鄂北地区水稻适宜节水模式与节水潜力

刘路广1，谭君位2，吴 瑕1，王丽红3，曹俊龙4

（1.湖北省水利水电科学研究院，武汉 430070；2.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072；3.湖北水利水电职业技术学院，武汉 430070；4.长渠灌溉试验站，襄阳 441000）

摘 要：研究作物需水规律、探寻适宜节水模式对缓解农业用水短缺十分重要。该文基于长渠灌溉试验站2009—2013年的水稻灌溉试验数据，分析了浅灌、中蓄、湿润3种传统灌溉模式下水稻的需水规律；运用率定后的ORYZA_V3模型模拟了30年（1981—2010年）不同灌溉模式、不同灌溉下限以及不同灌水定额等多种情景下的水稻生长，对比分析了水稻各生育阶段腾发量、耗水量、灌溉定额、灌水次数、产量以及水分生产率在不同情景下的差异；通过模拟典型年不同受旱情景下的水稻生长，对比分析了各生育阶段不同受旱程度对水稻腾发量和产量的影响。结果表明：与浅灌模式相比，湿润模式下水稻年均产量增加2.7%、灌溉用水量减少4.2%；中蓄模式下水稻产量减少2.3%、灌溉用水量减少1.1%；湿润模式优于浅灌、中蓄模式。分蘖期的灌溉下限低于90%能减少水稻腾发量47%以上，其他阶段的灌溉下限低于70%时能减少水稻腾发量10%以上；拔节孕穗期和抽穗开花期受旱对产量的影响最大；综合考虑节水、降低田间管理难度、确保粮食产量等因素，提出了鄂北地区的适宜灌溉模式：蓄水深度为60mm，返青期保持薄水层，黄熟期水层自然落干，拔节孕穗期、乳熟期可中度受旱（灌溉下限为饱和含水率的70%～80%），分蘖、抽穗开花期可轻度受旱（灌溉下限不能低于饱和含水率的80%）；灌水定额为30～40mm。该适宜灌溉模式可为鄂北地区至少可节水1.68亿m3，具有巨大的节水潜力。研究结果对指导鄂北地区水稻灌溉用水和明晰节水重点具有重要意义。

关键词：灌溉；腾发量；模型；ORYZA_V3模型；节水潜力

资助项目：湖北省水利重点科研项目（HBSLKY201404）资助。

鄂北地区是湖北省历史上有名的“旱包子”地。近年来随着区域城镇化进程的加快，城镇供水挤占农业灌溉用水和生态环境用水现象日益严重，旱灾频繁。水资源供需矛盾已严重制约粮食生产、生态环境、经济发展和社会稳定，是鄂北地区最直接、最现实和最紧迫的民生问题[1]。水稻是鄂北地区主产粮食作物之一，为高耗水作物，如何在保证粮食产量前提下，实现节水显得尤为关键。中国常见的水稻节水灌溉模式有间歇灌溉、薄浅湿晒、浅灌中蓄等，相比传统淹灌模式，具有节水、改善土壤肥力、增产等效果[2-3]。由于不同地区农田小气候差异较大，气温、土壤等作物生长要素不相同，且降雨分布时空不均匀的特性，导致不同地区的水稻需水规律、灌溉临界值、灌溉定额等具有一定的差异性。因此，在不同水稻种植区，研究水稻的需水规律、制定适宜的灌溉制度对区域的水稻灌溉管理具有重要的指导意义。

由于田间灌溉试验耗时长，且通常需要投入大量的人力、物力和财力，关于作物模型的研究引起了广泛关注。运用作物生长模型模拟不同条件下的作物生长，为研究气候变化对作物腾发量、产量的影响[4-6]，作物田间管理方式和灌溉制度的优化[7-8]，以及产量预测[9-11]等提供了有效途径。ORYZA模型是荷兰瓦赫宁根大学和国际水稻研究所联合开发的水稻模型，能够模拟潜在条件、水限制条件、氮素限制条件以及水氮联合限制条件下水稻生长过程，且模拟效果良好[12]，在中国、中东以及东南亚地区得到了广泛的验证和应用[7，13-15]。Yadav等[7]运用ORYZA模型模拟了长系列年不同条件下的水稻生长，分析了不同生育阶段不同灌溉下限对水稻产量和水分生产率的影响，并提出了特定气候条件下的水稻最优灌溉下限；Feng等[8]运用ORYZA模型模拟分析了水稻生育期内田面无水层的天数、地下水埋深以及灌溉下限对水稻生长、产量及灌溉定额的影响，指出灌溉水量在一定程度上取决于降雨的有效利用量，且地下水位不影响水稻的产量，但对灌溉水量具有较大的影响。

本文采用灌溉试验与模型模拟相结合方法，拟定多种灌溉模式与受旱方案，运用ORYZA（version3.0，ORYZA_V3）模型模拟不同情景下水稻生长，分析不同灌溉模式和受旱条件下水稻的需水规律、产量变化，探讨鄂北地区水稻适宜灌溉模式，并计算分析鄂北地区水稻不同灌溉模式的节水潜力，明晰节水重点。本文相关研究成果对鄂北地区缓解水资源供需矛盾和实现最严格水资源管理制度具有重要意义。