黑龍江省水稻干旱水分生產(chǎn)函數(shù)試驗研究

石瑞花，陳曉霞，姜彪，趙浩

黑龍江省水稻干旱水分生產(chǎn)函數(shù)試驗研究

石瑞花，陳曉霞，姜彪，趙浩

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130061）

根據(jù)黑龍江省水利科技試驗研究中心2015年實測數(shù)據(jù)，分析研究適用于黑龍江省的水稻水分生產(chǎn)函數(shù)模型，探討各種模型中水分敏感性參數(shù)的變化規(guī)律，提出水稻不同時期干旱脅迫下適合該地區(qū)的水稻水分生產(chǎn)函數(shù)模型為Jensen模型，為黑龍江省稻灌區(qū)非充分灌溉條件下的灌溉制度優(yōu)化提供基礎(chǔ)依據(jù)。

黑龍江省；水稻；水分生產(chǎn)函數(shù)；Jensen模型

1 概況

黑龍江省是一個農(nóng)業(yè)大省，又是水資源總量偏少的省份。目前，黑龍江省水稻灌溉的年均用水量為160～170億m3，占全省農(nóng)業(yè)用水總量的93%。據(jù)水利部門預(yù)測，未來幾年內(nèi)，黑龍江省年均用水量將以每年4.27%的速度逐年增加，稻灌區(qū)節(jié)水已成為黑龍江省水稻地區(qū)保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。作物水分生產(chǎn)函數(shù)是各種水源供水能力不足而采用非充分灌溉條件下確定最優(yōu)灌溉制度與最優(yōu)配水方案的基本依據(jù)，也是確定充分灌溉條件下節(jié)水灌溉制度的主要依據(jù)。目前得到認可的是作物產(chǎn)量與各生育階段蒸發(fā)蒸騰量關(guān)系的加法模型——Blank模型、Stewart模型、Singh模型和乘法模型——Jensen模型。

2 試驗設(shè)計與方法

試驗區(qū)設(shè)在黑龍江省水利科技試驗研究中心農(nóng)業(yè)水土工程田間試驗場，屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。春季干燥多風(fēng)，降水少，蒸發(fā)量大，4—6月份的蒸發(fā)量站全年的40%以上；夏季短暫而炎熱，光熱水同季；秋季冷暖多變，降水量顯著減少，但多于春季；冬季漫長而寒冷，干燥多西南風(fēng)。多年平均降水量400～800 mm，多年平均氣溫3.1℃。試驗區(qū)土壤為壤土，0～30 cm土層內(nèi)的體積飽和含水率為42.87%，pH值為7.27。

采用測桶栽植水稻進行試驗，測桶規(guī)格為內(nèi)徑0.46 m，高0.4 m的金屬桶；每個測桶內(nèi)移栽5株水稻，分3組每組14種不同干旱處理進行重復(fù)試驗。試驗區(qū)內(nèi)配備移動式遮雨棚，排除天然降雨對試驗區(qū)水分的影響，以灌溉水控制試驗區(qū)田間水層和土壤含水率。

水稻品種為當(dāng)?shù)爻Ｒ姷牡净ㄏ?，施肥等農(nóng)藝措施均按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)優(yōu)質(zhì)模式進行統(tǒng)一管理。對水稻6個關(guān)鍵生育期：返青、分蘗、拔節(jié)孕穗、抽穗開花、乳熟期、黃熟期進行控水管理。試驗處理設(shè)計及各生育期水分控制范圍見表1。對照組14（CK）水分控制按《寒地水稻節(jié)水控制灌溉技術(shù)規(guī)范》中確定的節(jié)水灌溉水分調(diào)控指標(biāo)進行。

采用作物產(chǎn)量與各生育階段蒸發(fā)蒸騰量關(guān)系的4個模型進行水分生產(chǎn)函數(shù)分析。

2）Stewart模型

3）Singh模型

表1 試驗設(shè)計方案

4）Jensen模型

式中：Ya為實際蒸發(fā)蒸騰量對應(yīng)的作物實際產(chǎn)量，kg/hm2；Ym為潛在蒸發(fā)蒸騰量對應(yīng)的作物產(chǎn)量，kg/hm2；i為作物生育階段編號；n為劃分的水稻生育期階段數(shù)；Ai，Bi，Ci，λi為第個生育階段的水分敏感指數(shù)，反映階段缺水對產(chǎn)量的影響程度；ETa為實際蒸發(fā)蒸騰量，m3/hm2；ETm為潛在蒸發(fā)蒸騰量（正常灌溉處理下），m3/hm2。

3 試驗結(jié)果與分析

建立水分生產(chǎn)函數(shù)模型的關(guān)鍵是推求適合試驗方案設(shè)計及當(dāng)?shù)貙嶋H情況的具體參數(shù)。根據(jù)試驗實測的不同水分處理條件下各生育階段的蒸發(fā)蒸騰量，利用Spss求解多元線性方程組，得到4種水分生產(chǎn)函數(shù)模型的水分敏感指數(shù)，并對回歸方程進行F顯著性檢驗，各處理不同生育階段的蒸發(fā)蒸騰量和相應(yīng)的產(chǎn)量見表2，水稻水分敏感指數(shù)及回歸方程的顯著性檢驗見表3。

從表3可以看出，4個水分生產(chǎn)函數(shù)模型的相關(guān)系數(shù)R均較高，并且檢驗值F均大于顯著水平為0.05的臨界值F0.05，說明水稻植株蒸發(fā)蒸騰量與產(chǎn)量之間存在顯著的線性關(guān)系，回歸方程顯著。

從4個模型的敏感性指數(shù)來看，Blank模型和Stewart模型，分蘗中期敏感性指數(shù)最大，說明水稻在分蘗中期對水分最為敏感，這與水稻生長的實際情況不相符合。

對于Singh模型中的敏感指數(shù)C值，在抽開期、分蘗中期出現(xiàn)最高，在分蘗初為負值，分蘗后相關(guān)性不顯著，說明水稻生長過程中抽開期和分蘗中期對水分的需求比較敏感，而在分蘗后無論旱或不旱對產(chǎn)量都沒有影響，這也與水稻生長情況不相符合。

Jensen模型公式表明，λ值越高，缺水后Y/Ym值越低，缺水導(dǎo)致的減產(chǎn)越嚴重，對缺水敏感性越高。對于模型中的敏感指數(shù)λ值從高到低順序是：抽開期-分蘗中期-拔孕期-分蘗初期，在分蘗末期和乳熟期為負數(shù)。這說明水稻在抽穗開花期對水分最敏感，在此階段缺水對水稻的產(chǎn)量影響最大；其次是分蘗中期、拔節(jié)孕穗期和分蘗初期，在分蘗末期和乳熟期則為水分越少越增產(chǎn)，水稻的缺水減產(chǎn)敏感階段是水稻生理特性及氣象條件綜合作用的結(jié)果。這與2015年試驗區(qū)水稻生長情況相符，由于2015年試驗區(qū)夏季雨水較大，氣溫較低，分蘗中期田面水層具有一定的保溫效果，可以促進水稻分蘗，減少低溫的損害，所以該時期λ值較高；在拔孕期降雨量大，空氣潮濕，λ值較低；在乳熟期由于氣溫低，騰發(fā)強度小，所以λ值低；在分蘗末期曬田可以降低水稻的無效分蘗，促進產(chǎn)量增加，所以這一時期水分敏感指數(shù)最低為負值。因此，Jensen模型是適合試驗區(qū)的。

表2 各處理蒸發(fā)蒸騰量及產(chǎn)量

表3 2015年水稻水分敏感指數(shù)及回歸方程的顯著性檢驗

4 結(jié)論

通過2015年的田間試驗及數(shù)據(jù)分析，得到試驗區(qū)Blank模型、Stewart模型、Singh模型以及Jen?sen模型中的各個生育階段水分敏感指數(shù)，確定Jensen模型適合于試驗區(qū)。對于試驗區(qū)水稻，敏感指數(shù)高峰[λ]值出現(xiàn)在抽開期，此階段為產(chǎn)量對缺水的敏感期；第二高峰出現(xiàn)在分蘗中期，此階段為水稻分蘗旺盛時期，水量充足會增加分蘗，為水稻高產(chǎn)打下基礎(chǔ)；在分蘗末期和乳熟期為負值，這兩個時期適度缺水可以提高產(chǎn)量。

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S511 < class="emphasis_bold"> ［文獻標(biāo)識碼］A

A

1002—0624（2017）12—0054—03

水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（201401036）

2017-01-05