洱海流域稻田水分管理模式研究.pdf
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1、江西农业学报 2023,35(11):121127ActaAgriculturaeJiangxiDOI:10.19386/ki.jxnyxb.2023.11.018洱海流域稻田水分管理模式研究刘清圣1,王 莹1,2*,陈丽红1,毕红春1,杨文杰1,张刘东1,2,王树仿1,2(1.云南农业大学 水利学院,云南 昆明 650201;2.云南省高校绿色智慧农田与碳减排工程研究中心,云南 昆明 650201)摘 要:为明确洱海稻田水分管理模式,在洱海古生村开展大田试验,设置控制灌溉(控灌,C)和当地常规灌溉(常灌,CK)2种灌水模式,分生育阶段观测水稻的生理生长指标和水量平衡要素。研究结果表明:与常灌
2、相比,控灌水稻的分蘖数、株高、干物质、产量分别提高了12.0%、4.0%、32.0%、4.8%,水稻腾发量、田间渗漏量、灌溉用水量分别减少了10.8%、37.8%、48.0%,灌溉用水效率提高了1.81 kg/m3。综上,在洱海流域采用控灌模式可改善当地水稻的生物学性状,在保证水稻不减产的前提下,可减少洱海的灌溉用水量和污水排放量,对洱海流域水资源保护具有重要意义。关键词:洱海流域;稻田;水分管理;控制灌溉 中图分类号:S275 文献标志码:A 文章编号:1001-8581(2023)11-0121-07Research on Water Management Patterns in Padd
3、y Fields in Erhai Lake Basin LIUQing-sheng1,WANGYing1,2*,CHENLi-hong1,BIHong-chun1,YANGWen-jie1,ZHANGLiu-dong1,2,WANGShu-fang1,2 (1.CollegeofWaterConservancy,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China;2.EngineeringResearchCenterofGreenSmartFarmlandandCarbonEmissionReductioninUniversitiesofYunn
4、anProvince,Kunming650201,China)Abstract:InordertoclarifythewatermanagementmodeofricefieldsinErhaiLake,afieldexperimentwasconductedinGushengVillage,ErhaiLake.Controlledirrigation(C)andconventionalirrigation(CK)methodsweresetup,andphysiologicalgrowthindicatorsandwaterbalanceelementsofricewereobserveda
5、tdifferentstagesofgrowth.Theresultsshowedthatcomparedwithconventionalirrigation,controlledirrigationincreasedthetillernumber,plantheight,drymatterandyieldofriceby12.0%,4.0%,32.0%and4.8%respectively.Italsoreducedricetranspiration,fieldleakageandirrigationwaterusageby10.8%,37.8%and48.0%respectively.Ov
6、erall,theirrigationwateruseefficiencyincreasedby1.81kg/m3.Inconclusion,adoptingcontrolledirrigationmethodsintheErhaiLakebasincanimprovethebiologicalcharacteristicsoflocalricecrops.Itcanreduceirrigationwaterusageandsewagedischargefromthelakewhileensuringriceproduction,whichisofgreatsignificanceforwat
7、erresourceprotectioninErhaiLakeBasin.Key words:ErhaiLakeBasin;Paddyfield;Watermanagement;Controlledirrigation0 引言洱海位于云南省大理白族自治州境内,是云南省第二大高原淡水湖泊。近年来,洱海富营养化问题日益严重,工业、旅游业、农业等排放的氮磷污染物加剧了洱海的水质污染1-2。经调研发现,洱海是流域内农业灌溉的主要水源3-4,但由于当地较为粗放的田间水肥管理模式,不仅造成了当地水资源的浪费,而且增加了肥料径流流失的风险。水稻属湿生类作物,具有喜湿、耐水的特性,由于稻田须保持较高的土壤含水
8、率5,是我国耗水量最多的作物之一,因此,研究水稻在生长过程中对水分的需求,减少水稻灌溉以及提高水分利用率是中国节水农业的一个重要发展方向7-8。大量研究表明,适当的水分调控不仅能够减少水稻的耗水量,还能提高水稻产量,减少雨后农田排水9-14。高婷9对水稻调亏灌溉控制指标进行了研究,采用控制土壤含水率的相关技术在分蘖期设计了缺水处理,分析验证了不同水肥处理对水稻生长特收稿日期:2023-08-19基金项目:云南省科技厅重大科技专项(202202AE090034);云南省兴滇人才支持计划(XDYC-QNRC-2022-0107);云南农业大学第十六届学生科技创新创业行动基金项目(2023Y0792
9、)。作者简介:刘清圣(2001),男,云南文山人,硕士研究生,研究方向为节水灌溉理论及灌区水管理。*通信作者:王莹。江 西 农 业 学 报35 卷122性和产量的影响机制,为水稻合理灌溉与优产提供了有力保证;李洲10针对水稻灌浆结实期实施了干湿交替灌溉技术,证实了轻度干湿交替的灌溉方式有利于增加水稻的最终产量;俞双恩等12耦合了稻田控制灌溉与控制排水技术,并分析其对稻田灌水量、产量以及氮磷流失的影响,取得了节水、减排、控污的效果;Lu等14通过对水稻4个主要生育期进行控制排水试验,得出稻田水分管理可在一定程度上减少农业面源污染。洱海流域水稻种植面积约7507hm2,其灌溉用水量占总用水量的46
10、%。为了保护洱海的生态环境,减少对洱海的取水以及减少农田污水入湖非常重要。然而,关于洱海流域水稻节水灌溉方法的研究相对较少,加之其特殊的气候类型和地形地貌,平原区已有的水稻节水模式研究成果无法直接借鉴15。因此,本文在洱海流域水稻种植区通过开展稻田水分管理模式研究,探究不同水稻控制灌溉模式对缓解洱海流域水资源的供需矛盾和入湖污染负荷的影响,以期为洱海流域水稻灌溉管理提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验区概况洱海流域地处低纬高原,属低纬高原季风气候,四季温和,年平均气温为14.8;全年有干湿季之别,但无四季之分,洱海流域雨量充沛但分布不均匀,全年95%的降雨集中在510月,年降雨量10001
11、100mm。试验区位于大理白族自治州湾 桥 镇 古 生 村(100 8 25 W,25 48 58 N),海拔1913.6m,大气压799.2hPa。当地习惯稻油轮作,试验区土壤为沙壤土,030cm土层土壤理化性质具体为:土壤容重1.21g/cm3,饱和含水率50.7%,田间持水率31.72%,渗透率0.08mm/h,pH值6.7,全氮含量4.3g/kg,有效磷含量68.3mg/kg,有效钾含量99.5mg/kg,有机质含量68.1g/kg。1.2 试验设计选取6块条田作为试验小区,其中前3个小区的面积均为320m2,后3个小区面积均为353m2,各小区间使用埋深80cm的塑料薄膜作隔水处理,
12、防止侧渗。试验设置常规淹灌(常灌,CK)和控制灌溉(控灌,C)2种灌水模式,3次重复。各处理的水分调控指标见表1,分蘖期的根层观测深度为020cm,拔节孕穗期的根层观测深度为030cm,抽穗开花期和乳熟期的根层观测深度为040cm。小区内水稻种植株距11cm、行距39cm、40穴/m2。表1 不同灌溉模式下田间水层的控制标准 mm灌溉模式控制标准返青期分蘖前期分蘖中期分蘖末期拔节孕穗期抽穗开花期乳熟期黄熟期常规淹灌(CK)上限25100%s100%s100%s100%s100%s100%s自然落干下限550%s50%50%s50%s50%s50%s雨后极限256010050150200200控
13、制灌溉(C)上限25100%s100%s100%s100%s100%s100%s自然落干下限580%s70%s65%s80%s85%s75%s雨后极限256010050150200200注:灌溉上限为每次灌溉灌至的高度,低于灌溉下限则需要灌溉。s为水稻根层土壤饱和含水率。供试水稻品种为云粳37,移栽日期为2022年5月30日,水稻生育期为2022年5月30日10月18日,全生育期共142d。所有小区采用相同施肥方案(有机肥+生物菌肥),全生育期总养分投入量N:180kg/hm2,P2O5:156kg/hm2,K2O:186kg/hm2。各阶段生育期划分情况和主要施肥情况分别见表2、表3。1.3
14、 观测内容与方法通过气象站获取气象数据,具体指标包括:逐日降雨量、气温、气压、相对湿度、太阳辐射、风速、风向等。田面水层和土壤含水率采用“S”点采样法,定时用直尺测量同一小区内的3个定点水层;用TDR或烘干法测定3个定点的土壤含水率。地下水位的观测方法:每个小区设置一个PVC地下水位观测井,用于地下水位观测。表2 水稻各生育期划分情况生育期开始日期/(月/日)结束日期/(月/日)天数/d返青期5/306/79分蘖前期6/86/2114分蘖中期6/227/1423分蘖末期7/158/219拔节孕穗期8/38/2624抽穗开花期8/279/1722乳熟期9/189/3013黄熟期10/110/18
15、1811 期刘清圣等:洱海流域稻田水分管理模式研究123表3 生育期主要施肥情况施肥日期/(月/日)肥料类型施肥种类施肥量/(kg/hm2)NP2O5K2O5/19基肥云叶有机肥+云叶生物菌肥82.6585.2072.006/24蘖肥遍地绿小桶水溶肥73.8029.7074.857/28穗肥硫酸钾镁肥0022.58/18追肥硫酸锌水溶肥/灌排水量:由安装在每小区灌水(排水)口上的水表读出。水稻分蘖数与株高的测定方法:定点观测分蘖增减动态和株高变化,分蘖期开始时每隔5d观测1次,临近分蘖的高峰期到抽穗期每隔23d观测1次,直至分蘖稳定。干物质的测定:在各生育阶段末期,每个处理取连续5株水稻,分茎
16、、叶、穗、根装入信封,在105下杀青0.5h,然后在80烘干48h后测定干物质量。水稻产量数据的测定:于收获前5d在各小区随机选取具有代表性的4穴水稻进行考种,并选取1m2区域测量样方产量。田间水量平衡的测定:本试验包括控灌与常灌2种处理,采用控灌的稻田,从返青期开始田面基本无水层,主要以土壤水分确定灌水定额。因此,田间水量平衡应当考虑田面有水层和田间无水层2种情况,两者的计算公式16分别为:Hi=Hi-1+Pi-1+Ii-1-ETi-1-Di-1-Si-1 (1)i=i-1-10(ETi-1-Pi-1-Ii-1+Si-1)A0H (2)式(1)式(2)中:Hi为第i日开始时的水深(mm);H
17、i1为第i-1日开始时的水深(mm),Pi-1为第i-1日的降雨量(mm);Ii1为第i-1日灌水量(mm);ETi1为第i-1日的作物腾发量(mm);Di1为第i-1日的田间排水量(mm);Si1为第i-1日的深层渗漏量(mm);i为第i日土壤含水率(%);A0为土壤孔隙率(%);根据灌区实际情况和经验值确定;H为作物根系吸水层深度(mm),根据灌区实际情况和经验值确定。作物蒸发蒸腾量(ET0)根据Penman-Monteith公式17计算,水稻实际腾发量(ETc)的计算公式为:ETc=KsKcET0 (3)式(3)中:Kc为作物系数,取参照值iniKc=1.05、midKc=1.2、end
18、Kc=0.75;Ks为节水灌溉的土壤水分修正系数18。2 结果与分析2.1 水量分析2.1.1 气象因子分析 在水稻各生育阶段,气象因子对水稻需水量具有重要的影响。由图1可知,日平均气温、最大日均气温和最小日均气温呈现出相似的变化趋势,即“减增减增减”的山峰型变化特征。具体来说,拔节孕穗期的气温最高,而黄熟期的气温最低。在整个生育期内,拔节孕穗期抽穗扬花期、乳熟期黄熟期这2个阶段的气温变化幅度较大,而其他阶段的气温变化幅度相对较小。全生育期内的总降雨量为444.6mm,其中有效降雨量为381.4mm,在此期间,抽穗扬花期的降雨量最大,有效降雨量达到了119.8mm,而乳熟期的有效降雨量最小,仅
19、为6.3mm。因此,降雨主要集中在水稻生育期后期,水稻已经具备了较强的耐淹能力。与常规淹灌相比,控制灌溉的田面无水层,并具有更强的容蓄能力,能够更有效地利用雨水资源,避免稻田过度积水,从而能够减少从洱海取水灌溉。2.1.2 需水规律分析 水稻全生育期的降雨量、腾发量(ET)以及地下水埋深的动态变化如图2所示。由图2可知,洱海流域的地下水埋深较浅,主要在地面以下1540cm的范围内,控灌的地下水埋深相比常灌较浅。同时,根据该地区的降雨特征,水稻生育期内暴雨和大雨发生的次数相对较少,而中雨和小雨较为常见。水稻生育期内的需水关键时期主要出现在分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期。在开始实施控制灌溉之前,2
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