水稻土壤水分最适点及适宜控制范围试验研究（可编辑）

水稻土壤水分最适点及适宜控制范围试验研究
分类号??
工学硕士学位论文
水稻土壤水分最适点及适宜控制范围试验研究
硕士研究生:王洁
导师:蔡守华副教授
专业:水利水电工程
扬州大学
二一一年六月
,,千洁水稻土壤水分最适点及适宜控制范围试验研究
珊/
摘要
水稻是我国最重要的粮食作物,在水资源越来越短缺的形势下,对其实施由传统的丰水高产向节水高效的非充分灌溉转变是解决缺水问题的主要途径。

而在
非充分灌溉技术体系中,确定出水稻土壤水分最适点含水率和适宜控制范围,可
为水稻节水灌溉中水分控制提供理论依据,对合理制定水稻节水型灌溉制度也具
有重要的现实意义。

通过分析淮安市淮阴区农田水利试验站田间试验观测数据,研究了节水灌溉条件下的水稻土壤水分最适点及水稻适宜控制范围,取得以下两项成果: 水稻生育期前期、中期和后期的最优含水率即土壤水分最适点分别为
.%、.%和.%,占饱和含水率的%左右分别占饱和含水率的
.%、.%和.%。

在保证各生育阶段蒸腾作用不低于该阶段最大蒸腾
作用的%的情况下,水稻生育期前期、中期和后期的灌水上限土壤含水率分别为.%、.%和.%,灌水下限土壤含水率分别为.%、.%和
.%,相应灌水定额分别为./亩、./亩和./亩。

以对产量影响不大于%为控制条件,确定水稻各生育期土壤水分适宜
控制范围。

生育期前期、中期和后期的土壤水分适宜控制范围分别为饱和含水率
的.%.%、饱和含水率的.%~.%和饱和含水率的.%~.%。

水
稻不同生育阶段土壤水分最适点均居相应阶段土壤水分适宜控制范围中间点上。

关键词:水稻;节水灌溉;土壤水分最适点;适宜控制范围
.
扬州大学硕士学位论文 .,
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王洁水稻七壤水分最适点及适宜控制范围试验研究
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第章绪论.研究背景和意义.
.研究现状分析?.
.研究内容与技术路线?..
..研究内容..
..技术路线..
第章试验区概况及试验处理设计?
.试验区概况??..
..试验区地理位置..
..试验区资源状况..
..试验区气象??..
..试验区社会经济..
.试验站概况.试验处理设计?
..水稻生育阶段划分..试验设备?
..水稻土壤水分最适点试验设计
..水稻土壤水分适宜控制范围试验设计
第章水稻土壤水分最适点试验分析??..
.观测与计算??.
..土壤初始含水率
..水稻日蒸腾量和日末土壤含水率计算
..水稻日蒸腾量和日末土壤含水率回归分析?
.结果与分析??扬州大学硕十学位论文
..生育前期水稻土壤水分最适点试验结果与分析??一
..生育中期水稻土壤水分最适点试验结果与分析??.
..生育后期水稻土壤水分最适点试验结果与分析??.
..水稻三个生育阶段土壤水分最适点比较??.
.本章小结?
第章水稻土壤水分适宜控制范围试验分析
.观测与计算??.
..土壤初始含水率.
..观测期间土壤含水率测定??.
.结果与分析..生育前期水稻土壤水分适宜控制范围试验结果与分析??. ..生育中期水稻土壤水分适宜控制范围试验结果与分析??.
..生育后期水稻土壤水分适宜控制范围试验结果与分析??.
..水稻三个生育阶段土壤水分适宜控制范围比较??.
.本章小结
第章结论与展望.结论?.
.展望?..
参考文献?
致谢攻读学位期间发表的学术论文目录?王洁水稻十壤水分最适点及适宜控制范嗣试验研究
第章绪论
.研究背景和意义
我国是一个典型的贫水国,人均水资源拥有量只及世界平均水平的/,居
全球第位,是世界上个缺水国家之一【。

农业是耗水大户,我国的水田
和水浇地约占耕地面积的/,农业用水占总用水量的%左右,据统计我国每
年农业缺水亿【】。

水是生态系统的基本要素,最活跃的组成成分,在农
业生态系统中对生产起最大的限制作用”】。

解决我国水问题的根本出路是全方位
节约利用水资源】。

水稻是我国最重要的粮食作物,其产量解决了我国一半以上
人口的主食。

水稻是广大亚热带地区主产作物,耗水量大,因此,在水资源短缺
越来越严重的形势下,对水稻进行节水灌溉具有重要的现实意义。

节水灌溉条件下水稻土壤水分最适点测试研究
水稻的蒸腾作用达最大时所对应的土壤含水率即为水稻土壤水分最适点含水
率。

在节水灌溉条件下,随着土壤含水率从饱和逐渐下降,水稻的蒸腾作用经历
先增大再减小的变化过程。

因为轻度的水分亏缺并不影响叶片气孔开放,因而对
光合作用速率不会产生明显的影响,甚至在某些情况下高于充分供水的植株【】,
而随着土壤含水率的继续下降,土壤中的水分已不能满足水稻的生理需要,水稻
的蒸腾作用慢慢减小。

事实上,土壤在非饱和条件下,随着土壤含水率的减少,
土壤供养充足,提高了有机肥和微量元素的有效性,也为水稻高产提供了条件。

系统水分运动的一个重
根系吸水是.
要环节,彭建平、邵爱军等【】指出,当土壤含水率小于凋萎点含水率或大于土壤
水分最适点含水率时,作物根系都不吸收或较少吸收水分。

当土壤含水率小于凋
萎点含水率时,作物萎蔫死亡;当土壤含水率大于土壤水分最适点含水率,作物
生长会也受到抑制。

节水灌溉条件下水稻土壤水分适宜控制范围试验研究
目前对于供水量与产量的动态关系认识存在两种观点,一种观点认为任何时扬州大学硕学位论文
期和程序上的水分亏缺都将造成作物减产,要获取高产须整个生育期保持充足供
水量【】;另一种观点则认为充分供水与适度控水交替进行,即一定程度水分亏缺
有利于增产【】。

在中度水分亏缺条件下,气孔导度降低引起蒸腾速率大幅度下降,
但光合速率下降并不明显,因为水分散失对气孔开度的依赖大于光合作用对气孔
的依赖‘】,光合速率对产量有较大影响。

山仑等研究】指出,干旱缺水并不总是
降低作物产量,一定时期的有限亏缺可能对增产和水分利用有利,对这一过程可
以解释为:干旱缺水对作物的影响有一个从“适应到“伤害”的过程,不超过适应范围的缺水,往往在复水后,由于产生了生理上、水分利用和生长上的补偿
效应,将对作物增产更为有利。

相反,若用水量多,一般都伴随着土壤水分过高,
土壤通气性变差,根呼吸减弱,有害气体增加,作物正常生长条件受到破坏;同
时,土壤水分过多,作物生长过旺,茎叶郁闭,影响通风透光,因生长不健壮而。

发生倒伏或导致空秕粒增加、病虫害增加等,造成减产【
水稻土壤水分适宜控制范围是不明显影响产量的土壤含水率临界范围,当土壤水分含量不在土壤水分适宜控制范围内时,就会对作物的生长发育及产量
明显的影响。

土壤水分适宜控制范围下限亦即为灌水始点,是适宜于水稻生育的
最低土壤水分限量,是指示灌水的重要指标之一,它决定着水稻灌水的开始时间、
灌水定额和灌水次数,对制定水稻的灌溉制度具有重要的现实指导意义。

实施由传统的丰水高产向节水高效的非充分灌溉转变已为大势所趋,而在非充分灌溉技术体系中,确定水稻土壤水分最适点和适宜控制范围,可为水稻节水
灌溉中水分控制提供理论依据,是基础性的数据资料。

首先,从广义上讲,它可
用于区域的水资源开发利用规划和优化配量,比如对某一区域内的农业灌溉用水
量评价或中长期预测,另外,根据相应的农业用水量,才能进一步对区域内的水
资源进行优化配置,制定产业结构调整方案;从狭义上讲,它可用于灌区的具体
规划和管理,比如确定灌区的规模,具体取水、输水工程规模等。

其次,土壤水
分最适点和适宜控制范围的研究能提高自然水资源的利用效率。

常规栽培水稻在
水层条件下生长,自然降水往往容易被流失,而如果水稻田间土壤含水率保
壤水分适宜控制范围内,田间土壤始终处在“干湿通气状态,自然降水利用效王洁水稻十壤水分最适点及适宜控制范围试验研究
率将会增高。

第三,减少水资源污染,保护农田生态环境。

减少肥水流失,增强
植株吸收深层土壤中的水分和养分,增强植株抗性,减少化肥农药用量,这有利
于减少水资源污染,保护农田生态环境。

由此可见,对水稻土壤水分最适点和适
宜控制范围进行客观的实验研究分析具有重要意义。

.研究现状分析
水稻非充分灌溉研究进展
】
近十年来,水稻非充分灌溉技术的研究有很多报道。

李志霞、刘兴发【
年对水稻节水控制灌溉技术特点进行了研究,指出水稻节水控制灌溉技术是指
稻苗秧苗本田移栽后,田面保持薄水层~返青活苗,在返青后的
各个生育阶段,田面不建立灌溉水层,以根层土壤含水率作为控制指标,确定灌
水时间和灌水定额。

土壤水分适宜控制范围上限为饱和含水率,下限则视水稻不
同生育阶段,分别取土壤饱和含水率的%~%。

非充分灌溉技术是根据水稻在
不同生育阶段对水分需求的敏感程度和节水灌溉条件下水稻新的需水规律,在发
挥水稻自身调节机能和适应能力基础上,适时适量科学供水的灌水新技术。

俞双恩、张展羽年等【】针对江苏省稻作区水资源、土壤、气候的特
点,推荐对浅湿灌溉、浅湿调控灌溉、控制灌溉、水稻旱作灌溉等灌溉技术进行
推广,几年来的推广实践取得了显著的经济效益和社会效益:年全省推广水稻节水灌溉面积.万,节水总量亿,增产粮食万,节水增产直
接经济效益达亿元;年全省推广水稻节水灌溉面积.万,节水总
量亿,增产粮食万,节水增产直接经济效益达亿元。

等年研究了坦桑尼亚东部田埂高度和土壤类型对雨
养低地水稻产量的影响【】。

通过模拟,
指出当土壤类型为渗透系
数不大于/的粘壤土时,在不同水平年加高田埂都可以明显增加雨养低地
水稻的产量,平水年一般至少可增加产量%;土壤类型为渗透系数为/
的重粘壤土时,丰水年的产量甚至比不加高田埂时高出%。

通过
陈国林、王兆骞年对水稻湿润灌溉的节水效应进行了研究【
扬州大学硕士学位论文
试验,指出可通过湿润灌溉适当地降低土壤含水量,实现有限度的调节土壤水势
和蒸腾速率以提高水效,从而减少耗水。

在湿润灌溉条件下无水层期间大部
分时
间土层蒸发强度小于水面蒸发强度。

在不饱和条件下,土壤水分的再分布又起到
限制蒸发速率的作用。

所以湿润灌溉条件下的稻田耗水量比长期保持水层的淹灌
大为减少,从而实现了适当节水的目的。

土壤水分最适点和适宜控制范围的研究能提高自然水资源的利用效率,目前对雨水集蓄利用的研究也取得了丰硕的成果。

例如,肖殷年结合贵州
省铜仁地区的实际,对雨水集蓄利用小水池工程的规划和设计工作中涉及到的主
要技术参数的计算、工程构筑物布置、结构设计作了简要概述。

张平山年【】立足于黄土高原,以雨水资源为研究对象,在系统分析
和总结相关环境效益评价研究成果的基础上,对雨水利用环境效益、指标的量化
以及评价等进行了研究和探索,得出以下几点结论:旱区的黄土高原中西部丘陵
区和石质山区是集雨农业技术的最适发展区;低雨量干旱区利用非耕地集雨技术
具有一定的区域适应性;半干旱到半湿润偏旱区不适宜发展集雨补偿农业;半湿
润区域和或湿润区也不宜发展集雨补灌农业。

但在水资源日益匮乏的大环境下,
南方对集雨补灌农业的研究具有重要现实意义。

王怀豫、陈传波等年【】以水稻生态系统理论为基础,通过对湖北和
广西四个村户农户的调查,分析了中国南方灌溉水稻和“雨养”水稻生态系统干旱风险的特征和程度,指出“雨养水稻农户比灌溉水稻农户面临更高的干
旱风险,应针对不同的水稻生态系统,采取不同的抗旱政策,从水稻生长的内外
因素上做到开源节流是降低水稻干旱风险的关键所在。

飞
邹君、谢小立等年】研究得出亚热带丘岗区区降水丰沛,对于第一
季水稻的生产,耕灌雨养天灌与传统的灌溉方式在产量形成方面没有多大的,
差异,最大减产率仅为传统灌溉方式总产量的.%,晚稻则会造成大量减产, 减产率达.%,因此,考虑到在广大的亚热带丘岗区水分调蓄的特殊性,可针对区域内具体的水分条件适时插秧,充分利用天然降水完成第一季水稻的生产,
第二季则可种植旱地作物以避开季节性干旱,这样既可以缓解水资源紧缺的矛盾,王洁水稻土壤水分最适点及适宜控制范嗣试验研究
又可以节约因水稻灌溉带来的大量人力、物力和财力。

土壤水分最适点和适宜控制范围的研究进展
水稻土壤水分最适点和适宜控制范围,是非充分灌溉技术的基础性的数据资料。

目前对冬小麦】、番茄‘、棉花【等旱作的研究较多,对水稻土壤水分最
点和适宜控制范围的研究则不太多,且由于这些值受水稻品种、水稻生育阶段、
土壤质地和容重【以及各研究者确定实验方案时主观经验判断的影响,各研究结
果不太一致甚至互相矛盾,其严密可靠性及广泛适用性均较弱。

例如虽彭建平、
邵爱军等年认为水稻的凋萎点含水率低于土壤饱和含水率的%,水
稻蒸腾作用最旺时的土壤含水率约为土壤饱和含水率的%,但作者并没有经过
详细精确的实验研究证明,仅是依据《农田水利学》和《土壤学与农作学》的相
关知识和数据得出的。

王友贞等年通过对水稻旱作覆膜条件下不同生长阶段的不同土壤
水分控制指标对水稻生育性状及产量影响的试验研究,分析得出水稻旱作覆膜条
件下的水分敏感期为拔节孕穗期,并得出水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期
和乳熟期的适宜土壤水分下限分别为%、%、%和%。

王占乔、欧康泉等年】通过对水稻覆膜早作分蘖期的土壤水分测定,
认为在水稻分蘖期土壤水分的下限是保持田间相对含水量达%,这时土壤的水、气、热能够满足水稻分蘖期的需求,呈协调状况,所以分蘖发生快;若土
水分低于田间持水量,则会因水分不足,抑制分蘖的发生,从而对产量产生不利
影响。

王绍华、丁艳锋等年分析了水分胁迫对杂交汕优主要生育指
标及产量的影响,认为湿干灌溉间歇期土壤最低含水量在饱和含水量的%相当于田间持水率的%左右以上,对水稻生育和产量形成均无显著影响。

土壤最低含水量低于饱和含水量的%,在分蘖期影响分蘖的发生,穗数减少,在拔节孕穗期影响稻穗发育,每穗颖花数和结实率降低,籽粒灌浆期和成熟期影响灌
浆和茎、鞘物质像穗部的输送,粒重下降,最终导致显著或极显著减产。

程建平、曹凑贵等年分析了不同灌溉方式对水稻产量和水分生产
扬州大学硕士学位论文
率的影响,指出随着各灌溉方式所设定的土壤水分下限占饱和含水率百分比的降
低,稻田耗水量的减少,水稻的直链淀粉含量降低,而胶稠度和蛋白质含量提高。

邵玺文、刘红丹等年【】研究了不同时期水分处理对水稻生长及产量的影响,结果表明,分蘖期水分胁迫影响水稻分蘖数、和株高,导致单位面积有效穗数不足而严重影响产量,孕穗期水分胁迫影响水稻库容的建立,穗小、穗粒
数少、千粒重低而严重影响产量。

水率到饱
研究水稻
育阶段的
对水稻产
壤水分适
势对水稻
究了节水
王洁水稻土壤水分最适点及适宜控制范围试验研究
图. 水稻土壤水分最适点及适宜控制范围研究技术路线图扬州大学硕七学位论文
第章试验区概况及试验处理设计
.试验区概况
..试验区地理位置
本次试验在淮安市淮阴区农田水利试验站进行。

淮安市淮阴区位于江苏省北部平原的腹地,因古代县域在淮河南岸水之南为阴而得名。

地处北纬
’,东经。

东与楚州、涟水相依,南濒洪泽湖,西与宿
迁市泗阳县相邻,北隔六塘河与宿迁市沭阳县相望,中间半环抱淮安市的清河、
清浦两区。

淮阴区南北长.,东西宽.,面积为.,其中陆
地面积.,占总面积的.%,水域面积达.,占总面积的
.%。

区政府所在地在王营镇,为淮安市的“北大门。

淮阴区地貌形态为黄泛冲积平原。

地形平坦,以废黄河为分水岭,向南北两侧逐渐倾斜低洼。

运北地区,海拔~,其地势西高东低,由西向东呈微波
形斜面,而其中有部分洼地夏家湖地区,海拔仅~。

运南地区,海拔在
~之间,称做西南高平原,其地势由北向洪泽湖边呈波状倾斜。

..试验区资源状况
土地资源
淮阴区土地总面积,其中耕地心,占土地总面积的.%;
园地,占土地总面积的.%;林地,占土地总面积的.%;
居民点及工矿用地,占土地总面积的.%;交通用地面积,
占土地总面积的.%;水域,占土地总面积的.%,未利用土地。

水资源
淮阴区地表水资源总量多年平均值约为.亿,其中地表径流量约.
亿,降水量年际变化不大年降水量基本稳定在左右。

正常年和中等
王洁水稻士壤水分最适点及适宜控制范围试验研究
干旱年,水资源供需基本平衡,如遇特殊干旱年,将严重缺水,缺水量大约为. 亿,其中以临湖片水资源供需矛盾最为突出。

水资源的特点是:地表径流比较丰富,约占地表水总量的.%,年降水量左右。

地表水。

区内地表水总量年平均.亿,其中地表径流.亿,约
占地表水总量的.%。

湖泊。

洪泽湖位于区境南端,其中本区辖.万亩。

该湖底平坦,真高
.左右,湖水位真高.时,可蓄水.亿。

可正常供本区灌溉、航
运的用水。

河流。

全区共有干支河道条系指河底宽以上、河面宽以上
的河道,其中主要河道有:大运河、盐河、张福河、废黄河、六塘河、赵公河、淮沭河、淮泗河、二河、跃进河、渠西河、渠东民便河、孙大泓。

地下水。

区内地下水比较丰富。

地下水按水文地质区可划分为鲁苏隆起水文地质区、洪泽盆地水文地质区、淮安中断陷盆地水文地质区。

地下水有利用价
值的主要是松散岩类孔隙水。

农业资源
淮阴是鱼米之乡,是中国著名的绿色无公害农副产品生产基地、国家重点商品粮生产基地、优质油料基地、商品猪基地、商品羊基地。

种植业上,已形成蔬
菜、地膜花生、“双低油菜、山芋、优质稻米、蚕桑、意杨、食用菌、牧草等九
大特色产业,年产粮多万吨、油料万吨、蔬菜万吨、蚕茧万吨:养
殖业上,以四季鹅、奶牛、山羊、菜鸽、生猪为主,年产四季鹅万只、肉鸡万只、山羊万只、菜鸽万羽,年出栏生猪万头,饲养奶牛万
头;水产养殖上,全区养殖水面万亩,年水产品产量万吨:林业上,拥有林
地万亩,活立木储量达万,%的农田实现林网化;森林覆盖率%,
形成以意杨为主的林木生产基地。

..试验区气象
淮阴区地处北亚热带和暖温带交界区,属暖温带半湿润季风气候,四季分明, 扬州大学硕十学位论文
季风显著。

受季风环流影响,自然灾害较为频繁。

灾害性气候有涝、连阴雨、
旱、
寒潮、霜冻、大风、冰雹等。

但主要是涝渍和干旱。

夏涝一般出现在每年的月
下旬至月上旬:秋涝出现在月中旬至月下旬;连阴雨有春季、初夏和秋季
三种情况。

重大涝灾一般为年遇。

干旱发生机率少于涝灾,平均为年
遇。

年均降水量.,最多年为.,最少年为.。

年雨雪日
●
平均为.天,最多天,最少天。

梅雨多雨季节,平均在月日进
入雨季,月中旬雨季结束。

区内冬季盛行东北偏北风,春季盛行东北、东南风, ●
夏季盛行东南偏东到东南风,秋季盛行东北偏北到东风。

年平均风速为./:、两月平均风速最大为./:风速在/的大风,累年平均出现.次。

区内无霜期较长,按地区最低温度大于统计,平均无霜期为天。

初
霜期平均在月日,最早出现在月日,最晚出现在月日。

终霜期
平均在月日,最早出现在月日,最晚出现在月日。

年平均气温.,
,最少
最高年,最低年。

年平均日照时数为.,最多年为
年为。

..试验区社会经济
年全年地区生产总值.亿元,比上年增长.%。

,
第一产业增加值.亿元,增长.%。

全年粮食种植面积.
,增加。

全年粮
比上年增加.×姘;油料种植面积.
食产量.万吨,比上年增加.万吨,增产.%。

其中,夏粮产量.
万吨,增产.%;秋粮产量.万吨,增产.%。

全年油料产量.万吨,
增产.%。

第二产业增加值亿元,增长.%。

全年全部工业增加值.亿元,比
上年增长.%。

规模以上工业增加值.亿元,比上年增长.%。

全区规模
以上工业企业累计实现利润.亿元,比上年同期上升.%。

第三产业增加值.亿元,增长.%。

全年社会消费品零售总额.亿
王洁水稻七壤水分最适点及适宜控制范围试验研究
元,比上年增长.%。

分行业看,批发和零售业零售额.亿元,增长%;
住宿和餐饮业零售额.亿元,增长%;其他行业零售额.亿元,增长.%。

.试验站概况
淮阴区农田水利试验站座落于淮阴区丁集镇农庄村,国道农庄段西侧
米,成立于年月,原名淮阴县农田水利科学研究站。

试验站目前占地约
亩,其中试验用地约亩。

站内有×的测坑个、×
×的方形测桶个、××的方形测桶个、个小气象
观测场,以及土壤水分测定设备及流速仪等水文观测仪器。

目前试验站有在编职
工名其中本科学历名,大专学历名,高中学历名、初中学历名,拥
有工程师职称名,助工名,高级工职称名,技术员名。

该站至年起先后进行过水稻防高温喷灌研究、江苏省小麦需水量等值线
图研究、江苏省棉花需水量等值线图研究、杂交水稻耐淹试验研究、淮北地区主
要旱作物水分需求与灌溉、水稻旱栽细沟灌溉技术研究、蔬菜旱、涝、渍减灾技
术研究、灌溉渠道直读式柱形量水槽研究及应用等研究,获得了较多奖项,有扎
实牢靠的试验基础与严谨的试验精神。

试验区土壤为沙壤土,饱和含水率重量%为.%,田间持水率重量%
为%,凋萎点含水率重量%为%,土壤容重为./。

.试验处理设计
本次试验水稻品种为籼稻,试验分为两部分,分别为湿润灌溉条件下水稻土壤水分最适点和适宜控制范围试验。

两个试验均用简单称重筒测法分别对水稻进
行试验研究,隔绝天然降水和地下水,设计为单因素对比试验。

为减少筒内作物
和田间作物因受到不同外界环境影响而发生的差异,筒内水稻所处环境尽量保持
和田间一致,人工除草,施肥、鼠、鸟雀、病、虫防治等同生产田。

扬州大学硕士学位论文
..水稻生育阶段划分
根据《灌溉试验规范》及水稻的形态特征和生理特性,本试验水稻生育阶段。