基于生长期灌水满足度的淠史杭灌区再生稻种植适宜性评价

吴 汉

（安徽省淠史杭灌区灌溉试验总站，安徽 六安 237158）

0 引 言

由于农村劳动力非农化转移，节省劳动力和资源高效利用的再生稻种植正快速发展。尽管再生稻种植有利于稻区提高复种指数、增加单位面积稻谷产量和经济收入，但是其对温光水资源有着一定的要求[1]。

再生稻生产优势明显，省去了再生季的播种、育秧和移栽的工作量，具有省工省时、省种节水、省肥省药、增产保收、节本增效、生态环保、米质更优等特点，已成为我国光温资源一季有余、两季不足稻区和劳动力短缺地区一种重要的轻简化种植制度。一般来说，再生稻可以在在年平均温度超过18 ℃、有效积温4 200～4 800 ℃的地区[2]。前人认为[3]，头季稻收割后30 d 内日平均温度超过23 ℃能确保再生季水稻安全开花。段里程等[4]选用种子萌发的起始温度10 ℃和水稻安全齐穗日平均温度22 ℃作为再生稻安全种植的界限温度。谢源泉[5]分析了再生稻萌芽期自然降水对水稻需水满足情况，并据此给出了川东南地区适宜种植再生稻的区域。可以看出前人研究再生稻在某一地区是否适宜种植主要依赖自然资源评价[6]，然而人类的生产活动，尤其是灌溉，对再生稻种植亦有着重要影响。水分供应不足，水稻产量将大幅下降[7,8]。近年来，随着水利事业的发展，原本一些不适宜种植水稻的地区，如淮北平原也开始大面积种植水稻[9]。

大中型灌区是我国重要的粮食生产功能区和重要农产品生产保护区，亦是我国农业节水的主战场[10]。淠史杭灌区是我国三大特大型灌区之一，灌区位于安徽省西部和河南省东南部，雨热同季，水资源总量丰富。江淮分水岭从灌区穿过，这使得灌区也容易受到干旱灾害影响，灌区的农业生产很大程度上依赖灌溉。随着农村劳动力的转移以及人工成本的增加，节本增效的“头季稻-再生稻”种植模式已开始在淠史杭灌区逐渐推广[11,12]。然而，再生稻生长期的增加，对水资源的需求增多，盲目推广存在一定风险。因此需要对再生稻生长期的灌水满足情况进行评价，为灌区再生稻科学推广和种植结构调整提供科学支持及理论指导。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况与数据来源

淠史杭灌区始建于1958年，由毗邻的淠河、史河、杭埠河3 个子灌区组成，控制面积13 130 km2，设计灌溉面积73.3万hm2，是我国三座特大型灌区之一。灌区具有防洪、灌溉、城镇供水、生态供水、发电、航运、旅游等综合功能。

2000-2021年逐日气象数据来自于安徽省淠史杭灌区灌溉试验总站内的自动气象站（Watch Dog2900ET,SPECTRUM,USA）。

1.2 研究方法

1.2.1 再生稻生长期

研究区域内再生稻一般于4月下旬至5月上旬移栽，再生季于10月下旬至11月上旬收割。为方便计算，将再生稻大田生长期定为5月1日至10月31日。

1.2.2 水文年型

对于时间序列数据（x1,x2,…,xn），xi的经验频率计算公式[13]为：

式中：pi为xi的经验频率，%；m为时间序列数据（x1,x2,…,xn）中大于等于xi的个数，n为时间序列数据总项数。

由于《安徽省行业用水定额》（DB 34/T 679—2019）[14]只规定了50%、75%、90%水文年型的水稻基本用水定额，所以本文中将pi≤50%的年份定义为50%水文年型，50% ＜pi≤75%的年份定义为75%水文年型，pi＞75%的年份定义为90%水文年型。

1.2.3 有效雨量

以旬为单位，采用FAO 参考作物蒸散量和降水量的比率法来计算有效降水量，并结合渗漏[11]，逐旬有效降雨量可采用以下简化方法计算：

式中：Pei为逐旬有效雨量，mm；P为逐旬累积降雨量，mm;ETc为逐旬作物需水量，mm；S为逐旬渗漏量，根据我站以往测定的结果以1.4 mm/d计[15]。

再生稻生长期内有效降水的计算公式：

式中：Pe为再生稻生长期内的有效降水量，mm;n为该生育时段包含的旬数。

1.2.4 作物需水量

作物需水量根据作物系数法计算：

式中：ETc为作物需水量，mm；Kc为作物系数，利用FAO 推荐的作物系数法计算，结合再生稻的生长特性、我站测定的及前人[16]的试验结果，各月旬值见表1；ET0为参考作物蒸腾蒸发量，mm；Δ为温度-饱和水汽压关系曲线在T处的切线斜率，kPa/℃；Rn为净辐射，MJ/(m2·d)；G为土壤热通量，MJ/(m2·d)；γ为湿度表常数，kPa/℃；T为平均气温，℃；u2为2 m高处风速，m/s；es为饱和水汽压，kPa；ea为实际水汽压，kPa。

表1 作物系数KcTab.1 Crop coefficient Kc

1.2.5 灌水量

灌水量根据水量平衡原理计算：

式中：I为灌水量，mm；ETc为需水量，mm；S为渗漏量，mm；Pe为有效降雨量，mm。

1.2.6 灌水满足度

式中：K(I)为灌水满足度；I为灌水量，mm；η为田间水有效利用系数，根据我站以往试验结果取0.92；Ir为水稻基本用水定额（最末端渠道放水口以下灌溉需水量）。

适宜评价标准：K(I)≥1 为适宜；1＞K(I)≥0.85 为较适宜；0.85＞K(I)≥0.7 为一般；0.7＞K(I)≥0.5 为较差；K(I)＜0.50 为不适宜。

1.3 数据计算方法、处理与分析

采用Excel 2016 整理汇总数据，用SPSS 19.0 软件进行方差分析，使用OriginPro 2019绘图。

2 结果与分析

2.1 生长期雨量

如图1所示，2000-2021年生长期的降雨量范围为341.3～1 625.8 mm，平均为791.3 mm。22年中共用11年为50.0%水文年型（占比50%），6年为75%水文年型（占比27.3%），5年为90%水文年型（占比22.7%）。研究计算有效雨量当以日为计算时段时，该方法计算的有效降雨量会过小，而以月为计算时段时，比率法计算的有效降雨量会偏大[17]。因此本研究中有效降雨量以旬为计算时段。此外，在大田生产中，降雨会渗漏至作物根区以下，为此本文将这一部分计算入有效雨量。由图1（b）可知2000-2024年生长期的有效降雨量为306.0～600.1 mm，平均为494.7 mm。

图1 再生稻生长期降雨量及有效雨量Fig.1 Rainfall and effective rainfall during the growth period of ratooning rice

2.2 作物需水量

经国内外大量分析研究表明，在近20 多种参考蒸散量计算作物需水量的多种计算方法中，彭曼⁃蒙蒂斯（Penman-Monteith）公式的计算结果在不同条件下都与实测值非常接近，精度较高。并结合我站2021年的作物系数的测定结果计算水稻需水量。

如图2所示，2000-2021年生长期的参考作物需水量范围为546.8～817.0 mm，平均为632.5 mm。2005-2020年生长期的作物需水量为568.4～849.3 mm，平均为659.9 mm。

图2 再生稻生长期的作物需水量Fig.2 Crop evapotranspiration during the growth period of ratooning rice

2.3 灌水量与灌水满足度分析

根据水量平衡原理计算所需灌溉水量，由于淠史杭灌区地下水位低，因此地下水利用量为0。如图3（a）所示，2000-2021年生长期的灌水量为270.9～797.8 mm，平均为422.8 mm。

由于《安徽省行业用水定额》（DB 34/T 679—2019）只规定了双季稻、单季中稻基本用水定额，因此本文分别用双季稻、单季中稻的基本用水定额分析再生稻的灌水满足度。

双季稻50%水文年型基本用水定额为409.5 mm，75%水文年型基本用水定额为568.5 mm（90%水文年型未作规定，按75%水文年型计算）。由图3（b）可知，2000-2021年生长期的灌水满足度为0.65～1.49，平均1.10。63.63%的年份灌水满足度为适宜，27.27%的年份灌水满足度为较适宜，4.55%的年份灌水满足度为一般，4.55%的年份灌水满足度为较差。

单季中稻50%水文年型基本用水定额为189.0 mm，75%水文年型基本用水定额为316.5 mm，90%水文年型基本用水定额为400.5 mm。由图3（b）可知，2000-2021年生长期的灌水满足度为0.42～0.89，平均0.59。9.09%的年份灌水满足度为较适宜，13.63%的年份灌水满足度为一般，45.45%的年份灌水满足度为较差，31.82%的年份灌水满足度为不适宜。

图3 再生稻生长期的灌水量与灌水满足度Fig.3 Crop irrigation and satisfaction of irrigation during the growth period of ratooning rice

可以看出，按照双季稻的基本用水定额来分析再生稻的灌水满足情况，其灌水满足度为适宜。然而，按照单季中稻分析，其灌水满足度为较差。淠史杭灌区大部分地区种植单季中稻，从水资源配置角度来看，大面积推广再生稻存在一定的风险。此外，再生稻在基本用水定额上也存在“一季不足、两季有余”的情况，需要制定适宜再生稻生长的基本用水定额。

3 结 论

2000-2021年再生稻生长期的有效降雨量为306.0～600.1 mm，平均为494.7 mm；作物需水量为568.4～849.3 mm，平均为659.9 mm。按照双季稻的基本用水定额来分析再生稻的灌水满足情况，其灌水满足度为0.65～1.49，平均1.10，适宜再生稻种植。按照单季中稻分析，其灌水满足度为0.42～0.89，平均0.59，再生稻种植适宜性较差。由于淠史杭灌区大部分地区种植单季中稻，因此从灌水满足情况来看，在淠史杭灌区大面积推广再生稻种植存在一定的风险。