江西省水稻蓄雨间歇灌溉模式初探

【目的】探索水稻蓄雨间歇灌溉模式节水减排效益。【方法】以鄱阳湖区双季早晚稻为试验材料,采用大田和测坑试验,研究了水稻蓄雨间歇灌溉模式对灌溉定额、排水定额、降雨有效利用率、产量、稻田水分生产率,以及氮、磷排放量的影响,并与间歇灌溉和常规淹水灌溉试验进行了分析比较。【结果】与淹水灌溉、间歇灌溉相比,蓄雨间歇灌溉灌排水量、灌排次数明显减少。双季早晚稻年平均灌水量分别减少975m^3/hm^2和1251m^3/hm^2,年平均灌水次数分别减少8次和7.5次;年平均排水量分别减少729 m^3/hm^2和893 m^3/hm^2,年平均排水次数分别减少5.8次和3.1次;蓄雨间歇灌溉降雨有效利用率明显提高。早稻降雨利用率分别提高12.40%和9.14%,晚稻分别提高6.84%和6.42%;蓄雨间歇灌溉模式下,双季早晚稻总氮排放量年平均减排7.64 kg/hm^2和3.12 kg/hm^2,减排幅度34.93%和14.26%;双季早晚稻总磷排放量0.180kg/hm^2和0.095kg/hm^2,减排幅度37.25%和70.59%。【结论】蓄雨间歇灌溉模式具有明显的节水、减排和提高降雨有效利用率的效果,在我国南方多雨地区具有较强的推广应用空间。     

水稻再生水灌溉下的节水减排效果

为探明水稻再生水灌溉下的节水减排效果,在国家农业环境大理观测实验站开展了水稻再生水灌溉试验研究.试验设淹水灌溉(Flooding Irrigation,FI)及间歇灌溉(Alternate Wetting and Drying,AWD)两种灌溉模式,F1(全生育期清水灌溉+施全部化肥)、F2(分蘖期、拔节孕穗期再生水灌溉+施部分化肥)及F3(返青期、分蘖期、拔节孕穗期再生水灌溉+施部分化肥)3种施肥模式.分析了再生水灌溉下稻田田面水、不同深度地下水氮磷及化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)浓度变化及其流失负荷量,并研究了稻田的氮磷消纳能力及再生水对清水、肥料替代率.结果表明,再生水灌溉下田面水氮素浓度峰值出现次数多但峰值均较小,氮、磷径流损失负荷量平均值分别为2.65及0.62 kg/hm2,比清水灌溉增加了26％及28.6％.地下水氮、磷浓度整体上呈随深度的增加而减小趋势,再生水灌溉下氮素淋溶损失比清水灌溉少11％.AWD下氮、磷径流、淋溶负荷较FI均减少,返青期灌再生水在淋溶损失方面与其他再生水灌溉处理相比没有明显差异.稻田对所灌的再生水中氮、磷的消纳能力分别为92％及81％;灌再生水后4～5 d,COD的去除率可达78.2％.采用再生水灌溉几乎不会对环境造成负面影响.再生水灌溉替代清水效率可达75％左右,FI模式下再生水带入肥量较AWD大,75％水平年氮素替代化肥效率达35.8％,而磷素的带入量和替代率均较小.     

湿润地区中稻旱作灌溉制度模型设计及Matlab实现

湿润地区中稻旱作灌溉模式以田间持水率为田间水分上限,以田间持水率的60％为田间水分下限,建立中稻旱作灌溉制度模型,并以Matlab为平台开发出了中稻旱作灌溉制度计算程序.根据高邮地区的气象、降水等资料,模拟计算了高邮地区1991-2010年中稻旱作灌溉模式下的灌溉制度,得到了在中稻旱作灌溉模式下,年平均全生育期灌水量为2 875.50 m3/hm2,其中泡田灌水定额为1 455.00 m3/hm2,不计泡田年平均灌水次数为3.15次;年平均全生育期排水量为453.00m3/hm2,排水次数为0.95次;年平均深层渗漏量为1 204.80m3/hm2.模拟计算结果表明,旱作灌溉模式灌溉和排水量比常规淹灌大幅度减少,有利于减少稻田肥料的流失,减少面源污染.     

南方平原区水肥调控下水稻节水减排效应研究

【目的】揭示南方平原区水肥调控下的水稻节水减排效应。【方法】基于田间试验,设置传统淹灌(W0)和间歇灌溉(W1)2种灌溉模式,不施氮(N0)、减量施氮(N1,135 kg/hm²)及常规施氮(N2,180 kg/hm²)3种施氮水平,分析不同水肥调控方案下的水稻节水、增产、控污和减排效应。【结果】灌溉模式影响水稻灌水量、渗漏量和排水量,W1模式相比W0模式下的水稻灌水量减少18.12%～28.37%,渗漏量减少13.68%～22.85%,平均节水28.77%。在N1、N2施氮水平下,W1处理相比W0处理的水稻平均增产分别达到16.57%与29.94%。与W0模式相比,W1模式下的TN排放负荷量平均减少25.67%。同一灌溉模式下,TN排放负荷量随着施氮量的增加而增加。施氮水平对氨挥发总量有显著影响,而灌溉模式和水肥交互作用对氨挥发总量的影响不显著。【结论】最优的水肥交互模式为W1N1处理,相对于当地传统模式可使水稻增产9.82%,节水27.54%,控污25.67%,减排11.90%。     

不同灌溉模式水稻耗水规律和生长特性研究

三江平原水稻种植面积占全省水田面积的60%，井灌水稻占77%，地下水资源不足成为三江平原农业发展的瓶颈问题。为降低农业灌溉用水量，探讨不同灌溉模式下水稻生长特性和耗水规律，为三江平原节水灌溉提供科学依据和技术支撑。采用大田试验，以“水稻1703”设置了常规灌溉(CG)、控制灌溉(KG)和浅湿灌溉(QS) 3个灌溉模式，在水稻成熟期测定不同灌溉模式产量结构并计算水稻灌溉水分生产率。研究结果表明，CG模式整个生育期水稻生长株高最高，KG模式分蘖数最多。KG模式水稻生育期耗水总量为503 mm，较CG和QS模式分别减少12.99%、8.37%。不同灌溉模式蒸发蒸腾量和田间渗漏量变化趋势明显不同，分蘖期结束之前水稻以田间渗漏为主，分蘖期结束之后水稻以蒸发蒸腾为主。结合水稻产量和灌溉水分生产率来看，KG模式理论产量为10 061 kg/hm²，较CG模式和QS模式分别增加10.98%、5.28%;KG模式灌溉水分生产率为1.94 kg/m³，较CG模式和QS模式分别提高24.36%、20.50%。综合以上研究成果可看出三江平原水稻生长过程中KG模式管理...     

考虑环境效益的塔里木灌区棉花最优灌溉量

为确定塔里木灌区棉田合理的灌溉量提供依据，通过田间小区试验，定量研究了不同灌溉量（8 100、6 600、5 100、3 600 m3/hm2）与棉花产量、渗漏水量及总氮淋失量之间的关系，应用费用-效益法分析，得出经济效益和环境效益最优的棉花灌溉量。结果表明：该试验条件下，总氮淋失量为3.3～28.4 kg/hm2；渗漏量与灌水量成线性正相关，渗漏量为670～2 201 m3/hm2。棉花产量与灌水量呈现二次相关关系，当棉花产量最大为1 765 kg/hm2时，相应的灌水量为 6 937     

小区和田块尺度下水稻不同灌溉模式的节水减污效应分析

【目的】研究平原河网区不同尺度下水稻不同灌溉模式的节水和减污效应。【方法】于2017年在浙江平湖灌溉试验站选取水稻常规灌溉、节水灌溉、蓄雨节水灌溉3种模式在试验小区和田块2种尺度下开展对比试验,记录田间水量平衡过程并检测排水和渗漏水样中的TN、TP、NH_4^+-N、NO_3^--N的质量浓度变化。【结果】无论试验小区还是田块尺度,蓄雨节水灌溉的节水效果最好,较常规灌溉和节水灌溉减少了43.4%～87.7%的灌溉量,同时减污效果也最明显,TN排水负荷减少了22%～90%。不同尺度对比中,试验小区的田间管理水平更高,产量略高于田块尺度;小区田间水分控制更精确,灌排次数和水量较田块更多,蒸发蒸腾量和渗漏量则略少于田块。在减污效果上,单位面积下同种灌溉模式的田块的排水污染物负荷比试验小区低37%～57%,渗漏负荷比试验小区高4%～61%,由于排水污染物负荷要远大于渗漏污染物负荷,在总的污染物负荷上田块要小于小区。【结论】本试验中蓄雨节水灌溉模式取得了较好的节水减污效果,但是要注意蓄雨时间和高度,长时间的淹水可能会对水稻产量造成不利影响。     

基于ORYZA2000的稻田水量平衡及地下水埋深对水稻灌溉的影响

应用水稻生长模拟模型ORYZA2000分析了淹灌、间歇灌溉、雨养3种稻田水分管理模式下田间水量平衡和水分生产率,以及不同地下水埋深对相关指标的影响。结果表明,淹灌模式巨大耗水量主要是满足稻田深层渗漏损失,间歇灌溉可以减少田间渗漏量,从而达到节水的效果,雨养栽培不仅可以减少深层渗漏,并可以利用地下水,以维持水稻蒸发蒸腾需要;3种灌溉方式以雨养模式水分生产率最高,其次为间歇灌溉,淹灌最低;地下水埋深对雨养模式的产量、水分生产率和水量平衡影响最大,对间歇灌溉相关指标影响较小,而对淹灌模式则无影响。     

节灌条件缓释肥对水稻株高、分蘖、叶绿素及产量的影响

为研究水稻节水灌溉条件施用缓释肥的适宜性,于2014年水稻种植期开展了不同水肥处理水稻种植的桶栽试验。结果表明,缓释肥对植株叶绿素SPAD值、分蘖数的最终促进作用均明显强于常规肥,对株高的促进也并不比常规肥弱。淹灌缓释肥处理产量最高达15542kg/hm~2,间歇灌溉常规肥次之为11408kg/hm~2,间歇灌溉缓释肥最低仅为6074kg/hm~2。施用缓释肥水稻总干物质积累量平均高出常规肥处理164.7%。水稻传统间歇灌溉模式可能并不适用于缓释肥。     

农田排水策略对氮素流失影响试验研究

通过测筒试验模拟了排水间隔时间、强度和地下水位对农田地下排水中氮素流失的影响规律。结果表明,相同模拟条件下,排水间隔时间的延长可减少排水量和降低总氮流失率,以间隔3～5d减少最为明显;间隔3、5和7d排水总氮流失量分别较间隔1d减少了45.5%、81.1%和100%;排水强度的降低可以减少氮素的流失,出流中氨氮质量浓度递减并趋于稳定,硝态氮质量浓度先上升后减少,相对于2mm/d的排水强度,4、6和8mm/d排水强度下总氮流失量分别增加了126.8%、264.8%和401%。地下水位的升高可明显减少总排水量和总氮流失量,40cm和60cm地下控制水位比80cm水位排水总氮量分别减少63.2%和40.9%。     

不同水肥耦合水稻温室效应及氮素利用率研究

为了解水稻释放的CO2、CH4、N2O气体对温室效应的影响及其对氮肥的利用率,寻找合理的水肥管理模式,减小作物对温室效应的增强作用及过量施用氮素造成的农业大面积面源污染,于2016年在大田试验条件下,设置3种灌水方式(控制灌溉、间歇灌溉、淹灌)及4种施氮水平(140、110、70 kg/hm2、不施氮肥),研究了以上12种组合对水稻产量、收获指数、温室气体排放量、温室效应、水分及氮素利用率的影响,研究结果表明:施氮量的增加能有效增加水稻产量,其中控制灌溉模式下水稻产量的增加极为显著;不同灌溉模式对水稻秸秆产量的影响较小;淹灌模式下,不同施氮水平对水稻穗粒数的影响较小,为66左右。不同灌溉模式下高施氮量的CO2、CH4、N2O单位产量气体排放量均小于对照组;CH4产生的温室效应远大于CO2和N2O,不同灌水方式气体总温室效应的均值大小为淹灌控制灌溉间歇灌溉,说明节水灌溉有助于降低作物对大气产生的总体温室效应;水稻氮素利用率随施氮量的增加而呈现降低的趋势。     

稻田不同灌溉模式的节水减污效应分析——以浙江平湖为例

【目的】研究不同灌溉模式下水稻的节水及减污效应,探寻适合平原河网区的水稻节水灌溉模式。【方法】在浙江平湖灌溉试验站设定常规灌溉、薄露灌溉和适雨灌溉3种模式,测定了灌溉量以及排水和渗漏水样中的TN、TP、NH_4~+-N、NO_3~--N和COD等。【结果】适雨灌溉灌水量相较于常规灌溉和薄露灌溉分别减少了67.4%和43.4%,节水效果最好;适雨灌溉排水量最少,相较于常规灌溉和薄露灌溉,适雨灌溉TN排放量分别减少了86.9%和90.7%,NH_4~+-N排放量减少了96.7%和98.3%,COD排放量减少了61.5%和62.5%,TP和NO_3~--N的减排效果不明显。【结论】在本研究条件下,适雨灌溉的节水减污效果更好。     

不同水肥制度下稻田氨挥发变化规律

通过田间对比试验,运用通气法观测分析了不同水肥制度下稻田氨挥发的变化规律。结果表明,在中等施氮水平与2次追肥的情况下,早、晚稻氨挥发总量分别为22.56kg/hm2和68.54kg/hm2,分别占当季施氮量的12.5%、38.1%;间歇灌溉模式下的稻田氨挥发总量大于淹灌模式,但差异不显著;穗肥施用后引发的稻田氨挥发量很小,通过把仅追施分蘖肥改为追施分蘖肥和拔节孕穗肥能显著减少稻田氮素氨挥发损失。不论是早稻、中稻还是晚稻,穗肥施用后产生的氮素氨挥发损失占穗肥的比例都明显小于分蘖肥。     

控制灌溉条件下水肥耦合对水稻产量及其构成因子的影响

运用最优饱和设计方法进行控制灌溉条件下的水肥耦合研究。结果表明,氮、磷、钾营养元素及灌水量对水稻产量及其构成因子的影响各不相同,四因素影响水稻产量的顺序由大到小依次为:施氮量、灌水量、施钾量、施磷量。水稻最高产量达18 918.55 kg/hm2时,相对应的施氮量206.63 kg/hm2,施钾量50.30 kg/hm2,施磷量35.85 kg/hm2,灌水量为饱和含水率的61.37%~79.78%。     

水稻不同需水关键期适宜灌水下限指标研究

在5 m2有底测坑内研究水稻拔节孕穗期和抽穗开花期70%～90%土壤饱和含水率灌水下限对灌溉制度、渗漏量和产量等的影响。结果表明,不同灌水条件下,灌水次数、灌水模数、灌溉定额发生较大变化,灌水次数在本田期为28～37次,灌溉定额为8 190～9 450 m3/hm2,各处理渗漏量随着灌水量的降低而降低,渗漏量为灌水量的54.22%～64.25%,拔节孕穗期较抽穗开花期需水更敏感,拔节孕穗期应保持湿润状态,抽穗开花期适宜灌水下限为90%。     

不同水肥模式单季水稻生长特性研

通过田间试验，对比不同灌溉模式与施肥方式的组合对单季水稻分蘖、根系生长、叶面积指数、产量和水分生产率的影响。研究表明：节水灌溉模式下（薄露灌、间歇灌），水稻分蘖优于常规灌溉，并且3次施肥处理的最终分蘖量好于2次施肥；水稻根系长度和根毛总量均大于常规灌溉；不同灌溉模式对水稻叶面积指数影响不显著；节水灌溉加3次施肥处理的实测产量略大于常规处理，每亩增产10~30kg。另外，节水灌溉模式可显著提高单季水稻的水分生产率，生育期用水可减少10%～30%。     

滇中水稻不同灌溉模式需水规律及水分生产率研究

以滇中嵩明和大理两地水稻为例,于2015年开展了嵩明水稻间歇灌溉与淹水灌溉、大理水稻淹水灌溉下的需水规律及水分生产率试验研究。结果表明,滇中有比较突出的春旱现象,水稻日均蒸发蒸腾量在分蘖期最大,分蘖期以后持续减少,这与内地蒸发蒸腾峰值出现在拔节孕穗或抽穗开花期存在差异。大理水稻作物系数比嵩明要大,主要是品种原因,两地气象因素影响也较大。温度、风速和相对湿度3种气象要素都对作物系数变化产生较大影响,温度是主导气象因素。与淹灌相比,嵩明水稻间歇灌溉节水23.4%。间歇灌溉的节水能力主要来自于提高降雨利用率,减少渗漏量,并在一定程度上降低蒸发蒸腾量。大理水稻亩产比嵩明高出较多,相应的水分生产率也比嵩明高。     

间歇灌溉缓释肥施肥水平对水稻生长特性及产量的影响

水稻水肥调控是水稻获得高产的重要原因。为揭示间歇灌溉模式下不同缓释肥施肥水平对水稻生产影响,选取湖北省漳河灌区为研究区域,以水稻品种荃早优丝苗为试验材料,于2019年6-9月开展了淹水灌溉W1和间歇灌溉W2两种灌溉模式以及传统肥N1和缓释肥N2不同施肥水平[F(0.5)、F(0.75)、F(1)、F(1.25)、F(1.5)]互作条件下的水稻种植桶栽试验研究。结果表明,不同水肥处理对水稻株高、叶绿素SPAD终值的影响不显著,但在缓释肥条件下,植株株高、叶绿素SPAD值整体上在一定范围与施肥水平呈正相关,间歇灌溉模式下,N2F(1.5)处理与N2F(1)、N2F(0.75)处理差异显著,N2F(1.5)水平比N2F(1)、N2F(0.75)分别显著高出71%、91%。不同水肥处理对产量的影响显著,淹灌缓释肥W1N2F(1)处理产量最高可达18 170.29 kg/hm²,间歇灌溉传统肥W2N1F(1)处理次之,为17 826.86 kg/hm²。不同缓释肥施肥水平下淹灌模式产量比间歇灌溉平均高6.43%。传统肥条件下,间歇灌溉比淹灌产量高3.7%,缓释肥施肥水平对产量的影响最为显著。水稻种植施用缓释肥时,淹水灌溉模式更为适宜。     

不同灌溉方式对水稻需水量和生长的影响

利用桶栽试验,研究了在不同灌溉方式及不同蒸发渗漏处理下的水稻需水量和对水稻生长的影响。结果表明:水稻以拔节孕穗期需水强度最高,无水层、干干湿湿和70%水分处理需水量分别比有水层处理减少42.5%、51.3%和57.6%;水稻叶面蒸腾量、棵间蒸发量与田间渗漏量占总耗水量的百分比分别为60.1%、16.4%和23.5%;干干湿湿处理水分利用率达到1.6 kg/m3,叶片光合速率最大,收获指数最高,从节水和增效的角度看,以干干湿湿灌溉最佳。     

漓江上游灌区小流域不同尺度氮磷污染排放负荷研究

【目的】开展野外原位监测试验,揭示漓江上游灌区小流域不同尺度氮磷污染排放规律,为面源污染控制和治理提供参考。【方法】利用Arc GIS软件和SWAT模型,基于DEM数据对漓江流域青狮潭灌区金龟河试区进行子流域划分,考虑水系和渠系分布,从试区上游至下游选择具有水力联系且从小到大逐级嵌套的5个尺度,于2016年5—12月对试区各尺度出水口进行了监测,研究了氮磷质量浓度和排放负荷变化。【结果】从空间尺度1(面积335.41 hm~2)增大到尺度5(面积2 798.15 hm~2),质量浓度总氮沿程呈上升趋势,由尺度1出水口的0.95 mg/L增加到了到尺度5出水口的2.42 mg/L;氨氮与总磷沿程呈现波动性变化,在尺度3(面积1 135.36 hm~2)与尺度5中呈现急剧增加的特点。灌溉季节的氮磷排放负荷大于非灌溉季节,灌溉季节总氮、氨氮、总磷排放负荷由尺度1到尺度5分别下降了54.60%、41.46%、55.77%。非灌溉季节总氮排放负荷随尺度增大而增大,从试区尺度1单位面积总排放负荷0.67 kg/hm~2增加到尺度5单位面积总排放负荷2.76 kg/hm~2,氨氮与总磷排放负荷则表现为波动性变化。在灌溉季节,沟渠、塘堰对氮磷的去除以及排水的重复利用,减少了污染物的排放;而在非灌溉季节,沟渠、塘堰面积由原来的55.91 hm~2减少为13.92 hm~2,减少了75.10%,导致去除效果下降,且随尺度增大养殖场污染物排放量大量增加。【结论】漓江流域水稻灌区氮磷排放控制和污染物消减,应考虑不同时间和空间尺度下氮磷污染物运移的特点。