基于生長期灌水滿足度的淠史杭灌區再生稻種植適宜性評價

吳 漢

（安徽省淠史杭灌區灌溉試驗總站，安徽 六安 237158）

0 引 言

由于農村勞動力非農化轉移，節省勞動力和資源高效利用的再生稻種植正快速發展。盡管再生稻種植有利于稻區提高復種指數、增加單位面積稻谷產量和經濟收入，但是其對溫光水資源有著一定的要求[1]。

再生稻生產優勢明顯，省去了再生季的播種、育秧和移栽的工作量，具有省工省時、省種節水、省肥省藥、增產保收、節本增效、生態環保、米質更優等特點，已成為我國光溫資源一季有余、兩季不足稻區和勞動力短缺地區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[2]。前人認為[3]，頭季稻收割后30 d 內日平均溫度超過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，并據此給出了川東南地區適宜種植再生稻的區域。可以看出前人研究再生稻在某一地區是否適宜種植主要依賴自然資源評價[6]，然而人類的生產活動，尤其是灌溉，對再生稻種植亦有著重要影響。水分供應不足，水稻產量將大幅下降[7,8]。近年來，隨著水利事業的發展，原本一些不適宜種植水稻的地區，如淮北平原也開始大面積種植水稻[9]。

大中型灌區是我國重要的糧食生產功能區和重要農產品生產保護區，亦是我國農業節水的主戰場[10]。淠史杭灌區是我國三大特大型灌區之一，灌區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。江淮分水嶺從灌區穿過，這使得灌區也容易受到干旱災害影響，灌區的農業生產很大程度上依賴灌溉。隨著農村勞動力的轉移以及人工成本的增加，節本增效的“頭季稻-再生稻”種植模式已開始在淠史杭灌區逐漸推廣[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，為灌區再生稻科學推廣和種植結構調整提供科學支持及理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況與數據來源

淠史杭灌區始建于1958年，由毗鄰的淠河、史河、杭埠河3 個子灌區組成，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之一。灌區具有防洪、灌溉、城鎮供水、生態供水、發電、航運、旅游等綜合功能。

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

1.2 研究方法

1.2.1 再生稻生長期

研究區域內再生稻一般于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

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

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

由于《安徽省行業用水定額》（DB 34/T 679—2019）[14]只規定了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，根據我站以往測定的結果以1.4 mm/d計[15]。

再生稻生長期內有效降水的計算公式：

式中：Pe為再生稻生長期內的有效降水量，mm;n為該生育時段包含的旬數。

1.2.4 作物需水量

作物需水量根據作物系數法計算：

式中：ETc為作物需水量，mm；Kc為作物系數，利用FAO 推薦的作物系數法計算，結合再生稻的生長特性、我站測定的及前人[16]的試驗結果，各月旬值見表1；ET0為參考作物蒸騰蒸發量，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，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KcTab.1 Crop coefficient Kc

1.2.5 灌水量

灌水量根據水量平衡原理計算：

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，根據我站以往試驗結果取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 數據計算方法、處理與分析

采用Excel 2016 整理匯總數據，用SPSS 19.0 軟件進行方差分析，使用OriginPro 2019繪圖。

2 結果與分析

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，在大田生產中，降雨會滲漏至作物根區以下，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

經國內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）公式的計算結果在不同條件下都與實測值非常接近，精度較高。并結合我站2021年的作物系數的測定結果計算水稻需水量。

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

根據水量平衡原理計算所需灌溉水量，由于淠史杭灌區地下水位低，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《安徽省行業用水定額》（DB 34/T 679—2019）只規定了雙季稻、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。淠史杭灌區大部分地區種植單季中稻，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 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。由于淠史杭灌區大部分地區種植單季中稻，因此從灌水滿足情況來看，在淠史杭灌區大面積推廣再生稻種植存在一定的風險。