张凯 王莹 杨士红 高瑞 霸惠惠 王龙

摘要：在云南农业大学寻甸试验基地开展不同灌溉条件下水稻需水规律及节水潜力研究。结果表明，平均气温、平均风速、土壤热通量、净辐射与日均需水量呈正相关关系，相对湿度与日均需水量呈负相关关系，受滇中高原气候影响，水稻需水高峰期出现在分蘖期，而不是常见的拔节孕穗期与抽穗开花期，且生育期较长。控制灌溉较淹水灌溉相比，渗漏量、排水量、耗水量均有所降低，减少了无消耗水，提高了水分利用效率，达到了高效节水的目的。与淹水相比，滇中地区水稻种植区全生育期控灌Ⅰ耗水节水潜力为8 346.24万m3，控灌Ⅱ耗水节水潜力为1 0672万m3，表明滇中水稻种植区节水潜力巨大。

关键词：控制灌溉;日均需水量;需水高峰期;水分利用效率;节水潜力

中图分类号：S511.01   文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）07-00 -

收稿日期：2019-01-10

基金项目：国家自然科学基金项目（编号：51579070）;云南省应用基础研究项目（编号：2015FD021）。

作者简介：张 凯（1994—），男，陕西西安人，硕士研究生，主要从事节水灌溉理论及技术研究。E-mail：825525365@qq.com。

通信作者：王 莹，副教授，主要从事节水灌溉理论及灌区水管理研究。E-mail：865289885@qq.com。

水稻生长发育受气候条件、作物品种、生育阶段、土壤条件、农田水分状况以及农业技术措施多个因素综合作用，同一地区相同水分条件下气候因素对其影响显著，结合当地气候条件研究水稻需水规律，对水稻合理灌溉具有指导意义。

云南省水资源总量1 872.00亿m3，水资源丰富，但分布不均，各区域开发不平衡，综合用水中农业占比达80%以上，其中又以水稻耗水量最大[1]。云南省水稻灌溉方式主要采用淹水灌溉，水分利用效率较低，水稻需水规律研究相对滞后，且云南省具有特殊的高原气候和地形地貌，平原区的水稻需水规律是否适用于该地区有待研究。水稻是云南省主要粮食作物之一，种植面积占粮食作物面积的16.35%，全省129个县（市、区）均有水稻种植。多年研究得出，节水灌溉技术显著影响稻田水分转化，减少水分无效损失，是缓解水稻产量与水资源紧缺问题的主要方法[2-5]。因此，探究滇中水稻需水规律，为当地水稻科学灌溉提供参考与依据，对获取农业最佳经济效益具有一定意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

寻甸试验站位于102°41′～103°33′E，25°20′～26°01′N，属云南农业大學试验基地（图1），试验站属云南省中海拔地区，年平均气温14.5 ℃，年日照2 088.6 h，年降水量1 020.9 mm，年无霜期236 d以上。当地习惯稻麦轮作，耕层土壤为红壤土，采用室内环刀法测定，饱和含水率为53.1%，容重1.24 g/cm3。水稻试验品种选取由云南禾朴农业科技有限公司、云南农业大学稻作研究所共同选育的杂交粳稻“滇禾优34”，5月19

日插秧，9月28日收割。全生育期133 d。

1.2 试验处理与设计

试验采用测桶与小区相结合的方法，测桶测水稻需水量，小区测水稻田间耗水量。测桶内径30 cm，高60 cm，装试验地原状土，每10 cm 1层填制，预留10 cm作水层用，放置于试验场地遮雨棚中，杜绝降雨，采用称质量法测定土壤水分[6]。小区长4 m×宽3 m无底测坑，小区水稻株距13 cm，行距 25 cm，24穴/m2，每小区装有水表以便记录灌水量，无水层时采用MP-160N型TDR土壤水分测定仪测定土壤水分。试验采取淹水灌溉、不同控制灌溉3种灌水模式，重复3次，以土壤水分为控制指标，达到灌水下限则灌到上限，具体水分控制指标见表1，不同处理生育期结束时测产。

由小区气象站收集2 m气温平均值、2 m相对湿度平均值、20 cm土壤热通量平均值、2 m风速平均值、净辐射值、降雨量总值，数据每30 min自动收集1次，每半月采集1次数据。

2 结果与分析

2.1 需水规律

由试验测桶计算水稻蒸发蒸腾量，由试验小区记录耗水量，二者之差为水稻田间渗漏量，依据田间水量平衡方

式中：WCi、ETci为i时段内田间耗水量与水稻蒸发蒸腾量;Ii、I1i分别为i时段内测桶灌水量与小区灌水量;ΔW1i、ΔWi分别为i时段内测桶与小区前后土壤含水量变化之差;Pi为i时段内降雨量;di为i时段内小区排水量;Δhi为小区前后水层变化之差;Si为i时段内稻田渗漏量。式中单位均以mm计。

从表2可以看出，不同水分处理条件下全生育期需水量表现为淹水灌溉>控灌Ⅰ>控灌Ⅱ，控灌Ⅰ与控灌Ⅱ差距较小，分蘖中期、拔节孕穗期、乳熟期需水量较大，返青期、分蘖末期需水量较小，需水量最大时期为分蘖期，淹水灌溉为 175.5 mm，控灌Ⅰ、控灌Ⅱ分别为156.2、148.3 mm，该时期为促进分蘖和叶片生长需要充足的水分，且当地气候干燥，使得蒸腾蒸发量大。

2.2 需水强度

从表3可以看出，不同灌水方式下水稻各生育期淹水灌溉需水强度整体大于控制灌溉，控灌Ⅰ大于控灌Ⅱ，但整体差异较小，几种灌水模式均表现出分蘖前期需水强度最大，黄熟期最小，分蘖期全期需水强度高于其他生育期，这与多数平原地区拔节孕穗期与抽穗开花期为需水高峰期不同，原因主要因为气象因素对水稻需水强度作用的结果，虽然全生育期中气温整体差异较小，但分蘖期以后地面2 m处风速持续降低，相对湿度变大，不利于水稻蒸腾蒸发进而影响生长发育，导致日均需水量降低。

2.3 气象因子变化与需水量关系

2.3.1 气象因子 气象因子对水稻需水量有着重要影响，水稻不同生育期气象因素变化见图2。从图2可以看出，2 m处最大气温平均值、2 m气温平均值、2 m气温最小值变化趋势基本一致，气温整体先增后减再增再减，呈“M”形，分蘖前期气温最大，分蘖末期气温最小，但全生育期气温变化差异较小;全生育期降雨量由分蘖前期开始大幅度呈波浪式增长，在拔节孕穗期降雨量达到最大值179.5 mm，分蘖前期降雨 0 mm，降雨主要集中在全生育期后段;2 m风速平均值随生育期不断递减，只在抽穗开花期略微增长，后在黄熟期达到全生育期最低;2 m相对湿度平均值由返青期降低至分蘖前期，而后大幅增长，分蘖末达到最大值88.9%，拔节孕穗期以后各生育期变化不大，且平均值高于分蘖全期;净辐射值与平均气温变化状况具有良好的一致性，全生育期整体差异较小;20 cm 土壤热通量值在全生育期前半段从返青期到分蘖末期不断减少，分蘖期以后开始增加，后半段呈“M”形分布。

2.3.2 逐日需水量 对逐日需水量与气象因子进行相关性分析，结果见表4。不同气象因素与水稻日均需水量存在一定的相关关系，但二者之间存在差异，降雨量与日均需水量几乎没有相关性，平均气温、平均风速、土壤热通量、净辐射与日均需水量呈正相关关系，其中平均气温、平均风速、土壤热通量通过了0.01水平的相关性检验，净辐射通过了0.05水平的相关性检验，相对湿度与日均需水量呈负相关关系，通过了0.05水平的相关性检验。气象因素对不同灌水方式下水稻日均需水量影响也表现出一定趋势，控灌与淹水比较，平均气温、相对湿度、净辐射与日均需水量相关性有所降低，平均风速、土壤热通量与日均需水量相关性有所升高。气象因素在水稻生长过程中起着至关重要的作用，适宜的风速有助于提高水稻群体叶面积指数，促进光合作用，相对湿度过高水稻蒸腾作用变弱，当地水稻全生育期中风速整体呈下降趋势，越到生育后期越低，而相对湿度正好相反，生育后期居高不下，这可能是导致水稻生育后期日均需水量整体偏低与生育期较长的主要原因。

2.3.3 水量平衡要素 为水稻田间水量平衡要素见表5。从表5可以看出，控制灌溉灌水量、需水量、耗水量整体小于淹水灌溉，较淹水灌溉相比，控灌Ⅰ耗水量减少11.8%，控灌Ⅱ耗水量减少14.5%，控灌Ⅰ需水量减少10.3%，控灌Ⅱ需水量减少13.1%， 控灌Ⅰ灌水量减少34.6%， 控灌Ⅱ灌水量

减少41.2%，可以看出控制灌溉大大降低了灌溉水量，主要因为控制灌溉本身调控水分抑制了水稻蒸腾蒸发，且与淹水灌溉相比，控制灌溉渗漏量平均减少17.7%，排水量平均减少16.7%，在全生育期降雨充沛的情况下“漏少排少”，较大程度地利用了降雨量对灌溉水分的补给，并减少无效耗水。

2.4 水稻水分利用率

水稻水分利用率是作物产量与蒸发蒸腾量之比，是衡量灌水效果和节水潜力的重要指标[8-9]。不同处理水稻水分利用效率见表6。3种处理中淹水灌溉产量最高，为 0.647 1 kg/m2，但蒸腾蒸发量也较高，所以水分利用率最低为1.17 kg/m3，控制灌溉虽然产量低于淹水灌溉，但蒸发蒸腾量较低，故控制灌溉水分利用率高于淹水灌溉，控灌Ⅰ水分利用率最高，为1.27 kg/m3，控灌Ⅱ与控灌Ⅰ相比需水量与产量均有所降低，故水分利用率相近， 由此可以看出，控制灌溉可以达到高效用水的目的。

2.5 耗水节水潜力

依据耗水节水潜力定义及已有研究成果，耗水节水潜力计算公式为[10]：WET=10×（ET基准-ET带水）×A区。

（4）

式中：WET为耗水节水潜力（m3）;ET基准为未实施节水措施前作物腾发量（mm）;ET节水为实施节水措施后的作物腾发量（mm）;A区为研究区面积（hm2）。

将试验不同处理水稻腾发量，淹水灌溉为549.6 mm，控灌Ⅰ为492.9 mm，控灌Ⅱ为477.1 mm，与试验区面积代入式（4）中，取滇中地区水稻种植面积14.72万hm2（昆明市、曲靖市、玉溪市、楚雄市）。与淹水相比，控灌Ⅰ耗水节水潜力为8 346.24万m3，控灌Ⅱ耗水节水潜力为1 0672万m3，可见滇中地区节水潜力巨大。

3 结语

气象因素与水稻逐日需水量有着一定关系，受滇中高原气候影响，水稻生育前期气候干燥，而后期湿度大，风速低，导致需水高峰出现在分蘖期，生育后期蒸发蒸腾量较低且生长发育时间长。

与淹水灌溉相比，控制灌溉通过降低水稻蒸腾蒸发，减少渗漏量与排水量，充分利用了降雨对灌溉水的补给，且控制灌溉水分利用效率高于淹水灌溉，起到高效节水的效果。

与传统灌水方式比较，控灌Ⅰ耗水节水潜力为8 346.24万m3，控灌Ⅱ耗水节水潜力为10 672万m3，表明滇中地区若采用适宜的灌溉模式节水潜力巨大。

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