雙季稻灌溉制度研究

吳霞 陳棟格

[摘要]雙季稻的種植，對于保障云南省邊境地區(qū)糧食安全具有重要意義。為科學(xué)種植，最大程度提高水稻產(chǎn)量，以云南省勐臘縣勐滿壩區(qū)為例，根據(jù)有關(guān)規(guī)范和研究，結(jié)合實際，通過時歷年法及彭曼法對雙季水稻灌溉制度進行了研究，確定了該灌區(qū)的雙季稻灌溉方案，在P=80%的保證率下，夏季稻灌溉定額4976m3/hm2，冬季稻灌溉定額8855m3/hm2，研究結(jié)果與云南省地方標準一致，可為類似灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計提供重要依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]時歷年法；彭曼公式；北熱帶；雙季稻；灌溉制度

[中圖分類號]S274 [文獻標識碼]A

大米是我國南方餐桌上必不可少的主食，稻谷種植比例及產(chǎn)量在中國各糧食作物中也一直穩(wěn)居首位，合理配置種植比例，科學(xué)地種植雙季稻，提高復(fù)種指數(shù)，是提高我國水稻生產(chǎn)能力、保證糧食供給的有效舉措。受年降水量、最暖月平均氣溫和穩(wěn)定通過18℃持續(xù)日數(shù)限制，我國雙季稻種植區(qū)的潛在分布區(qū)主要位于長江中下游以南的廣大地區(qū)和其他包括云南南部在內(nèi)的8個?。ㄊ校?。

灌溉制度是制定區(qū)域規(guī)劃、流域規(guī)劃、灌區(qū)水利規(guī)劃及灌排工程規(guī)劃設(shè)計的重要組成部分，是進行水土資源平衡和確定渠道設(shè)計流量的基本依據(jù)。如在黑龍江省林甸灌區(qū)、青龍山灌區(qū)、四川省龍?zhí)凉鄥^(qū)、寧夏青銅峽灌區(qū)等實例中，均對水稻灌溉制度進行了分析研究，研究結(jié)果也中各灌區(qū)設(shè)計中發(fā)揮了重要作用。因此，合理可行的灌溉制度，對優(yōu)化灌溉規(guī)模、水資源調(diào)度方案優(yōu)化及灌溉管理中制定最優(yōu)配水、調(diào)水計劃都是十分必要的。由于水稻中糧食作物中占有不可替代的比重和地位，合理制定水稻灌溉制度尤顯重要。

除了上述灌區(qū)實例，還有對遼寧省、三江平原地區(qū)等區(qū)域水稻灌溉制度的研究，均只涉及單季稻，而以往對雙季稻的研究，主要集中在氣候、土壤對雙季稻的影響，以及雙季稻栽培技術(shù)、機械化生產(chǎn)模式等，雙季稻灌溉制度相關(guān)內(nèi)容甚少。本文以勐臘縣勐滿壩區(qū)為例，研究雙季稻生育期及灌溉制度，旨在為我省乃至我國北熱帶地區(qū)的水稻科學(xué)灌溉提供參考。

1 研究區(qū)簡介

勐臘縣是云南省最南端的一個邊境縣，位于西雙版納州東部，勐滿壩區(qū)位于勐臘縣西南部，介于東經(jīng)101°12′～101°27′、北緯21°10′～22°22′之間。東接國家級磨憨口岸，西南與老撾勐新縣交界，北與勐捧鎮(zhèn)接壤，是一個多民族雜居的邊境小鎮(zhèn)。全鎮(zhèn)土地面積403km2，平均海拔1100m，國境線長42km，其中壩區(qū)面積187km2，占總面積的46.3%，是云南省較大的壩子之一。耕地總面積1927hm2，農(nóng)民人均耕地面積0.07hm2。勐滿鎮(zhèn)主要有水稻土和磚紅壤。壩區(qū)適宜種植水稻、玉米、小麥、豆類等農(nóng)作物及香蕉等經(jīng)濟作物。根據(jù)國土二調(diào)統(tǒng)計，規(guī)劃區(qū)水田面積約1467hm2。

據(jù)有關(guān)規(guī)劃，勐滿鎮(zhèn)隨著經(jīng)濟口岸建設(shè)，人口迅猛增加，為保證糧食安全，應(yīng)大力發(fā)展雙季稻。根據(jù)實地調(diào)查及調(diào)查走訪，當?shù)貧夂蜻m宜種植多季稻谷，其中冬季稻和夏季稻最適宜種植，可合理避開高溫對稻谷的影響，根據(jù)勐滿鎮(zhèn)《農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合統(tǒng)計報表》（1991～2014年）等有關(guān)資料顯示，在2007年大規(guī)模種植經(jīng)濟作物香蕉以前，水稻（夏季稻）種植比例較大，高達50%以上，但現(xiàn)狀水平年水稻的種植比例降低為8%左右，大量糧田改種經(jīng)濟作物香蕉。為了保證糧食安全，加上考慮到香蕉連作會導(dǎo)致季節(jié)性排水不良、土壤缺乏有機質(zhì)、植株抗逆的能力逐漸減弱、易感染病蟲害、產(chǎn)量和品質(zhì)逐年下降等問題，規(guī)劃在合理制定灌溉制度后提高農(nóng)作物的復(fù)種指數(shù)，將水稻種植比例恢復(fù)到大規(guī)模種植香蕉以前。由于香蕉為常年作物，香蕉種植面積退減后，可同時增加冬季稻的種植比例。

2 生育期確定

2.1 氣象數(shù)據(jù)

本文共采用勐臘氣象站1971～2014年共44年氣象資料，主要采用指標為經(jīng)緯度、海拔、平均氣溫、相對濕度、最高氣溫、日照時數(shù)、逐日降雨量。

勐臘縣屬北熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，其特點是熱量豐富、夏無酷暑、冬無嚴寒，降水豐沛，旱雨兩季分明，雨熱同季，每年11月至次年5月為旱季，6月～10月為雨季，雨季降水占全年降雨量的83%。據(jù)氣象資料記載，勐臘縣平均氣溫為21℃，最冷1月平均氣溫10～16℃，極端低溫為-5℃，最熱7月平均氣溫25.2～26℃，極端高溫為40.1℃，多年平均日照時數(shù)1850小時，相對濕度86%；冬天基本無霜；多年平均風(fēng)速0.7m/s，實測最大風(fēng)速為18m/s；多年平均蒸發(fā)量為1657.3mm，多年平均降水量為1550mm。

2.2 生育期

2.2.1 生育期時間。雙季稻種植主要自然災(zāi)害有低溫、高溫以及旱澇災(zāi)害，勐臘縣主要存在高溫影響，勐臘縣高溫主要集中在4～7月，8月后很少出現(xiàn)30℃以上高溫。根據(jù)有關(guān)研究，高溫對水稻的危害主要在孕穗期以后，抽穗揚花期對高溫最敏感，35℃以上的高溫就能影響開花受精，增加空殼率；灌漿期遇35℃以上的高溫，常出現(xiàn)高溫逼熟，水稻根系早衰，吸收養(yǎng)分的能力減弱，葉片功能下降，半實粒和秕粒增加；如果花期遇到高溫，則會造成花粉管尖端大量破裂，失去受精能力，而形成大量秕?；蚩諝ぃ敉谟龃箫L(fēng)，則危害更大。此外，勐臘縣還與海南天氣類似，4月下旬至5上中旬，日照充足而強烈，地面增溫極快，相對濕度小，形成又干又熱的氣團，影響較大范圍的水稻尤其是早稻的開花結(jié)實。因為干熱風(fēng)會是花藥干萎不開裂，散粉小，劃分生活技能減退，影響正常開花授粉，導(dǎo)致花粉發(fā)育不正常，空秕率增加，結(jié)實率降低而減產(chǎn)。

勐臘縣夏季溫高，為了將高溫災(zāi)害對水稻的影響降到最低，當?shù)厮痉N植大致分為夏季稻和冬季稻兩類，夏季稻5月育秧，9月收割，冬季稻11月育秧4月收割，合理錯開了高溫逼熟及干熱風(fēng)的影響。

水稻生育期劃分：水稻全生長期灌溉用水包括秧田期和大田期兩部分，大田期又分為移栽返青、分蘗初、分蘗末、拔節(jié)孕穗、抽穗揚花、乳熟、黃熟七個生育階段。

由于氣溫高，會加速作物的生長進程，夏季稻生育期較冬季稻相對較短，尤其體現(xiàn)在秧田期和拔節(jié)孕穗期，冬季稻秧田期為氣溫相對較低的11～12月，較夏季稻長5天，而夏季稻拔節(jié)孕穗期為溫度最高的7～8月，所需時間較冬季稻少10天。

夏季稻秧田期一般為25天，從5月6日～5月30日，大田期共100天，從5月31日～9月7日；冬季稻秧田期一般為30天，從11月20日～12月19日，大田期共120天，從12月20日～次年4月18日。生育期時間對比見表1。

為了說明數(shù)據(jù)的可靠性，將擬定的生育期與以往工程中的臨近灌區(qū)大沙壩灌區(qū)及氣候相似的海南東北部地區(qū)做了對比，與類似區(qū)域基本一致，對比情況見表2。

2.2.2 適宜水層深度。水稻生育期的淹灌水層深度包括適宜下限、適宜上限和降雨滯蓄深度，為充分利用降水，同時達到豐產(chǎn)節(jié)水的要求，各生育期水層深度按“淺水勤灌、淺灌深蓄”的灌水模式，并結(jié)合各生育階段的不同要求擬定，生育初期和末期水層較淺，孕穗揚花期較深，收割前的黃熟期落干曬田。

2.2.3 滲漏強度與作物系數(shù)。水稻田間滲漏強度主要與土壤性質(zhì)水文地質(zhì)條件及管理水平有關(guān)，水稻土和磚紅壤，擬定水稻生育初、中期的田間滲漏強度為2.0～3.0mm/d、生長末期落干時滲漏強度為1.5mm/d。作物系數(shù)為潛在需水量與實際需水量之間的換算系數(shù)，生育初期和末期較小，取1.05～0.95，生育中期較大，取1.20。

2.2.4 泡田定額及移栽進度。按灌區(qū)的耕作方式，采用淺水勤灌、淺灌深蓄的灌水方式，在移栽前5天開始泡田，根據(jù)當?shù)氐墓喔冉?jīng)驗，泡田定額為2700m3/hm2。移栽期需15天。根據(jù)當?shù)亓?xí)慣秧田與大田比例取1：15。

3 雙季稻溉制度設(shè)計

3.1 計算方法

在調(diào)查研究區(qū)水稻需水特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB50288-99）設(shè)計水稻灌溉制度。本次水稻灌溉制度設(shè)計收集了勐臘縣氣象站1971～2014年共44年的氣象資料，按時歷年法逐年計算確定水稻灌溉制度。首先，根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的彭曼公式計算農(nóng)作物各月份潛在需水量；其次，根據(jù)水稻各生育期的作物系數(shù)及潛在需水量計算出水稻各生育期的實際需水量；最后根據(jù)調(diào)查確定的泡田天數(shù)，泡田定額，泡田進度，水稻移栽時間，進度，考慮田間滲漏損失，扣除同期有效降雨量，按格田水量平衡法，分別推求出水稻秧田期、本田期的灌水量、及灌溉定額。秧田及本田按一定比例分攤，即可得出歷年來水稻的灌溉制度。選擇與灌溉保證率相近的年份并考慮對灌溉最不利的情況作為設(shè)計代表年。

彭曼公式是根據(jù)能量平衡原理、水汽擴散原理和空氣導(dǎo)熱定律等計算參照作物需水量的公式，1948年由英國H.L.彭曼提出，后經(jīng)多次修正，1992聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）推薦使用該公式進行參考作物需水量ET0計算，對某一地區(qū)計算某時段的ET，彭曼公式僅需水汽壓、氣溫、日照時數(shù)和風(fēng)速等資料，理論依據(jù)完備，計算誤差小，是目前世界上應(yīng)用最普遍的公式。彭曼法公式如下：

式中：ET0為參考作物騰發(fā)量（mm/d）；T為平均氣溫（℃）；Δ為平均氣溫時飽和水汽壓與溫度曲線在T處的切線斜率（kPa.℃-1）；ea為飽和蒸汽壓（kPa）；ed為實際蒸汽壓（kPa）；Rn為作物表面的太陽凈輻射（MJ/m2）.d；G為土壤熱通量（MJ/m2.d；Ti、Ti-1）；γ為濕度表常數(shù)， kPa.℃-1；U2為2m高處風(fēng)速，m/s。

水稻需水量又稱水稻騰發(fā)量，是指植株蒸騰與株間蒸發(fā)兩者消耗的水量，它的大小及變化規(guī)律，主要取決于氣象條件、作物特性、土壤性質(zhì)和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等。其計算公式如下[19]：

式中：ETt為第t時段內(nèi)的水稻需水量，mm；ET0 為該時段內(nèi)參考作物需水量，mm；Kc為該時段作物系數(shù)；Ks為該時段土壤水分脅迫修正系數(shù)。時段長取1 d。

3.2 灌溉制度

本田期作物用水量為泡田水量、田間滲漏量、作物騰發(fā)量之和，并扣除同期有效降雨量。作物需水量采用“彭曼公式”求得潛在作物需水量（ET0），再按水稻作物系數(shù)折算出水稻需水量。水稻全生育期需水量為秧苗期與本田期需水量之和，秧田需水量按秧田與本田比分配。根據(jù)水稻灌溉定額的頻率分析，夏季稻選出1998、2004年兩個基本符合P=80%設(shè)計保證率的年份，以其中灌水分配過程不利的一年為典型年，計算結(jié)果以2004年的灌溉制度作為設(shè)計灌溉制度，P=80%水稻灌溉定額4976m3/hm2；冬季稻選出1979、2009年兩個基本符合P=80%設(shè)計保證率的年份，以其中灌水分配過程不利的一年為典型年，計算結(jié)果以2009年的灌溉制度作為設(shè)計灌溉制度，P=80%水稻灌溉定額8855m3/hm2。規(guī)劃區(qū)典型年水稻灌溉用水過程及灌溉定額詳見表3、表4。

根據(jù)云南省地方標準《用水定額》（DB53/T168—2013），雙季早稻、雙季晚稻P=75%用水定額分別為8550m3/hm2、4500 m3/hm2，本次規(guī)劃定額分別為8855m3/hm2、4976m3/hm2，勐滿壩區(qū)屬熱帶區(qū)、且規(guī)劃中取的保證率為P=80%，比定額標準中定額稍偏高，滿足要求。

3.3 灌水率

灌水率與灌區(qū)內(nèi)的作物組成、種植比例、作物允許灌水延續(xù)時間、栽插進度有關(guān)。據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB50288-99）規(guī)定，結(jié)合灌區(qū)的實際情況，水稻灌水延續(xù)時間一般為5～10天，泡田期10～15天、移栽期10～15天、大田生育期5天，本次規(guī)劃在水稻灌水高峰期6月上旬、12月下旬為10天，其他生育階段均為8天。在對初步繪制出的灌水率圖進行合理修正后得設(shè)計灌水率為1.05m3/s/千hm2設(shè)計灌水率圖見圖1。

4 結(jié)論

本文通過時歷年法及彭曼公式研究勐滿壩區(qū)雙季稻灌溉制度設(shè)計，確定了勐滿壩灌區(qū)的雙季稻灌溉方案，在P=80%的保證率下，夏季稻灌溉定額4976m3/hm2，用水高峰為6月上旬，冬季稻灌溉定額8855m3/hm2，用水高峰為12月下旬，為該灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計提供了有力支撐，亦可作為類似灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計的重要依據(jù)。

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