内蒙古通辽市水稻膜下滴灌灌溉制度试验研究

2018-05-08陈金武

节水灌溉 2018年4期

陈金武

(内蒙古辽河工程局股份有限公司，内蒙古赤峰 024000)

0 引言

水稻在我国种植历史可以追溯到几千年，是东北地区常食用的作物。世界近半数的人口都以水稻为食，水稻是一种喜水性作物，灌溉用水量高达18 000 m3/hm2，高额的耗水量使得水资源严重短缺不足、高耗水作物面积锐减。水稻在北方丘陵山区面积锐减，作为水资源严重匮乏的丘陵山区城市----通辽市，人均水资源占有量1 752 m3，耕地灌溉占有水资源量5 670 m3/hm2，仅为全国平均水平的27%，远低于全国水资源占有量，同时通辽市又是内蒙古自治区产粮超百亿斤的大市之一，2016年通辽市粮食产量高达69.58 亿kg。但目前通辽市农业灌溉大部分仍采取传统的灌溉方式，灌溉定额相对较高，水资源浪费的现象严重，因此农业节水具有较大的潜力。当地水资源不足的瓶颈严重制约着社会经济的发展，农业灌溉用水为用水大户，用水量达到2/3以上，灌溉水有效利用系数介于0.4～0.6之间，提高灌溉水有效利用系数将大大减少水资源的损耗。节约保护水资源，强化水资源稀缺意识已到了刻不容缓的地步[1]。全国各地针对各地资源型缺水、工程缺水等不同缺水特点，进行了有针对性的分析。近几年，部分学者对水稻膜下滴灌开始进行研究，针对其喜水性，研究各阶段的灌溉定额，取得了一些成果。目前，陈林、程莲等[2]通过对比的方式对膜下滴灌方式与常规淹灌方式的水稻产量和经济效益进行分析,试验证明,水稻膜下滴灌方式不仅产量提高,还节约经济成本。王志军、谢宗铭、田又升等学者[3]以2个品种为试材,比较了在膜下滴灌和淹灌两种栽培模式下乳熟期叶片的光合色素含量等参数的差异,对两种栽培模式下的水分利用效率和产量构成因素进行了分析和确定。何海兵、杨茹、武立权等学者[4]通过多次试验研究表明, 增加灌溉强度有利于膜下滴灌水稻生长发育。

通辽市位于内蒙古自治区东部，为自治区省域副中心城市，属于典型的丘陵山区[5]。采用通辽市试验数据，能够很好地代表内蒙古东部地区丘陵山区的特点，同时发展高效节水农业，有利于打开丘陵山丘区种植缺水的壁垒，打破缺水瓶颈。

1 试验内容与方法[6-8]

1.1 研究区概况

试验区选取在具有典型地形代表的通辽市奈曼旗的六号农场。

通辽市奈曼旗的六号农场属半丘陵地区，所在地属北温带大陆性季风干旱气候，冬季漫长而寒冷，夏季短而温热、干旱少雨。年平均气温介于6.0～6.5 ℃。平均降水量为366 mm。无霜期平均150 d左右。年平均风速3.0～4.1 m/s。，项目区大风主要集中在春冬两季，春季占全年大风日数的60%以上，年平均风速为3 m/s，灌溉生育期平均风速为2 m/s。最大冻土深为1.8 m。

项目区多年平均降雨量为344.7 mm，多年70%以上的降雨集中在6-8月份。多年平均蒸发量为1 939.9 mm，整个生育期日照时数在1 490～1 640 h之间，气温≥10 ℃年积温为3 000 ℃，项目区光照充足，为作物生长提供了丰富的热量和光照条件，适宜作物生长。。试验选取时间为2016年，该年份代表性属于一般干旱年。

1.2 试验方法[4]

本次试验选取6 667 m2为试验面积，选取通辽市常种的龙埂39水稻品种为研究对象，水稻植株采用大垄双行种植，毛管沿着作物种植走向单行平顺布置，大垄设计宽70 cm，小垄设计宽40 cm，滴灌带间距保持在110 cm。为了保持土壤含水率，提高地面积温，延长水稻生育期，试验采用覆膜种植方式。覆膜选0.02 mm厚地膜，膜宽设计为1.5 m，通过使水稻横向加宽而纵向加密，最大限度地改善田间通风透光条件，通过边行效应提高水稻光合作用，增加水稻产量。本次试验选取3种灌溉定额进行试验，分别为：3 000、4 500、7 500 m3/hm2进行灌溉。如图1所示。

图1 试验区水稻种植模式

2 不同灌水量下数据分析

试验数据成果主要从土壤墒情变化(含水率)、灌溉定额、水分生产率、作物产量等方面进行分析。

2.1 土壤基本特性分析

选取水稻生育期内的试验田块，通过测坑对作物生长根系范围内的土壤进行采集，经环刀法测定0～1 m土壤容重达1.6 g/cm3，说明该土属于紧密的砂土，该土质结构性较差，但粗孔隙较多，通透性较好，但保水能力略微不足，水稻可以正常生长发育。

经过测定土壤容重在1.6 g/cm3，经分析土壤孔隙度达到44%。如表1、表2。

表1 试验地块土壤物理特性

表2 试验地土壤容重及孔隙度

综合计算得出不同频率降雨系列表如表3。

根据通辽市灌溉试验站气象站资料，2016年水稻生育期有效降雨量详见表4。

从降雨月份来说，6-8月有效降雨较大，占全年的75%以上，对作物分蘖—拔节—抽穗—乳熟期3个区间段的生长起着关键作用。

表3 不同频率降雨系列表

注：2016年通辽市灌溉试验站气象资料显示年降雨量为285.2 mm，该地区属一般干旱年份。

表4 不同月份有效降雨量表

关键作用。

2.2 灌溉定额的分析

土壤水分是保证作物生长的重要参数，水分可保持土壤墒情的正常发展，是土壤涵养、作物生长的关键因素。本次试验在土壤肥力、作物光照等因素基本保持一致情况下，仅对灌溉定额作为变量进行分析。

水稻从播种期开始，历经出苗、分蘖、拔节、抽穗、扬花、乳熟、蜡熟，至完熟期结束，共9个阶段，生育期总计时长为133 d。其中7、8月份耗水量达到顶峰。

图2 水稻不同生育阶段耗水量曲线

从图2可以看出，不同处理土壤含水率的变化趋势基本一致，但不同处理土壤平均含水率不同，灌溉定额为7 500 m3/hm2土壤平均含水率最高，作物耗水量最大；灌溉定额为4 500 m3/hm2土壤平均含水率及作物耗水量适中，灌溉定额为3 000 m3/hm2土壤平均含水率和作物耗水量最低。由于水稻在不同生育时期对水分的需求有所不同，整个生育时期耗水量强度也不尽相同。从水稻不同处理耗水量关系曲线可以看出，不同灌水量处理的水稻生育期耗水量变化规律趋于一致，即在发芽出苗期和幼苗期需水量较少，拔节以后逐渐增加，分蘖期仍需较多的水分，抽穗—杨花期需水量达到最高峰，以后才显著减少。拔节孕穗期植株迅速生长，此时由于气温高，叶面蒸腾会随之加强，要有充足的水分供应。水稻抽穗开花期日耗水量最大，是需水临界期的重要阶段。适宜的水分条件，能延长和增强绿叶的光合作用，促进作物灌浆饱满。反之，如土壤水分不足，会使叶片过早衰老枯黄，产量降低。

作物水分生产率是指作物消耗单位水量后的产量，其结果为作物产量与作物净耗水量的比值。与常规淹灌相比，水稻膜下滴灌的水分生产率在灌水量为7 500 m3/hm2提高近一倍，在其他灌水量也有提升。

通过表5、表6计算可知，在2016年度水稻在膜下滴灌灌水条件下，不同处理其作物产量和水分生产率及灌溉水利用率不同，在灌溉定额为7 500 m3/hm2的灌水量条件下，作物产量和水分生产效率及灌溉水利用率最高，因此，在2016年(一般干旱年，75%)膜下滴灌条件下，水稻最佳灌水量为7 500 m3/hm2，此时可得出最佳灌溉水利用率，水分生产率可达0.68。

表5 不同定额下水分生产率

表6 不同定额下灌溉水利用率

根据试验和率定，确定水稻膜下滴灌灌溉定额为7 500 m3/hm2。经过对水稻灌溉制度的分析，合理制定平水年各个生育期各用水量如表7所示。

表7 滴灌水稻不同生育期灌水定额

通过对水稻不同生育期的水分核定，核定内蒙古自治区丘陵山区温暖半干旱农业区的一般年灌溉定额为7 500 m3/hm2，在干旱年份，加大计划湿润层深度，增加灌溉定额4 500 m3/hm2，即可保证水稻的生长发育。

2.3 产量分析

水稻株高是粮食作物生长发育的一个重要指标，直接影响作物的产量及抗旱等多方面因素，通过对多个试验田块的株高对比分析，观察当株高达到80 cm以上，即可保证作物的产量不受过大影响。通过对9块试验区域的平均株高进行对比，从图2可以看出，水稻完熟期长势良好，株高平均在80 cm，满足试验要求，验证了灌溉定额下保证了作物的产量。见图3。

图3 水稻不同生育阶段株高

水稻膜下滴灌技术按灌溉定额7 500 m3/hm2计算比常规淹灌每公顷节水12 000 m3,节水幅度为64.54%，理论产量与实际产量表现基本一致。水产比比常规淹灌高出 50.7%，作物结实率比常规淹灌高 6.61%，有效穗数比常规淹灌少 12.16%。

水稻采用膜下滴灌技术的种植方式，在灌溉方面，根据水稻不同生育期需水规律，进行适量的局部灌溉，使水稻根系主要活动区域的土壤保持在最佳的含水量却不形成水层；在施肥方面，根据水稻不同生育期需肥规律，采用易溶于水的肥料种类，对 N 、P 、K 及微量元素用量进行合理配比采用肥随水施的施肥方式施入土壤，供给水稻吸收利用，特别是在水稻生长进入开花结实期，水肥应及时供应确保提高水稻结实率和每穗粒数。

综上所述，采用水稻膜下滴灌种植，相对常规淹灌可以节约大量农业用水，特别是干旱、半干旱地区，把灌溉用水节约下来通过水权转换变为工业用水，可大幅度增加农民收入，产生巨大的经济效益；同时，水稻采用膜下滴灌技术覆膜后，可以很好的抑制杂草生长，除草剂用量明显减少，避免了因大量施用除草剂带来的水污染与环境；总之，发展水稻膜下滴灌高效节水技术具有一定的经济效益和生态效益。