的相關(guān)性分析可知，產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)R為0.9566＞0.666(查表n=9，R 0.05=0.666)，由此表明水稻耗水量與產(chǎn)量之間相關(guān)性顯著，當(dāng)耗水量x=78715 m3/hm2時，產(chǎn)量y有最大值9 184.15 kg/hm2，這與濕潤灌溉的結(jié)果一致

如圖5所示，根據(jù)不同灌溉技術(shù)下試驗小區(qū)水稻的耗水量(x)與水分利用效率(y)的對應(yīng)該關(guān)系，可以建立兩者的擬合方程為y=2×108x2+0.003x+0.0374(R2=0.9899)，隨著水稻耗水量的增加水分利用效率逐漸減小呈現(xiàn)出負(fù)向關(guān)聯(lián)。由水稻耗水量與水分利用效率的相關(guān)性分析可知，水分利用效率的相關(guān)系數(shù)R為0.9899＞0.666(查表n=9，R 0.05=0.666)，由此表明水稻耗水量與水分利用效率之間相關(guān)性顯著，并呈單峰型關(guān)系。

圖5 水稻耗水量與水分利用效率的關(guān)系

2.3 不同灌溉技術(shù)的水稻灌水量與節(jié)水量分析

由表4可見，不同灌溉技術(shù)下灌水量大小處理濕潤灌溉＜淺濕灌溉＜常規(guī)灌溉，與常規(guī)灌溉相比，濕潤灌溉、淺濕灌溉的灌水量分別節(jié)水2 810 m3/hm2、2 147.5 m3/hm2;節(jié)水率分別為32.4%、24.76%。濕潤灌溉的灌溉水分生產(chǎn)效率為1.49 kg/m3，分別比淺濕灌溉、常規(guī)灌溉高0.14 kg/m3、0.57 kg/m3;淺濕灌溉為1.35 kg/m3，比常規(guī)灌溉高0.43kg/ m3。以上表明，與常規(guī)灌溉技術(shù)相比，濕潤灌溉、淺濕灌溉技術(shù)節(jié)省水量，同時，濕潤灌溉、淺濕灌溉技術(shù)分別提高了水稻的產(chǎn)量和灌溉水分生產(chǎn)效率，故濕潤灌溉、淺濕灌溉技術(shù)具有節(jié)水作用，濕潤灌溉最為顯著。

表4 不同灌溉技術(shù)下灌水量與節(jié)水量

2.4 不同灌溉技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析

表5 不同灌溉技術(shù)下產(chǎn)出值與凈收益

由表5可知，在不同灌溉技術(shù)下，產(chǎn)出值大小為淺濕灌溉＞濕潤灌溉＞常規(guī)灌溉，差異顯著;與常規(guī)灌溉相比，濕潤灌溉和淺濕灌溉的產(chǎn)出值分別提高1 203.84元/hm2和1 241.76元/hm2;凈收益從大到小的順序為濕潤灌溉、淺濕灌溉、常規(guī)灌溉。凈收益等于產(chǎn)出值與總投入之差，與常規(guī)灌溉相比，濕潤灌溉和淺濕灌溉的凈收益分別提高了16.7%、16.2%。

3 結(jié)論

在農(nóng)藝技術(shù)條件和氣象因素相同的條件下，耗水量大小為濕潤灌溉＜淺濕灌溉＜常規(guī)灌溉;3種不同灌溉方式耗水強(qiáng)度在整個生育期間呈單峰型，耗水強(qiáng)度以常規(guī)最大，淺濕次之，濕潤最小。

3種灌溉技術(shù)下水分利用效率大小為濕潤灌溉最高，淺濕灌溉次之，常規(guī)灌溉最小，方差分析表明，在水分利用效率上濕潤灌溉、淺濕灌溉、常規(guī)灌溉差異顯著，結(jié)果表明濕潤灌溉節(jié)水增產(chǎn)效果顯著;同時證明出水稻耗水量與水分利用效率之間相關(guān)性顯著，并呈單峰型關(guān)系。

不同灌溉技術(shù)下灌水量大小為濕潤灌溉＜淺濕灌溉＜常規(guī)灌溉，與常規(guī)灌溉相比，濕潤、淺濕灌溉節(jié)水率分別為32.4%、24.76%;濕潤灌溉的灌溉水分生產(chǎn)效率為1.49 kg/m3，分別比淺濕灌溉、常規(guī)灌溉高0.14 kg/m3、0.57 kg/m3;濕潤灌溉技術(shù)具有明顯節(jié)水作用。

在不同灌溉技術(shù)下，產(chǎn)出值大小為淺濕灌溉＞濕潤灌溉＞常規(guī)灌溉，凈收益從大到小的順序為濕潤灌溉、淺濕灌溉、常規(guī)灌溉，濕潤灌溉分別比淺濕和常規(guī)灌溉高35.58元/hm2和1 316.24元/hm2。

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