黑龙江省寒地水稻节水控制灌溉技术手册

-1-寒地水稻节水控制灌溉技术手册黑龙江省水利厅黑龙江水稻灌溉试验中心2010年9月-2-寒地水稻节水控制灌溉技术我省是全国最大的粳稻生产基地，近年来平均粳稻产量占全国粳稻总产量的29%，约占全国粳稻商品量的45%。因此，黑龙江省的粮食波动，特别是水稻产量的波动对全国粮食安全影响很大。2009年4月，国务院常务会议通过了全国新增千亿斤粮食产能工程规划，将黑龙江省粮食生产能力建设列为重要内容，对黑龙江省稻米生产提出了更高的要求。黑龙江省根据国家对粮食发展及优质粳稻生产的总体要求，完成了黑龙江省水稻灌溉发展规划、黑龙江省千亿斤粮食产能工程规划和黑龙江省新增1000万亩粳稻基地建设可行性研究报告，计划到2015年全省水稻面积达到5000万亩，每年将为国家提供优质商品粳稻2000万吨，这对我省水资源保障能力提出了更高的要求。2009年，黑龙江省实有水稻灌溉面积3929万亩，年用水量高达223亿m3，水稻灌溉用水占农业用水总量的96%，占社会总用水量的70%，占全省水资源总量的28%，因此，黑龙江省农业节水的重点是水田。如按现有灌溉用水管理水平，当灌溉面积达到5000万亩时，届时全省仅水稻灌溉用水就将达300亿m3以上，占全省水资源总量近40%。虽然新增水田有部分利用其它水资源，但我省的水资源仍将十分紧张，水资源可持续发展面临形势将十分严峻。初步估算，全省需再节水50-60亿m3才能保证在水资源用水总量不增加或少增加的前提下保证灌溉面积发展目标。目前，我省实现田间灌溉净定额高达400～500m3/亩，自流灌区毛灌溉定额高达每亩800-850立方米，地表水灌区灌溉水利用系数仅0.45-0.5，井灌区灌溉水利用系数仅0.8左右,因此节水空间巨大。大力开展水田节水是我省水田乃到经济社会可持续发展的必然要求，因此发展以水稻节水控制为主的新水新技术对全省水资源利用具有十分重要的现实意义。一、水稻控制灌溉技术的概念水稻控制灌溉又称水稻调亏灌溉，是指在秧苗本田移栽后的各个生育期，田面基本不再长时间建立灌溉水层，也不再以灌溉水层做为灌溉与否的控制指标，而是以不同生育期不同的根层土壤水分作为下限控制指标，确定灌水时间、灌水次数和灌水定额的一种灌溉新技术。控制灌溉技术既不属于充分灌溉，也不属于非充分灌溉范畴，认为在水稻生长发育过程中，适度进行水份胁迫，会使水稻产生一定的耐旱性，而且不会导致减产。其基本原理是：基于作物的生理生化作用受到遗传特性和生长激素的影响，认为如果在其生长发育某些阶段主动施加一定程度的水分胁迫，可以发挥水稻自身调节机能和适应能力，同时能够引起同化物在不同器官间的重新分配，降低营养器官的生长冗余，提高作物的经济系数，并可通过对其内部生化作用的影响，改善作物的品质，起到节水、优质、高效的作用。寒地水稻控制灌溉技术是一项投入少、效益高、操作简单的一种灌溉技术，与常规灌溉技术相比，控制灌溉技术在操作上有几点不同：一是灌溉依据不同。常规灌溉依据水层多少判断是否需要灌溉，控制灌溉依据土壤含水量大小是否达到控制标准判断是否需要灌溉。二是灌水方法不同。常规灌溉采取“深、浅”或“浅、湿”循环交替，而控制灌溉采取“浅、湿、干”循环交替法。“浅”为30mm，“湿”为0mm，“干”为土壤含水量控制下-3-限值。三是灌水程度不同。常规灌溉属于充分灌溉，适时保证充足供水，不允许水稻受旱；控制灌溉则实行人为调亏，根据水稻不同生育期的生理特性，在分糵等需水非敏感期实施人为胁迫，造成适度干旱，而在拔节孕穗和抽穗开花等需水敏感期又保证供水，使水稻后期呈现生长的补偿效应。是一种充分供水与非充分供水相结合的灌溉方式。四是田间水层不同。常规灌溉长时间保留水层，仅在水稻分蘖末期晒田时和黄熟期不保留水层；而控制灌溉长时间不保留水层。二、寒地水稻控制灌溉技术的优势为探索适合寒地特点的控制灌溉技术模式，2004-2009年，在全省22个试验站开展了多年的理论研究和应用研究，摸索出了适合寒地特点的分区技术模式，取得了良好的效果。控制灌溉的技术优势体现在以下七个方面：（一）增产效果明显控制灌溉技术对水稻的根系生长、株型及群体结构形成，具有良好的促控作用，实现了水稻高产基础上的再增产。据研究成果统计，控制灌溉水稻的理论测产比常灌溉提高4.6%；样方测产比常规灌溉提高3.1%；实收产量比常规灌溉提高5%-10%。控制灌溉增产的主要原因是控制灌溉水稻根系发育良好，分蘖能力强，群体结构好，茎杆粗壮，抗倒伏，叶面积指数增减过程合理，成熟期能保持较多的功能叶片，穗大、实粒多、千粒重高。（二）稻米米质明显改善水稻节水控制灌溉不仅能提高产量，而且通过土壤水分的适度亏缺和胁迫调控，使作物籽粒品质也相应改善，物理指标与化学指标均发生变化。研究表明，控制灌溉模式的稻米品质均略好于常规常规浅灌。控制灌溉糙米率、精米率、整精米率，比常规浅灌处理分别高0.3%、1.2%、3.1%；粒长常规浅灌略长0.2mm；胶稠度控灌比常灌高1.1%-1.4%；直链淀粉含量各处理基本持平。粗蛋白含量较常规灌溉提高了6.2%；脂肪含量比常灌脂肪含量提高了22%，显著提高了控灌水稻的米质。透明度无明显差异。蒸煮和食味品质中，控灌水稻比常规处理的胶稠度略有提高，食味质量有所提高。对稻米品质进行综合评价表明，控灌处理的水稻比常规处理的水稻综合米质明显改善。（三）节水效果十分显著研究表明，控制灌溉条件下，水稻节水效果十分显著。１、全生育期节水量。研究表明，含泡田用水量（常灌和控灌泡田用水相同）在内的全生育期灌水量平均为251m3/亩，与常规灌溉相比节水141m3/亩，平均节水36%。２、生育期节水量。由于各处理泡田用水量相同，因此扣除泡田期用水后，生育期控灌节水幅度更大。与常规灌溉相比，生育期平均节水48%，节水效果极其显著。３、干旱期节水量。黑龙江省水稻生长期一般120-140天，生育期集中在5-9月，一般进入5月开始泡田插秧，9月20日生育期结束。5月1日至7月10日是全省干旱最严重的时期，这一时期包括泡田插秧、返青和分蘖三个时期，是水稻用水量最大的时期，用水量占全生育期的60%，但降水量仅占全生育期的30%，因此，水稻渴水一般出现在5月和6月。-4-待分蘖结束后进入主汛期，降水充裕，水稻一般不再干旱。通过22个试验站研究表明，返青-分蘖期控制灌溉比常规灌溉次数减少2次，减少37%，每亩灌水量减少61m3，减少41%。显示出控制灌溉对水稻春季渴水期减少灌水次数和灌水量起到了显著的效果，对抗春旱、保春种意义重大。４、水分利用效率。研究表明，控制灌溉水稻的水分生产率（田间单方耗水量（灌溉水量加上有效降雨量）生产的稻谷量）为1.3kg/m3，比常规灌溉水稻水分生产率提高了44%；灌溉水生产率（单方灌溉水量生产的稻谷量）为2.8kg/m3，比常规灌溉水生产率提高了87%。（四）投入少但收益高推广水稻控制灌溉技术的实现投入，主要是技术培训、会议宣传、推广人员的出差费用和田间增设的必要的测水量水设施设备费用。根据庆安县的经验，折合每亩投资仅几元钱。而每亩推广所取得的直接经济效益十分显著。水稻控制灌溉的效益主要体现在增产、节水和节支（油、电、人工等）三个方面。按自流灌区计算，平均每亩增收节支71元；按井灌区计算，如果是机井，平均每亩增收节支92元。如果是电井，平均每亩增收节支81元。充分显示控制灌溉技术的效益是相当显著。（五）抗倒伏能力大大提高控制灌溉水稻抗倒伏能力大大提高。水稻倒伏是因为茎杆基部两节间弯折造成的，茎杆厚度、组织强度、下叶衰老速率等均影响水稻的抗折强度。研究显示，控灌水稻的底部节间长度短、壁厚、节间充实度等均优于常灌对照区。同时控灌水稻的叶子衰老慢，包裹节间的叶鞘坚韧性也好于常规灌溉。控灌水稻茎杆壁厚明显厚于常规灌溉的茎杆。控灌水稻底部节间外直径为3.96mm，内空直径为2.51mm，壁厚为0.73mm；常规灌溉对照区水稻底部节间外直径为3.84mm，内直径为2.71mm，壁厚为0.57mm。水稻茎节倒三和倒四节节间充实度比常灌高了21%。2005年田间实际倒伏状况的调查表明，控制灌溉区水稻倒伏面积仅有4.8%，常灌区水稻平均倒伏面积高达23.1%。（六）抗病能力大大增强试验表明，控制灌溉不但抗倒伏，而且在稻瘟病防治方面也具有非常好的效果。据2005年试验统计，控灌模式病株率是3.7%，常灌对比区高达6.5%，控灌病株率降低43%；病叶率控灌是4%，常灌水稻高达6.8%，病叶率降低42%；病情指数控灌为2.9，常灌对比区为6.8，发病程度大大降低。主要原因是，控制灌溉技术自水稻返青后，田间基本不建立明水层，对水稻稻株促控结合，促进水稻群体结构更趋合理，形成上挺下批的理想株型，使各层叶片都能接受到阳光照射，降低了空气湿度，增加了地温，改善了农田小气候，从而形成不利于病菌存活发展的条件，有效抑制了水稻的发病率。（七）减少了面源污染和温室气体排放1、控制灌溉减少了面源污染。水稻种植消耗大量的农药和化肥，这些农药和化肥都要通过灌水溶解在土壤中，并在整个生育期发挥作用。但是，长期建立水层，使大量农药和肥料通过下渗和排水流失，进入土壤当中和河流当中，即降低了利用率，又污染了生态环境。农药和肥料的损失不仅造成了资源的浪费，增加了生产成本，更重要是将导致一系列环境问-5-题。氮肥的表面流失和渗漏直接导致地下水污染和江河湖泊的富营养化。实施水稻节水控制灌溉技术大大减少稻田排水量和渗漏量，不仅提高了肥料的利用效率，而且减轻了肥料对地下水、承泄区和土壤的污染，河流富营养程度大大降低。此外，由于深层渗漏的减小，减轻了农药对地下水的污染。而且农田小气候的改善有助于病虫害的控制，减少了农药的使用量。因此推行水稻控制灌溉对减少面源污染会有显著作用。2、控制灌溉减少了温室气体排放。稻田是CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）和N2O（氧化亚氮）等温室气体的主要排放源，CH4和N2O还对臭氧层产生破坏作用。水稻节水控制灌溉使水稻长期无水层成为现实，使土壤排放的温室气体总量、组成及其产生的潜在温室效应也相应发生变化。通过适时的水分调亏，控、晒结合，既控制了水稻的无效分蘖，又可抑制土壤中一些还原性有毒物质的产生，并使稻田土壤Eh值迅速上升，促进毒害物质的分解，大大降低了土壤甲烷细菌的活性，抑制了甲烷的产生，明显降低土壤水溶解甲烷含量，同时提高土壤水溶解甲烷的氧化分解速率。通过晒田最终降低稻田甲烷排放速率和甲烷总排放量。三、寒地水稻节水优质高产调控原理水稻节水控制灌溉突破了稻田水层管理的传统观念，它既不同于传统淹水灌溉和在此基础上发展起来的湿润灌溉技术、薄露灌溉技术，也不同于非充分灌溉。常规灌溉的灌水上限一般是50mm深度的水层，下限为饱和含水率，而控制灌溉的灌水上限为小于30mm的浅薄水层，下限一般为饱合含水率的60-90%，水稻返青以后除打药施肥等生产性用水和灌溉初始期有水层外，其余时间田面基本无灌溉水层。这种灌溉方式通过主动对土壤水分盈亏调控（不同阶段具有不同的灌溉下限指标）发挥作物对水分的适应性，诱导其产生补偿效应，通过促、控的结合发挥作物与土壤水分之间的互反馈作用和作物自身调节能力，在稳产增产的基础上节约用水。同时水分的调控改变了稻田土壤环境，改善了水稻根系功能，使水稻植株体与环境的协调处与最佳状态，达到节水高产的目的。实行控制灌溉，在非需水关键期适当减少水分供应，造成适度的水分亏缺，大幅度的减少深层渗漏和课间蒸发，同时还可以有效控制叶面蒸腾，从而大幅度的节约用水。同时可以促进根系发育，使株型和群体结构更为合理，达到高产的目的；在需水关键期合理供水，改善根系中水、热、气、养分状况及田面附近小气候，使水稻对水分和养分的吸收更为合理有效，对水稻生长起到促控作用，有利于产量的形成。主要的调控原理体现在以下几个方面：（一）调控水稻需水规律，降低无效耗水水稻各个生育阶段对水分的需求各不相同，不必一直保留田面水层，也不必一直保证充分供水，应根据不同阶段水稻对水分需求的敏感度，适时、适量地供应水分，调整水稻生理生态状况，减少无效蒸腾、棵间蒸法和田间渗漏量，从而显著减