不同灌溉方式下寒地水稻耗水特征与水分利用效率

时间：2024-07-28

王天亮，李杰

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

0 引言

黑龙江省水资源总量偏少，人均占有水资源量远远低于全国平均水平，同时由于近年来黑龙江省一些地区灌溉用水短缺问题日益严重，水资源短缺已影响黑龙江省国民经济和社会发展［1］。同时作物耗水特征和水分利用效率的研究是一项具有重要的理论价值和实践意义的研究课题，以小麦、玉米等作物为对象的研究已经非常深入和广泛，也取得了显著的进展，而对于寒稻耗水特征和水分利用效率的研究，尽管前人已取得了一些成果，但仍未形成体系，理论基础研究不足，有必要进行进一步深入的研究［2－4］。本文通过对不同灌溉方式下寒稻耗水量、产量等的测定，研究不同生育时期寒稻的需水耗水特征、不同灌溉方式对寒稻生理生态过程的影响及不同灌溉方式下产量及水分利用效率差异的变化规律，确定一种更适合在黑龙江省节水、高效的灌溉制度，为寒稻高效节水灌溉体系的制定提供理论依据和决策依据，对于在黑龙江省地区全面推行寒稻节水灌溉具有重要的现实意义［4－7］。

1 材料与方法

1.1 试区概况

本试验于2011年在黑龙江省双鸭山市宝清县三江水利试验站进行，试验站所在区域属中温带大陆性季风气候区，土壤为白浆土，pH值一般为5.3～6.2，年平均气温3.3℃，年平均降水量576 mm，年蒸发量843.5 mm，≥10℃有效积温2 532.9℃，年日照时数2 735。

1.2 试验设计与方法

试验播种时间在5月25日，水稻品种为空育131，在水稻品种、育秧、移栽、密度、用肥等技术措施相同的条件下，试验采用随机排列，3个处理，3次重复，共9个小区，小区试验田规格为20m2(5m×4m)，小区采用完全阻渗处理，在试验小区安装水泵，每个小区单灌单排，单独设置水表、负压计、渗水剖面(测渗透量)等设施，并设置蒸发皿和量雨器。

每天8:00观测土表的水分变化。当土表有水时，采用ZHD型测针测定水层深度的变化;当土表无水时，则用TDR300测定土壤含水率的变化。成熟期后每小区取10株考种测每m2千粒重。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉技术对水稻耗水量、耗水强度的影响

由表2所示，在不同灌溉技术下，湿润灌溉在各个生育期耗水量最小;在全生育期内湿润灌溉比浅湿灌溉、常规灌溉耗水量分别少1 007.84 m3/hm2、1 778.26 m3/hm2。由图1可知，比较不同灌溉技术下水稻各生育阶段累积耗水量，3种灌溉技术下在返青期、分蘖期、孕穗期水稻的累积耗水量差异不显著，从抽穗期开始，各处理下水稻的累积耗水量显著表现为湿润灌溉＜浅湿灌溉＜常规灌溉。

表1 不同灌溉方式的水分管理

表2 不同灌溉技术下水稻各生育阶段的耗水量 m3/hm2

图1 不同灌溉技术下水稻各生育阶段的累积耗水量

从图2所示，不同灌溉技术下，湿润灌溉、浅湿灌溉、常规灌溉的耗水强度在整个生育期间变化趋势是相似的，呈单峰型，在返青、分蘖期上升速度缓慢，孕穗期、抽穗期耗水强度上升速度显著，在乳熟期，黄熟期耗水强度迅速回落。耗水强度以常规最大，浅湿次之，湿润最小。在返青期和分蘖期各处理耗水强度差异不显著;孕穗期各处理耗水强度差异较显著，耗水强度总体表现均为湿润灌溉＜浅湿灌溉＜常规灌溉;由于孕穗期至抽穗开花期作物生长较为迅速，各处理耗水强度显著上升，耗水强度大致为湿润灌溉＜浅湿灌溉＜常规灌溉，孕穗期湿润灌溉的耗水强度由分蘖期的45.77 m3/hm2*d－1至146.60 m3/hm2*d－1，乳熟期处理湿润灌溉、浅湿灌溉和常规灌溉之间差异不显著。

由图3可知，不同灌溉技术下的模比系数变化趋势是相似的，分蘖期是水稻需水临界期之一，该阶段模比系数均表现为湿润灌溉＞浅湿灌溉＞常规灌溉，各处理差异不显著;孕穗期的模比系数为湿润灌溉＜浅湿灌溉＜常规灌溉;黄熟期是水稻干物质生产与转运的重要时期，湿润灌溉和常规灌溉模比系数相同、浅湿灌溉最小。

图2 不同灌溉技术下水稻各生育阶段的耗水强度

图3 不同灌溉技术下水稻各生育阶段的模比系数

2.2 不同灌溉技术对水稻水分利用效率特征的影响

表3 不同灌溉技术下水稻水分利用效率

从表3得到，不同灌溉技术下，耗水量大小为湿润灌溉＜浅湿灌溉＜常规灌溉，与湿润灌溉相比，浅湿灌溉、常规灌溉耗水量分别增加了10.46%、24.14%。3种灌溉技术下水分利用效率大小为湿润灌溉最高，浅湿灌溉次之，常规灌溉最小，方差分析表明，在水分利用效率上湿润灌溉、浅湿灌溉、常规灌溉差异显著。原因在于湿润灌溉与浅湿灌溉、常规灌溉相比，湿润灌溉即产量高，又耗水量小，故湿润灌溉水分利用效率最高;常规灌溉与湿润灌溉、浅湿灌溉相比，常规灌溉即产量低，又耗水量大，故常规灌溉水分利用效率最低。由此可见，湿润灌溉即可提高水分利用效率，又可达到高产;浅湿灌溉节水增产效果不如湿润灌溉显著。

图4 水稻产量与耗水量的关系

从图4可以看出，依据不同灌溉技术条件下水稻的耗水量(x)与产量(y)的对应关系而建立的两者间拟合方程为y =0.003x2+4.7229x－9404(R2=0.9566)，由水稻耗水量与产量的相关性分析可知，产量的相关系数R为0.9566＞0.666(查表n=9，R 0.05=0.666)，由此表明水稻耗水量与产量之间相关性显著，当耗水量x=78715 m3/hm2时，产量y有最大值9 184.15 kg/hm2，这与湿润灌溉的结果一致

如图5所示，根据不同灌溉技术下试验小区水稻的耗水量(x)与水分利用效率(y)的对应该关系，可以建立两者的拟合方程为y=2×108x2+0.003x+0.0374(R2=0.9899)，随着水稻耗水量的增加水分利用效率逐渐减小呈现出负向关联。由水稻耗水量与水分利用效率的相关性分析可知，水分利用效率的相关系数R为0.9899＞0.666(查表n=9，R 0.05=0.666)，由此表明水稻耗水量与水分利用效率之间相关性显著，并呈单峰型关系。

图5 水稻耗水量与水分利用效率的关系

2.3 不同灌溉技术的水稻灌水量与节水量分析

由表4可见，不同灌溉技术下灌水量大小处理湿润灌溉＜浅湿灌溉＜常规灌溉，与常规灌溉相比，湿润灌溉、浅湿灌溉的灌水量分别节水2 810 m3/hm2、2 147.5 m3/hm2;节水率分别为32.4%、24.76%。湿润灌溉的灌溉水分生产效率为1.49 kg/m3，分别比浅湿灌溉、常规灌溉高0.14 kg/m3、0.57 kg/m3;浅湿灌溉为1.35 kg/m3，比常规灌溉高0.43kg/ m3。以上表明，与常规灌溉技术相比，湿润灌溉、浅湿灌溉技术节省水量，同时，湿润灌溉、浅湿灌溉技术分别提高了水稻的产量和灌溉水分生产效率，故湿润灌溉、浅湿灌溉技术具有节水作用，湿润灌溉最为显著。

表4 不同灌溉技术下灌水量与节水量

2.4 不同灌溉技术的经济效益分析

表5 不同灌溉技术下产出值与净收益

由表5可知，在不同灌溉技术下，产出值大小为浅湿灌溉＞湿润灌溉＞常规灌溉，差异显著;与常规灌溉相比，湿润灌溉和浅湿灌溉的产出值分别提高1 203.84元/hm2和1 241.76元/hm2;净收益从大到小的顺序为湿润灌溉、浅湿灌溉、常规灌溉。净收益等于产出值与总投入之差，与常规灌溉相比，湿润灌溉和浅湿灌溉的净收益分别提高了16.7%、16.2%。