基于生長期灌水滿足度的淠史杭灌區(qū)再生稻種植適宜性評價

吳 漢

（安徽省淠史杭灌區(qū)灌溉試驗總站，安徽 六安 237158）

0 引 言

由于農(nóng)村勞動力非農(nóng)化轉(zhuǎn)移，節(jié)省勞動力和資源高效利用的再生稻種植正快速發(fā)展。盡管再生稻種植有利于稻區(qū)提高復種指數(shù)、增加單位面積稻谷產(chǎn)量和經(jīng)濟收入，但是其對溫光水資源有著一定的要求[1]。

再生稻生產(chǎn)優(yōu)勢明顯，省去了再生季的播種、育秧和移栽的工作量，具有省工省時、省種節(jié)水、省肥省藥、增產(chǎn)保收、節(jié)本增效、生態(tài)環(huán)保、米質(zhì)更優(yōu)等特點，已成為我國光溫資源一季有余、兩季不足稻區(qū)和勞動力短缺地區(qū)一種重要的輕簡化種植制度。一般來說，再生稻可以在在年平均溫度超過18 ℃、有效積溫4 200～4 800 ℃的地區(qū)[2]。前人認為[3]，頭季稻收割后30 d 內(nèi)日平均溫度超過23 ℃能確保再生季水稻安全開花。段里程等[4]選用種子萌發(fā)的起始溫度10 ℃和水稻安全齊穗日平均溫度22 ℃作為再生稻安全種植的界限溫度。謝源泉[5]分析了再生稻萌芽期自然降水對水稻需水滿足情況，并據(jù)此給出了川東南地區(qū)適宜種植再生稻的區(qū)域?？梢钥闯銮叭搜芯吭偕驹谀骋坏貐^(qū)是否適宜種植主要依賴自然資源評價[6]，然而人類的生產(chǎn)活動，尤其是灌溉，對再生稻種植亦有著重要影響。水分供應不足，水稻產(chǎn)量將大幅下降[7,8]。近年來，隨著水利事業(yè)的發(fā)展，原本一些不適宜種植水稻的地區(qū)，如淮北平原也開始大面積種植水稻[9]。

大中型灌區(qū)是我國重要的糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)，亦是我國農(nóng)業(yè)節(jié)水的主戰(zhàn)場[10]。淠史杭灌區(qū)是我國三大特大型灌區(qū)之一，灌區(qū)位于安徽省西部和河南省東南部，雨熱同季，水資源總量豐富。江淮分水嶺從灌區(qū)穿過，這使得灌區(qū)也容易受到干旱災害影響，灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)很大程度上依賴灌溉。隨著農(nóng)村勞動力的轉(zhuǎn)移以及人工成本的增加，節(jié)本增效的“頭季稻-再生稻”種植模式已開始在淠史杭灌區(qū)逐漸推廣[11,12]。然而，再生稻生長期的增加，對水資源的需求增多，盲目推廣存在一定風險。因此需要對再生稻生長期的灌水滿足情況進行評價，為灌區(qū)再生稻科學推廣和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學支持及理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

淠史杭灌區(qū)始建于1958年，由毗鄰的淠河、史河、杭埠河3 個子灌區(qū)組成，控制面積13 130 km2，設計灌溉面積73.3萬hm2，是我國三座特大型灌區(qū)之一。灌區(qū)具有防洪、灌溉、城鎮(zhèn)供水、生態(tài)供水、發(fā)電、航運、旅游等綜合功能。

2000-2021年逐日氣象數(shù)據(jù)來自于安徽省淠史杭灌區(qū)灌溉試驗總站內(nèi)的自動氣象站（Watch Dog2900ET,SPECTRUM,USA）。

1.2 研究方法

1.2.1 再生稻生長期

研究區(qū)域內(nèi)再生稻一般于4月下旬至5月上旬移栽，再生季于10月下旬至11月上旬收割。為方便計算，將再生稻大田生長期定為5月1日至10月31日。

1.2.2 水文年型

對于時間序列數(shù)據(jù)（x1,x2,…,xn），xi的經(jīng)驗頻率計算公式[13]為：

式中：pi為xi的經(jīng)驗頻率，%；m為時間序列數(shù)據(jù)（x1,x2,…,xn）中大于等于xi的個數(shù)，n為時間序列數(shù)據(jù)總項數(shù)。

由于《安徽省行業(yè)用水定額》（DB 34/T 679—2019）[14]只規(guī)定了50%、75%、90%水文年型的水稻基本用水定額，所以本文中將pi≤50%的年份定義為50%水文年型，50% ＜pi≤75%的年份定義為75%水文年型，pi＞75%的年份定義為90%水文年型。

1.2.3 有效雨量

以旬為單位，采用FAO 參考作物蒸散量和降水量的比率法來計算有效降水量，并結(jié)合滲漏[11]，逐旬有效降雨量可采用以下簡化方法計算：

式中：Pei為逐旬有效雨量，mm；P為逐旬累積降雨量，mm;ETc為逐旬作物需水量，mm；S為逐旬滲漏量，根據(jù)我站以往測定的結(jié)果以1.4 mm/d計[15]。

再生稻生長期內(nèi)有效降水的計算公式：

式中：Pe為再生稻生長期內(nèi)的有效降水量，mm;n為該生育時段包含的旬數(shù)。

1.2.4 作物需水量

作物需水量根據(jù)作物系數(shù)法計算：

式中：ETc為作物需水量，mm；Kc為作物系數(shù)，利用FAO 推薦的作物系數(shù)法計算，結(jié)合再生稻的生長特性、我站測定的及前人[16]的試驗結(jié)果，各月旬值見表1；ET0為參考作物蒸騰蒸發(fā)量，mm；Δ為溫度-飽和水汽壓關系曲線在T處的切線斜率，kPa/℃；Rn為凈輻射，MJ/(m2·d)；G為土壤熱通量，MJ/(m2·d)；γ為濕度表常數(shù)，kPa/℃；T為平均氣溫，℃；u2為2 m高處風速，m/s；es為飽和水汽壓，kPa；ea為實際水汽壓，kPa。

表1 作物系數(shù)KcTab.1 Crop coefficient Kc

1.2.5 灌水量

灌水量根據(jù)水量平衡原理計算：

式中：I為灌水量，mm；ETc為需水量，mm；S為滲漏量，mm；Pe為有效降雨量，mm。

1.2.6 灌水滿足度

式中：K(I)為灌水滿足度；I為灌水量，mm；η為田間水有效利用系數(shù)，根據(jù)我站以往試驗結(jié)果取0.92；Ir為水稻基本用水定額（最末端渠道放水口以下灌溉需水量）。

適宜評價標準：K(I)≥1 為適宜；1＞K(I)≥0.85 為較適宜；0.85＞K(I)≥0.7 為一般；0.7＞K(I)≥0.5 為較差；K(I)＜0.50 為不適宜。

1.3 數(shù)據(jù)計算方法、處理與分析

采用Excel 2016 整理匯總數(shù)據(jù)，用SPSS 19.0 軟件進行方差分析，使用OriginPro 2019繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長期雨量

如圖1所示，2000-2021年生長期的降雨量范圍為341.3～1 625.8 mm，平均為791.3 mm。22年中共用11年為50.0%水文年型（占比50%），6年為75%水文年型（占比27.3%），5年為90%水文年型（占比22.7%）。研究計算有效雨量當以日為計算時段時，該方法計算的有效降雨量會過小，而以月為計算時段時，比率法計算的有效降雨量會偏大[17]。因此本研究中有效降雨量以旬為計算時段。此外，在大田生產(chǎn)中，降雨會滲漏至作物根區(qū)以下，為此本文將這一部分計算入有效雨量。由圖1（b）可知2000-2024年生長期的有效降雨量為306.0～600.1 mm，平均為494.7 mm。

圖1 再生稻生長期降雨量及有效雨量Fig.1 Rainfall and effective rainfall during the growth period of ratooning rice

2.2 作物需水量

經(jīng)國內(nèi)外大量分析研究表明，在近20 多種參考蒸散量計算作物需水量的多種計算方法中，彭曼?蒙蒂斯（Penman-Monteith）公式的計算結(jié)果在不同條件下都與實測值非常接近，精度較高。并結(jié)合我站2021年的作物系數(shù)的測定結(jié)果計算水稻需水量。

如圖2所示，2000-2021年生長期的參考作物需水量范圍為546.8～817.0 mm，平均為632.5 mm。2005-2020年生長期的作物需水量為568.4～849.3 mm，平均為659.9 mm。

圖2 再生稻生長期的作物需水量Fig.2 Crop evapotranspiration during the growth period of ratooning rice

2.3 灌水量與灌水滿足度分析

根據(jù)水量平衡原理計算所需灌溉水量，由于淠史杭灌區(qū)地下水位低，因此地下水利用量為0。如圖3（a）所示，2000-2021年生長期的灌水量為270.9～797.8 mm，平均為422.8 mm。

由于《安徽省行業(yè)用水定額》（DB 34/T 679—2019）只規(guī)定了雙季稻、單季中稻基本用水定額，因此本文分別用雙季稻、單季中稻的基本用水定額分析再生稻的灌水滿足度。

雙季稻50%水文年型基本用水定額為409.5 mm，75%水文年型基本用水定額為568.5 mm（90%水文年型未作規(guī)定，按75%水文年型計算）。由圖3（b）可知，2000-2021年生長期的灌水滿足度為0.65～1.49，平均1.10。63.63%的年份灌水滿足度為適宜，27.27%的年份灌水滿足度為較適宜，4.55%的年份灌水滿足度為一般，4.55%的年份灌水滿足度為較差。

單季中稻50%水文年型基本用水定額為189.0 mm，75%水文年型基本用水定額為316.5 mm，90%水文年型基本用水定額為400.5 mm。由圖3（b）可知，2000-2021年生長期的灌水滿足度為0.42～0.89，平均0.59。9.09%的年份灌水滿足度為較適宜，13.63%的年份灌水滿足度為一般，45.45%的年份灌水滿足度為較差，31.82%的年份灌水滿足度為不適宜。

圖3 再生稻生長期的灌水量與灌水滿足度Fig.3 Crop irrigation and satisfaction of irrigation during the growth period of ratooning rice

可以看出，按照雙季稻的基本用水定額來分析再生稻的灌水滿足情況，其灌水滿足度為適宜。然而，按照單季中稻分析，其灌水滿足度為較差。淠史杭灌區(qū)大部分地區(qū)種植單季中稻，從水資源配置角度來看，大面積推廣再生稻存在一定的風險。此外，再生稻在基本用水定額上也存在“一季不足、兩季有余”的情況，需要制定適宜再生稻生長的基本用水定額。

3 結(jié) 論

2000-2021年再生稻生長期的有效降雨量為306.0～600.1 mm，平均為494.7 mm；作物需水量為568.4～849.3 mm，平均為659.9 mm。按照雙季稻的基本用水定額來分析再生稻的灌水滿足情況，其灌水滿足度為0.65～1.49，平均1.10，適宜再生稻種植。按照單季中稻分析，其灌水滿足度為0.42～0.89，平均0.59，再生稻種植適宜性較差。由于淠史杭灌區(qū)大部分地區(qū)種植單季中稻，因此從灌水滿足情況來看，在淠史杭灌區(qū)大面積推廣再生稻種植存在一定的風險。