內(nèi)蒙古通遼市水稻膜下滴灌灌溉制度試驗(yàn)研究

陳 金 武

(內(nèi)蒙古遼河工程局股份有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

0 引 言

水稻在我國(guó)種植歷史可以追溯到幾千年，是東北地區(qū)常食用的作物。世界近半數(shù)的人口都以水稻為食，水稻是一種喜水性作物，灌溉用水量高達(dá)18 000 m3/hm2，高額的耗水量使得水資源嚴(yán)重短缺不足、高耗水作物面積銳減。水稻在北方丘陵山區(qū)面積銳減，作為水資源嚴(yán)重匱乏的丘陵山區(qū)城市----通遼市，人均水資源占有量1 752 m3，耕地灌溉占有水資源量5 670 m3/hm2，僅為全國(guó)平均水平的27%，遠(yuǎn)低于全國(guó)水資源占有量，同時(shí)通遼市又是內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)糧超百億斤的大市之一，2016年通遼市糧食產(chǎn)量高達(dá)69.58 億kg。但目前通遼市農(nóng)業(yè)灌溉大部分仍采取傳統(tǒng)的灌溉方式，灌溉定額相對(duì)較高，水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象嚴(yán)重，因此農(nóng)業(yè)節(jié)水具有較大的潛力。當(dāng)?shù)厮Y源不足的瓶頸嚴(yán)重制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)灌溉用水為用水大戶，用水量達(dá)到2/3以上，灌溉水有效利用系數(shù)介于0.4～0.6之間，提高灌溉水有效利用系數(shù)將大大減少水資源的損耗。節(jié)約保護(hù)水資源，強(qiáng)化水資源稀缺意識(shí)已到了刻不容緩的地步[1]。全國(guó)各地針對(duì)各地資源型缺水、工程缺水等不同缺水特點(diǎn)，進(jìn)行了有針對(duì)性的分析。近幾年，部分學(xué)者對(duì)水稻膜下滴灌開始進(jìn)行研究，針對(duì)其喜水性，研究各階段的灌溉定額，取得了一些成果。目前，陳林、程蓮等[2]通過(guò)對(duì)比的方式對(duì)膜下滴灌方式與常規(guī)淹灌方式的水稻產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析,試驗(yàn)證明,水稻膜下滴灌方式不僅產(chǎn)量提高,還節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。王志軍、謝宗銘、田又升等學(xué)者[3]以2個(gè)品種為試材,比較了在膜下滴灌和淹灌兩種栽培模式下乳熟期葉片的光合色素含量等參數(shù)的差異,對(duì)兩種栽培模式下的水分利用效率和產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行了分析和確定。何海兵、楊茹、武立權(quán)等學(xué)者[4]通過(guò)多次試驗(yàn)研究表明, 增加灌溉強(qiáng)度有利于膜下滴灌水稻生長(zhǎng)發(fā)育。

通遼市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部，為自治區(qū)省域副中心城市，屬于典型的丘陵山區(qū)[5]。采用通遼市試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠很好地代表內(nèi)蒙古東部地區(qū)丘陵山區(qū)的特點(diǎn)，同時(shí)發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，有利于打開丘陵山丘區(qū)種植缺水的壁壘，打破缺水瓶頸。

1 試驗(yàn)內(nèi)容與方法[6-8]

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)選取在具有典型地形代表的通遼市奈曼旗的六號(hào)農(nóng)場(chǎng)。

通遼市奈曼旗的六號(hào)農(nóng)場(chǎng)屬半丘陵地區(qū)，所在地屬北溫帶大陸性季風(fēng)干旱氣候，冬季漫長(zhǎng)而寒冷，夏季短而溫?zé)?、干旱少雨。年平均氣溫介?.0～6.5 ℃。平均降水量為366 mm。無(wú)霜期平均150 d左右。年平均風(fēng)速3.0～4.1 m/s。，項(xiàng)目區(qū)大風(fēng)主要集中在春冬兩季，春季占全年大風(fēng)日數(shù)的60%以上，年平均風(fēng)速為3 m/s，灌溉生育期平均風(fēng)速為2 m/s。最大凍土深為1.8 m。

項(xiàng)目區(qū)多年平均降雨量為344.7 mm，多年70%以上的降雨集中在6-8月份。多年平均蒸發(fā)量為1 939.9 mm，整個(gè)生育期日照時(shí)數(shù)在1 490～1 640 h之間，氣溫≥10 ℃年積溫為3 000 ℃，項(xiàng)目區(qū)光照充足，為作物生長(zhǎng)提供了豐富的熱量和光照條件，適宜作物生長(zhǎng)。。試驗(yàn)選取時(shí)間為2016年，該年份代表性屬于一般干旱年。

1.2 試驗(yàn)方法[4]

本次試驗(yàn)選取6 667 m2為試驗(yàn)面積，選取通遼市常種的龍埂39水稻品種為研究對(duì)象，水稻植株采用大壟雙行種植，毛管沿著作物種植走向單行平順布置，大壟設(shè)計(jì)寬70 cm，小壟設(shè)計(jì)寬40 cm，滴灌帶間距保持在110 cm。為了保持土壤含水率，提高地面積溫，延長(zhǎng)水稻生育期，試驗(yàn)采用覆膜種植方式。覆膜選0.02 mm厚地膜，膜寬設(shè)計(jì)為1.5 m，通過(guò)使水稻橫向加寬而縱向加密，最大限度地改善田間通風(fēng)透光條件，通過(guò)邊行效應(yīng)提高水稻光合作用，增加水稻產(chǎn)量。 本次試驗(yàn)選取3種灌溉定額進(jìn)行試驗(yàn)，分別為：3 000、4 500、7 500 m3/hm2進(jìn)行灌溉。如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)區(qū)水稻種植模式

2 不同灌水量下數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果主要從土壤墑情變化(含水率)、灌溉定額、水分生產(chǎn)率、作物產(chǎn)量等方面進(jìn)行分析。

2.1 土壤基本特性分析

選取水稻生育期內(nèi)的試驗(yàn)田塊，通過(guò)測(cè)坑對(duì)作物生長(zhǎng)根系范圍內(nèi)的土壤進(jìn)行采集，經(jīng)環(huán)刀法測(cè)定0～1 m土壤容重達(dá)1.6 g/cm3，說(shuō)明該土屬于緊密的砂土，該土質(zhì)結(jié)構(gòu)性較差，但粗孔隙較多，通透性較好，但保水能力略微不足，水稻可以正常生長(zhǎng)發(fā)育。

經(jīng)過(guò)測(cè)定土壤容重在1.6 g/cm3，經(jīng)分析土壤孔隙度達(dá)到44%。如表1、表2。

表1 試驗(yàn)地塊土壤物理特性

表2 試驗(yàn)地土壤容重及孔隙度

綜合計(jì)算得出不同頻率降雨系列表如表3。

根據(jù)通遼市灌溉試驗(yàn)站氣象站資料，2016年水稻生育期有效降雨量詳見表4。

從降雨月份來(lái)說(shuō)，6-8月有效降雨較大，占全年的75%以上，對(duì)作物分蘗—拔節(jié)—抽穗—乳熟期3個(gè)區(qū)間段的生長(zhǎng)起著關(guān)鍵作用。

表3 不同頻率降雨系列表

注：2016年通遼市灌溉試驗(yàn)站氣象資料顯示年降雨量為285.2 mm，該地區(qū)屬一般干旱年份。

表4 不同月份有效降雨量表

關(guān)鍵作用。

2.2 灌溉定額的分析

土壤水分是保證作物生長(zhǎng)的重要參數(shù)，水分可保持土壤墑情的正常發(fā)展，是土壤涵養(yǎng)、作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。本次試驗(yàn)在土壤肥力、作物光照等因素基本保持一致情況下，僅對(duì)灌溉定額作為變量進(jìn)行分析。

水稻從播種期開始，歷經(jīng)出苗、分蘗、拔節(jié)、抽穗、揚(yáng)花、乳熟、蠟熟，至完熟期結(jié)束，共9個(gè)階段，生育期總計(jì)時(shí)長(zhǎng)為133 d。其中7、8月份耗水量達(dá)到頂峰。

圖2 水稻不同生育階段耗水量曲線

從圖2可以看出，不同處理土壤含水率的變化趨勢(shì)基本一致，但不同處理土壤平均含水率不同，灌溉定額為7 500 m3/hm2土壤平均含水率最高，作物耗水量最大；灌溉定額為4 500 m3/hm2土壤平均含水率及作物耗水量適中，灌溉定額為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時(shí)期對(duì)水分的需求有所不同，整個(gè)生育時(shí)期耗水量強(qiáng)度也不盡相同。從水稻不同處理耗水量關(guān)系曲線可以看出，不同灌水量處理的水稻生育期耗水量變化規(guī)律趨于一致，即在發(fā)芽出苗期和幼苗期需水量較少，拔節(jié)以后逐漸增加，分蘗期仍需較多的水分，抽穗—楊花期需水量達(dá)到最高峰，以后才顯著減少。拔節(jié)孕穗期植株迅速生長(zhǎng)，此時(shí)由于氣溫高，葉面蒸騰會(huì)隨之加強(qiáng)，要有充足的水分供應(yīng)。水稻抽穗開花期日耗水量最大，是需水臨界期的重要階段。適宜的水分條件，能延長(zhǎng)和增強(qiáng)綠葉的光合作用，促進(jìn)作物灌漿飽滿。反之，如土壤水分不足，會(huì)使葉片過(guò)早衰老枯黃，產(chǎn)量降低。

作物水分生產(chǎn)率是指作物消耗單位水量后的產(chǎn)量，其結(jié)果為作物產(chǎn)量與作物凈耗水量的比值。與常規(guī)淹灌相比，水稻膜下滴灌的水分生產(chǎn)率在灌水量為7 500 m3/hm2提高近一倍，在其他灌水量也有提升。

通過(guò)表5、表6計(jì)算可知，在2016年度水稻在膜下滴灌灌水條件下，不同處理其作物產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率及灌溉水利用率不同，在灌溉定額為7 500 m3/hm2的灌水量條件下，作物產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率及灌溉水利用率最高，因此，在2016年(一般干旱年，75%)膜下滴灌條件下，水稻最佳灌水量為7 500 m3/hm2，此時(shí)可得出最佳灌溉水利用率，水分生產(chǎn)率可達(dá)0.68。

表5 不同定額下水分生產(chǎn)率

表6 不同定額下灌溉水利用率

根據(jù)試驗(yàn)和率定，確定水稻膜下滴灌灌溉定額為7 500 m3/hm2。經(jīng)過(guò)對(duì)水稻灌溉制度的分析，合理制定平水年各個(gè)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額

通過(guò)對(duì)水稻不同生育期的水分核定，核定內(nèi)蒙古自治區(qū)丘陵山區(qū)溫暖半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)的一般年灌溉定額為7 500 m3/hm2，在干旱年份，加大計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，增加灌溉定額4 500 m3/hm2，即可保證水稻的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.3 產(chǎn)量分析

水稻株高是糧食作物生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)重要指標(biāo)，直接影響作物的產(chǎn)量及抗旱等多方面因素，通過(guò)對(duì)多個(gè)試驗(yàn)田塊的株高對(duì)比分析，觀察當(dāng)株高達(dá)到80 cm以上，即可保證作物的產(chǎn)量不受過(guò)大影響。通過(guò)對(duì)9塊試驗(yàn)區(qū)域的平均株高進(jìn)行對(duì)比，從圖2可以看出，水稻完熟期長(zhǎng)勢(shì)良好，株高平均在80 cm，滿足試驗(yàn)要求，驗(yàn)證了灌溉定額下保證了作物的產(chǎn)量。見圖3。

圖3 水稻不同生育階段株高

水稻膜下滴灌技術(shù)按灌溉定額7 500 m3/hm2計(jì)算比常規(guī)淹灌每公頃節(jié)水12 000 m3,節(jié)水幅度為64.54%，理論產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量表現(xiàn)基本一致。水產(chǎn)比比常規(guī)淹灌高出 50.7%，作物結(jié)實(shí)率比常規(guī)淹灌高 6.61%，有效穗數(shù)比常規(guī)淹灌少 12.16%。

水稻采用膜下滴灌技術(shù)的種植方式，在灌溉方面，根據(jù)水稻不同生育期需水規(guī)律，進(jìn)行適量的局部灌溉，使水稻根系主要活動(dòng)區(qū)域的土壤保持在最佳的含水量卻不形成水層；在施肥方面，根據(jù)水稻不同生育期需肥規(guī)律，采用易溶于水的肥料種類，對(duì) N 、P 、K 及微量元素用量進(jìn)行合理配比采用肥隨水施的施肥方式施入土壤，供給水稻吸收利用，特別是在水稻生長(zhǎng)進(jìn)入開花結(jié)實(shí)期，水肥應(yīng)及時(shí)供應(yīng)確保提高水稻結(jié)實(shí)率和每穗粒數(shù)。

綜上所述，采用水稻膜下滴灌種植，相對(duì)常規(guī)淹灌可以節(jié)約大量農(nóng)業(yè)用水，特別是干旱、半干旱地區(qū)，把灌溉用水節(jié)約下來(lái)通過(guò)水權(quán)轉(zhuǎn)換變?yōu)楣I(yè)用水，可大幅度增加農(nóng)民收入，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)，水稻采用膜下滴灌技術(shù)覆膜后 ，可以很好的抑制雜草生長(zhǎng)，除草劑用量明顯減少，避免了因大量施用除草劑帶來(lái)的水污染與環(huán)境；總之，發(fā)展水稻膜下滴灌高效節(jié)水技術(shù)具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

表8 不同種植方式下水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素表

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)在試驗(yàn)區(qū)對(duì)6 667 m2試驗(yàn)地進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論。

(1)水稻屬喜水性作物，缺水不利于其生長(zhǎng)發(fā)育，適當(dāng)增加灌水定額有利于水稻的生長(zhǎng)，對(duì)于平水年，灌溉定額控制在7 500 m3/hm2，在干旱年份，加大計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，增加灌溉定額4 500 m3/hm2，即可保證水稻的生長(zhǎng)發(fā)育。

(2)水稻膜下滴灌相對(duì)于常規(guī)的淹灌，水產(chǎn)比大幅度提高，僅節(jié)水水權(quán)轉(zhuǎn)換就極大地增加了農(nóng)民的收入，同時(shí)也保證了糧食產(chǎn)量。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得出：水稻膜下滴灌適合在水量(降水及灌溉充分)相對(duì)富裕的溫帶大陸性季風(fēng)干旱丘陵山區(qū)示范與推廣，既減少了用水量，又保證了產(chǎn)量，突破了干旱區(qū)丘陵山區(qū)缺水的瓶頸。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李國(guó)佳，牟獻(xiàn)友，李金山，等. U形渠道直壁式量水槽水力特性的研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電出版社, 2010,(5):124-127.

[2] 陳 林，程 蓮，李 麗，等. 水稻膜下滴灌技術(shù)的增產(chǎn)效果與經(jīng)濟(jì)效益分析[J] 中國(guó)稻米，2013,19(1):41-43.

[3] 王志軍，謝宗銘，田又升，等. 膜下滴灌和淹灌兩種栽培模式下水稻光合生理特性的研究[J] 中國(guó)水稻科學(xué)，2015,29(2):150-158.

[4] 何海兵，楊 茹， 武立權(quán)，等. 膜下滴灌水稻優(yōu)化毛管配置模式及適宜灌溉強(qiáng)度的研究[J]中國(guó)水稻科學(xué)，2016,30(1):75-84.

[5] 李國(guó)佳.赤峰市丘陵山區(qū)玉米膜下滴灌增產(chǎn)增效效果分析[J]. 節(jié)水灌溉，2014(10)：15-17,21.

[6] 李國(guó)佳.網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)平臺(tái)下紫花苜蓿土壤水鹽變化研究[J]. 人民黃河，2017(3)：136-140.