水稻无水层灌溉水分生产率分析

奕永庆,周国雄

(1.余姚市水利局,浙江 余姚 315400;2.余姚市河姆渡镇水利站,浙江 余姚 315400)

早在20世纪80年代初,水利专家已意识到,我国即将面临缺水危机。各地水利专家在总结农民高产栽培技术的基础上,开展了水稻节水高产灌溉技术试验研究。20世纪90年初相继总结出一批技术成果,例如:河海大学的“控制灌溉”、浙江的“薄露灌溉”、广西的“浅、薄、湿、晒灌溉”、辽宁的“浅湿灌溉”等。诸多技术在操作上有繁简、理论上有深浅,但在本质是接近的,即减少灌溉水量,增加土壤含氧量,协调水、肥、气、热各要素,优化根系环境,促进水稻生长,实现节水基础上的优质增产。

1 水稻无水层灌溉

1.1 技术基础

1993年初,浙江省水利厅组织推广水稻薄露灌溉技术,即 “灌薄水、常露田”,薄指灌溉水层2～3 cm、水盖田即可,露指轻度搁田。薄是为了常露,露田是为了补氧。这种方法使单季水稻灌水次数从14～20次减少到6～10次,田面有1/2左右时间露田,在节水、节电的同时跑肥少、稻杆硬、产量高。余姚市这项技术的推广走在浙江省的前例,到1995年底覆盖面积达到92%,实现基本普及。“水稻要水又怕水,薄露灌溉产量高”,改变了一代人的观念。多年实践证明,大面积推广后,单季水稻平均节水938m3/hm2、节电 61.5 kW◦h/hm2、 增产353 kg/hm2。

1.2 技术方法

在推广薄露灌溉过程中,农民感到在操作中对 “薄”较难把握。中国水稻研究所在1989—1993年新安江水库“水面种稻”获得成功,最高产量达到10 065 kg/hm2。笔者从中得到启发:水稻只要根系有水,稻杆不浸水也能生长,并且获得高产,由此联想到通过“沟灌”、“跑马水”和利用降雨补充水分,而田面不留水层的灌溉方法,即无水层灌溉。

水稻无水层灌溉,是根据其不同生育期的需水特性,充分利用雨水并加少量几次沟灌,使土壤保持70%～100%的田间持水量。在多雨的南方地区仅需灌水2～6次,节约灌溉水量1/2～2/3,且能使水稻高产。即在插秧或抛秧后至返青期,田面“半水半露”,保持土壤含水率100%,以促秧苗扎根返青,此后田面“只湿不淹”。用通俗的语言向农民表述就是“少淹田” 即水田面时间要短,“不白田”即保持田面湿润。

田面无水层而土壤有水分,能满足水稻生长需要。武汉大学教授茆智院士认为:“水稻需水不一定田面有水,田面无水层并不是土壤无水分”,辩证地说明了水层与水分的关系。

2 试验示范成果

从1998年以来,在余姚市河姆渡镇开展了小区试验示范,设2块对比田,面积各为667 m2,分别采用无水层和薄露灌溉,结果如下:

2.1 增加产量对比

1998—2006年,7 a早稻,无水层灌溉平均产量6 990 kg/hm2,比薄露灌溉增产651 kg/hm2,增产率10.3%;比群众习惯灌溉增产990 kg/hm2,增幅16.5%。14 a晚稻,无水层灌溉平均产量7949 kg/hm2,比薄露灌溉增产717 kg/hm2,增产率9.9%;比群众习惯灌溉增产1 175 kg/hm2,增幅17.4%(见表1)。

2.2 灌溉水量对比

2003—2006年,4 a早稻平均无水层灌溉灌水2.7次,灌水量978m3/hm2,薄露灌溉灌水6次,灌水量1 808m3/hm2,前者节约830m 3/hm2,节水率46%,与群众习惯灌溉3 150 m3/hm2相比,节水2171m3/hm2,节水率69%。9 a晚稻平均无水层灌溉灌水4.4次,灌水量1 020m3/hm2,薄露灌溉灌水9次,灌水量2430m3/hm2,前者节约1 410m3/hm2,节水率58%;与当地群众习惯灌溉3 975m3/hm2相比,节水2 955 m3/hm2,节水率74%(见表2)。

表1 水稻无水层灌溉与薄露灌溉产量对比表 kg/hm2

表2 水稻无水层灌溉与薄露灌溉水量对比表 m3/hm2

2.3 水分生产率对比

作物水分生产率是作物产量与净耗水量之比,公式为:I=y/(m+p+d+t)

式中:I为作物水分生产率 (kg/m3);y为作物产量(kg/m3);m为生育期内净灌溉水量 (m3/hm2);p为生育期内有效降水量(m3/hm2);d为地下水补给量(m3/hm2),t为土壤水分变化率,本实验假设为0。经过对4 a双季稻、5 a单季晚稻灌水量、降水量、排水量的计算,得出无水层灌溉早稻、晚稻的水分生产率分别为2.67,2.94 kg/m3(见表3),由于没能计入地下水补给量,此值略高于实际值,但也达到了国际先进水平。从外观上看,无水层灌溉的稻谷色泽明显黄亮,说明米质得到优化。薄露灌溉早、晚稻的水分生产率分别为1.77,1.73 kg/m3,(见表4)。为了增强可比性,笔者调查了该地区2011年9个灌区的灌水量,得出单季晚稻和双季稻平均水分生产率分别为1.32,1.29 kg/m3,由此证明,水稻灌溉存在巨大节水潜力。

表3 水稻无水层灌溉水分生产率表

表4 水稻薄露灌溉水分生产率表

2.4 增产原因分析

减少水稻灌溉水量可以提高产量,初步分析原因如下:

(1)土壤含氧量增加。土壤中水分与空气呈反比,水少则空气多。田面大部分时间为无水层,田持水量在70%～100%,能满足水稻生长需要,同时空气接触并进入土壤,含氧量上升,二氧化碳和硫化氢等有害气体随之散逸,改善了水稻根系的生长环境,促进白根萌发和养分吸收,根深则叶茂”,促进水稻有效穗增加、大穗形成与千粒重增加。

(2)发病率降低。田面没有水层,水分蒸发量减少,降低了田间小气候湿度,使纹枯病等多种病害发生的程度明显减轻,促进了植株健壮,还提高抗倒伏能力。

(3)养分流失减少。节水灌溉使田间流失的水量减少50%～70%,使养分流失也同比例减少,肥料利用率提高。

3 水稻节水灌溉的意义

3.1 缓解缺水矛盾

缺水,在我国南方地区已经由30 a前的 “威胁”变成现实。缺水主要靠节水解决,水稻是用水大户,存在很大的节水潜力,(单季)节约750m3/hm2是 定的±1.5%～±2.5%的要求,因而所得到的效率曲线是符合要求的。

图3 试验机组水轮机效率曲线对比图(H=92.92 m)

4.2 稳定性试验

通过在不同运行工况下的测试,所测得定子机架、上机架、推力机架以及顶盖的水平振动最大幅值分别为18,42,8,24μm,各振动幅值均未超过规定的允许值;所测得的上导、水导、法兰处的摆度最大幅值分别为326,383,679μm,均未超过规定的允许值,证明改造后机组安装检修质量完好。

分析该机组上机架水平振幅、垂直振幅与转速、励磁电压的关系,在变转速试验、空载变励磁试验、定有功变无功试验以及变负荷试验中选取振动最大的1组数据,分别见图4、5。由图可知,上机架的水平振动并未随机组转速或励磁电流的增加等因素的变化而明显地增大,证明改造后该机组的转动部分的磁拉力及水力基本保持平衡。

图4 试验机组上机架振幅与转速关系曲线图

图5 试验机组上机架振幅与励磁电压关系曲线图

对该机组发电机层、蜗壳及吸出管处噪声监测数据进行分析,可知:吸出管处噪声最大,发电机层噪声最小;不同运行工况下,同一监测点的噪声变化不大;发电机层最大噪声为97.4 db,蜗壳最大噪声为104.8 db,吸出管处最大噪声为113.5 db。

5 结 语

机组效率及运行稳定性是衡量水轮机水力性能的重要指标,结合浙江湖南镇水电站5#机组的减振增容改造,对改造后机组进行全面测试分析:实测机组效率值与理论值规律一致,并比改造前提高了约1.25%;机组各部分振动也在规定范围以内,运行趋于稳定。证明减振增容改造是一项投资少、见效快的工程,对电站其他机组的改造有一定的指导作用。

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