水稻农作物地下水埋深及土质与全育生长期入渗补给系数研究

杨 扬

（盘山县农业水利事务服务中心，辽宁 盘山 124000）

当前世界总用水量的增加速率以每年3%进行增加，人均水资源可利用量近30年来锐减了一半, 世界总用水量的70%为农业用水量［1]。农业节水由于水资源紧缺已经成为全球关注的热点问题［2]。我国主要粮食作物为水稻，水稻面积在我国约为5 亿亩，辽宁省水稻种植面积也达到1000 多万亩，水稻灌溉水量占总农业灌溉水量的比例达到80%左右，用水量较大［3]。近些年来，由于春季河水较少且地下水位逐年下降，应对水资源匮乏的主要方式即采用节水灌溉方式［4]。当前辽宁地区水稻节水潜力较高，生产用水效率仅为0.7 kg/m3，因此，开展辽宁地区水稻作物的节水灌溉方式对于指导辽宁地区农业可持续发展意义重大［5]。研究表明探讨农作物降雨入渗补给关系对于制定区域农业节水规划具有重要的支撑作用［6]。王忠波［7]基于CROPWAT 模型对水稻需水量及灌溉制度研究，研究表明有效降雨量难以满足水稻需水要求，在水稻生育期内应根据不同典型年选择合适灌溉制度灌溉，并在拔节孕穗、抽穗开花两个高耗水时期加强灌溉。胡娜［8]对水稻生长需水影响的蒸散发和入渗补给系数进行了测定，确定了不同土壤类型、不同埋深时水稻入渗补给系数和次降雨量的关系线。王树鹏［9]对滇中水稻不同灌溉模式需水规律及水分生产率进行探讨，研究表明水稻灌溉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。赵扬搏［10]对船行灌区水稻需水监测及灌溉预报模型进行研究，结果表明提高降雨利用率可降低水稻作物的灌溉水量。通过以上研究结果表明水稻作物降雨入渗补给关系分析是其节水灌溉方式探讨的重要基础，为此本文以辽宁地区水稻为研究实例，重点探讨地下水埋深及土质类型下水稻作物全育生长期的降雨入渗补给关系。

1 试验区概况

以辽河平原作为试验区域，区域第四纪含沙层厚度一般在200 mm 左右，属于辽河冲积形成的平原区域，平原区域土壤上层为亚砂、亚粘土以及砂土三个部分组成，深层土层主要为较粗的细砂土质，在上层和深层之间的土层为亚砂土隔水层。辽河平原多年平均降水量为630 mm，属于大陆半湿润季风气候，年降水量在6月～9月的比重约为75%，最大和最小年降雨量实测值分别为967 mm 和412 mm，年际之间的降水变化较大。地下水埋深由于地势低平一般在1.0 m～2.5 m 之间，降雨入渗系数一般在0.25～0.35 之间，属于土壤水入渗补给较大的区域。由于地下水埋深的影响区域地表径流系数一般在0.1 左右，地表径流系数较小。地下水流以垂向为主，降雨入渗是地下水主要的补给方式。

2 试验方案

（1）降雨入渗量测定方式

分析降雨入渗补给量时，入渗仪器高度考虑对水稻作物渗量的影响，安装滑动式仪器进行入渗补给量的测定，梯度为仪器0.4 m 的间隔安装一个入渗仪器，当梯度达到一定高度时场次降雨入渗补给量变化逐步稳定，这时将仪器高度逐步升高，设置的高度分别为2.5 m、2.0 m、1.5 m、1.0 m、0.5 m、0.25 m、0.15 m。在对不同高度进行降雨入渗补给量的测定时，对整个观测试验采用雨量计进行同步观测，这样可以准确把握试验水田整个降雨入渗情况。

（2）蒸发量测定方式

蒸发量的测定主要采用E601 蒸发器进行水稻叶面蒸腾的测定，水稻观测试验的土壤中埋入E601 蒸发器进行具体观测，水稻叶面的蒸腾量采用另外一个E601 蒸发器进行测定，水稻的蒸散发量等于两个蒸发观测仪器观测数据相减，不同地下水埋深下的水稻潜水蒸发量采用地中渗透仪进行观测试验，按照0.30 m、0.60 m、0.80 m、1.25 m 设置仪器的埋深高度。对于以上埋深高度采取两次观测试验，不同埋深下的潜水蒸发量被仪器观测到后，停止试验观测。

3 试验结果

3.1 水稻作物次降雨入渗补给和次降雨量的关系

对水稻主要生长过程中地下水埋深分别为0.30 m 和0.80 m时的降雨入渗补给量和次降雨量的关系进行探讨，结果见表1和图1。

表1 水稻作物次降雨入渗补给和次降雨量的关系

图1 次降雨量和不同地下水埋深下次降雨入渗补给变化关系

对地下水埋深分别为为0.30 m 和0.80 m 下按照降水量大小进行次降雨入渗补给系数的排序，确定次降雨量和不同地下水埋深下次降雨入渗补给系数的关系，从观测数据可看出，当地下水埋深较低时，随次降雨量的变化入渗补给系数总体变化较小，当地下水埋深较高时，随次降雨量的变化入渗补给系数变化曲线波动特征增强，当地下水埋深为0.30 m 时，次降雨入渗补给系数最大值之间的差值为0.14，而当地下水埋深为0.80 m时，系数最大之间的差值增加到0.89。

3.2 不同土质与地下水埋深下水稻全生育期入渗补给系数分析

对水稻全生育期入渗补给系数和入渗补给量（包括灌溉水和降雨入渗补给）关系进行测定，见表2，并对不同土质类型两种地下水埋深条件的水稻全生育期入渗补给系数和入渗补给量关系进行分析，见表3。

表2 壤土不同埋深时的全生育期入渗补给系数

表3 不同土不同埋深时的全生育期入渗补给系数

从表2 分析结果可看出，水稻作物随着地下水埋深的增加次降水入渗补给量逐步递减。表3 为辽宁省4 种主要土质类型下水稻作物全生育期入渗补给系数和入渗补给量的关系，从表中可看出，在两种地下水埋深条件下亚沙土入渗补给系数差异度较小，这是因为亚沙土存在着较大的裂隙，使得其土壤内部水分在灌溉水后从缝隙迅速下渗，因此具有较大的入渗补给系数，且受地下水埋深影响度较小。粘土由于渗漏能力较低，在四种土质中入渗补给系数最低。两种地下水埋深条件下入渗补给系数也较为相似，这主要是因为粘土孔隙度较低，不利于水分的下渗。颗粒很细的沙土由于有很小颗粒孔隙，使得其也具有较小的入渗补给系数，亚粘土入渗补给系数和沙土较为相似。

3.3 水稻入渗补给强度的日变化分析

结合场次降水观测数据，对水稻降雨补给和灌水补给日入渗量的变化过程进行分析，结果见图2。

受降雨强度变化，一次降雨入渗补给速度也逐步变化，降雨初始阶段，地下水埋深较低区域首选观测的入渗补给水分，随着降雨时段的递增，地下水埋深较大的区域逐步观测到入渗补给水分，在初始入渗补给时段地下水埋深较低的区域入渗速率一般较高。当入渗速率高于降雨速率，入渗时段较降雨时段有所滞后，降雨强度出现峰值之后出现入渗补给量的峰值。入渗过程在降雨停止一段时间后依旧继续进行，但入渗速率逐步减低。随时间变化降雨入渗强度也随之变化，单位时间的入渗水量对应不同时刻的入渗强度是不相同的，大气降水的数量、包气带的岩性及厚度与入渗强度具有较为密切的联系。降水的时间长度与入渗时间长度不一致，到达潜水面的时刻作为每次降水入渗到土壤前锋面的初始时段，可以忽略潜水面的水量受降水入渗影响而减少的水量。一般情况下降水的时间长度少于入渗的时间长度，其时间差与包气带的岩性和厚度具有较强的相关性。从水稻降雨补给日入渗量的变化过程可看出，入渗过程基本降雨停止4个小时后完成。降雨入渗补给不同于灌溉入渗补给，灌水入渗受降雨过程的影响，入渗补给量逐步递减变化，入渗量高值出现在入渗补给初始阶段，入渗量随着时间的递增而逐步减少。不同埋深下入渗速率较为相似，地下水埋深对灌溉入渗补给速率影响度较低。

图2 水稻降雨补给和灌水补给日入渗量的变化过程

4 结论

（1）当地下水埋深较低时，随次降雨量的变化水稻作物入渗补给系数总体变化较小；当地下水埋深较高时，随次降雨量的变化入渗补给系数变化曲线波动特征增强。

（2）水稻作物随着地下水埋深的增加次降水入渗补给量逐步递减，亚沙土由于较大的土壤颗粒裂隙，使得其水分在灌溉水后从缝隙迅速下渗，因此具有较大的入渗补给系数，且受地下水埋深影响度较小。

（3）随降雨入渗强度变化，单位时间的入渗水量对应的不同时刻的入渗强度是不相同的，大气降水的数量、包气带的岩性及厚度与渗强度具有较为密切的联系。灌水入渗受降雨过程的影响，入渗补给量逐步递减变化，入渗量高值出现在入渗补给初始阶段，入渗量随着时间的递增而逐步减少。