汤旺河灌区水稻控制灌溉试验研究

张恩江，许武浩

(1．汤旺河灌溉试验站，黑龙江 汤原 154700；2.七台河市水政水资源管理办公室，黑龙江 七台河 154600)

汤旺河灌区水稻控制灌溉试验研究

张恩江1，许武浩2

(1．汤旺河灌溉试验站，黑龙江 汤原 154700；2.七台河市水政水资源管理办公室，黑龙江 七台河 154600)

根据汤旺河灌区5 a的试验资料，系统分析了控制灌溉对寒区水稻的产量、灌水量、耗水量，及水分利用效率的影响。结果表明：相对于对照(CK)，不蓄雨水的控灌Ⅰ处理会造成水稻小幅减产，而蓄雨水的控灌Ⅱ处理可使理论产量增加6.3%，样方产量增加10.6%；控灌处理的灌水量和耗水量均小于对照，且控灌Ⅰ的灌水量和耗水量最小，比CK年平均节水267.6 mm，年平均减少耗水334.2 mm；控灌处理的灌溉水利用效率(IWUE)和水分利用效率(WUE)均高于CK，控灌Ⅱ的IWUE高于控灌Ⅰ，但其WUE低于控灌Ⅰ；综合考虑控制灌溉对水稻产量和水分利用效率的影响，宜在寒区示范和推广控灌Ⅱ的水稻调控灌溉模式。

水稻；寒区；控制灌溉；水分利用效率

黑龙江省地处中国最北部，是中国最大的粳稻生产基地。2009年，黑龙江省粳稻产量(157亿kg)和商品量已居全国第一位[1]；2010年，黑龙江省水稻种植面积为297.33万hm2，用水量为240亿m3[2]；2011年黑龙江省水稻种植面积已达到343.40万hm2[3]，如按2010年水稻用水量估算，2011年水稻灌溉用水约277亿m3，分别占全省水资源总量和水资源可利用量的34%和72%(黑龙江省多年平均水资源总量和水资源可利用量分别按810.33亿m3和383.81亿m3计[4])。因此，大力发展和推广水稻节水灌溉技术对黑龙江省水资源可持续利用具有重要的现实意义，也是黑龙江省农业乃至经济社会可持续发展的必然要求。

水稻控制灌溉是根据水稻各生育阶段对水分的不同敏感程度，在发挥水稻自身适应能力和调节机能的基础上，进行适时适量供水的节水灌溉技术[5]，“控灌”是指控制土壤含水量[6]。具体讲，是指在秧苗移栽到本田后，田面保持薄水层返青，在返青以后的各生育阶段田面不再建立水层(如有除草、抵抗低温等生产性用水要求时，可根据实际情况临时蓄水)，根层的土壤水分作为控制灌溉指标，确定灌水时间和灌水定额。土壤水分控制上限为饱和含水率，下限则视生育阶段的不同，分别取饱和含水率的不同百分比组合[7-8]。黑龙江省稻田大多仍采取淹灌方式，灌溉定额较大，灌溉水利用系数不高，存在较大的节水空间。为验证水稻控制灌溉技术在高寒区应用及推广的可行性，从2004年开始，黑龙江省在全省范围内开展了寒区水稻控制灌溉技术协作研究，本试验为探索在黑龙江省第二积温区大面积推广水稻控制灌溉技术提供依据。

1 试验基本情况

1.1 试验点概况

汤旺河灌区是黑龙江省较大的自流灌区，设计灌溉能力6666.67万hm2，实际灌溉7233.33万hm2。负责香兰镇、竹帘镇、汤旺乡、香兰监狱、依兰县德裕镇，及伊春市浩良河镇的水田灌溉任务。试验点位于该灌区的汤旺河灌溉试验站，该站地理坐标为东经129°43′58″，北纬46°36′04″，海拔106.2 m；气候较温和，无霜期约150 d；在水稻生育期(5月—9月)内，多年平均降雨量约340.0 mm，日照时数约1150 h，日平均气温约19 ℃，活动积温约2500 ℃。本文主要依托试验站2004—2008年取得的各种试验数据。

1.2 水稻生育阶段划分及试验处理

根据《灌溉试验规范》的规定[9]，将水稻本田全生育期划分为返青、分蘖、拔节孕穗、抽穗开花、乳熟、黄熟6个生育阶段。水稻试验品种为空育131，旱育秧人工移栽。按正交拉丁方设计试验，采用对照、控灌Ⅰ、控灌Ⅱ三个处理，每个处理设置三次重复，共9个试验小区。对照(CK)处理的灌溉模式为“浅、湿”循环交替，在各生育阶段，两个控灌处理采取相同的控灌标准，控灌Ⅰ处理不蓄雨水，控灌Ⅱ处理除分蘖后期外，可蓄雨水，但蓄雨水深度不超过50 mm。各处理在不同生育期的灌溉标准见表1。

表1 试验各处理不同生育期的灌溉标准

注：①百分数为占土壤饱和含水率的百分数。②在返青期，对照处理灌水上限为30 mm，灌水下限为0 mm；控灌两处理的控制上限为“花达水”饱和含水率，控制下限为土壤饱和含水率的80%。③在黄熟期，各处理均自然落干。

1.3 试验观测方法

每年在插秧前利用环刀法测0～40 cm土层的土壤容重。根据水稻所处生育阶段的不同，取土深度为20～40 cm不等，并采用烘干法测定土壤含水量。利用三角堰量水灌溉，应用水位测针测定小区的稻田水层和排水量。在降雨和灌排前后随时加测田间水层或土壤含水量，在观测田间水层和土壤水分的同时观测地下水位。利用设在试验场的自动气象站观测气象指标，主要包括最高气温、最低气温、平均气温、空气相对湿度、风速、风向、降雨量、日照时数、气压等，水面蒸发量采用E601型水面蒸发器测定。生育动态调查内容包括基本苗、分蘖、株高、叶龄指数、根系性状、长相等。各小区在收割前3～5 d进行考种测产，考种内容包括穗长、有效穗数、每穗粒数、千粒重等，并计算理论产量；此外，每个样方进行测产并单打单收，晒干扬净后测定实际产量。

2 结果与分析

2.1 控制灌溉对水稻产量的影响

5 a的试验表明(见表2、表3)：控灌Ⅰ处理2004年增产，其余4年减产，理论产量减产幅度为1.7%～11.5%，样方产量减产幅度为4.6%～16.4%；控灌Ⅱ处理2006年减产，其余4年增产，理论产量增产幅度为1.0～12.3%，样方产量增产幅度为1.8%～20.0%。2006年两个控灌处理均出现了减产现象，分析原因是由于当年的气象异常造成的，该年份6月4日—6月19日(分蘖中期)、7月21日—8月5日(拔节孕穗后期至抽穗开花期)遇连雨天气，日照少，气温大都低于15 ℃，在8月中下旬还出现了早霜。对于控灌处理，由于有水分控制上限的试验要求，尤其控灌Ⅰ处理在雨天不蓄雨水，使得水稻受障碍型低温冷害的影响较重，这是当年造成控灌处理减产的根本原因。

表2 各处理的理论产量

表3 各处理的样方产量

从表2、表3还可以得出：对于寒区水稻，不蓄雨水的控灌Ⅰ模式会造成小幅减产，而蓄雨水的控灌Ⅱ模式会小幅增产，二者的增减幅度相当。由于大田的粗放管理与试验小区的精准经营不同，在大面积示范和推广控灌技术时，使稻田不蓄雨水的控灌Ⅰ模式操作起来不是很方便。因此，从技术的可操作性、水稻稳产和增产的角度看，宜发展和推广控灌Ⅱ的调控模式，不仅可以较多地利用雨水资源，节约灌溉水资源，还有望获得增产。

2.2 控制灌溉对水稻各生育阶段耗水量的影响

三个处理各生育阶段5 a平均灌水量见图1，根据水量平衡方程，计算得到的三个处理各生育阶段5 a平均耗水量见图2。与对照相比较，控灌处理5 a平均节约的灌水量和减少的耗水量统计结果见表4、表5。

图1 2004—2008年水稻各生育阶段平均灌水量

图2 2004—2008年水稻各生育阶段平均耗水量

处理节水程度移植返青期分蘖期拔节孕穗期抽穗开花期乳熟期黄熟期本田全生育期控灌Ⅰ节水/mm18 0107 960 641 615 424 1267 6节水(%)24 648 253 337 213 950 451 0控灌Ⅱ节水/mm15 2104 164 937 617 823 3262 9节水(%)18 549 562 743 023 748 952 6

注：表中的mm和%为相对于CK处理情况。

表5 控灌处理水稻减少耗水情况统计

注：表中的mm和%为相对于CK处理情况。

由图1、图2可见，在总体变化趋势上，各年份内控灌水稻的耗水量均明显低于对照处理，控灌Ⅰ处理在大多数生育阶段内的耗水略低于控灌Ⅱ处理。在返青期和分蘖期，控灌处理与对照处理的灌水量和耗水量接近，这是因为在返青期各处理的泡田用水相近，在用完封闭药后，几乎都在“花达水”条件下插秧，后进入返青期；而在黄熟期，各处理均为自然落干。

从表4、表5可以看出，在本田生育期，控灌Ⅰ处理可节水267.6 mm(51.0%)，减少耗水334.2 mm(43.3%)；控灌Ⅱ处理可节水262.9 mm(52.6%)，减少耗水264.3 mm(33.9%)。在分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期，控灌处理的节水量和节水幅度、减少的耗水量和幅度均较大，亦即节水和减少耗水的潜力较大；在其它生育期，虽然节水或减少耗水的幅度较大，但节约或减耗的水量则相对较小。可见，应用水稻控灌技术可以节约大量的灌溉用水，且控灌重点时期应放在分蘖、拔节孕穗和抽穗开花三个生育阶段，尤其是分蘖期的控灌，这对于缓解黑龙江省雨季到来前时常发生的干旱意义很大。

2.3 控制灌溉对水稻水分利用效率的影响

以水稻理论产量和样方产量、灌水量、耗水量计算的不同处理的灌溉水利用效率(Irrigation Water Use Efficiency，IWUE)和水分利用效率(Water Use Efficiency，WUE)见表6和表7。

由表6可见，在各年份内控灌处理的IWUE均高于对照处理；按理论产量计算，控灌Ⅰ处理的IWUE比对照处理提高34.2%～157.9%，平均提高109.3%；控灌Ⅱ处理的IWUE比对照处理提高30.0%～256.3%，平均提高146.4%；如按样方产量计算，控灌Ⅰ处理的IWUE比对照处理提高36.6%～141.1%，平均提高105.6%；控灌Ⅱ处理的IWUE比对照处理提高31.1%～264.0%，平均提高149.4%。在大多数年份内，控灌Ⅱ处理的IWUE高于控灌Ⅰ处理，从多年平均的IWUE角度看，控灌Ⅱ处理优于控灌Ⅰ处理。

表6 各处理的灌溉水利用效率 kg·m-3

表7 各处理的水分利用效率 kg·m-3

由表7可见，在各年份内控灌处理的WUE也均高于对照处理；按理论产量计算，控灌Ⅰ处理的WUE比对照处理提高43.0%～94.0%，平均提高72.5%；控灌Ⅱ处理的WUE比对照处理提高19.5%～91.8%，平均提高61.4%。按样方产量计算，控灌Ⅰ处理的WUE比对照处理提高44.6%～91.9%，平均提高69.8%；控灌Ⅱ处理的WUE比对照处理提高20.7%～93.4%，平均提高64.2%。在大多数年份内，控灌Ⅰ处理的WUE高于控灌Ⅱ处理，从多年平均的WUE角度看，控灌Ⅰ处理优于控灌Ⅱ处理。

分析表6、表7数据发现，在各年份间和多年平均情况下，控灌使IWUE提高比WUE提高的幅度更大。水分利用效率涉及产量和消耗掉的水量两种起相反作用的因子，基于试验成果，结合黑龙江省水资源利用的现实情况，目前应以提高IWUE为主，在保证水稻不减产或小幅增产的前提下，再逐渐稳步提高WUE。

3 结 语

汤旺河灌区5 a的水稻控灌试验表明：不蓄存雨水的控灌Ⅰ处理会造成小幅减产，而蓄雨水的控灌Ⅱ处理可获得小幅增产。在寒区实施水稻控制灌溉技术，控灌指标不宜定得太低，尤其遇到低温冷害时(可结合天气预报预先判定)应保证稻田蓄水。控灌可以节约大量的灌溉用水，控灌Ⅰ处理、控灌Ⅱ处理的灌水量接近，控灌Ⅰ处理的耗水量略低于控灌Ⅱ处理。控灌的重点时期宜放在分蘖、拔节孕穗和抽穗开花三个生育阶段，尤其是分蘖期。控灌处理的IWUE和WUE均高于对照处理，控灌Ⅱ处理的IWUE高于控灌Ⅰ处理，但其WUE低于控灌Ⅰ处理。综上所述，全面考虑控灌对水稻产量和水分利用效率的影响，以及技术的可操作性，宜示范和推广适量蓄存雨水的控灌Ⅱ模式，但不同地区应进一步细化适宜当地条件并易于被农户掌握的控灌指标。

[1] 王春雨．我国最大的粳稻生产基地产量有望再创新高[EB/OL]．(2010-05-07)[2013-12-01]http：//news.xinhuanet.com/fortune/2010-05/07/c_1279481.htm.

[2] 管建涛．黑龙江省今年将新增水田340万亩[EB/OL]．(2010-05-07)[2013-12-01]http：//news.xinhuanet.com/local/2011-01/27/c_121033115.htm．

[3] 管建涛．黑龙江水稻种植面积扩大到5151万亩．[EB/OL]．(2010-05-07)[2013-12-01]http：//news.xinhuanet.com/fortune/2011-08/24/c_131071216.htm．

[4] 黑龙江省水利厅．黑龙江省水资源公报[R]．哈尔滨：黑龙江省水利厅，2006．

[5] 彭世彰，徐俊增，黄乾，等．水稻控制灌溉模式及其环境多功能性[J]．沈阳农业大学学报，2004，35(5-6)：443-445．

[6] 李寿声，沈菊琴.水稻水、肥生产函数及优化灌溉模式[J]．水利学报，1997，(10)：18-24．

[7] 张恩江，韩雪冰，刘春河．寒区水稻节水控制灌溉技术应用研究[J]．黑龙江水专学报，2007，34(2)：11-13．

[8] 徐长久，张恩江．黑龙江省汤原县寒区水稻节水控制灌溉技术应用研究[J]．黑龙江水利科技，2009，37(6)：25-26．

[9] 中华人民共和国水利部．SL 13-2004灌溉试验规范[S]．北京：中国水利水电出版社，2005．

Research on rice controlled irrigation in Tangwanghe irrigation district

ZHANG Enjiang1，XU Wuhao2

(1．TangwangheirrigationexperimentstationofHeilongjiangprovince，Tangyuan154700，China;2．QitaiheWaterResourcesManagementOffice,Qitaihe154600，China)

t：Three treatments were considered in this study，including check plot (CK)，controlled irrigation I without storing rainfall (CI Ⅰ) and controlled irrigation II with storing rainfall (CI Ⅱ)．It is analyzed that the effects of controlled irrigation on yields，irrigation amount，water consumption and water use efficiency of rice，based on the 5 years experimental data of Tangwanghe irrigation district．Conclusions：Relative to CK，the rice yields reduces slightly under CI Ⅰ，while the theoretical yield and the quadrant yield increase 6.3% and 10.6% under CI Ⅱ，respectively．The irrigation amount and water consumption of CI Ⅰ and CI Ⅱ are less than CK，and the value of CI Ⅰ is minimal．Compared with CK，the amount of water saving and water consumption of CI Ⅰ is 267.6 mm and 334.2 mm，respectively．The irrigation water use efficiency(IWUE)and water use efficiency(WUE)of CI Ⅰ and CI Ⅱ are better than CK．And the IWUE of CI Ⅱ is higher than that of CI Ⅰ，but the WUE of CI Ⅱ is lower than that of CI Ⅰ．After considered that the effects of controlled irrigation on rice yield and water use efficiency，the rice controlled irrigation of CI Ⅱ should be adopted in cold region．

rice；cold region；controlled irrigation；water use efficiency

张恩江(1968-)，男，工程师，主要从事节水灌溉技术研究工作。E-mail：zhangenjang1968@163.com

S274.1

A

2096-0506(2015)01-0043-04