基于飽和土壤埋深調(diào)控的水稻節(jié)水灌溉技術(shù)研究

徐俊增 程 衡 衛(wèi) 琦 陳 鵬 欒雅珺 蔡少杰

(1.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院， 南京 210098； 2.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南京 210098)

0 引言

隨著水資源的日益緊缺，提高農(nóng)業(yè)用水效率已成為保障糧食安全和水安全的重要措施[1-5]。水稻作為我國主要糧食作物，其耗水量約占農(nóng)業(yè)用水量的70%、全國總用水量的50%[6]。在此背景下，“淺、濕、曬”灌溉[7-8]、水稻強(qiáng)化栽培[9]、控制灌溉[10]、間歇灌溉[11]等節(jié)水灌溉技術(shù)已被大規(guī)模應(yīng)用。盡管不同節(jié)水灌溉制度對(duì)水稻增產(chǎn)作用還存在不確定性，但在提高水分利用效率方面已被廣泛認(rèn)可[12]。

為掌握水稻水分虧缺狀況、及時(shí)進(jìn)行灌溉管理，需要確定合理的灌溉調(diào)控指標(biāo)。現(xiàn)行的各種水稻節(jié)水灌溉技術(shù)在調(diào)控指標(biāo)與觸發(fā)灌溉的指標(biāo)閾值方面略有不同。對(duì)于傳統(tǒng)淹水灌溉來說，田間水層是稻田灌溉的首要控制指標(biāo)。淺濕灌溉秉承淺水勤灌的理念，一般以30 mm為上限、5 mm為下限，其灌水量有所降低，但灌水頻率增加。通常情況下在一次足量灌溉后維持田面3～5 d內(nèi)有水層，當(dāng)水全部下滲進(jìn)入土壤后再保持田面無水層3～5 d，之后復(fù)水，使稻田呈現(xiàn)周期性的干濕狀態(tài)，稱之為干濕交替灌溉[13]。田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在生育期內(nèi)控制稻田呈現(xiàn)周期性無水層變化的水稻長勢(shì)較好。土壤水勢(shì)被用來作為水稻節(jié)水灌溉的調(diào)控指標(biāo)，相關(guān)研究表明，水稻節(jié)水灌溉的水勢(shì)閾值范圍一般為-40～-20 kPa，且在不同生育階段其閾值有所差異[14]。與土壤水勢(shì)相似，土壤體積含水率也作為水稻節(jié)水灌溉控制指標(biāo)(多為相對(duì)飽和含水率，在0.60～0.85 cm3/cm3之間)，并被廣泛應(yīng)用，但二者都具有空間變異性大等缺點(diǎn)，因此在大面積推廣應(yīng)用時(shí)需要大量的傳感器來滿足對(duì)土壤水分狀況的監(jiān)測(cè)。為了解決監(jiān)測(cè)精度低、測(cè)量成本高等問題，在節(jié)水灌溉技術(shù)推廣過程中，也有采用足跡深度、稻田裂縫程度等對(duì)設(shè)備依賴性較小的土壤描述性指標(biāo)，以觸發(fā)節(jié)水灌溉[15]。但足跡深度、裂縫程度、無水層天數(shù)主要依靠農(nóng)民的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，其精確性尚不明確，甚至無法合理度量，因此在指導(dǎo)水稻節(jié)水灌溉方面存在明顯缺陷。

上述提到的大部分水稻節(jié)水灌溉技術(shù)，在灌溉后田面大多處于淹水或飽和狀態(tài)，隨著水分的消耗淹水層逐漸消失，一定厚度的土壤開始呈現(xiàn)非飽和狀態(tài)，且隨著落干脫水過程而逐漸變厚。這就意味著在飽和與非飽和土層之間存在一個(gè)向下移動(dòng)的淺層水位，其對(duì)應(yīng)深度定義為飽和土壤埋深。假設(shè)不同生育期根區(qū)飽和土壤埋深存在一個(gè)臨界點(diǎn)，該點(diǎn)能否成為觸發(fā)節(jié)水灌溉的替代指標(biāo)值得進(jìn)一步探討。因此，本文結(jié)合在黑龍江省大面積推廣應(yīng)用的水稻控制灌溉技術(shù)[16]，采用盆栽試驗(yàn)與模型(Hydrus-1d)模擬相結(jié)合的方法，研究稻田無水層階段飽和土壤埋深與土壤體積含水率的變化規(guī)律，以確定水稻不同生育階段的飽和土壤埋深臨界值。

1 材料與方法

本試驗(yàn)于2017年5—11月在黑龍江省慶安灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行，該地區(qū)屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫2.5℃，多年平均降水量550 mm，降雨多集中在7—9月。試驗(yàn)區(qū)土壤類型為黑土，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比41.5 g/kg，堿解氮質(zhì)量比154.7 mg/kg,有效磷質(zhì)量比32.3 mg/kg，速效鉀質(zhì)量比122.9 mg/kg。盆栽試驗(yàn)在直徑50 cm、高度70 cm柱形桶中進(jìn)行，將風(fēng)干、破碎、過篩(4 mm)預(yù)處理后的土壤裝入桶內(nèi)，土壤基本物理性質(zhì)如表1所示。在每個(gè)桶底部土壤下面布設(shè)厚度為5 cm的細(xì)砂過濾層，過濾層內(nèi)部埋設(shè)透水管道，透水管道通過筒壁連接一個(gè)控制閥門，通過調(diào)節(jié)閥門開度收集排水，模擬深層滲漏。

表1 土壤基本物理性質(zhì)Tab.1 Soil basic physical properties

水稻采用控制灌溉模式進(jìn)行灌溉管理，不同生育期土壤灌水下限如表2所示。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)深層滲漏情況設(shè)置3種滲漏強(qiáng)度(1、2、3 mm/d; 記為D1、D2、D3)。滲漏水由與細(xì)砂過濾層相連的控制閥門按設(shè)定體積每小時(shí)排出1次，D1、D2、D3處理對(duì)應(yīng)的排水量分別為8.2、16.4、24.5 mL/h。水稻品種為龍慶3號(hào)，于2017年5月20日以4株/盆的密度移栽至盆栽，9月27日收獲；根據(jù)當(dāng)?shù)卦耘嗔?xí)慣，全生育期的氮肥(N)、磷肥(P2O5)、鉀肥(K2O)的施用量分別為110、45、80 kg/hm2。

表2 不同時(shí)期水稻根系深度、根區(qū)及土壤水分下限Tab.2 Root depth, root zone and soil water lower limit of rice in different periods

每個(gè)盆栽分別在5、15、25、35 cm深度埋設(shè)HOBO EC-5型土壤水分傳感器測(cè)量土壤含水率，并使用HOBO H21-002型數(shù)據(jù)記錄儀記錄每小時(shí)的土壤含水率。背離排水口一側(cè)預(yù)埋直徑為50 mm的PVC管，管身鉆孔并用土工布包裹防止泥沙進(jìn)入，管內(nèi)放置Dataflow型電容式水位記錄儀，用于測(cè)量飽和土壤埋深，監(jiān)測(cè)頻率為每小時(shí)1次。每次灌水至土壤飽和并在田面保留約3 cm水層，灌水量采用量程為100 mL、精度為1 mL的玻璃量筒記錄。降雨量由氣象站測(cè)定。當(dāng)降雨后桶內(nèi)水層高度超過3 cm時(shí)，記錄初始水層高度，并排水至土表水層為3 cm。土壤水分蒸發(fā)采用蒸發(fā)皿(直徑113 cm、高度150 cm)進(jìn)行觀測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為每2 h 1次，蒸散發(fā)量通過水量平衡方程計(jì)算[17]。

2 Hydrus-1d模型構(gòu)建

2.1 Hydrus-1d模型

Hydrus-1d是根據(jù)Richard方程數(shù)值解建立的適用于飽和區(qū)和非飽和區(qū)的土壤水分運(yùn)移模擬模型[18]，采用正交試驗(yàn)法，可模擬水稻根區(qū)土壤水分的動(dòng)態(tài)變化過程，公式為

(1)

式中θ——土壤體積含水率，cm3/cm3

K——滲透系數(shù)，cm/d

ψ——基質(zhì)勢(shì)頭，cm

S——根系吸水速率，cm3/(cm3·d)

z——土層深度，cm

t——時(shí)間，d

稻田土壤的水力特性用Van Genuchten的K-θ和ψ-θ關(guān)系進(jìn)行描述，即

(2)

(3)

其中

m=1-1/n

(4)

式中θr——?dú)堄囿w積含水率，cm3/cm3

Ks——飽和導(dǎo)水率，cm/h

α——經(jīng)驗(yàn)擬合參數(shù)，cm-1

n——孔徑指數(shù)

l——孔隙連通性參數(shù)，取0.5

同時(shí)根據(jù)Feddes模型計(jì)算根系吸水速率，即

S(z,t)=α′(ψ,z)b(z)Tp

(5)

其中

(6)

式中α′(ψ,z)——水分脅迫響應(yīng)函數(shù)

b(z)——根系分布函數(shù)

Tp——作物潛在蒸騰速率，cm/d

d——根系層深度，cm

將水稻潛在蒸散發(fā)劃分為潛在植物蒸騰和土壤蒸發(fā)量，即

Tp=ETp(1-e-kLAI)

(7)

Ep=ETpe-kLAI=ETp-Tp

(8)

式中ETp——潛在蒸散發(fā)量，cm/d

Ep——作物潛在蒸發(fā)速率，cm/d

LAI——葉面積指數(shù)

k——冠層消光系數(shù)，水稻一般取0.3

2.2 邊界與初始條件

假設(shè)模擬區(qū)域?yàn)橐痪S剖面，將40 cm土層深度有限差分為41個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格，所有節(jié)點(diǎn)間距均為1 cm。土壤剖面按深度分為0～10 cm、10～30 cm和30～40 cm共3層。地表邊界(上邊界)采用表面可產(chǎn)流的大氣邊界，邊界條件為能反映大氣、水、土壤和植物相互作用的時(shí)間變量；水分從土壤表面蒸發(fā)的速率等于潛在蒸發(fā)速率，假定基質(zhì)勢(shì)的臨界值比土壤表面的基質(zhì)勢(shì)低，此處取-10 000 cm；底部邊界為變通量邊界，流量為深層滲漏量；側(cè)邊界為不透水邊界。土壤初始水分狀況設(shè)置為飽和含水率并用壓力水頭進(jìn)行表征。

2.3 模型率定與驗(yàn)證

基于表1土壤容重和粒徑質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果以及Hydrus-1d自帶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模塊預(yù)測(cè)得到的0～10 cm、10～30 cm、30～40 cm土層土壤水動(dòng)力參數(shù)初選值，利用D1和D3的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)Hydrus-1d模型進(jìn)行率定，并通過在模型中輸入每小時(shí)的潛在蒸發(fā)、蒸騰、基質(zhì)勢(shì)頭、降水、灌溉和土壤水力參數(shù)等數(shù)據(jù)，反演得到Hydrus-1d模型中的α、n和k參數(shù)值。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)D2的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)率定模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

2.4 模擬情景設(shè)置

由于實(shí)際應(yīng)用中不同灌區(qū)陽光照射時(shí)長、降雨量、溫度、下墊面等環(huán)境因素存在差異，因此，其相應(yīng)的土壤滲漏及作物蒸發(fā)蒸騰量也有所不同。為進(jìn)一步分析不同耗水強(qiáng)度導(dǎo)致的飽和土壤埋深指標(biāo)差異，借助率定的Hydrus-1d模型對(duì)不同滲漏強(qiáng)度和蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度組合進(jìn)行了情景模擬。其中蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度的選擇參考了相關(guān)研究結(jié)果[19-21]以及本研究的試驗(yàn)結(jié)果，滲漏強(qiáng)度根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥李愋图暗貐^(qū)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。如表3所示，在每個(gè)生育階段，按照蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度和滲漏強(qiáng)度不同組合均設(shè)置了 9 種模擬情景，每種組合的小時(shí)蒸發(fā)蒸騰量根據(jù)日蒸發(fā)蒸騰量乘以加權(quán)系數(shù)進(jìn)行劃分，其中06:00—18:00的加權(quán)系數(shù)為0.067，其余時(shí)段的值均為0.016。由于僅針對(duì)一次落干脫水過程開展模擬，因此不考慮降雨的影響?；谀M的土壤水分與飽和土壤埋深動(dòng)態(tài)變化，分析不同耗水強(qiáng)度下兩者之間的定量關(guān)系，對(duì)照水稻控制灌溉土壤水分控制指標(biāo)，計(jì)算對(duì)應(yīng)的飽和土壤埋深臨界值，研判耗水強(qiáng)度差異對(duì)飽和土壤埋深控制指標(biāo)的影響。

表3 水稻各生育期稻田蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度及滲漏強(qiáng)度控制指標(biāo)

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤含水率和飽和土壤埋深同步變化規(guī)律

盆栽試驗(yàn)結(jié)果如圖1、2所示，各處理土壤含水率在灌水后均隨時(shí)間的延續(xù)而減少，且在不考慮處理間水稻騰發(fā)量差異的情況下，耗水量均隨深層滲漏強(qiáng)度的增加而增加，其相應(yīng)的土壤含水率下降幅度也依次增大。時(shí)間變化方面，當(dāng)作物蒸騰作用較強(qiáng)時(shí)，土壤含水率下降較快，且飽和土壤埋深隨土壤含水率的降低而增加(圖2)。不同處理飽和土壤埋深呈現(xiàn)與土壤含水率變化相似的規(guī)律，即隨著灌溉后時(shí)間的推移，飽和土壤埋深隨土壤含水率的降低而增加(水位下降)。由此推斷，可以考慮將飽和土壤埋深作為土壤含水率的替代指標(biāo)，用于觸發(fā)水稻節(jié)水灌溉。

圖1 節(jié)水灌溉稻田土壤體積含水率變化趨勢(shì)Fig.1 Trend of soil moisture content in water-saving irrigation paddy field

圖2 節(jié)水灌溉稻田飽和土壤埋深變化趨勢(shì)Fig.2 Trend of depth of saturated soil in water-saving irrigation paddy field

水稻根系層土壤含水率與飽和土壤埋深之間存在較好同步關(guān)系。通常情況下，滲漏強(qiáng)度越大，飽和土壤埋深增加的速率越大，而土壤體積含水率與飽和土壤埋深隨時(shí)間的變化趨勢(shì)則呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，由統(tǒng)計(jì)可知兩者同步變化規(guī)律均符合二次拋物線關(guān)系，具體見表4，決定系數(shù)R2基本達(dá)到0.96以上。因此，基于二者之間的定量關(guān)系，將黑龍江省水稻控制灌溉常用的土壤含水率灌水下限換算成對(duì)應(yīng)的飽和土壤埋深，如表5所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)水稻不同生育階段的飽和土壤埋深臨界值主要維持在0.31～0.50 m范圍內(nèi)，其中分蘗后期飽和土壤埋深臨界值最大，其對(duì)應(yīng)的節(jié)水灌溉土壤水分控制下限也最低。

表4 水稻不同生育期土壤含水率與飽和土壤埋深的關(guān)系Tab.4 Relations between soil moisture content and depth of saturated soil in different growth stages of rice

表5 不同耗水強(qiáng)度下水稻不同生育階段飽和土壤埋深控制指標(biāo)Tab.5 Control index of depth of saturated soil in different growth stages of rice under different water consumption intensities

3.2 模型率定與應(yīng)用

3.2.1模型率定與驗(yàn)證

利用2017年D1和D3處理(滲漏強(qiáng)度為1 mm/d 和3 mm/d)數(shù)據(jù)對(duì)Hydrus-1d模型進(jìn)行率定，相關(guān)參數(shù)見表6。且圖3結(jié)果表明，D1和D3模擬的土壤含水率與實(shí)測(cè)土壤含水率具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.806和0.831，均方根誤差分別為0.019 cm3/cm3和0.023 cm3/cm3。此外，基于D2(滲漏強(qiáng)度為2 mm/d)數(shù)據(jù)對(duì)率定模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果(圖4)表明率定模型模擬的土壤體積含水率與實(shí)測(cè)的土壤體積含水率變化趨勢(shì)較為吻合，其相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)和均方根誤差分別為0.758和0.021 cm3/cm3。據(jù)此，率定后的Hydrus-1d模型能夠較好地模擬節(jié)水灌溉稻田落干脫水過程中土壤水分動(dòng)態(tài)，可以作為模擬更多耗水強(qiáng)度情境下稻田水分落干脫水過程中土壤水分變化的工具。

表6 率定后的Hydrus-1d水力參數(shù)Tab.6 Calibrated hydraulic parameters of Hydrus-1d model

圖3 土壤水分運(yùn)動(dòng)模型率定Fig.3 Calibration of soil water movement model

圖4 土壤水分運(yùn)動(dòng)模型驗(yàn)證Fig.4 Validation of soil water movement model

3.2.2基于Hydrus-1d的情景模擬分析

圖5 水稻分蘗前期不同耗水組合下土壤體積含水率與飽和土壤埋深變化過程Fig.5 Variation of soil water content and depth of saturated soil under different water consumption combinations in early tillering stage of rice

借助率定模型對(duì)稻田不同蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度與滲漏強(qiáng)度組合下稻田落干脫水過程進(jìn)行情景模擬，得到了水稻各生育期9組水分與水位同步變化的曲線。以分蘗前期為例展開分析，由圖5可以看出，其土壤體積含水率指標(biāo)的灌水下限為0.4 cm3/cm3。不同耗水處理下土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律較為相似，即隨著耗水過程中土壤含水率的降低，飽和土壤埋深逐漸增加；且耗水強(qiáng)度越大，土壤含水率下降越快、飽和土壤埋深增加越快，到達(dá)灌水下限所需的時(shí)間越短。此外，基于多種情景模擬下土壤含水率與飽和土壤埋深的結(jié)果，定量分析了水分下降過程中土壤體積含水率與飽和土壤埋深的關(guān)系，結(jié)果表明二者之間呈二次拋物線關(guān)系。

基于情景模擬的結(jié)果，統(tǒng)計(jì)得到了各生育期不同耗水強(qiáng)度下稻田落干脫水到達(dá)灌水下限的消退時(shí)間及飽和土壤埋深臨界值。以分蘗前期和拔節(jié)期為例，結(jié)合圖6和表7可以看出，不同耗水強(qiáng)度條件下飽和土壤埋深臨界值變化范圍均相對(duì)較小，其區(qū)間分別為(0.27 m，0.28 m)和(0.51 m，0.57 m)。但消退時(shí)間之間存在明顯差異，兩個(gè)生育階段不同耗水情景下稻田落干脫水到達(dá)灌水下限的消退時(shí)間之間最大差異分別為20 h和29 h。以往基于無水層天數(shù)的研究大多針對(duì)固定的無水層持續(xù)時(shí)間，未考慮土壤滲漏條件、不同生育期作物需水量等因素差異的影響，進(jìn)而導(dǎo)致不同耗水強(qiáng)度下稻田經(jīng)落干脫水到達(dá)灌水下限的消退時(shí)間的差異未有呈現(xiàn)，科學(xué)性略顯不足。相比之下，飽和土壤埋深指標(biāo)指導(dǎo)水稻節(jié)水灌溉在不同耗水強(qiáng)度條件下差異相對(duì)較小，較為穩(wěn)定，因此，可以認(rèn)為是一個(gè)相對(duì)通用且合理的控制指標(biāo)。

圖6 不同耗水強(qiáng)度下稻田到達(dá)灌水下限的消退時(shí)間及飽和土壤埋深臨界值Fig.6 Time to reach lower limit of irrigation and critical value of depth of saturated soil under different water consumption intensities

表7 不同耗水強(qiáng)度組合下水稻不同生育期飽和土壤埋深臨界值Tab.7 Critical value of depth of saturated soil at different growth stages of rice under different water consumption intensity combinations m

3.2.3水稻節(jié)水灌溉飽和土壤埋深指標(biāo)

綜合盆栽試驗(yàn)結(jié)果和模型模擬結(jié)果，在考慮水稻種植區(qū)氣候、土壤特性等因素的基礎(chǔ)上，選取了高、中、低(3、2、1 mm/d)3種滲漏強(qiáng)度，并以不同耗水強(qiáng)度下各生育期試驗(yàn)或模型模擬給定的臨界值中的最小值(偏于安全)為控制灌溉最適宜標(biāo)準(zhǔn)，擬定了黑龍江省水稻節(jié)水灌溉飽和土壤埋深臨界值,如表8所示。結(jié)果表明，水稻在分蘗前期(根系較淺)的飽和土壤埋深控制指標(biāo)較小，為0.27 m，分蘗后期土壤水分控制下限最低，其相應(yīng)的飽和土壤埋深控制指標(biāo)也最大，為0.50 m。對(duì)比不同滲漏強(qiáng)度下的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，飽和土壤埋深臨界值除了在分蘗中期極差達(dá)到0.09 m外，在大部分生育階段的極差均維持在0.04 m以內(nèi)。

3.3 討論

田間試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)是確定水稻節(jié)水灌溉控制指標(biāo)的兩種主要方法，其中土壤含水率和田間無水層天數(shù)等為控制指標(biāo)的水稻節(jié)水灌溉技術(shù)已經(jīng)得到了較大面積的推廣應(yīng)用，但其在投入成本、空間變異性、數(shù)據(jù)可靠性等方面存在的缺點(diǎn)仍限制了其更廣泛的應(yīng)用。而本研究提出的以飽和土壤埋深為控制指標(biāo)的灌溉技術(shù)，僅需布置一個(gè)水位觀測(cè)井和一個(gè)水位計(jì)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)一定范圍內(nèi)不同地下水位的連續(xù)測(cè)量，克服了傳統(tǒng)以土壤含水率為控制指標(biāo)的節(jié)水灌溉技術(shù)需要在不同土壤深度埋設(shè)多個(gè)土壤水分傳感器所帶來的一系列問題[22-23]。且調(diào)研結(jié)果表明，同等價(jià)位下水位計(jì)的測(cè)量精度遠(yuǎn)高于土壤水分傳感器，因此，在投入成本相近的條件下以飽和土壤埋深為控制指標(biāo)的灌溉技術(shù)具有監(jiān)測(cè)成本低、監(jiān)測(cè)精度高等優(yōu)勢(shì)。

表8 不同耗水強(qiáng)度下水稻控制灌溉飽和土壤埋深臨界值Tab.8 Critical value of depth of rice saturated soil under controlled irrigation with different water consumption intensities m

此外，文獻(xiàn)[24]研究節(jié)水灌溉稻田的節(jié)水增產(chǎn)機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)田間無水層持續(xù)3～4 d后，盆栽中有明顯裂痕，大田裂痕逐漸顯現(xiàn)。文獻(xiàn)[25]通過研究控制灌溉技術(shù)與生產(chǎn)用水的關(guān)系，提出了以目測(cè)稻田裂縫寬度表述土壤水分狀況，并給定了不同裂縫寬度對(duì)應(yīng)田面土壤含水率參考值。而本研究結(jié)果表明，以飽和土壤埋深為控制指標(biāo)的灌溉技術(shù)主要在田間落干后3～5 d進(jìn)行灌溉，且能夠以具體的灌水下限臨界值對(duì)稻田水分虧缺狀況作出反饋，相比于無水層天數(shù)和裂縫寬度等經(jīng)驗(yàn)性指標(biāo)更加精準(zhǔn)、合理。

本研究通過開展盆栽試驗(yàn)，并結(jié)合Hydrus-1d模型模擬的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同田間蒸發(fā)蒸騰量與滲漏量組合情景的考慮，獲得了相對(duì)可靠的結(jié)果，可以在不同的耗水情境下予以應(yīng)用和驗(yàn)證。但本研究局限于盆栽試驗(yàn)，且僅針對(duì)垂直方向上的水分運(yùn)移進(jìn)行了模擬；而在田間尺度上還存在水平方向上的水分運(yùn)移、以及靠近排水溝一側(cè)大田側(cè)向排水等情況，這些均可能導(dǎo)致飽和土壤埋深的差異。

4 結(jié)論

(1)以不同滲漏強(qiáng)度(1、2、3 mm/d)處理下的土壤含水率實(shí)測(cè)值為依據(jù)，對(duì)Hydrus-1d模型進(jìn)行了率定及驗(yàn)證，構(gòu)建了適用于飽和土壤埋深調(diào)控指標(biāo)的Hydrus-1d模型，驗(yàn)證結(jié)果表明，該模型能夠較好地模擬稻田落干脫水過程中飽和土壤埋深和土壤含水率的同步變化規(guī)律。

(2)試驗(yàn)和模擬結(jié)果均表明，節(jié)水灌溉稻田土壤含水率與飽和土壤埋深之間呈現(xiàn)較好的二次拋物線關(guān)系，基于此將試驗(yàn)區(qū)傳統(tǒng)的土壤含水率指標(biāo)臨界值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的飽和土壤埋深指標(biāo)臨界值，得到水稻各生育期臨界值區(qū)間為(0.27 m, 0.50 m)，由此提出了基于飽和土壤埋深調(diào)控的水稻節(jié)水灌溉技術(shù)。

(3)該技術(shù)采用易于觀測(cè)的飽和土壤埋深作為控制指標(biāo)，具有監(jiān)測(cè)精度高、成本低、空間連續(xù)性好等特點(diǎn)，比傳統(tǒng)節(jié)水灌溉的控制指標(biāo)更加科學(xué)合理，在準(zhǔn)確反映田間水分狀況的同時(shí)，能夠滿足節(jié)水灌溉規(guī)?；瘧?yīng)用的需求。