农业工程论文
摘 要： 结合试验区的气象、土壤及地形条件等实际情况, 研究在浅湿晒灌溉模式下水稻作物需水情况及灌水指标。根据试验站资料, 采用Penman-Monteith公式得出参照作物需水量, 确定了浅湿晒灌溉条件下水稻的作物系数及作物需水量, 并确定了水稻浅湿晒灌溉的适宜水层深度, 结合试验区采用水量平衡法提出了水稻浅湿晒灌溉制度, 并得出75%灌溉设计保证率的灌溉定额。
关键词： 浅湿晒模式; 水量平衡法; 灌溉制度;
目前, 国内各地区形成了各具特色的水稻节水灌溉技术, 其中具有代表性的是水稻浅湿晒灌溉。由于试验区气候条件、土壤及地形条件的不同, 水稻在浅湿晒灌溉模式下的作物需水量、土壤水分状况及灌水指标仍无确定性的结论。研究大多结合所在试验区定性分析根层土壤水分与地下水埋深的关系, 或针对所在试验区定量分析的不同灌溉方式水稻需水量和需水系数的影响, 或对节水灌溉条件下作物系数和土壤水分修正系数进行试验研究, 而没有确定性分析浅湿晒灌溉模式下水稻灌溉制度。本文对沈阳市试验区浅湿晒灌溉条件下水稻作物需水量及灌溉制度进行系统分析, 确定水稻浅湿晒灌溉灌水指标。
浅湿晒灌溉的技术要点主要是在各生育阶段对水稻水层深度进行定量控制。主要分为:插秧至返青浅水灌溉, 插秧时要求水层10～20mm, 返青期田间水层保持在40mm以内, 低于5mm应及时灌水;分蘖前期湿润管理, 做到3～5d灌一次水, 水层10mm以下, 经常保持田间土壤水分饱和状态;分蘖后期进行晒田5～10d;拔节孕穗期及时回水灌溉, 田间应保持10～20mm的浅水层;抽穗开花期保持浅水灌溉, 水层深度保持在5～15mm;乳熟期湿润灌溉, 一般3～5d灌一次10mm的水层;黄熟期湿润落干, 遇雨及时排除田面积水。
1、 试验区概况
试验在辽宁省水利灌溉中心试验站进行, 位于辽宁省沈阳市黄家乡, 属于半湿润半干旱季风型大陆性气候, 年平均气温6.2～9.7℃, 平均降水量600～800mm, 平均蒸发量1600～1800mm, 无霜期183d。土壤为褐土, 土质为黏壤土, 容重1.45g/cm3, 土壤孔隙率为46.43%, 土壤肥力偏下, 速效钾81.04mg/kg, 速效磷18.27mg/kg, 土壤碱解氮75.02mg/kg, 全氮1.07g/kg, 有机质1.19%, 土壤pH 7.5。
2、 水稻浅湿晒灌溉制度
2.1、 生育阶段
根据联合国粮农组织 (FAO) 建议和试验区气候及土壤条件, 水稻生育阶段见表1。
表1 生育阶段及起止时间
2.2、 参照作物需水量
参照作物需水量是各种气象条件影响作物需水量的综合指标。气象参数由设在试验区蒸渗器北侧的自动气象观测设备来观测, 可测气温、湿度、降水量、日照时数、风速、风向、气压及水面蒸发量等, 1956—2012年试验区水稻生育期参照作物需水量过程如图1所示。从图1可以看出, 峰值集中在1958—1965及1997—2000年, 峰值过后均呈现骤减趋势, 近年来参照作物需水量均在400～500mm区间。
图1 试验区逐年参照作物需水量过程
2.3、 作物需水量
作物需水量ET0采用FAO-56推荐的PenmanMonteith公式计算。作物系数Kc是计算作物需水量的重要参数, 它不仅随作物而变化, 更主要的是随作物生育阶段而异。作物系数在生育期内随时间的变化具有很好的趋势性。根据试验区对分析作物系数所需参数的实际观测并进行修正, 确定不同生育阶段作物系数Kc分别为:0.84, 0.95, 1.07, 1.18, 1.35, 1.45, 1.17, 0.97。水稻逐年生育期需水量过程见表2。由表2可知, 水稻生育期内需水量基本呈先升后降趋势, 需水量随根茎发展伸长、叶面积增大, 在拔节孕穗期达到峰值, 之后随叶片衰败、作物成熟而迅速减小。
表2 水稻生育期内需水量过程
2.4 、水量平衡原理制定水稻灌溉制度
用水量平衡法确定水稻灌溉制度, 生育期内灌水次数、灌水时间和灌水定额根据水稻丰产、节水灌溉方式, 通过逐时段水量平衡演算拟定, 水稻生育期某一阶段内灌水次数、灌水时间及灌水定额, 可通过逐时段 (日或候) 的水量平衡演算拟定, 公式如下:
式中, h1—时段初田面水层深度, mm, 不大于允许水深上限;P—时段内降水量, mm;F—时段内稻田适宜渗漏量, mm;C—时段内稻田排水量, mm。
采用水量平衡法逐时段向后演算, 拟定出逐年各生育阶段内灌水次数、灌水时间及灌水定额, 从而得出全生育期的灌溉定额。典型年泡田期灌溉制度见表3。根据试验区浅湿晒灌溉试验确定各生育阶段水层深度控制情况见表4, 生育期灌溉定额计算过程见表5。
表3 泡田期灌溉制度计算
表4 水田各生育阶段水层深度
2.5、 灌溉定额的确定
根据以上公式计算作物净灌溉定额, 并采用1956—2012年57a系列, 逐日进行水田水量平衡计算, 得出试验区逐年净灌溉定额过程如图2所示, 并得出不同频率净灌溉定额见表6。
采用水量平衡法确定历年水稻的灌溉制度, 根据灌溉定额的频率分析选出2～3个符合设计保证率的年份, 以其中灌水分配过程最不利的一年为典型年, 以该年的灌溉制度作为设计灌溉制度。依据灌溉定额频率分析, 提出75%保证率情况下试验区的净灌溉定额为6075m3/hm2。
表5 生育期灌溉制度计算
图2 逐年生育期净灌溉定额
表6 不同频率净灌溉定额
3、 结论
本文在研究浅湿晒灌溉条件下水稻作物需水量、作物系数的基础上, 结合试验区气象、土壤及地形等条件, 确立了水稻浅湿晒灌溉的灌溉定额, 主要结论如下。
(1) 利用试验区57a的长系列日气象资料, 用Penman-Monteith公式计算参照作物需水量, 得到试验区水田生育期逐年参照作物需水量。
(2) 根据试验区对计算作物系数所需参数的实际观测, 并参考FAO推荐的标准作物系数确定了水稻的作物系数, 计算水稻作物需水量, 得到拔节孕穗期是作物需水量最大的时期。
(3) 通过浅湿晒灌溉方式对水稻灌溉水层深度的控制, 利用水量平衡法确定试验区水稻的灌溉制度, 选择灌溉设计保证率P=75%的年份作为典型年, 依据灌溉定额频率分析, 提出75%保证率情况下试验区的净灌溉定额为6075m3/hm2。
浅湿晒灌溉是一种促控结合、省水低耗、高产稳产的节水灌溉技术, 不仅符合水稻的蓄水规律和要求, 而且能使水、肥、气、热得到更合理的调整, 对浅湿晒灌溉模式的研究是发展水稻节水栽培生产的必然要求, 能够为我省其他地区更好的推广应用这项节水灌溉技术提供有力的技术职支撑。
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