水稻農(nóng)作物地下水埋深及土質與全育生長期入滲補給系數(shù)研究

楊 揚

（盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務服務中心，遼寧 盤山 124000）

當前世界總用水量的增加速率以每年3%進行增加，人均水資源可利用量近30年來銳減了一半, 世界總用水量的70%為農(nóng)業(yè)用水量［1]。農(nóng)業(yè)節(jié)水由于水資源緊缺已經(jīng)成為全球關注的熱點問題［2]。我國主要糧食作物為水稻，水稻面積在我國約為5 億畝，遼寧省水稻種植面積也達到1000 多萬畝，水稻灌溉水量占總農(nóng)業(yè)灌溉水量的比例達到80%左右，用水量較大［3]。近些年來，由于春季河水較少且地下水位逐年下降，應對水資源匱乏的主要方式即采用節(jié)水灌溉方式［4]。當前遼寧地區(qū)水稻節(jié)水潛力較高，生產(chǎn)用水效率僅為0.7 kg/m3，因此，開展遼寧地區(qū)水稻作物的節(jié)水灌溉方式對于指導遼寧地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大［5]。研究表明探討農(nóng)作物降雨入滲補給關系對于制定區(qū)域農(nóng)業(yè)節(jié)水規(guī)劃具有重要的支撐作用［6]。王忠波［7]基于CROPWAT 模型對水稻需水量及灌溉制度研究，研究表明有效降雨量難以滿足水稻需水要求，在水稻生育期內應根據(jù)不同典型年選擇合適灌溉制度灌溉，并在拔節(jié)孕穗、抽穗開花兩個高耗水時期加強灌溉。胡娜［8]對水稻生長需水影響的蒸散發(fā)和入滲補給系數(shù)進行了測定，確定了不同土壤類型、不同埋深時水稻入滲補給系數(shù)和次降雨量的關系線。王樹鵬［9]對滇中水稻不同灌溉模式需水規(guī)律及水分生產(chǎn)率進行探討，研究表明水稻灌溉節(jié)水能力主要來自于提高降雨利用率,減少滲漏量,并在一定程度上降低蒸發(fā)蒸騰量。趙揚搏［10]對船行灌區(qū)水稻需水監(jiān)測及灌溉預報模型進行研究，結果表明提高降雨利用率可降低水稻作物的灌溉水量。通過以上研究結果表明水稻作物降雨入滲補給關系分析是其節(jié)水灌溉方式探討的重要基礎，為此本文以遼寧地區(qū)水稻為研究實例，重點探討地下水埋深及土質類型下水稻作物全育生長期的降雨入滲補給關系。

1 試驗區(qū)概況

以遼河平原作為試驗區(qū)域，區(qū)域第四紀含沙層厚度一般在200 mm 左右，屬于遼河沖積形成的平原區(qū)域，平原區(qū)域土壤上層為亞砂、亞粘土以及砂土三個部分組成，深層土層主要為較粗的細砂土質，在上層和深層之間的土層為亞砂土隔水層。遼河平原多年平均降水量為630 mm，屬于大陸半濕潤季風氣候，年降水量在6月～9月的比重約為75%，最大和最小年降雨量實測值分別為967 mm 和412 mm，年際之間的降水變化較大。地下水埋深由于地勢低平一般在1.0 m～2.5 m 之間，降雨入滲系數(shù)一般在0.25～0.35 之間，屬于土壤水入滲補給較大的區(qū)域。由于地下水埋深的影響區(qū)域地表徑流系數(shù)一般在0.1 左右，地表徑流系數(shù)較小。地下水流以垂向為主，降雨入滲是地下水主要的補給方式。

2 試驗方案

（1）降雨入滲量測定方式

分析降雨入滲補給量時，入滲儀器高度考慮對水稻作物滲量的影響，安裝滑動式儀器進行入滲補給量的測定，梯度為儀器0.4 m 的間隔安裝一個入滲儀器，當梯度達到一定高度時場次降雨入滲補給量變化逐步穩(wěn)定，這時將儀器高度逐步升高，設置的高度分別為2.5 m、2.0 m、1.5 m、1.0 m、0.5 m、0.25 m、0.15 m。在對不同高度進行降雨入滲補給量的測定時，對整個觀測試驗采用雨量計進行同步觀測，這樣可以準確把握試驗水田整個降雨入滲情況。

（2）蒸發(fā)量測定方式

蒸發(fā)量的測定主要采用E601 蒸發(fā)器進行水稻葉面蒸騰的測定，水稻觀測試驗的土壤中埋入E601 蒸發(fā)器進行具體觀測，水稻葉面的蒸騰量采用另外一個E601 蒸發(fā)器進行測定，水稻的蒸散發(fā)量等于兩個蒸發(fā)觀測儀器觀測數(shù)據(jù)相減，不同地下水埋深下的水稻潛水蒸發(fā)量采用地中滲透儀進行觀測試驗，按照0.30 m、0.60 m、0.80 m、1.25 m 設置儀器的埋深高度。對于以上埋深高度采取兩次觀測試驗，不同埋深下的潛水蒸發(fā)量被儀器觀測到后，停止試驗觀測。

3 試驗結果

3.1 水稻作物次降雨入滲補給和次降雨量的關系

對水稻主要生長過程中地下水埋深分別為0.30 m 和0.80 m時的降雨入滲補給量和次降雨量的關系進行探討，結果見表1和圖1。

表1 水稻作物次降雨入滲補給和次降雨量的關系

圖1 次降雨量和不同地下水埋深下次降雨入滲補給變化關系

對地下水埋深分別為為0.30 m 和0.80 m 下按照降水量大小進行次降雨入滲補給系數(shù)的排序，確定次降雨量和不同地下水埋深下次降雨入滲補給系數(shù)的關系，從觀測數(shù)據(jù)可看出，當?shù)叵滤裆钶^低時，隨次降雨量的變化入滲補給系數(shù)總體變化較小，當?shù)叵滤裆钶^高時，隨次降雨量的變化入滲補給系數(shù)變化曲線波動特征增強，當?shù)叵滤裆顬?.30 m 時，次降雨入滲補給系數(shù)最大值之間的差值為0.14，而當?shù)叵滤裆顬?.80 m時，系數(shù)最大之間的差值增加到0.89。

3.2 不同土質與地下水埋深下水稻全生育期入滲補給系數(shù)分析

對水稻全生育期入滲補給系數(shù)和入滲補給量（包括灌溉水和降雨入滲補給）關系進行測定，見表2，并對不同土質類型兩種地下水埋深條件的水稻全生育期入滲補給系數(shù)和入滲補給量關系進行分析，見表3。

表2 壤土不同埋深時的全生育期入滲補給系數(shù)

表3 不同土不同埋深時的全生育期入滲補給系數(shù)

從表2 分析結果可看出，水稻作物隨著地下水埋深的增加次降水入滲補給量逐步遞減。表3 為遼寧省4 種主要土質類型下水稻作物全生育期入滲補給系數(shù)和入滲補給量的關系，從表中可看出，在兩種地下水埋深條件下亞沙土入滲補給系數(shù)差異度較小，這是因為亞沙土存在著較大的裂隙，使得其土壤內部水分在灌溉水后從縫隙迅速下滲，因此具有較大的入滲補給系數(shù)，且受地下水埋深影響度較小。粘土由于滲漏能力較低，在四種土質中入滲補給系數(shù)最低。兩種地下水埋深條件下入滲補給系數(shù)也較為相似，這主要是因為粘土孔隙度較低，不利于水分的下滲。顆粒很細的沙土由于有很小顆粒孔隙，使得其也具有較小的入滲補給系數(shù)，亞粘土入滲補給系數(shù)和沙土較為相似。

3.3 水稻入滲補給強度的日變化分析

結合場次降水觀測數(shù)據(jù)，對水稻降雨補給和灌水補給日入滲量的變化過程進行分析，結果見圖2。

受降雨強度變化，一次降雨入滲補給速度也逐步變化，降雨初始階段，地下水埋深較低區(qū)域首選觀測的入滲補給水分，隨著降雨時段的遞增，地下水埋深較大的區(qū)域逐步觀測到入滲補給水分，在初始入滲補給時段地下水埋深較低的區(qū)域入滲速率一般較高。當入滲速率高于降雨速率，入滲時段較降雨時段有所滯后，降雨強度出現(xiàn)峰值之后出現(xiàn)入滲補給量的峰值。入滲過程在降雨停止一段時間后依舊繼續(xù)進行，但入滲速率逐步減低。隨時間變化降雨入滲強度也隨之變化，單位時間的入滲水量對應不同時刻的入滲強度是不相同的，大氣降水的數(shù)量、包氣帶的巖性及厚度與入滲強度具有較為密切的聯(lián)系。降水的時間長度與入滲時間長度不一致，到達潛水面的時刻作為每次降水入滲到土壤前鋒面的初始時段，可以忽略潛水面的水量受降水入滲影響而減少的水量。一般情況下降水的時間長度少于入滲的時間長度，其時間差與包氣帶的巖性和厚度具有較強的相關性。從水稻降雨補給日入滲量的變化過程可看出，入滲過程基本降雨停止4個小時后完成。降雨入滲補給不同于灌溉入滲補給，灌水入滲受降雨過程的影響，入滲補給量逐步遞減變化，入滲量高值出現(xiàn)在入滲補給初始階段，入滲量隨著時間的遞增而逐步減少。不同埋深下入滲速率較為相似，地下水埋深對灌溉入滲補給速率影響度較低。

圖2 水稻降雨補給和灌水補給日入滲量的變化過程

4 結論

（1）當?shù)叵滤裆钶^低時，隨次降雨量的變化水稻作物入滲補給系數(shù)總體變化較??；當?shù)叵滤裆钶^高時，隨次降雨量的變化入滲補給系數(shù)變化曲線波動特征增強。

（2）水稻作物隨著地下水埋深的增加次降水入滲補給量逐步遞減，亞沙土由于較大的土壤顆粒裂隙，使得其水分在灌溉水后從縫隙迅速下滲，因此具有較大的入滲補給系數(shù)，且受地下水埋深影響度較小。

（3）隨降雨入滲強度變化，單位時間的入滲水量對應的不同時刻的入滲強度是不相同的，大氣降水的數(shù)量、包氣帶的巖性及厚度與滲強度具有較為密切的聯(lián)系。灌水入滲受降雨過程的影響，入滲補給量逐步遞減變化，入滲量高值出現(xiàn)在入滲補給初始階段，入滲量隨著時間的遞增而逐步減少。