水稻無水層灌溉水分生產(chǎn)率分析

奕永慶,周國雄

(1.余姚市水利局,浙江 余姚 315400;2.余姚市河姆渡鎮(zhèn)水利站,浙江 余姚 315400)

早在20世紀(jì)80年代初,水利專家已意識(shí)到,我國即將面臨缺水危機(jī)。各地水利專家在總結(jié)農(nóng)民高產(chǎn)栽培技術(shù)的基礎(chǔ)上,開展了水稻節(jié)水高產(chǎn)灌溉技術(shù)試驗(yàn)研究。20世紀(jì)90年初相繼總結(jié)出一批技術(shù)成果,例如:河海大學(xué)的“控制灌溉”、浙江的“薄露灌溉”、廣西的“淺、薄、濕、曬灌溉”、遼寧的“淺濕灌溉”等。諸多技術(shù)在操作上有繁簡、理論上有深淺,但在本質(zhì)是接近的,即減少灌溉水量,增加土壤含氧量,協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱各要素,優(yōu)化根系環(huán)境,促進(jìn)水稻生長,實(shí)現(xiàn)節(jié)水基礎(chǔ)上的優(yōu)質(zhì)增產(chǎn)。

1 水稻無水層灌溉

1.1 技術(shù)基礎(chǔ)

1993年初,浙江省水利廳組織推廣水稻薄露灌溉技術(shù),即 “灌薄水、常露田”,薄指灌溉水層2～3 cm、水蓋田即可,露指輕度擱田。薄是為了常露,露田是為了補(bǔ)氧。這種方法使單季水稻灌水次數(shù)從14～20次減少到6～10次,田面有1/2左右時(shí)間露田,在節(jié)水、節(jié)電的同時(shí)跑肥少、稻桿硬、產(chǎn)量高。余姚市這項(xiàng)技術(shù)的推廣走在浙江省的前例,到1995年底覆蓋面積達(dá)到92%,實(shí)現(xiàn)基本普及?！八疽峙滤?薄露灌溉產(chǎn)量高”,改變了一代人的觀念。多年實(shí)踐證明,大面積推廣后,單季水稻平均節(jié)水938m3/hm2、節(jié)電 61.5 kW?h/hm2、 增產(chǎn)353 kg/hm2。

1.2 技術(shù)方法

在推廣薄露灌溉過程中,農(nóng)民感到在操作中對(duì) “薄”較難把握。中國水稻研究所在1989—1993年新安江水庫“水面種稻”獲得成功,最高產(chǎn)量達(dá)到10 065 kg/hm2。筆者從中得到啟發(fā):水稻只要根系有水,稻桿不浸水也能生長,并且獲得高產(chǎn),由此聯(lián)想到通過“溝灌”、“跑馬水”和利用降雨補(bǔ)充水分,而田面不留水層的灌溉方法,即無水層灌溉。

水稻無水層灌溉,是根據(jù)其不同生育期的需水特性,充分利用雨水并加少量幾次溝灌,使土壤保持70%～100%的田間持水量。在多雨的南方地區(qū)僅需灌水2～6次,節(jié)約灌溉水量1/2～2/3,且能使水稻高產(chǎn)。即在插秧或拋秧后至返青期,田面“半水半露”,保持土壤含水率100%,以促秧苗扎根返青,此后田面“只濕不淹”。用通俗的語言向農(nóng)民表述就是“少淹田” 即水田面時(shí)間要短,“不白田”即保持田面濕潤。

田面無水層而土壤有水分,能滿足水稻生長需要。武漢大學(xué)教授茆智院士認(rèn)為:“水稻需水不一定田面有水,田面無水層并不是土壤無水分”,辯證地說明了水層與水分的關(guān)系。

2 試驗(yàn)示范成果

從1998年以來,在余姚市河姆渡鎮(zhèn)開展了小區(qū)試驗(yàn)示范,設(shè)2塊對(duì)比田,面積各為667 m2,分別采用無水層和薄露灌溉,結(jié)果如下:

2.1 增加產(chǎn)量對(duì)比

1998—2006年,7 a早稻,無水層灌溉平均產(chǎn)量6 990 kg/hm2,比薄露灌溉增產(chǎn)651 kg/hm2,增產(chǎn)率10.3%;比群眾習(xí)慣灌溉增產(chǎn)990 kg/hm2,增幅16.5%。14 a晚稻,無水層灌溉平均產(chǎn)量7949 kg/hm2,比薄露灌溉增產(chǎn)717 kg/hm2,增產(chǎn)率9.9%;比群眾習(xí)慣灌溉增產(chǎn)1 175 kg/hm2,增幅17.4%(見表1)。

2.2 灌溉水量對(duì)比

2003—2006年,4 a早稻平均無水層灌溉灌水2.7次,灌水量978m3/hm2,薄露灌溉灌水6次,灌水量1 808m3/hm2,前者節(jié)約830m 3/hm2,節(jié)水率46%,與群眾習(xí)慣灌溉3 150 m3/hm2相比,節(jié)水2171m3/hm2,節(jié)水率69%。9 a晚稻平均無水層灌溉灌水4.4次,灌水量1 020m3/hm2,薄露灌溉灌水9次,灌水量2430m3/hm2,前者節(jié)約1 410m3/hm2,節(jié)水率58%;與當(dāng)?shù)厝罕娏?xí)慣灌溉3 975m3/hm2相比,節(jié)水2 955 m3/hm2,節(jié)水率74%(見表2)。

表1 水稻無水層灌溉與薄露灌溉產(chǎn)量對(duì)比表 kg/hm2

表2 水稻無水層灌溉與薄露灌溉水量對(duì)比表 m3/hm2

2.3 水分生產(chǎn)率對(duì)比

作物水分生產(chǎn)率是作物產(chǎn)量與凈耗水量之比,公式為:I=y/(m+p+d+t)

式中:I為作物水分生產(chǎn)率 (kg/m3);y為作物產(chǎn)量(kg/m3);m為生育期內(nèi)凈灌溉水量 (m3/hm2);p為生育期內(nèi)有效降水量(m3/hm2);d為地下水補(bǔ)給量(m3/hm2),t為土壤水分變化率,本實(shí)驗(yàn)假設(shè)為0。經(jīng)過對(duì)4 a雙季稻、5 a單季晚稻灌水量、降水量、排水量的計(jì)算,得出無水層灌溉早稻、晚稻的水分生產(chǎn)率分別為2.67,2.94 kg/m3(見表3),由于沒能計(jì)入地下水補(bǔ)給量,此值略高于實(shí)際值,但也達(dá)到了國際先進(jìn)水平。從外觀上看,無水層灌溉的稻谷色澤明顯黃亮,說明米質(zhì)得到優(yōu)化。薄露灌溉早、晚稻的水分生產(chǎn)率分別為1.77,1.73 kg/m3,(見表4)。為了增強(qiáng)可比性,筆者調(diào)查了該地區(qū)2011年9個(gè)灌區(qū)的灌水量,得出單季晚稻和雙季稻平均水分生產(chǎn)率分別為1.32,1.29 kg/m3,由此證明,水稻灌溉存在巨大節(jié)水潛力。

表3 水稻無水層灌溉水分生產(chǎn)率表

表4 水稻薄露灌溉水分生產(chǎn)率表

2.4 增產(chǎn)原因分析

減少水稻灌溉水量可以提高產(chǎn)量,初步分析原因如下:

(1)土壤含氧量增加。土壤中水分與空氣呈反比,水少則空氣多。田面大部分時(shí)間為無水層,田持水量在70%～100%,能滿足水稻生長需要,同時(shí)空氣接觸并進(jìn)入土壤,含氧量上升,二氧化碳和硫化氫等有害氣體隨之散逸,改善了水稻根系的生長環(huán)境,促進(jìn)白根萌發(fā)和養(yǎng)分吸收,根深則葉茂”,促進(jìn)水稻有效穗增加、大穗形成與千粒重增加。

(2)發(fā)病率降低。田面沒有水層,水分蒸發(fā)量減少,降低了田間小氣候濕度,使紋枯病等多種病害發(fā)生的程度明顯減輕,促進(jìn)了植株健壯,還提高抗倒伏能力。

(3)養(yǎng)分流失減少。節(jié)水灌溉使田間流失的水量減少50%～70%,使養(yǎng)分流失也同比例減少,肥料利用率提高。

3 水稻節(jié)水灌溉的意義

3.1 緩解缺水矛盾

缺水,在我國南方地區(qū)已經(jīng)由30 a前的 “威脅”變成現(xiàn)實(shí)。缺水主要靠節(jié)水解決,水稻是用水大戶,存在很大的節(jié)水潛力,(單季)節(jié)約750m3/hm2是 定的±1.5%～±2.5%的要求,因而所得到的效率曲線是符合要求的。

圖3 試驗(yàn)機(jī)組水輪機(jī)效率曲線對(duì)比圖(H=92.92 m)

4.2 穩(wěn)定性試驗(yàn)

通過在不同運(yùn)行工況下的測試,所測得定子機(jī)架、上機(jī)架、推力機(jī)架以及頂蓋的水平振動(dòng)最大幅值分別為18,42,8,24μm,各振動(dòng)幅值均未超過規(guī)定的允許值;所測得的上導(dǎo)、水導(dǎo)、法蘭處的擺度最大幅值分別為326,383,679μm,均未超過規(guī)定的允許值,證明改造后機(jī)組安裝檢修質(zhì)量完好。

分析該機(jī)組上機(jī)架水平振幅、垂直振幅與轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁電壓的關(guān)系,在變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、空載變勵(lì)磁試驗(yàn)、定有功變無功試驗(yàn)以及變負(fù)荷試驗(yàn)中選取振動(dòng)最大的1組數(shù)據(jù),分別見圖4、5。由圖可知,上機(jī)架的水平振動(dòng)并未隨機(jī)組轉(zhuǎn)速或勵(lì)磁電流的增加等因素的變化而明顯地增大,證明改造后該機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分的磁拉力及水力基本保持平衡。

圖4 試驗(yàn)機(jī)組上機(jī)架振幅與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線圖

圖5 試驗(yàn)機(jī)組上機(jī)架振幅與勵(lì)磁電壓關(guān)系曲線圖

對(duì)該機(jī)組發(fā)電機(jī)層、蝸殼及吸出管處噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可知:吸出管處噪聲最大,發(fā)電機(jī)層噪聲最小;不同運(yùn)行工況下,同一監(jiān)測點(diǎn)的噪聲變化不大;發(fā)電機(jī)層最大噪聲為97.4 db,蝸殼最大噪聲為104.8 db,吸出管處最大噪聲為113.5 db。

5 結(jié) 語

機(jī)組效率及運(yùn)行穩(wěn)定性是衡量水輪機(jī)水力性能的重要指標(biāo),結(jié)合浙江湖南鎮(zhèn)水電站5#機(jī)組的減振增容改造,對(duì)改造后機(jī)組進(jìn)行全面測試分析:實(shí)測機(jī)組效率值與理論值規(guī)律一致,并比改造前提高了約1.25%;機(jī)組各部分振動(dòng)也在規(guī)定范圍以內(nèi),運(yùn)行趨于穩(wěn)定。證明減振增容改造是一項(xiàng)投資少、見效快的工程,對(duì)電站其他機(jī)組的改造有一定的指導(dǎo)作用。

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