（水利水电工程专业论文）节水灌溉对水田生态环境影响效应的综合评价与分析.pdf

沈阳农业大学硕士学位论文 摘要 在只注重经济效益忽视建设项目的生态环境效应的思想指导下，人类给 自然资源和生态环境造成了很大的污染和破坏。随着人类环境意识的不断提 高，各界人士越来越重视兴建工程对生态环境的影响。传统的水利工程特别 是中小型工程在生态环境影响评价方面力度明显不够，这样极易给生态环境 埋下隐患。本研究拟结合沈阳市利用世行贷款发展节水灌溉项目，对苏家屯 试区不同节水灌溉条件下水田生态环境影响效应进行综合评价与分析。以实 现趋利避害，优选出经济效益高且生态环境友好型的水田节水灌溉技术，实 现节水农业的可持续发展。 本研究首先对三种节水灌溉模式( 覆膜灌溉、浅湿灌溉、浅水灌溉) 下 水田整个生长过程中的近地面小气候、水土环境、田间水分平衡、水稻生长 发育状况、产量和经济效益进行试验观测：采用多级模糊综合评判方法，对 不同灌溉模式下的水田生态环境影响效应做综合评价：并用v i s u a lb a s i c 语 占开发了评价软件，并采用人工计算结果对其有效性进行了检验。 实验研究结果表明，覆膜灌溉与浅湿和浅水灌溉相比，田间空气相对湿 度较低，温度高，c - h 和n 2 0 的排放量较少，水稻的生育进程快，各个生育 期提前，水稻的生长量大，无效分蘖数也较高，抗病能力强，其产量较浅湿 高2 6 ，较浅水高5 7 ；灌水生产率较浅湿高2 6 3 ，较浅水高5 1 0 ；经 济效益较浅湿高1 1 ，较浅水高6 - 2 。但是，覆膜灌溉处理稻田的土壤容 重较高和塑料薄膜对农田的污染影响较浅湿灌溉和浅水灌溉不利。 模糊综合评价的结果表明覆膜灌溉、浅湿和浅水灌溉处理的隶属度分别 为0 8 1 4 、o 7 9 8 和0 7 3 4 ，根据隶属度最优原则覆膜灌溉的生态环境综合影响 效应最佳是即节水、高产，经济效益显著，又具生态环境友好型特点的水 稻节水灌溉措施，值得大面积推广应用。其次是浅湿灌，最差的是浅水灌模 式。此外，本研究所开发的程序可以用于类似项目的生态环境影响评价。 关键词：水田节水灌溉方法：田问观测：程序开发；生态环境影响评价：模 糊综合评价 沈阳农业大学硕士学位论文 一、绪论 ( 一) 水田节水灌溉概述 水稻是中国栽培面积最大的粮食作物，全国水稻产量约占粮食作物总产 量的4 0 ，稻田面积约占全国粮食作物总面积的3 0 左右。同时水稻也是耗 水量最多的农作物，目前我国农业用水约占全国总用水量的7 0 以上，稻作 生产的用水量约占农业用水量的6 5 ，占全国总用水量的4 5 以上。我国水 稻小部分分布在北方，北方稻区处于干旱半干旱地区，水资源不足，全国9 0 以上的稻田分布在南方，虽然南方降水及水资源比北方丰富，但由于降水在 年际、特别是在年内分布不均，多为季节性干旱。所以，水田灌溉在我国有 悠久的历史。早在春秋战国时期楚国和魏国修建了用于灌溉的引章十二渠， 西汉时期在我国北方修建的都江堰和郑国渠。人们逐渐开始引渠灌溉和从江 河中提水灌溉，并逐渐总结出水稻的节水栽培，如陈敷所著“节用之宜篇” 提到在干旱之年把烤田和灌溉结合起来，仍能把水稻种好，并通过提高耕地 质量，使土壤增活，增强积水能力，可以避免可能遭遇的旱灾( 王一凡，周毓 珩，2 0 0 0 ) 。 在中国的近代史即1 8 4 0 - - 1 9 4 9 年1 0 0 余年来，水稻的节水灌溉基本处于 封闭状态。清末民初西方农学才开始传入我国，民国时期为我国稻作科学的 开始发展阶段。1 9 2 9 年，我国著名水稻专家丁颖教授发表了主题为水稻灌 溉水调查报告。对科学灌溉进行讨论。报告在调查之目的中指出：“确定水 稻生育期间所需要之总水量及有效雨量和人工灌溉量，并以此调查结果为根 据，而求经济的防旱及防涝方法”。同时，通过仪器测试，提出了棵间蒸发 量、叶面蒸腾量及稻田渗透量之求法，较系而完整地提出了抗旱经济灌溉的 科学理论方法。中华人民共和国建立之初，在水稻节水方面研究较早的当属 云南农业大学储宝楚教授。他进行了水稻湿润栽培研究，虽因当时没有化学 除草未能推广开来，但对后来的节水栽培研究打开了一条思路。 2 0 世纪5 0 年代后期，随着我国水稻生产的迅速发展，水资源的短缺， 广大稻农为了战胜干旱，珍惜灌溉用水，在总结群众灌溉经验以及灌溉试验 成果的基础上，改变以往的大水漫灌。创造了许多节水灌溉措施。我国许多 绪论 省提出并在较大面积上推广了“浅湿灌溉”、“湿润灌溉”、“浅灌一湿润一晒 田三结合灌溉”的水稻高产、节水灌排技术。辽宁省地区普遍采用的是浅湿 灌溉，其灌溉施肥方法为除返青期和孕穗、抽穗开花期实行淹灌外，其他各 生育期实行间歇灌溉，分蘖未期落千晒田，稻株形态应是叶片耸立。茎杆老 健，叶色清淡。施足底肥，将有机肥和计划磷肥用量的全部以及氮肥用量的 3 0 、钾肥用量的5 0 西0 ，进行全层深施，秧苗扎根即施第一次蘖肥，一 周后追施第二次蘖肥两次各为氮肥的2 0 ，孕穗到抽穗开花期是水稻吸肥最 多的时期，中期晒田以后追施穗肥，为总氮量2 0 ，同时旌钾肥的4 0 - - 5 0 ， 成熟期追粒肥，为总氮量1 0 。该项技术要根据当地条件，因地制宜运用， 浅湿灌溉适用于地力较好，施肥水平高，农家肥多，公顷产量达7 5 0 0 k g 左右 的高产田。从土质条件看，它适用于黏土、壤土、肥沃的沙壤土及轻微盐碱 地。从田间工程看，要求有完整的灌排系统，实行单排单灌。当土壤保持湿 润状态或晾田、晒田时，地下水能迅速下降到地面下l o 3 0 c m 。田问应平整， 田块内高低差不超过3 c m ，基本满足寸水不露泥的要求。对于土壤瘠薄、砂 性较大、肥力不足、生产水平低、土地不平整的田块、不宜采用浅湿灌溉。 这些地块为了获得相当的产量往往用浅灌方式更为有利。 从5 0 年代后期到7 0 年代，配合农业技术水平的提高，使水稻产量从 3 0 0 0 k g h m 2 左右提高到6 0 0 0 k g h m 2 左右。8 0 年代以后，山东、辽宁、广西 等试验研究与推广“控制湿润灌溉”、“间歇灌溉”、“薄、浅、湿、晒灌溉” 等水稻进一步节水、高产的灌排技术( 刘印海等，2 0 0 1 ；高永胜等，1 9 9 9 ) ， 这些技术与高水平的农业技术相结合，又能节水1 0 2 0 、增产5 一1 0 。 控制灌溉推广比较普遍，现在北至北京，南至上海、海南岛均有这种灌溉方 式。其灌溉方法是依据节水高产农作物的“最佳生长状态”的需水规律及其 不同生长期对水分的敏感程度。以定期实测根层土壤含水量为依据，进行动 态、适时适量地灌溉供水，用灌溉技术措施来调整农作物生长状态和过程的 一种灌溉技术。控制灌溉除薄水插秧，确保基本苗数外，其余时期均无水层。 这种灌溉方式可大大节约用水，但要求壮秩：底部无桔叶，株株带蘖，根系 发达粗壮，白根多，茎基扁宽，叶片刚劲。控制灌溉符合农作物在高产阶段 的“最佳生长状态”的生长规律和需水规律并提高农作物的品质，蛋白质和人 体必须氨基酸都有逐步增加的趋势。对于以上水稻的各种节水灌溉模式有以 沈阳农业大学硕士学位论文 下几点共性：返青期保持薄水层，分蘖后期晒田，黄熟落干断水，其余生育 阶段避免长期连续淹灌，经常露田和晒田。不同灌溉模式的具体的淹水、露 田露干时期与程度不同应根据土壤的肥力、地势、气象、水稻品种及水源条 件因地制宜的选用。具体的般是土壤质地为黏土和壤土，肥力较高的采用 重度间歇淹水水层较浅，湿润的历时较长，分蘖末期重晒；相反的条件，水 层稍深，湿润历时较短，分蘖末期轻晒。 在2 0 世纪6 0 年代，日本成功地进行了水稻覆膜旱作研究与推广( 李荣超 等，2 0 0 1 ) 。7 0 年代至g o 年代初，黑龙江、辽宁、河南、陕西等北方稻区结 合水稻早种技术，也曾进行过地膜覆盖旱播或旱栽种稻试验与示范，2 0 世纪 9 0 年代以来，随着我国北方持续干旱与南方季节性缺水问题的f j 趋严重和作 物地膜覆盖技术的迸一步发展以及水稻旱育秧技术的广泛应用，覆膜旱种有 东北、华北的半干早一半湿润地区向西北干旱一半干早区和南方丘陵山区湿 润区扩延。许多节水灌溉学者对水稻覆膜灌溉也作了大量研究，在水稻覆膜 灌溉栽培技术、高产节水机理、水稻生长发育、水稻根系若干生理特性等方 面都作了深入的探讨( 刘祖贵等，2 0 0 0 ) 。 我国的水稻种植面积不断扩大，加上近年来急剧增加的工业用水和城镇 生活用水、环境恶化导致淡水的减少加重了水资源的紧张程度和调配难度。 从水稻田间节水和工程节水方面节水，改变传统的淹灌深蓄结合晒田方式， 根据水稻各生育期的需水规律以减少无效蒸腾、田间水面蒸发和深层渗漏为 目的的节水灌溉模式已经蓬勃发展。同时随之而来的会产生一系列的问题。 如生态环境问题、水短缺、水污染问题。特别是在近四十年来，由于在生产 实践中，自然资源的利用，作物灾害的防御，农业环境的污染使人们更加 重视生态环境( 梁光商，1 9 8 3 ) 。 ( 二) 水田生态环境及综合评价的研究现状 1 水田生态环境的研究现状 恩格斯指出：“科学的发生和发展一开始就是由生产决定的”。水稻的生 态环境是人类开始从事农耕，特别是开始水稻栽培以来，就逐渐地认识水稻 的生长发育与环境条件的关系。如我国古代“稻”字的出现，就表现出稻是 象生在水中之形，而认识到水对稻的生态关系。除此之外我国历代劳动人民 绪论 在生产实践中，积累了极其丰富的关于水稻生态的知识，对于我们今天研究 水稻生态环境，诚有“古为今用”的重要意义。古代劳动人民逐渐总结了稻 与水土的关系，稻与光温的关系，稻与农时的关系，稻与病虫杂草的关系和 人与自然的关系。生态学最初是由德国人提出：“生态学是论述生物与其生活 的环境相互关系的科学”。生态环境则是对生物有其影响的周围环境。在最近 的四十年来，许多学者对水稻的生态环境做了许多研究。如山田登( 1 9 6 2 ) 的 水稻生态，叙述水稻与周围环境条件的关系，内容包括秧苗，密植、倒伏、 长相等的地区性生态的基本理论。田中明( 1 9 7 1 ) 的热带稻作生态论，以亚 洲各国的水稻生产为背景，论述水稻与气象环境、土壤环境、生物环境、社 会经济环境及栽培法现状的关系。 现在水稻的生态环境研究正处在迅速发展的阶段。特别是近年来环境的 污染和六十年代，国际上突出食物、人1 2 1 、能源、自然资源的开发利用和环 境保护五大问题，使人们逐渐重视占世界农作物耕作比例较大的水田环境。 在节水灌溉条件下水田的局部环境研究上提高到一个新的层次( 程旺大等， 2 0 0 2 ：茆智，2 0 0 2 ) ，水稻节水栽培解决了常规淹灌栽培灌水过多问题，以协 调土壤中水、气、热各因素，改善稻田生态环境，促进水稻优质高产。水稻 节水栽培有利于改善稻田水分和温度状况，土壤的含水率降低，棵间蒸发量 减少和水稻蒸腾减弱稻田空气湿度较低，稻田增温加速，这种增温效应可 提高土壤微生物活性，活化土壤养分，从而促进根系和地上部的生长发育。 节水栽培改变了稻田土壤长期淹水的状态，土壤氧化还原电位和通透性提高， 还原强度降低，减少了有毒物质的积累，如减少了铁锈和锰离子的聚集。不 仅有利于水稻生长发育，也有利于好气微生物的活动从而促进土壤有机质 的分解和养分的有效性。同时节水灌溉研究者对水罔环境的污染包括养分流 失和温室气体的排放也做了大量研究( 张志剑等，1 9 9 9 ；节王康等2 0 0 3 ) 。 节水灌溉减少因氮水量太大造成的氮素在渗漏水中的损失，减少因灌水太多 将肥水排到排水沟，减少肥水在田面时间较长造成的氨挥发损失。同时也减 小肥料对水环境造成的污染，目前我国氮肥的作物利用率仅为3 0 - - 4 0 ，就 地表水硝态氮的污染源而论，农田的径流损失和淋溶排出农田的氮素占5 0 以上，因水稻引起的水体污染是不可忽视的。节水灌溉减少水肥流失，降低 种植水稻的生产成本，也减轻了化肥在地下水内聚集和河流的富营养化。节 沈阳农业大学硬士学位论文 水灌溉条件下甲烷的散发量明显低于连续淹灌条件下。甲烷在高还原条件下 由厌氧细菌生成。稻田中甲烷的散发量有三个主要时期，生长初期、拔节期 和开花期。生长初期甲烷的释放主要是由于外在有机质的增旖和有机物质的 厌氧消化。生长后期甲烷的散发主要是由于水稻的积极生长和作为甲烷生产 培养基的根部分泌物的丰富。甲烷的散发与氧化还原地位有关。在节水灌溉 条件下，从泡田到插秧由于低的e h 值，甲烷的释放量高，而从开花期到成 熟期在高e h 值下。甲烷的释放量低。尽管生长后期有高的根部分泌物和高 的微生物活动，但高的e h 值不利于甲烷散发。甲烷的散发与温度有很高的 相关系数，高温增加有机物质的分解，增加甲烷的生产和散发。甲烷一般在 1 2 ：0 0 点至1 4 ：0 0 点散发率高，1 4 ：0 0 至1 7 ：0 0 散发率低。增施绿肥也增加甲 烷的散发量。绿肥对甲烷的散发量在水稻生长初期显著。随后逐渐下降，是 仅施化肥的田间甲烷散发量1 3 5 5 4 8 倍。以上对水田生态环境各方面的研 究较全顽和细致，但是目前对水田的环境影响效应的综合评价研究还较少。 2 环境影响评价的研究现状 1 9 6 4 年在加拿大召开的国际环境质量评价会议上，学者们首先提出了 “环境影响评价”的概念( 陆书玉，2 0 0 1 ) ，随后，美国在1 9 6 9 年颁布了国家 环境政策法案( n e p a ) ，建立了环境影响评价制度。加拿大、日本、埃及等国 家在7 0 - 8 0 年代也做出了出色的工作( 陈治谏，1 9 8 9 ) 。目前世界上已有1 0 0 多个国家建立了自己的环境影响评价制度。环境影响评价制度体系也闩益完 善。评价对象由对单个建设项目的环境影响评价转化为对大型综合项目的累 积影响评价；评价的范围由单纯考虑对自然因素的影响发展到包括社会和经 济影响在内的全面环境影响：评价的方法由各种单一型方法发展到以适应性 方法为代表的综合性方法，并且广泛应用了计算机模拟和系统控制理论，从 而更加客观地反映了现实情况，提高了评价的科学性。现在各国政府与人民 都深刻地认识到环境影响评价制度在协调经济发展与保护环境关系上发挥的 重要作用( 徐福留等2 0 0 1 ) 。 近2 0 年来，我国的环境影响评价开始起步。随着环境评价研究和实践的 深入，环境影响评价的理论、方法体系和管理机制逐渐得到完善和发展，评 价范围从工业生产污染拓展到农业、林业和水利等资源开发建设项目或区域 性丌发项目( 王景雷等，2 0 0 2 ) 。我国农业开发项目的环境影响评价始于2 0 世 绪论 纪9 0 年代，到1 9 9 9 年底，在国家环境评估中心存档的环境评价报告不足3 0 份， 而且大多数是世界银行贷款项目，与工业项目相比农业开发项目的环境影响 评价工作稍显迟缓。到目前为止，以节水灌溉为中心开展的环境影响评价工 作还很少，处于空白阶段( 罗宏等，2 0 0 0 ) 。目前我国的各种环境影响评价方 法研究与应用也取得了一定的进步。模糊数学法、人工智能技术、灰色系统 理论已经与环境影响评价结合起来，为环境影响的定量化评价创造了有利条 件( 李洪兴，汪培庄，1 9 9 3 ) 。 近年来，国内外都发表了一些有关节水灌溉对农田生态环境的影响的研 究论文，但是所涉及的内容均比较单一( 杨长明等，2 0 0 2 ) 。 ( 三) 不同节水灌溉条件下水田生态环境影响综合评价研究的目 的、意义、方法和内容 农f 只的生态环境是农作物生长的基本条件，对农作物的生长发育和群体 消长有着直接的影响。自水稻栽培以来，人们就对自然环境条件和农业生产 的关系有了正确的认识，从而掌握农业生产与自然环境之间的相互关系的规 律，以发展生产( 齐学斌，庞鸿宾，2 0 0 0 ) 。2 0 世纪5 0 年代以来，我国的节水 灌溉事业蓬勃发展。当我们赞誉节水灌溉所获得的成就时，又需要思考节水 对生念环境可能造成的影响( 刘增进等，2 0 0 3 ) 。水田推行节水灌溉措施既改 变了土壤水分、温度状况，也改变了土壤理化性质和各种气体的排放和农田 小气候，同时对地下水位和水质的影响也发生了变化，从而影响水田及周边 的生态环境( 廖敏等，2 0 0 2 ) 。 随着我国农民对节水灌溉意识的增强和我国节水灌溉面积的扩大，研究 节水灌溉条件下农田的生态环境是节水农业正常运行的需要也是实现节水 农业可持续发展的需要。目前环境影响评价已经在我国经济发展与环境保护 方面发挥了巨大的积极作用( 郭宗楼，2 0 0 0 ) 。水田在我国占有很大的种植比 例，节水灌溉对水f 日生态环境的影响研究得还很不透彻。因此，为了协调水 r 节水灌溉的经济效益与社会效益和生态环境效益之刚的关系，促进水田节 水灌溉事业的可持续发展，开展节水灌溉条件下水田生态环境因子变化和环 境影响变化研究具有非常重要的意义。 自从2 0 世纪6 0 年代，国际上捏出人口、资源、环境三大问题和目前的 6 沈阳农业大学硬士学位论文 缺水和环境破坏使人们对生态环境日益重视。我国节水灌溉条件下水稻种植 大面积不断扩大，对水田节水灌溉项目的生态环境影响进行评价具有重要意 义。以实现趋利避害，优选出经济效益高且社会环境、生态环境友好型的水 田节水灌溉技术，实现节水农业的可持续发展。 本研究拟： ( 1 ) 总结现有的生态环境影响评价理论和方法，结合沈阳市利用世行 贷款发展节水灌溉项目，确定适合于对水田节水灌溉项目的生态环境影响进 行评价与分析的方法，开发出计算机应用评价软件： ( 2 ) 在沈阳市水利局利用世行贷款发展节水灌溉项目的试验区之一的 沈阳市苏家屯试区进行田问试验，解明不同节水灌溉措施下水用生态环境因 子的变化规律； ( 3 ) 应用所开发的评价软件和田间试验结果，对节水灌溉条件下水嗣 的生态环境影响效应采用模糊综合评价的方法进行评价和分析： ( 4 ) 优选出即节水、高产、经济效益显著，又具有社会环境和生态环 境友好型特点的水稻节水灌溉措旌。 节水灌溉条件下水田生态环境的试验研究 二、节水灌溉条件下水田生态环境效应的试验研究 ( 一) 研究背景和基本情况 1 研究背景 本次试验是基于水田生态环境的研究，结合沈阳市世行贷款发展节水灌 溉项目于2 0 0 4 年在沈阳市苏家屯区做水田一个生长季节的试验，以对不同 节水灌溉条件下水稻的整个生长过程中水田节水机理、水土环境和近地面小 气候的改变及其水稻生长发育、产量和经济效益的影响机理进行试验、研究 并用数学方法对环境影响效应做出综合评判。具体的研究包括以下几个方面： ( 1 ) 节水机理的研究 1 ) 试验区地下水位的观测： 2 ) 不同处理的灌水量； 3 ) 水稻的需水规律。 ( 2 ) 生态环境影响研究 1 ) 小气候因子； 2 ) 水土因子； 3 ) 温室气体： 4 ) 生物因子。 ( 3 ) 水稻生长发育的研究 1 ) 水稻的生长发育： 2 ) 水稻的产量； 3 ) 水稻的经济效益。 2 试验区的基本情况 本试验区位于沈阳市苏家屯区城都乡大淑村八一灌区的四斗渠控制地 块上，地处辽河、浑河冲积平原，海拔3 5 m 左右，土质为砂壤土，耕作层容 重为1 3 5 9 c m 3 ，心土层容重为1 一i 3 5 9 c m 3 ，孔隙度为4 3 7 ，土壤有机质含 量为i 0 4 ，田问持水率为3 6 4 。灌溉水源为地表自然水和地下井水结合 运用。 气候为亚温带大陆性季风气候，特点是春季干燥多风、冬季低温寒冷、 沈阳农业大学硬士学位论文 一年四季分明，春、秋季常出现低温冷害，八月上、中旬多有睛冷和阴冷型 低温北风天气，影响水稻开花授粉，形成大量空壳。无霜期1 7 0 d ，平均年降 雨量为6 8 9 m m ，其中7 0 以上集中在七、八月水稻旺盛生育期。 日平均气 温自春季稳定通过5 至秋季稳定下降到1 5 ( 2 的可稻作日数1 5 0 - 1 8 0 d 。 ( 二) 试验设计与方法 1 试验设计 试验设覆膜灌溉、浅湿灌溉、浅水灌溉3 个处理，采取大区对比试验， 不设重复。大区面积：覆膜区o 5 6h m 2 。浅水区o 2 0h m 2 ，浅湿区o 1 lh m 2 。 供试水稻品种为常规稻“沈农9 7 4 1 ”，栽培密度1 8 c m 3 0 c m ，每穴3 5 苗。 覆膜区采用1 2 m 宽、o 0 0 8 m m 厚的聚乙烯薄膜覆盖，每4 行水稻为一墒面 单元，两个墒面单元之间留出3 0 c m 宽的墒沟，用以截留入渗水分，移栽时 先人工覆膜再在膜上打孔插秧。覆膜区的灌溉制度为田闯持水率的7 5 , ，3 c m 水层；浅湿区的灌溉制度为田间持水率的7 5 0 一3 c m 水层；浅水区的灌溉制 度为0 - 5 c m 水层。3 个处理的施肥量为复合肥( n + p 2 0 s + k 2 0 4 5 ) 3 7 5 k g h m 2 作基肥，尿素5 2 5k g h m 2 ，磷酸二铵1 5 0k g h m 2 ，氯化钾1 1 2 5k g h m 2 作返 青肥和分蘖肥分三次施入。 2 ，试验测定项目与监测方法 ( 1 ) 试验区节水测定 在所观测试验区的东西部各有一眼深1 5 m 测定地下水位的观测井， a 井为东部观测井，距八一河线较近，b 井为西部观测井，距八一河线较远。 每5 日定时观测各井的地下水埋深的情况。在所观测试验区根据不同灌溉处 理的灌溉制度和气候条件灌水，并及时记录不同灌溉处理的灌水量和灌水次 数。在不同灌溉处理的试验田中埋设两个测筒测定不同灌溉处理水稻的生态 需水和生理需水情况。测简为2 号镀锌铁板绕成直径为6 2 c m 、筒高l m 的圆 筒，筒内装有原状土，保持土壤结构不被破坏，左筒种水稻植株，右筒插入 假技以测定水稻的需水情况。 ( 2 ) 试验区的生态环境测定 在稻用生态环境的测定方面，每天8 ：0 0 - - 9 ：0 0 观测稻田地温、水温、气 温、空气相对湿度、肛i 速和p h 值。其中地温采用地温计测定，深度分别为 节水灌溉条件下求阳生态环境的试验研究 5 c m 、1 0 c m 和1 5 c m ，采用k e s t r e l 4 0 0 0 手持气象监测仪测定冠层处和距地面 2 m 高处的空气相对湿度、气温和风速，稻田的水温和p h 值采用p h 及水温 试笔测定。在水稻生长后期采用静态箱一气相色谱分析法对稻f 目的c h 4 和 n ，o 气体排放进行田间原位测量，每个试验区设三次重复。田间土壤因子的 测定为在水稻耕种前和收获后分别测定土壤的含水率、容重和田问持水率。 ( 3 ) 试验区水稻生长发育测定 不同处理试验区设调查点，两次重复，每个星期测定一次水稻茎蘖数、 株高、叶龄和抽穗数等。及时记载各处理的生育期，并在收获后，对各处理 进行考种和测产。 ( 三) 试验区的栽培管理 水稻采用育苗移栽，它的一生分为秧田阶段和本田阶段。根据器官形成 特点，生长发育状况等方面的不同可分为两大生育阶段，即营养生长阶段和 生殖生长阶段。以稻穗开始分化为界，分化前为营养生长阶段，开始分化进 入生殖生长阶段，但从稻穗开始分化到抽穗的一段时间里还有节问仲长、最 后三片叶的生长和根系的扩展等营养生长，因而，严格来说这一段属于营养 生长和生殖生长并进阶段。营养生长主要生长根、茎、叶和分蘖，是决定穗 数的阶段：并进阶段的生长中心是幼穗分化因此是决定穗大小的阶段；抽穗 以后根、茎、叶、蘖的生长均已完成，开始进入生殖阶段，生长中心转入开 花，籽粒灌浆结实，所以此期是决定穗粒数与粒重的阶段 1 秧田管理 水稻于4 月3 7f l 浸种。浸种的目的是使稻种吸收充足水分。4 月8 1 0 r 稻种催芽，催芽的目的是使播种后扎根早，出苗快，缩短秧田期，减少烂 籽烂秧，提高成菌率。催芽的原理是“高温破胸、适温催芽、低温晾芽”当 种子吸收水量达到自身重量的4 0 ，胚吸收胚乳的分解产物合成新的细胞， 胚的体积增大到一定程度冲破种皮而露出，开始萌动。稻种萌发需要较高的 温度，其最适温度为3 2 3 5 ，但在露白后仍保持此温度易使根芽生长过快、 瘦而不壮，因此露白后易逐渐降温至2 5 左右使根系生长速度放慢，经 12 1 4 h 适温催芽，催芽至“根长一谷，芽长半谷”；催芽后把种子摊成薄层， 散热至自然温度。4 月1 1 日开始育苗。育苗采用节水高台软盘旱育苗，所谓 沈阳农业太学硕士学位论文 的软盘是一般塑料编织袋裁成的塑料片，塑料编织袋来源于以往买肥料剩下 的包装袋，既价廉又便捷。此种软盘主要是利于苗期灌溉省水和插秧时便于 拖运，插秧时可以将软盘和秧苗借助水的浮力整盘移走，移向插秧的地点。 育苗地点在本田地块，床面规格1 5 1 5 m 2 。育苗地点首先翻耕整平，铺上软 盘，在软盘上均匀的铺1 0 c m 厚度的营养土，营养土是由一袋调和剂、2 5 k g 红硫铵和壤土拌成。营养土上播撒种子，播种量为3 3 0 9 m 2 。撒种后，用笤 帚把稻种拍到营养土内。上面铺0 5 c m 营养土，最上层再用封闭1 号和壤土 拌和的药土进行封闭处理。封闭一号用于消灭苗田杂草，以往用丁革胺喷雾 封闭，容易喷洒不均匀，稻种容易受毒害。苗床准各好后，上面插架盖膜a 在稻苗长出二片叶的时，开始通风，白天揭开，晚间再盖上塑料薄膜。 5 月7 日，第一次给苗床中稻苗灌水， 5 月9 日，灌第二次永。待秧苗长出 3 - 3 5 片叶时，秧苗经过7 - 1 0 d 的日揭夜盖，逐渐适应外界环境，选择晴天 上午完全揭膜。5 月2 8 日插秧，秧龄4 7 d 。 2 本田管理 本田于4 月6 日翻地，翻地深度为1 2 c m 。5 月2 7 日开始泡田。泡f r 时 施基肥复合肥( n + p 2 0 5 + k 2 0 4 5 ) 3 7 5 k g h m 2 ，泡田一天。5 月2 8 同 水耙地、拉平、插秧，在水耙地时。喷旌除草剂6 0 的丁草胺乳油1 8 7 5 m l 0 a r n 2 ， 1 0 的可湿性粉剂农得时3 0 0 l g h m 2 防治杂草。插秧秧苗叶龄为4 5 - 4 8 ，插秧 密度1 8 c m 3 0 c m ，每穴3 5 茁。插秧后，6 月2 日施返青肥和封草药，返青 肥施尿素1 1 2 ，5 k 鲫1 n 1 2 和磷酸二铵1 5 0 k g h m 2 ( 总养分6 4 、n ：1 8 、p 2 ：4 6 ) ： 除草剂为6 0 的丁草胺乳油2 2 5 0 m l h m 2 、l0 9 6 的可湿性粉剂农得时4 5 0 9 h m 2 。施药时田问保持水层5 c m ，保持3 5 d 。6 月1 3 同施分蘖肥，尿素2 2 5 k g h m 2 ，6 月2 2 日施第二次分蘖肥，尿素1 8 7 5k g h m 2 ，氯化肥1 1 2 5k 盯l n l 2 。 6 月末开始人工除草除去没有被除草剂灭掉的杂草，以保证水稻的充分生 长。7 月中上旬水稻开始幼穗分化，水稻的幼穗原始体多在拔节的同时或拔 节之前丌始分化。稻株经适宜的日照长度诱导后，茎端生长点在生理和形态 上发生转变，不在分化叶原基，而再生长点的基部分化出第一苞原基，随后 经一系列的内部分化和形态的变化而形成稻穗，大致经历八各时期，即第一 苞原基( 穗茎节分化期) 一次枝梗原基分化期二次枝梗原基及颖花原基分化 期雌雄蕊形成期花粉母细胞形成期花粉母细胞减数分裂期花粉内容物充实期 节水灌溉条件下水田生态环境的试验研究 花粉粒完成期。此时期也是水稻生育的重要时期。氮元素对穗的分化发育影 响最大。在雌雄蕊分化以前追氮肥，能明显增加分化颖花数，其中以第一苞 分化前后施肥最大。但如果施肥过多，颖花数分化过多，易造成颖花大量退 化和空瘪率提高，雌雄蕊分化期后再追肥，已没有促进颖花分化的作用，但 能有效地减少颖花退化其保花增粒，增加粒重的作用，所以在幼穗分化时期 施少量的氮肥。在7 月末水稻抽穗之前，水稻处于抵抗力较弱的时期，需要 防治病虫害，喷施5 0 多菌灵可湿性粉剂防治稻曲病，打药4 5 d 后再喷施 2 0 的克瘟散粉剂防治稻瘟病，保证水稻的正常抽穗和成熟。至秋分时节1 0 月初，水稻完全成熟，开始人工收割。 沈阳农业夫学硕士学位论文 三、试验结果与分析 ( 一) 水田水分平衡 1 地下水位 本试验区水田的灌溉是由八一河灌区的自然水和电井抽取地下水联合 给水。当河灌区的水源不足难以向水田供水时，采用电井供水。在本年度灌 区水量充足且供水及时，在水稻的整个生长季节均由八一河灌区供水。 由于试验区由八一灌区灌溉，地下水位在挨个年度的变化受八一河线供 水的影响很大。在水稻生长季节八一灌区的供水使地下水位上升，而在冬季 和春季地下水位不受河道来水的影响又逐渐下降。表3 1 是2 0 0 4 年试验区地 下水位在整个年度的变化情况，表中的数值是在两个观测并所观测的地下水 位平均值( 两测井的具体值见附录1 ) 。5 月中、下旬进入秧苗移栽阶段，灌 区开始向田间供水使地下水位逐渐上升。在水稻生长旺盛时期的扣8 月，试 验区的地下水位值最高且基本保持稳定，数值在l m 左右。随着水稻的逐渐 成熟，灌区停止灌水，地下水没有灌水的补给，水位开始下降，从9 月11 只的1 9 3 m 逐渐降至1 1 月份的5 m 左右。从1 月份至5 月1 1 日地下水没有 灌区灌水的补给，水位值较低，且在春季干燥多风，地面的蒸发量逐渐增大， 地下水位也呈平缓下降趋势，从1 月1 日的5 2 9 m 逐渐降至5 月1 1 同的6 7 7 m 。 其中在本年度的6 月2 6 日地下水位最高，为0 7 5 m ，5 月1 1 同地下水位最低， 为6 7 7 m 。 表3 12 0 0 4 年各月份地下水位变化( m ) ! ! ! ：i ：! 坚l 塑! 12 11 1 壹壕! 型! ! 竖堂! ! ! 兰! 独! ：! 型巴! ! 坐! ! ；! 坐 日划 12 3 4567891 01 1 9 8 2 8 2 3 4 45j，j 0 9 2 5 7 7 8 3 5 7 3 3 4 4 4 4 7 5 3 2 l 9 0 9 7 2 0 2 2 3h伸叭卵 l l ， o o l 9 加 m o l l 卜 卜 l”博；2 j l l 0 让；。趴弘 6 6 6 5 2 2 l 2 7 l 3 0 3 4 4 5 c ， 7 6 6 6 6 6 6 耵 舄 船 舶 6 6 6 6 6 7 8 6 o 2 9 0 l 2 3 3 3 6 6 6 6 6 6剪叭叭 5 5 t ， 5 c ， 6 6 m 引 拍 试验结果与分析 2 ，水田灌溉 在水稻生长季节，由于覆膜区在整个生长周期均有薄膜覆盖，使稻田的 棵问蒸发和深层渗漏减少，覆膜区的总灌水量少于浅湿灌和浅水灌。覆膜区 在整个生长周期总灌水量为9 1 0 0 m 3 h m 2 ，浅湿灌为1 1 2 0 0m 3 皿l i n 2 ，浅水灌为 1 3 0 0 0 m 3 h m 2 。较浅湿灌节水2 1 0 0m 3 h m 2 ，较浅水灌节水3 9 0 0 m 3 h m 2 。表3 2 给出的是不同灌溉处理在水稻的不同生长期的灌水量。从表中可以看出覆膜 区在水稻各个生长期的灌水量均少于浅湿灌和浅水灌。其中泡田较浅湿灌、 浅水灌少3 0 0m 3 h m 2 ，在生长过程中各个生长期较浅湿灌节水1 0 0 , - - 6 0 0 m 3 h m 2 ，较浅水灌节水3 0 0 1 2 0 0m 3 h m 2 。在水稻整个生长季节覆膜区的总 灌水次数也少于浅湿灌和浅水灌，浅湿灌和浅水灌共灌水2 4 次和2 7 次，覆 膜区为2 0 次，比浅湿灌和浅水灌少4 次和7 次。可见覆膜灌溉能达到明显节 水的效果，减少灌溉水的利用。 表3 2 不同处理灌水量( m h 一 ! ! ! ：j ：! ! 生g 坠i ! ! 竺塑! 坐i ! ! i 壁! 堡蹩i 窭i 墨! ! 竺! 堡墅巴! 熊 垫理 泡田 返青 翕翡鑫豢案荔摹荔絮蘩成熟含磊 3 水田需水 本试验区对稻田的蒸发和蒸腾量做了研究，以探求不同灌溉处理水稻的 需水规律。蒸发量为假枝测筒的耗水量，蒸腾量为有植测株筒的耗水量与假 枝测筒的耗水量之差当有降雨时要考虑降水量，基于植株对降水的截留， 降水量按实际降水深度的7 0 计算( 降水量见附录2 ) 。表3 - 3 是本试验区不 同灌溉处理的需水量表。覆膜区在整个生长过程有薄膜覆盖，田问保持水层 的时问少，减少了稻田的蒸发量。在整个生长季节覆膜区稻田的总蒸发量为 2 6 9 5 r a m ，浅湿和浅水的总蒸发量分别为2 9 5 2 和3 3 9 5 r a m ，覆膜区较浅湿 沈阳农业大学硕士学位论文 减少2 5 7 m m ，较浅水减少7 0 0 m m 。覆膜区稻田灌水量的减少相应的也抑制 水稻的蒸腾，减少无效蒸腾。在整个生长季节覆膜区的蒸腾量为3 5 2 m m ，浅 湿和浅水的蒸腾量分别为3 7 4 和4 1 4 m m ，较浅湿和浅水减少2 2 m m 和6 2 m m 。 覆膜区的总蒸腾蒸发量( e l 值) 为6 2 1 5 m m 。浅湿区为6 6 9 2 m m ，浅水区 为7 5 3 5 m m 。 在水稻的一生中，蒸腾和蒸发互为消长。前者由多到少，后者由少到多。 水稻蒸腾强度的变化过程与水稻叶面积指数的消长过程一致。在返青期、分 蘖初期，叶面积小，荫蔽度小，稻田对太阳辐射能力反射率大，吸收率小， 所以在水稻生长前期蒸腾强度较小：随着生长株体和叶面积逐渐增大，田面 荫蔽度渐大，太阳辐射能的反射率减少而吸收率增大，蒸腾强度也随之增加： 到稻田全封垅以后的孕穗、抽穗开花期，热能吸收率达到最大，蒸腾强度也 达到最大。到抽穗以后，由于下部叶片逐渐桔黄，绿色功能叶片减少了，蒸 腾量下降。稻田的蒸发量在移栽后秧苗小，蒸发量大随着秧苗长大，田问 覆盖增加，蒸发量减少，到分蘖柬田问封行，蒸发量基本不变。 表3 3 不同灌溉处理的需水量c r a m ) ：! ! ! ：i ：j 型坐! ! ! 坐塑! 垫虫壁堕型i 也g 堑2 翌垒璺塑! 也 生育疆膜浅湿浅水 阶段蒸发 蒸腾e t 值蒸发蒸腾盯值蒸发蒸腾t 值 图3 1 给出的是不同灌溉处理稻田的日蒸发强度图中的数值为备生长 阶段的同平均值。由图中可以看出稻田的蒸发强度随蓿水稻的生长逐渐降低， 至拔节孕穗期趋于稳定，其中覆膜区在整个生育期的蒸发强度为 试验结果与分析 1 2 0 0 6 0 m m d ，平均2 8 4 r n m d ，浅湿区的蒸发强度i 1 0 5 7 0 m m d ，平均 3 3 7 m m d ，浅水区的蒸发强度1 8 0 - 6 1 0 m m d ，平均3 7 m m d 。覆膜灌溉处 理与浅湿和浅水灌溉相比较，水稻的生育前期( 返青期分蘖末期) 其蒸发 强度明显降低，平均低l m m d 左右，生育后期由于水稻植株体的壮大，其蒸 发强度几乎没有差别，均在l 2m m d 之间。 7 弓6 i5 三4 型3 赛2 瓣l 0 返青分初分盛分末拔穗穗灌乳熟 图3 1 不同灌溉处理稻田的蒸发强度 f i g 3 1e v a p o r a t i o nr a t e si nd i f f e r e n ti r r i g a t i o nt r e a t m e n t s 图3 2 给出的是不同灌溉处理水稻的日蒸腾强度，图中的数值为各生 长阶段的r 平均值。覆膜区在整个生育期的蒸腾强度1 1 0 - - - 5 6 0 m m d ，平均 3 1 l m m d ，浅湿区的蒸腾强度1 8 5 9 0 m m d ，平均3 3 0 m m d ，浅水区的蒸 睛强度1 5 睢6 2 0 m m d ，平均3 8 3 m m d 。覆膜区的蒸腾强度在各个生长阶段 都略低于浅湿区，平均较浅湿区低0 1 8 m m d ：覆膜区低于浅水区较明显，整 个生长周期平均低0 7 l m m d 。 名： l 。5 型3 蓁： 0 返青分初分盛分末拔穗穗灌乳熟 图3 2 不同灌溉处理水稻的蒸腾强度 f i g 3 2t r a n s p i r a t i o nr a t e si nd i f f e r e n ti r r i g a t i o nt r e a t m e n t s 沈阳农业大学顶t 学位论文 图3 3 给出的是不同灌溉处理水稻的日蒸腾蒸发强度( 需水强度) ，图中 的数值为各生长阶段的日平均值。水稻的需水强度在整个生育期变化较小， 在5 0 0 7 o o m m d 之间，其中在拔节孕穗期达到最高值，在乳熟期由于水稻 的生命力减弱和田阎灌水量的减少降至最低值。覆膜区的蒸腾蒸发强度为 4 8 、7 4 m m d ，浅湿区的蒸腾蒸发强度为4 8 7 7 m m d ，浅水区的蒸腾蒸发强 度为6 6 8 3 m m d ，覆膜区与浅湿、浅水相比较，水稻生育前期其需水强度 明显低于浅湿区和浅水区，由返青期至分蘖末期较浅湿区和浅水区平均低 1 2 m m d 和2 1 m m d ，其中在分蘖末期田间水分少，需水强度明显降低。为 4 5m m d 。在水稻生育后期，覆膜灌溉与浅湿、浅水灌溉的需水强度差别不 明显。 1 0 罩8 曼6 盏t 耄2 0 返青分初分盛分末拔穗穗灌乳熟 图3 3 不同灌溉处理水稻的需水强度 f i g ，3 3w a t e rd e m a n dr a t e si nd i f f e r e n ti r r i g a t i o nt r e a t m e n t s ( 二) 生态环境影晌效应 1 田间小气候 ( 1 ) 气温 图3 4 给出的是不同灌溉处理8 ：0 0 - 9 ：0 0 稻田冠层处的气温曲线，图中的 数值为各生长阶段的日平均值。由图3 4 可以看出在水稻的生长发育过程中 返青期和拔节孕穗期气温值较高，低谷出现在分蘖盛期，成熟期气温又降至 最低值。稻田中的气温不仅跟气候条件有关，与水稻的生长量也有着密切关 系，在生长初期水稻植物体小，郁密度低，使稻田中的大气和水层吸收太阳 辐射量大，使得气温较高，此后随着植抹生长量的增加，气温逐渐降低，至 分蘖盛期降至最低值。覆膜区稻田水层的减少且薄膜及其内部微细的水珠反 射太阳光线，增加近地层的光量和光照强度，可增高稻田中的气温，与浅湿、 试验结果与分析 浅水相比较，在覆膜区水稻的各个生育阶段冠层处的气温均较浅湿、浅水高， 整个生长周期较浅湿平均高0 4 l ，较浅水平均高0 6 3 c ，其中在返青期和 分蘖未期增温明显，较浅湿分别高0 7 和0 6 c ，较浅水分别高1 1 和1 0 。 2 9 2 8 2 7 囊2 6 r2 5 2 4 2 3 返青分初分盛分末拔穗穗浆成熟 图3 4 刁i 同处理对稻田冠层气温影响 f i g 3 4 e f f e c t so fd i f f e r e n tt r e a t m e n t so n 打t e m p e r a t u r ea tp a d d yc o p y 图3 5 给出的是不同灌溉处理8 ：0 0 9 ：0 0 稻田距地面2 m 高处的气温变化 曲线，图中的数值为各生长阶段的日平均值。由图可以看出覆膜灌溉与浅湿、 浅水灌溉的数值相差不明显。水稻生长过程中与冠层处气温的变化曲线相似， 分蘖盛期气温最低，拔节孕穗期气温较高。距地面2 m 高处水稻的各个生育 阶段的气温均低于冠层处气温，且覆膜区的增温幅度没有冠层处的显著，在 整个生长周期较浅湿平均高0 2 1 ，较浅水平均高o 3 7 。 2 9 2 8 舀2 7 。2 6 零2 5 2 4 2 3 返青分初分盛分求拔禧穗浆成熟 图3 5 不同处理对稻田2 m 高气温的影响 f 培3 5 e f f e c t so fd i f f f e r e n tt r e a t m e n t so n 疵t e m p e r a t u r ea t2 mh e i g h t ( 2 ) 空气相对湿度 图3 , 6 给出的是不同灌溉处理8 ：0 0 9 ：0 0 稻用冠层处的空气相对湿度曲 沈阳农业大学硕士学位论文 线，图中的数值为各生长阶段的日平均值。稻田的空气相对湿度随着植株生 长量增大逐渐增高，其中在分蘖盛期增长最快，至拔节孕穗期，叶面积指数 达擐大，蒸腾量最大，稻田冠层处的空气相对湿度亦增至最大值。覆膜区、 浅湿及浅水冠层空气相对湿度的平均值分别为7 5 8 、7 8 5 、8 0 4 此后 随着叶面积指数减小又逐渐降低。覆膜区稻田的空气相对湿度在水稻的各个 生育阶段均低于浅湿、浅水，整个生长周期平均较浅湿低3 4 1 ，较浅水低 4 7 6 ，原因是覆膜水稻的棵间蒸发最小，其次是浅湿，而浅水的棵间蒸发 最大。在分蘖末期和成熟期稻田几乎无灌水，覆膜区稻田由于膜的阻隔，减 少土壤水分的蒸发，空气相对湿度更低一些，在这两个生育阶段覆膜区比浅 湿平均低4 7 、46 ，比浅水平均低5 8 、5 4 。 7 5 毫6 5 蓍5 5 4 5 3 5 返青分初分盛分末拔穗穗浆成熟 图3 6 不同处理对冠层湿度的影响 f 遮3 6 e f f e c t so fd i f f e r e n tt r e a t m e n t so i la i rh u m i d 时a tp a d d yc a n o p y 图3 7 给出的是不同灌溉处理8 ：0 0 9 ：0 0 稻田距地面2 m 高处的空气相对 湿度变化曲线，图中的数值为各生长阶段的闩平均值。与冠层处的空气相对 湿度变化曲线的增减趋势相似，2 m 高处的空气相对湿度在整个生育期内随 着植株生长量的增减而增减，至拔节孕穗期稻田冠层处的空气相对湿度亦增 至最大值，覆膜、浅湿及浅水灌溉相对湿度的平均值分别为7 4 6 、7 4 9 、 7 5 6 ，其整个生长过程中总平均值分别为5 9 2 、6 0 2 、6 1 0 。覆膜区 稻阳的空气相对湿度在水稻的各个生长阶段也均低于浅湿、浅水，但差异没 有冠层处显著，在整个生长周期较浅湿平均低o 9 2 ，较浅水平均低1 7 2 。 试验结果与