黑龙江省水稻干旱水分生产函数试验研究

石瑞花，陈晓霞，姜彪，赵浩

黑龙江省水稻干旱水分生产函数试验研究

石瑞花，陈晓霞，姜彪，赵浩

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130061）

根据黑龙江省水利科技试验研究中心2015年实测数据，分析研究适用于黑龙江省的水稻水分生产函数模型，探讨各种模型中水分敏感性参数的变化规律，提出水稻不同时期干旱胁迫下适合该地区的水稻水分生产函数模型为Jensen模型，为黑龙江省稻灌区非充分灌溉条件下的灌溉制度优化提供基础依据。

黑龙江省；水稻；水分生产函数；Jensen模型

1 概况

黑龙江省是一个农业大省，又是水资源总量偏少的省份。目前，黑龙江省水稻灌溉的年均用水量为160～170亿m3，占全省农业用水总量的93%。据水利部门预测，未来几年内，黑龙江省年均用水量将以每年4.27%的速度逐年增加，稻灌区节水已成为黑龙江省水稻地区保障农业可持续发展的重要措施。作物水分生产函数是各种水源供水能力不足而采用非充分灌溉条件下确定最优灌溉制度与最优配水方案的基本依据，也是确定充分灌溉条件下节水灌溉制度的主要依据。目前得到认可的是作物产量与各生育阶段蒸发蒸腾量关系的加法模型——Blank模型、Stewart模型、Singh模型和乘法模型——Jensen模型。

2 试验设计与方法

试验区设在黑龙江省水利科技试验研究中心农业水土工程田间试验场，属于中温带大陆性季风气候。春季干燥多风，降水少，蒸发量大，4—6月份的蒸发量站全年的40%以上；夏季短暂而炎热，光热水同季；秋季冷暖多变，降水量显著减少，但多于春季；冬季漫长而寒冷，干燥多西南风。多年平均降水量400～800 mm，多年平均气温3.1℃。试验区土壤为壤土，0～30 cm土层内的体积饱和含水率为42.87%，pH值为7.27。

采用测桶栽植水稻进行试验，测桶规格为内径0.46 m，高0.4 m的金属桶；每个测桶内移栽5株水稻，分3组每组14种不同干旱处理进行重复试验。试验区内配备移动式遮雨棚，排除天然降雨对试验区水分的影响，以灌溉水控制试验区田间水层和土壤含水率。

水稻品种为当地常见的稻花香，施肥等农艺措施均按照当地高产优质模式进行统一管理。对水稻6个关键生育期：返青、分蘖、拔节孕穗、抽穗开花、乳熟期、黄熟期进行控水管理。试验处理设计及各生育期水分控制范围见表1。对照组14（CK）水分控制按《寒地水稻节水控制灌溉技术规范》中确定的节水灌溉水分调控指标进行。

采用作物产量与各生育阶段蒸发蒸腾量关系的4个模型进行水分生产函数分析。

2）Stewart模型

3）Singh模型

表1 试验设计方案

4）Jensen模型

式中：Ya为实际蒸发蒸腾量对应的作物实际产量，kg/hm2；Ym为潜在蒸发蒸腾量对应的作物产量，kg/hm2；i为作物生育阶段编号；n为划分的水稻生育期阶段数；Ai，Bi，Ci，λi为第个生育阶段的水分敏感指数，反映阶段缺水对产量的影响程度；ETa为实际蒸发蒸腾量，m3/hm2；ETm为潜在蒸发蒸腾量（正常灌溉处理下），m3/hm2。

3 试验结果与分析

建立水分生产函数模型的关键是推求适合试验方案设计及当地实际情况的具体参数。根据试验实测的不同水分处理条件下各生育阶段的蒸发蒸腾量，利用Spss求解多元线性方程组，得到4种水分生产函数模型的水分敏感指数，并对回归方程进行F显著性检验，各处理不同生育阶段的蒸发蒸腾量和相应的产量见表2，水稻水分敏感指数及回归方程的显著性检验见表3。

从表3可以看出，4个水分生产函数模型的相关系数R均较高，并且检验值F均大于显著水平为0.05的临界值F0.05，说明水稻植株蒸发蒸腾量与产量之间存在显著的线性关系，回归方程显著。

从4个模型的敏感性指数来看，Blank模型和Stewart模型，分蘖中期敏感性指数最大，说明水稻在分蘖中期对水分最为敏感，这与水稻生长的实际情况不相符合。

对于Singh模型中的敏感指数C值，在抽开期、分蘖中期出现最高，在分蘖初为负值，分蘖后相关性不显著，说明水稻生长过程中抽开期和分蘖中期对水分的需求比较敏感，而在分蘖后无论旱或不旱对产量都没有影响，这也与水稻生长情况不相符合。

Jensen模型公式表明，λ值越高，缺水后Y/Ym值越低，缺水导致的减产越严重，对缺水敏感性越高。对于模型中的敏感指数λ值从高到低顺序是：抽开期-分蘖中期-拔孕期-分蘖初期，在分蘖末期和乳熟期为负数。这说明水稻在抽穗开花期对水分最敏感，在此阶段缺水对水稻的产量影响最大；其次是分蘖中期、拔节孕穗期和分蘖初期，在分蘖末期和乳熟期则为水分越少越增产，水稻的缺水减产敏感阶段是水稻生理特性及气象条件综合作用的结果。这与2015年试验区水稻生长情况相符，由于2015年试验区夏季雨水较大，气温较低，分蘖中期田面水层具有一定的保温效果，可以促进水稻分蘖，减少低温的损害，所以该时期λ值较高；在拔孕期降雨量大，空气潮湿，λ值较低；在乳熟期由于气温低，腾发强度小，所以λ值低；在分蘖末期晒田可以降低水稻的无效分蘖，促进产量增加，所以这一时期水分敏感指数最低为负值。因此，Jensen模型是适合试验区的。

表2 各处理蒸发蒸腾量及产量

表3 2015年水稻水分敏感指数及回归方程的显著性检验

4 结论

通过2015年的田间试验及数据分析，得到试验区Blank模型、Stewart模型、Singh模型以及Jen⁃sen模型中的各个生育阶段水分敏感指数，确定Jensen模型适合于试验区。对于试验区水稻，敏感指数高峰[λ]值出现在抽开期，此阶段为产量对缺水的敏感期；第二高峰出现在分蘖中期，此阶段为水稻分蘖旺盛时期，水量充足会增加分蘖，为水稻高产打下基础；在分蘖末期和乳熟期为负值，这两个时期适度缺水可以提高产量。

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S511 < class="emphasis_bold"> ［文献标识码］A

A

1002—0624（2017）12—0054—03

水利部公益性行业科研专项经费项目（201401036）

2017-01-05