水稻灌溉效益的田间直接对比试验
水稻灌溉效益的田间直接对比试验
古璇清① 罗怀彬① 李跃祥② 林丽琼② 古小华② 李庆华②
（1 广东省水科院，广州，510610； 2 梅县灌溉试验站）
提 要：在田间进行连续6 年水稻合理灌溉与无灌溉的直接对比试验，以翔实的实测数据为基础，分析各年度自
然状态下的水稻灌溉效益和平均灌溉效益，并进一步探索了降雨与稻田雨水利用率等相关规律，为灌溉工程、节水
灌溉工程规划、设计及运行管理提供基本依据。
关键词：水稻灌溉效益对比试验
1 试验研究的目的、意义
（1）灌溉效益计算是水利经济分析的重要内容
长期以来，由于缺乏相应的试验或研究资料，灌溉效益分析缺乏较严谨的方法和科学标准，各地对作物灌溉效益取值混乱，效益预测及评价显得盲目性、任意性过大，不容易使人产生信服。另外，随着节水农业的发展，效益问题也被格外地重视。从节水灌溉论，农业灌溉的节水不单纯为了节约多少工程水或资源水量，而是要研究在一定水资源承载能力下，如何使行业用水产生出最大经济效益，因此，农业节水的目标与经济发展的目标是一致的。只有通过灌溉（或用水）经济产出效益的比较，评价节水灌溉效益才更科学、更合理。
（2）为区域的种植结构调整提供科学依据
我国水稻播种面积和总产量均居世界第一位，广东是我国稻米的主产区，目前，稻田灌溉约占本省有效灌溉面积的80%，从发展规划看，广东农业在稳定粮食生产和产量的同时，正在进行以提高农业生产效率、增加农民收入为目标的农业多元化种植结构的调整。一些地区粮食种植比例将大幅度下降，经济作物种植比例则增加，并可能形成一定的种植规模。政府怎样指导区域实行农业结构调整？其中，区域水资源承载能力、各种作物的用水量、灌溉用水效益等，都将作为重要参考因素，也是政府进行决策的依据。在掌握了单项作物灌溉效益的基础上，经过优化、叠加或多方案比选后，才能选出一个或几个综合灌溉效益较大的作物种植组合，以指导该地区实行种植结构调整，或为结构调整提供科学依据。
（3）是政府指导和推广节水灌溉技术的依据
当前随着节水农业的发展，愈来愈重视用综合效益来考核农业灌溉的作用与意义。如何灌溉才能获得最大经济效益？当可供灌溉水源有限时，作物各生育阶段的水分如何分配才能获得最大灌溉效益？控制灌溉技术与传统的灌溉方法比，可节省多少水分？这些问题涉及到如何建立科学合理的节水灌溉效益评价体系问题，也都是我们必须研究解决的问题。
2 试验方法
水稻灌溉效益的田间直接对比试验，即在同一地点进行连续数年的“合理灌溉”与“无灌溉”的对比试验，根据试验实测结果直接分析出各年度的作物灌溉效益，经过分析获得当地灌溉效益近似多年平均值的指标。这是作物灌溉效益试验中最普通的一种试验方法，相对地说，这种方法的试验数据真实可靠，但应用时受一定条件（时空、地域）的限制。试验作物为杂优水稻，一年两熟。设2 个处理：处理1 为“合理灌溉”，执行“浅晒湿”灌溉制度；处理2 为“不灌溉”，即全生长期只利用自然降雨，近似于没有水利设施的“望天田”。各4 次重复。
各处理的灌排水及蓄雨深度设计见表1。
3 试验结果分析
3.1 降雨分析
作物灌溉效益的大小，与生长期内农作物对降雨的利用量大小密切相关，本省双季水稻生长期基本处于雨季，雨水占稻田需水来源的很大一部分，因此可以说，稻田灌溉效益的大小，主要取决于稻田对同期降雨的利用量。而降雨的利用量大小又与雨型、雨强和降雨历时等因素关系密切。对试验地区降雨的分析，有助于了解试验周期出现的降雨情况在试验区内是
否具有典型性，和了解试验区降雨类型对于其他区域是否也有代表性。
3.1.1 多年平均降雨量
(1)年降雨量。从收集当地1953—2000 年共48 年的降雨资料分析，梅县年降雨量为987.8mm—2309.0mm，多年平均降雨量为1459.3mm，低于全省平均降雨量，为雨水偏少区域。年际间降雨量的变差系数为20.1%，接近全省平均水平（表2）。
(2) 时段降雨量。早季稻（以3 月21 日至7 月10 日为统计时段）全时段降雨量为390.7mm—1170.3mm，多年平均为704.8mm，年际间变差系数为23.9%；晚季稻（以7 月21 日至11 月10日为统计时段）全时段降雨量为197.0mm—995.5mm，多年平均为443.4mm，年际间变差系数为37.1%；双季稻全期（以3 月21 日至11 月10 日为统计时段）降雨量为749.4mm—1725.3mm，多年平均1148.3mm，年际间变差系数为21.2%（表2）。从双季稻生长时段降雨量的多年平均值看，早稻生长时段降雨约占61.4%，晚稻占38.6%，即晚稻生长时段降雨量明显小于早稻生长时段降雨量。
3.1.2 降雨频率分析
根据 1953—2000 年共48 年的降雨资料，分别早、晚稻及双季稻对时段降雨量进行排频，结果列于表3。
从频率分析结果看（表 4），试验周期内早稻有2 个丰水年（1997 年、2000 年），1 个平水年（1996 年），3 个枯水年（1995 年、1998 年和1999 年）；晚稻则有3 个丰水年（1996 年、1997年和2000 年），2 个平水年（1995 年、1999 年），1 个枯水年（1998 年）。
3.1.3 雨日与雨强
试验区年降雨日数在 104—194 天之间，多年平均为136 天。从水稻生育时段看，早稻有雨日约占全生育期天数的50%，晚稻约占30%。早稻各月一般有10～20 天的雨日，降雨在时段上分配比晚稻均匀。试验区降雨强度一般不大，日雨量 100mm 以上的暴雨大约4 年一遇，50—100mm 的日降雨量大约每年平均出现4～5 次，其他降雨以50mm 以下的中、小雨为主。
3.2 灌溉效益分析
3.2.1 灌溉增产效益分析
根据《灌溉试验规范》(SL13-90)，采用下式计算水稻灌溉效益(即灌溉增产率)：
3.2.2 灌溉效益与产量的关系
作物灌溉效益的大小变化直接与合理灌溉及无灌溉的产量变化有关，但究竟与谁的关系更密切？下面以1995—2000 年逐年灌溉效益与同期水稻产量进行相关分析。从分析结果看，早稻、晚稻及双季稻灌溉效益与无灌溉处理产量的相关系数分别达0.856（图1）、0.942（图2）和0.852（图3），而与合理灌溉产量的相关关系表现不密切。
3.2.3 灌溉效益的年际变差分析
从1995—2000 年的试验实测数据分析，灌溉效益在年际间的变异系数，早稻为 48.1%，晚稻为 199.6%，双季稻灌溉效益的变异系数为88.5%（表6）。可见，由于作物灌溉效益的变化，主要受无灌溉稻田产量变化的制约，“靠天”的因素大，年际间变化较大。有灌溉保证的稻田，可根据作物需水规律，科学合理地控制稻田土壤水分，因此能获得相对高产和稳产。但作物产量也还受水、土、肥、种及自然人为等多因素制约，年际间产量不免仍有一定程度的波动。而无灌溉稻田则完全处于“望天”状态，在 其他条件相对一致的情况下，作物生长获取水分就只有靠天，遇到“风调雨顺”时才能获得较好收益，但自然降雨状况是复杂和常变的，因此作物收成难于获得保证，在没有灌溉条件下，土地利用率低，农民的生产投入不能保证获得回报，难免造成损失。
3.3 有效雨量分析
对于“有效雨量”这个概念，不同领域有不同的解释，对水稻生长过程来说，则是对水稻生长有利并被其利用的降雨为有效降雨。当出现降雨强度过大、一次降雨过程过长、或两次大雨间隔时间过短等情况时，将有相当一部分的雨水可能变成多余，并被排出田外而成为无效降雨。由于农田获得的有效降雨量与时段内总雨量有一定的相关关系，在90 年代之前，“有效雨量” 这一概念曾是作为估算作物灌溉用水量的重要参考指标之一。望天田对雨水的利用率无疑是最大的，因此，以下分析也作为对农田最大利用降雨量的研究探索。
3.3.1 降雨平均有效利用系数
从试验结果看，各年度不灌溉稻田的雨水利用率有较大差异，如表7 所示，早稻利用量在367.7—526.0mm 之间，有效利用系数在0.61—1.00 之间；晚稻利用量在235.9—403.1mm 之间，有效利用系数在0.71—1.00 之间。总的趋势是：早稻平均降雨量大于晚稻，利用降雨量也大于晚稻，有效利用系数则早、晚稻之间差别不大。
3.3.2 有效雨量与降雨量的相关
农田对雨水的利用量是估算灌溉用水量的重要指标，欲对某一年或某一时段的农田雨水利用量有个较为确切的估计，向来是个研究的难点，但因有效降雨量与总雨量有一定的相关关系，因此可通过建立它们之间的数学模型而获得近似数据。
（1）降雨利用量与同期降雨量的相关
根据对 1995—2000 年实测资料的统计，结果显示，稻田对雨水的利用量与同期降雨量之间表现出较密切的正相关关系，在一定区间（350 mm < P < 850 mm）内随着降雨量增大，雨水的利用量亦增加（图4），其数学模型用下式表示：
P0 = 170.0 +0.49 P
（ 置信区间： 300 < P < 850）
式中 P0 —— 单季稻生育时段内雨水利用量（mm）
P ——单季稻生育时段内总降雨量（mm）
（2）雨水利用率与同期降雨量的相关
统计分析结果表明：农田对雨水的利用率与同期降雨量呈显著的负相关趋势，即随着降雨量增大，雨水利用率降低（图5）。其关系可用下式表示：
P' = -0.071 P + 121.55
（ 置信区间： 300 < P < 850）
（3）双季稻生长时段内雨水利用量与同期降雨量的相关
根据试验实测资料统计分析，双季稻生长时段内的有效降雨量与同期降雨量之间呈正相关关系，但点与趋势线之间的离散度较大（见图6）。其关系可用下式表示：
P0(双季) = 440.8 +0.39 P(双季)
（ 置信区间： 700 < P(双季) < 1400）
式中 P0(双季) —— 双季稻生育时段内降雨利用量（mm）
P(双季) —— 双季稻生育时段内降雨量（mm）
（4）双季稻生长时段内雨水利用率与同期降雨量的相关统计分析结果表明：双季稻生长时段内农田对雨水的利用率与同期降雨量之间呈正相关趋势（图7），其关系可用下式表示：
P0（双季）= 0.391P（双季） + 440.8
（ 置信区间： 700 < P（双季） < 1400）
3.3.3 降雨和雨水利用率的年际变差分析
降雨在年际间变化较大，分析结果表明，1995—2000 年早稻、晚稻及双季稻生长时段降雨量在年际间的变异系数分别为28.0%、22.6%及22.2%；雨水利用量的变异系数分别为14.5%、18.7%和14.4%；利用率的变异系数分别为17.7%、14.5%和14.4%。从中可见，农田对雨水的利用量在年际间的变化比降雨量的变化程度小（表8）。
4 结果讨论
试验结果表明，早稻生育时段多年（1953—2000 年，下同）平均降雨量为701.9mm，而试验周期的6 年平均为628.0mm，低于多年平均值，总的看偏枯水，平均灌溉效益为84.4%；晚稻多年平均时段降雨量为442.3mm ，试验周期的6 年平均为466.0mm，接近多年平均值，平均灌溉效益为164.1%。从双季稻合并分析结果看，多年平均时段降雨量为1181.7mm ，试验周期的6 年平均为1094.1mm，略低于多年平均值，平均灌溉效益为114.4%。
以上结果表明，1995—2000 年连续6 年的试验，已包括了较全的降雨水分类型，代表性较强；作为灌溉及节水工程的规划、设计指标，本试验提出的灌溉效益的多年平均值指标，可在当地及类似地区应用。
