湯旺河灌區(qū)水稻控制灌溉試驗(yàn)研究

張恩江，許武浩

(1．湯旺河灌溉試驗(yàn)站，黑龍江 湯原 154700；2.七臺(tái)河市水政水資源管理辦公室，黑龍江 七臺(tái)河 154600)

湯旺河灌區(qū)水稻控制灌溉試驗(yàn)研究

張恩江1，許武浩2

(1．湯旺河灌溉試驗(yàn)站，黑龍江 湯原 154700；2.七臺(tái)河市水政水資源管理辦公室，黑龍江 七臺(tái)河 154600)

根據(jù)湯旺河灌區(qū)5 a的試驗(yàn)資料，系統(tǒng)分析了控制灌溉對(duì)寒區(qū)水稻的產(chǎn)量、灌水量、耗水量，及水分利用效率的影響。結(jié)果表明：相對(duì)于對(duì)照(CK)，不蓄雨水的控灌Ⅰ處理會(huì)造成水稻小幅減產(chǎn)，而蓄雨水的控灌Ⅱ處理可使理論產(chǎn)量增加6.3%，樣方產(chǎn)量增加10.6%；控灌處理的灌水量和耗水量均小于對(duì)照，且控灌Ⅰ的灌水量和耗水量最小，比CK年平均節(jié)水267.6 mm，年平均減少耗水334.2 mm；控灌處理的灌溉水利用效率(IWUE)和水分利用效率(WUE)均高于CK，控灌Ⅱ的IWUE高于控灌Ⅰ，但其WUE低于控灌Ⅰ；綜合考慮控制灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量和水分利用效率的影響，宜在寒區(qū)示范和推廣控灌Ⅱ的水稻調(diào)控灌溉模式。

水稻；寒區(qū)；控制灌溉；水分利用效率

黑龍江省地處中國(guó)最北部，是中國(guó)最大的粳稻生產(chǎn)基地。2009年，黑龍江省粳稻產(chǎn)量(157億kg)和商品量已居全國(guó)第一位[1]；2010年，黑龍江省水稻種植面積為297.33萬(wàn)hm2，用水量為240億m3[2]；2011年黑龍江省水稻種植面積已達(dá)到343.40萬(wàn)hm2[3]，如按2010年水稻用水量估算，2011年水稻灌溉用水約277億m3，分別占全省水資源總量和水資源可利用量的34%和72%(黑龍江省多年平均水資源總量和水資源可利用量分別按810.33億m3和383.81億m3計(jì)[4])。因此，大力發(fā)展和推廣水稻節(jié)水灌溉技術(shù)對(duì)黑龍江省水資源可持續(xù)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是黑龍江省農(nóng)業(yè)乃至經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

水稻控制灌溉是根據(jù)水稻各生育階段對(duì)水分的不同敏感程度，在發(fā)揮水稻自身適應(yīng)能力和調(diào)節(jié)機(jī)能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適時(shí)適量供水的節(jié)水灌溉技術(shù)[5]，“控灌”是指控制土壤含水量[6]。具體講，是指在秧苗移栽到本田后，田面保持薄水層返青，在返青以后的各生育階段田面不再建立水層(如有除草、抵抗低溫等生產(chǎn)性用水要求時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況臨時(shí)蓄水)，根層的土壤水分作為控制灌溉指標(biāo)，確定灌水時(shí)間和灌水定額。土壤水分控制上限為飽和含水率，下限則視生育階段的不同，分別取飽和含水率的不同百分比組合[7-8]。黑龍江省稻田大多仍采取淹灌方式，灌溉定額較大，灌溉水利用系數(shù)不高，存在較大的節(jié)水空間。為驗(yàn)證水稻控制灌溉技術(shù)在高寒區(qū)應(yīng)用及推廣的可行性，從2004年開(kāi)始，黑龍江省在全省范圍內(nèi)開(kāi)展了寒區(qū)水稻控制灌溉技術(shù)協(xié)作研究，本試驗(yàn)為探索在黑龍江省第二積溫區(qū)大面積推廣水稻控制灌溉技術(shù)提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)基本情況

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

湯旺河灌區(qū)是黑龍江省較大的自流灌區(qū)，設(shè)計(jì)灌溉能力6666.67萬(wàn)hm2，實(shí)際灌溉7233.33萬(wàn)hm2。負(fù)責(zé)香蘭鎮(zhèn)、竹簾鎮(zhèn)、湯旺鄉(xiāng)、香蘭監(jiān)獄、依蘭縣德裕鎮(zhèn)，及伊春市浩良河鎮(zhèn)的水田灌溉任務(wù)。試驗(yàn)點(diǎn)位于該灌區(qū)的湯旺河灌溉試驗(yàn)站，該站地理坐標(biāo)為東經(jīng)129°43′58″，北緯46°36′04″，海拔106.2 m；氣候較溫和，無(wú)霜期約150 d；在水稻生育期(5月—9月)內(nèi)，多年平均降雨量約340.0 mm，日照時(shí)數(shù)約1150 h，日平均氣溫約19 ℃，活動(dòng)積溫約2500 ℃。本文主要依托試驗(yàn)站2004—2008年取得的各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.2 水稻生育階段劃分及試驗(yàn)處理

根據(jù)《灌溉試驗(yàn)規(guī)范》的規(guī)定[9]，將水稻本田全生育期劃分為返青、分蘗、拔節(jié)孕穗、抽穗開(kāi)花、乳熟、黃熟6個(gè)生育階段。水稻試驗(yàn)品種為空育131，旱育秧人工移栽。按正交拉丁方設(shè)計(jì)試驗(yàn)，采用對(duì)照、控灌Ⅰ、控灌Ⅱ三個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置三次重復(fù)，共9個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。對(duì)照(CK)處理的灌溉模式為“淺、濕”循環(huán)交替，在各生育階段，兩個(gè)控灌處理采取相同的控灌標(biāo)準(zhǔn)，控灌Ⅰ處理不蓄雨水，控灌Ⅱ處理除分蘗后期外，可蓄雨水，但蓄雨水深度不超過(guò)50 mm。各處理在不同生育期的灌溉標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)各處理不同生育期的灌溉標(biāo)準(zhǔn)

注：①百分?jǐn)?shù)為占土壤飽和含水率的百分?jǐn)?shù)。②在返青期，對(duì)照處理灌水上限為30 mm，灌水下限為0 mm；控灌兩處理的控制上限為“花達(dá)水”飽和含水率，控制下限為土壤飽和含水率的80%。③在黃熟期，各處理均自然落干。

1.3 試驗(yàn)觀測(cè)方法

每年在插秧前利用環(huán)刀法測(cè)0～40 cm土層的土壤容重。根據(jù)水稻所處生育階段的不同，取土深度為20～40 cm不等，并采用烘干法測(cè)定土壤含水量。利用三角堰量水灌溉，應(yīng)用水位測(cè)針測(cè)定小區(qū)的稻田水層和排水量。在降雨和灌排前后隨時(shí)加測(cè)田間水層或土壤含水量，在觀測(cè)田間水層和土壤水分的同時(shí)觀測(cè)地下水位。利用設(shè)在試驗(yàn)場(chǎng)的自動(dòng)氣象站觀測(cè)氣象指標(biāo)，主要包括最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、空氣相對(duì)濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、日照時(shí)數(shù)、氣壓等，水面蒸發(fā)量采用E601型水面蒸發(fā)器測(cè)定。生育動(dòng)態(tài)調(diào)查內(nèi)容包括基本苗、分蘗、株高、葉齡指數(shù)、根系性狀、長(zhǎng)相等。各小區(qū)在收割前3～5 d進(jìn)行考種測(cè)產(chǎn)，考種內(nèi)容包括穗長(zhǎng)、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重等，并計(jì)算理論產(chǎn)量；此外，每個(gè)樣方進(jìn)行測(cè)產(chǎn)并單打單收，曬干揚(yáng)凈后測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 控制灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

5 a的試驗(yàn)表明(見(jiàn)表2、表3)：控灌Ⅰ處理2004年增產(chǎn)，其余4年減產(chǎn)，理論產(chǎn)量減產(chǎn)幅度為1.7%～11.5%，樣方產(chǎn)量減產(chǎn)幅度為4.6%～16.4%；控灌Ⅱ處理2006年減產(chǎn)，其余4年增產(chǎn)，理論產(chǎn)量增產(chǎn)幅度為1.0～12.3%，樣方產(chǎn)量增產(chǎn)幅度為1.8%～20.0%。2006年兩個(gè)控灌處理均出現(xiàn)了減產(chǎn)現(xiàn)象，分析原因是由于當(dāng)年的氣象異常造成的，該年份6月4日—6月19日(分蘗中期)、7月21日—8月5日(拔節(jié)孕穗后期至抽穗開(kāi)花期)遇連雨天氣，日照少，氣溫大都低于15 ℃，在8月中下旬還出現(xiàn)了早霜。對(duì)于控灌處理，由于有水分控制上限的試驗(yàn)要求，尤其控灌Ⅰ處理在雨天不蓄雨水，使得水稻受障礙型低溫冷害的影響較重，這是當(dāng)年造成控灌處理減產(chǎn)的根本原因。

表2 各處理的理論產(chǎn)量

表3 各處理的樣方產(chǎn)量

從表2、表3還可以得出：對(duì)于寒區(qū)水稻，不蓄雨水的控灌Ⅰ模式會(huì)造成小幅減產(chǎn)，而蓄雨水的控灌Ⅱ模式會(huì)小幅增產(chǎn)，二者的增減幅度相當(dāng)。由于大田的粗放管理與試驗(yàn)小區(qū)的精準(zhǔn)經(jīng)營(yíng)不同，在大面積示范和推廣控灌技術(shù)時(shí)，使稻田不蓄雨水的控灌Ⅰ模式操作起來(lái)不是很方便。因此，從技術(shù)的可操作性、水稻穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)的角度看，宜發(fā)展和推廣控灌Ⅱ的調(diào)控模式，不僅可以較多地利用雨水資源，節(jié)約灌溉水資源，還有望獲得增產(chǎn)。

2.2 控制灌溉對(duì)水稻各生育階段耗水量的影響

三個(gè)處理各生育階段5 a平均灌水量見(jiàn)圖1，根據(jù)水量平衡方程，計(jì)算得到的三個(gè)處理各生育階段5 a平均耗水量見(jiàn)圖2。與對(duì)照相比較，控灌處理5 a平均節(jié)約的灌水量和減少的耗水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

圖1 2004—2008年水稻各生育階段平均灌水量

圖2 2004—2008年水稻各生育階段平均耗水量

處理節(jié)水程度移植返青期分蘗期拔節(jié)孕穗期抽穗開(kāi)花期乳熟期黃熟期本田全生育期控灌Ⅰ節(jié)水/mm18 0107 960 641 615 424 1267 6節(jié)水(%)24 648 253 337 213 950 451 0控灌Ⅱ節(jié)水/mm15 2104 164 937 617 823 3262 9節(jié)水(%)18 549 562 743 023 748 952 6

注：表中的mm和%為相對(duì)于CK處理情況。

表5 控灌處理水稻減少耗水情況統(tǒng)計(jì)

注：表中的mm和%為相對(duì)于CK處理情況。

由圖1、圖2可見(jiàn)，在總體變化趨勢(shì)上，各年份內(nèi)控灌水稻的耗水量均明顯低于對(duì)照處理，控灌Ⅰ處理在大多數(shù)生育階段內(nèi)的耗水略低于控灌Ⅱ處理。在返青期和分蘗期，控灌處理與對(duì)照處理的灌水量和耗水量接近，這是因?yàn)樵诜登嗥诟魈幚淼呐萏镉盟嘟谟猛攴忾]藥后，幾乎都在“花達(dá)水”條件下插秧，后進(jìn)入返青期；而在黃熟期，各處理均為自然落干。

從表4、表5可以看出，在本田生育期，控灌Ⅰ處理可節(jié)水267.6 mm(51.0%)，減少耗水334.2 mm(43.3%)；控灌Ⅱ處理可節(jié)水262.9 mm(52.6%)，減少耗水264.3 mm(33.9%)。在分蘗期、拔節(jié)孕穗期和抽穗開(kāi)花期，控灌處理的節(jié)水量和節(jié)水幅度、減少的耗水量和幅度均較大，亦即節(jié)水和減少耗水的潛力較大；在其它生育期，雖然節(jié)水或減少耗水的幅度較大，但節(jié)約或減耗的水量則相對(duì)較小。可見(jiàn)，應(yīng)用水稻控灌技術(shù)可以節(jié)約大量的灌溉用水，且控灌重點(diǎn)時(shí)期應(yīng)放在分蘗、拔節(jié)孕穗和抽穗開(kāi)花三個(gè)生育階段，尤其是分蘗期的控灌，這對(duì)于緩解黑龍江省雨季到來(lái)前時(shí)常發(fā)生的干旱意義很大。

2.3 控制灌溉對(duì)水稻水分利用效率的影響

以水稻理論產(chǎn)量和樣方產(chǎn)量、灌水量、耗水量計(jì)算的不同處理的灌溉水利用效率(Irrigation Water Use Efficiency，IWUE)和水分利用效率(Water Use Efficiency，WUE)見(jiàn)表6和表7。

由表6可見(jiàn)，在各年份內(nèi)控灌處理的IWUE均高于對(duì)照處理；按理論產(chǎn)量計(jì)算，控灌Ⅰ處理的IWUE比對(duì)照處理提高34.2%～157.9%，平均提高109.3%；控灌Ⅱ處理的IWUE比對(duì)照處理提高30.0%～256.3%，平均提高146.4%；如按樣方產(chǎn)量計(jì)算，控灌Ⅰ處理的IWUE比對(duì)照處理提高36.6%～141.1%，平均提高105.6%；控灌Ⅱ處理的IWUE比對(duì)照處理提高31.1%～264.0%，平均提高149.4%。在大多數(shù)年份內(nèi)，控灌Ⅱ處理的IWUE高于控灌Ⅰ處理，從多年平均的IWUE角度看，控灌Ⅱ處理優(yōu)于控灌Ⅰ處理。

表6 各處理的灌溉水利用效率 kg·m-3

表7 各處理的水分利用效率 kg·m-3

由表7可見(jiàn)，在各年份內(nèi)控灌處理的WUE也均高于對(duì)照處理；按理論產(chǎn)量計(jì)算，控灌Ⅰ處理的WUE比對(duì)照處理提高43.0%～94.0%，平均提高72.5%；控灌Ⅱ處理的WUE比對(duì)照處理提高19.5%～91.8%，平均提高61.4%。按樣方產(chǎn)量計(jì)算，控灌Ⅰ處理的WUE比對(duì)照處理提高44.6%～91.9%，平均提高69.8%；控灌Ⅱ處理的WUE比對(duì)照處理提高20.7%～93.4%，平均提高64.2%。在大多數(shù)年份內(nèi)，控灌Ⅰ處理的WUE高于控灌Ⅱ處理，從多年平均的WUE角度看，控灌Ⅰ處理優(yōu)于控灌Ⅱ處理。

分析表6、表7數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在各年份間和多年平均情況下，控灌使IWUE提高比WUE提高的幅度更大。水分利用效率涉及產(chǎn)量和消耗掉的水量?jī)煞N起相反作用的因子，基于試驗(yàn)成果，結(jié)合黑龍江省水資源利用的現(xiàn)實(shí)情況，目前應(yīng)以提高IWUE為主，在保證水稻不減產(chǎn)或小幅增產(chǎn)的前提下，再逐漸穩(wěn)步提高WUE。

3 結(jié) 語(yǔ)

湯旺河灌區(qū)5 a的水稻控灌試驗(yàn)表明：不蓄存雨水的控灌Ⅰ處理會(huì)造成小幅減產(chǎn)，而蓄雨水的控灌Ⅱ處理可獲得小幅增產(chǎn)。在寒區(qū)實(shí)施水稻控制灌溉技術(shù)，控灌指標(biāo)不宜定得太低，尤其遇到低溫冷害時(shí)(可結(jié)合天氣預(yù)報(bào)預(yù)先判定)應(yīng)保證稻田蓄水。控灌可以節(jié)約大量的灌溉用水，控灌Ⅰ處理、控灌Ⅱ處理的灌水量接近，控灌Ⅰ處理的耗水量略低于控灌Ⅱ處理。控灌的重點(diǎn)時(shí)期宜放在分蘗、拔節(jié)孕穗和抽穗開(kāi)花三個(gè)生育階段，尤其是分蘗期。控灌處理的IWUE和WUE均高于對(duì)照處理，控灌Ⅱ處理的IWUE高于控灌Ⅰ處理，但其WUE低于控灌Ⅰ處理。綜上所述，全面考慮控灌對(duì)水稻產(chǎn)量和水分利用效率的影響，以及技術(shù)的可操作性，宜示范和推廣適量蓄存雨水的控灌Ⅱ模式，但不同地區(qū)應(yīng)進(jìn)一步細(xì)化適宜當(dāng)?shù)貤l件并易于被農(nóng)戶掌握的控灌指標(biāo)。

[1] 王春雨．我國(guó)最大的粳稻生產(chǎn)基地產(chǎn)量有望再創(chuàng)新高[EB/OL]．(2010-05-07)[2013-12-01]http：//news.xinhuanet.com/fortune/2010-05/07/c_1279481.htm.

[2] 管建濤．黑龍江省今年將新增水田340萬(wàn)畝[EB/OL]．(2010-05-07)[2013-12-01]http：//news.xinhuanet.com/local/2011-01/27/c_121033115.htm．

[3] 管建濤．黑龍江水稻種植面積擴(kuò)大到5151萬(wàn)畝．[EB/OL]．(2010-05-07)[2013-12-01]http：//news.xinhuanet.com/fortune/2011-08/24/c_131071216.htm．

[4] 黑龍江省水利廳．黑龍江省水資源公報(bào)[R]．哈爾濱：黑龍江省水利廳，2006．

[5] 彭世彰，徐俊增，黃乾，等．水稻控制灌溉模式及其環(huán)境多功能性[J]．沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，35(5-6)：443-445．

[6] 李壽聲，沈菊琴.水稻水、肥生產(chǎn)函數(shù)及優(yōu)化灌溉模式[J]．水利學(xué)報(bào)，1997，(10)：18-24．

[7] 張恩江，韓雪冰，劉春河．寒區(qū)水稻節(jié)水控制灌溉技術(shù)應(yīng)用研究[J]．黑龍江水專學(xué)報(bào)，2007，34(2)：11-13．

[8] 徐長(zhǎng)久，張恩江．黑龍江省湯原縣寒區(qū)水稻節(jié)水控制灌溉技術(shù)應(yīng)用研究[J]．黑龍江水利科技，2009，37(6)：25-26．

[9] 中華人民共和國(guó)水利部．SL 13-2004灌溉試驗(yàn)規(guī)范[S]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2005．

Research on rice controlled irrigation in Tangwanghe irrigation district

ZHANG Enjiang1，XU Wuhao2

(1．TangwangheirrigationexperimentstationofHeilongjiangprovince，Tangyuan154700，China;2．QitaiheWaterResourcesManagementOffice,Qitaihe154600，China)

t：Three treatments were considered in this study，including check plot (CK)，controlled irrigation I without storing rainfall (CI Ⅰ) and controlled irrigation II with storing rainfall (CI Ⅱ)．It is analyzed that the effects of controlled irrigation on yields，irrigation amount，water consumption and water use efficiency of rice，based on the 5 years experimental data of Tangwanghe irrigation district．Conclusions：Relative to CK，the rice yields reduces slightly under CI Ⅰ，while the theoretical yield and the quadrant yield increase 6.3% and 10.6% under CI Ⅱ，respectively．The irrigation amount and water consumption of CI Ⅰ and CI Ⅱ are less than CK，and the value of CI Ⅰ is minimal．Compared with CK，the amount of water saving and water consumption of CI Ⅰ is 267.6 mm and 334.2 mm，respectively．The irrigation water use efficiency(IWUE)and water use efficiency(WUE)of CI Ⅰ and CI Ⅱ are better than CK．And the IWUE of CI Ⅱ is higher than that of CI Ⅰ，but the WUE of CI Ⅱ is lower than that of CI Ⅰ．After considered that the effects of controlled irrigation on rice yield and water use efficiency，the rice controlled irrigation of CI Ⅱ should be adopted in cold region．

rice；cold region；controlled irrigation；water use efficiency

張恩江(1968-)，男，工程師，主要從事節(jié)水灌溉技術(shù)研究工作。E-mail：zhangenjang1968@163.com

S274.1

A

2096-0506(2015)01-0043-04