第三节　主要作物的合理用水

一、小麦的合理用水

小麦是我国的主要粮食作物之一,分布遍及全国各地,其中主要是冬小麦,占全国小麦种植面积的80%以上,其余是春小麦。冬小麦一般以秦岭、淮河为界,以北称为北方冬麦区,以南称为南方冬麦区。下面主要介绍小麦的合理用水。

1.小麦的需水规律

冬小麦每公顷生产5250～7500kg的需水量为3000～5250m3。其需水规律是:播种期至返青期需水量较少,返青期以后需水量逐渐增多,拔节抽穗期至成熟期增加到最多,以后又有所减少(表2-11)。

2.麦田的灌溉

我国幅员辽阔,各地气候条件、耕作制度和栽培技术不同,因而麦田对灌溉的要求很不一致。即使同一地区,也因水文年份不同而异。北方干旱、半干旱地区,麦季降水量一般远不能满足小麦正常发育和高产的要求,必须进行多次灌溉。下面简要介绍冬小麦各次灌水的作用和技术。

(1)底墒水(播前水)。

据调查,浇底墒水的比不浇的单株分蘖多,次生根多。据水利部、中国农业科学院农田灌溉研究所测定,足墒下种比欠墒下种增产750～1500kg/hm2。

一般认为,当0～10cm土层含水量低于田间持水量的70%,且底墒又不好时,就应灌足底墒水。灌底墒水方法有三种:一是在前茬作物收割前灌水,前茬作物收割后立即整地播种,这样有利于争取时间,做到适时早播;二是在前茬作物收割后马上灌水,称为茬水,其特点是灌水量较少,而且灌水期较早,有利于冬性品种小麦适时早播;三是前茬作物收后先整地,再灌水,称为塌地水,在不误适时播种的情况下,有利于苗全苗壮,增产效果明显,但是灌水量较大。三种方法各地可根据具体情况合理运用。底墒水灌水定额一般为750～1200m3/hm2,要求灌匀灌透。另外,水源充足地区,可实行播前储水灌溉与秸秆覆盖相结合。储水灌溉指标是指播前使1m,甚至2m深土层内的土壤含水量达到田间持水量的80%以上。这样可减少生长期灌水次数,进而缓解春旱争水的矛盾,有利于节水增产。

(2)冬灌(冻水或冬水)。

冬灌是我国劳动人民在长期生产实践中创造的一项重要的增产措施。北方麦区合理灌冬水,不仅能促根增蘖,培育壮苗,而且能平抑地温,减轻冻害,有利于麦苗安全越冬。冬灌后的麦田经冻融交替作用,可使表土疏松,结构改善。冬灌还能蓄水保墒,防御春旱,一部分水可留到来年春季,满足小麦返青和起身的需要,从而起到冬水春用,减轻春天灌水与春播作物争水的矛盾。冬灌还可以消减土壤内的一些越冬害虫,减轻病虫危害。根据各地试验资料,冬灌小麦比未冬灌的可增产15%～20%,增产效果显著。

需要注意的是,要不要冬灌,冬灌技术如何掌握,必须根据当地的墒情、苗情和气温情况而定。生产实践和科学研究表明,当土壤含水量低于田间持水量的70%,麦苗具有1～2个分蘖时,在夜冻昼消(日平均气温约3℃)时进行最好。如果土壤水分充足,麦苗生长旺盛,或者气温过低,则不要进行冬灌。在冬灌任务大的灌区,冬灌应适当提前开始时间,可掌握宁早勿晚的原则,一定要在夜冻昼消前灌完,这样可以避免灌后受寒潮侵袭而引起的冻害,同时有利于冬前施肥、中耕保墒和除草,培育壮苗。各地冬灌的时间均应根据各地的具体情况因地制宜地确定。冬灌水量一般为450～900m3/hm2。

(3)返青起身水。

冬小麦返青期生长逐步加快,适当浇返青水,有促进返青、巩固冬前分蘖、争取部分早春分蘖的作用。返青水如何浇,主要根据土壤的墒情、苗情和土温情况而定。对土壤水分低于田间持水量70%的麦田,麦苗长势差,分蘖少,群体达不到合理的指标,一般应在冻土层化透,地表5cm平均地温稳定在5℃以上时,开始结合追肥灌返青水。若灌水过早,会降低地温,反而推迟返青,有时还会引起冻害。对冬灌过的或虽未冬灌,但早春雨雪较多,土壤不缺墒,冬前长势过旺,群体过大的麦田,都不宜浇返青水,而要控制土壤水分在田间持水量的70%以下,以防小麦倒伏。

小麦从起身开始转入旺盛生长时期,对低肥力地和有脱肥趋势的麦田,缺水时应结合追肥早灌起身水。对高肥力和有旺长趋势的麦田,应不浇或迟浇起身水,以免造成后期倒伏。返青起身水的灌水定额宜小,一般为450～675m3/hm2。

(4)拔节孕穗水。

拔节孕穗期是小麦营养生长和生殖生长同时并进时期,也是小麦一生中生长最快、需水量最大的时期,是增穗增粒的关键时期。北方冬麦区,拔节期正是天旱缺水季节,而拔节期的灌溉就成为小麦增产的一次关键水。一般当土壤水分下降到田间持水量的70%以下时,就应考虑灌拔节水,拔节水一般应在拔节中期(即“一节定,二节伸,三节露”)进行,拔节初期保持水分略少的状态,控制麦茎基部第一、第二节长度,并使秆壁增厚,防止后期倒伏,同时要注意苗情和群体结构。通常是壮苗宜晚浇,弱苗应早浇,或掌握“群体大、中、小,灌水晚、中、早”的原则。

拔节孕穗水的灌水定额,一般为600m3/hm2左右,应严格掌握。如果肥水过多,易引起徒长,群体过大,通风透光不良,造成倒伏减产。

(5)抽穗扬花水。

小麦在抽穗开花时,植株仍在继续生长,并且此时气温高,往往多风,天旱时应适当灌水,维持土壤含水量为田间持水量的75%左右,大气的最适宜相对湿度为70%～80%,利于开花和授粉,增加穗粒数。这一时期小麦穗头轻,灌水后不易引起倒伏,且能保持较多的水分到灌浆期,当灌浆期遇刮风天气时,还可推迟浇灌浆水。灌水定额一般为600～750m3/hm2。

(6)灌浆麦黄水。

灌浆成熟期的主攻目标是籽饱粒重。北方冬麦区,灌浆期常比较干旱,有些地方还有干热风危害,因此及时浇好灌浆水是夺取小麦高产的重要保证。冬小麦灌浆过程表现出慢—快一慢的节奏,灌浆高峰期一般在开花后的12～20d。因此,灌浆水应在灌浆初期,即开花后10d左右进行。

麦黄水的主要作用是增加粒重,同时也能减轻后期干热风危害,并有利于套种玉米的出苗。因此,在有干热风袭击和土壤水分严重亏缺的条件下,应在叶片变黄时灌麦黄水,但施肥过多的高产麦田,一般不要灌麦黄水,以免造成贪青晚熟。

灌浆水和麦黄水的灌水定额不宜大,一般为450～600m3/hm2。灌水时间应争取在土壤含水量不太低和无4级以上大风时,要求快灌、分次灌,密切注意天气变化,做到无风快灌,有风不灌,雨前停灌,避免灌后遇风雨而倒伏减产。

总之,麦田的灌水次数、时间和水量,除应根据小麦各生育阶段对水分的需求外,还应根据当地雨情、墒情和苗情来确定。在水源不足的情况下,应保证关键时期的灌水。从节水灌溉角度考虑,冬小麦应主要根据“争苗、争穗、争粒”的原则,确保播前水、拔节水和灌浆水。

在我国南方麦区的小麦生长中、后期,往往水分过多,应注意搞好麦田排水。

二、水稻的合理用水

水稻是我国主要的粮食作物,现有种植面积3320万hm2,约占全国粮食作物播种面积的30%,产量占粮食总产量的44%。因此,水稻生产在我国粮食生产中占有重要的地位。

我国水稻分布很广,但90%以上集中在秦岭、淮河以南。其中,华南各省区气温较高,生长期长,年降雨量1500mm以上,多种植双季稻,也有三季稻的栽培。长江流域各省的气候和雨量均较适宜,双季稻和单季稻均有。秦岭、淮河以北的广大地区,气温较低,无霜期较短,水资源不足,多种植单季稻,稻田所占面积小,但发展潜力大。

1.水稻的需水特性

水稻属湿生类型作物,在生理上具有一些特殊的性质:①水稻吸水力较弱,而细胞原生质较少,所含水分少,因而耐旱能力差;②植株内通气组织较发达,且根的外皮层有高度木栓化结构,因而其耐湿能力强。在稻田保持一定厚度的水层对满足水稻生理需水和生态需水有着重要的作用。如果是旱直播水稻,则不需要保持水层。水稻的这种需水特性是对其进行合理灌溉的重要依据。

2.水稻的需水量和需水规律

水稻的需水量随地区、品种和水文年份而异,南方的双季稻,每季需水量为3000～6000m3/hm2,中稻为3000～7500m3/hm2,一季晚稻为6000～9000m3/hm2。北方一般种单季稻,生长期长,蒸发量大,渗漏量也大,需水量多在10500m3/hm2以上。

水稻在返青期、拔节期、抽穗期到乳熟前期,对水分反应敏感,其中孕穗期和抽穗期是水稻一生中的需水高峰期,也是需水临界期。

3.稻田的灌排技术

(1)秧田的灌排技术。

湿润秧田是水稻秧田灌溉的主要形式,其要点是在播种后、扎根前保持秧畦湿润,但没有水层,因为此时水稻通气组织尚未形成,最怕土壤缺氧,湿润通气可促使秧苗早扎根,防止倒芽烂秧。扎根后至三叶期秧苗抗寒力弱,通气组织还不健全,既要注意以水防寒,又要注意协调水、气矛盾,因而以水层和湿润结合为好。一般在低温天气可日排夜灌,高温天气可日灌夜排。三叶期后通气组织已健全,需水需肥逐渐增多,一般应维持一定水层,以促生长,到移栽前加深水层以利于起秧。

(2)水稻大田各时期的灌排技术。

1)泡田期的灌排技术。水稻大田在插秧前要结合整地灌水泡田。一般可在耕地后灌浅水泡田,耙田时泥块(犁垡)半水半露,耙后保持湿润,以吸热增温。增温后维持1～2cm的浅水层至插秧。这样既节省灌水量,又能促进插秧后禾苗早返青。

2)插秧返青期的灌排技术。为保证插秧质量,插秧时稻田水层宜浅,早、中稻秧苗较小,稻田有1～2cm的薄水层即可。晚稻插秧时秧苗大,水层相应要深一些。秧苗在移栽过程中由于根系受损伤,吸水力弱,而蒸腾失水多,栽后常呈现萎黄,故栽后应维持3～5cm的水层(早、中稻可较浅,晚稻应较深),以利于秧苗成活返青。

3)分蘖期的灌排技术。分蘖前期要求分蘖早生快发,应结合中耕除草和施肥,灌以2～3cm的浅水层,既满足生理需水,又利于阳光直射稻苗基部,提高土温,促进根系吸收养分,为分蘖提供有利条件。分蘖到足够苗数时,应及时排水晒田,以控制无效分蘖,并改善土壤理化性状和通风透光条件,促进稻株生长。

4)拔节孕穗期的灌排技术。此时期是水稻的需水临界期,应维持适当水层,以满足生理需水和生态需水。最好每次灌至4～5cm深,等自然落干后再灌。如果长期深水,会使土壤还原作用加强,影响根系生长,并易引起病虫害和倒伏。

5)抽穗开花期的灌排技术。此时期宜维持2～5cm的水层,可采用活水浅水勤灌,保持较高的土壤和空气湿度,以利于抽穗开花和受精,降低空壳率。

6)结实成熟期的灌排技术。籽粒灌浆乳熟期间以保持稻田湿润状态为宜。就是在灌一次水后,自然落干1～2d,再灌下一次水。这样土壤中水、气协调,可达到养根保叶争粒重的效果。进入蜡熟期后应适时断水,以促进成熟。

4.水稻节水高产灌溉技术

目前,水稻的灌溉技术已由格田灌溉形式向浅水间歇灌水形式演变。以土壤水分不低于生理需水为下限,向节水型灌溉方向发展。其节水高产灌溉有“薄、浅、湿、晒”模式,“间歇淹水”模式和“半旱栽培”模式。

(1)“薄、浅、湿、晒”模式。

广西推广的“薄、浅、湿、晒”灌溉,田间水分控制标准如下:

1)薄水插秧、浅水返青,插秧时田间保持1.5～2cm的薄水层,插秧后田间保持2～4cm的浅水层。

2)分蘖前期保持湿润,每3～5d灌一次1cm以下的薄水,让土壤水分处于饱和状态。

3)分蘖后期晒田。

4)拔节孕穗、抽穗扬花期要薄水,拔节孕穗期保持1～2cm的薄水层,抽穗扬花期保持0.5～1.5cm的薄水层。

5)乳熟期湿润,隔3～5d灌水约1cm。

6)黄熟期先湿润后落干,即水稻穗部勾头前湿润,勾头后自然落干。

北方地区(辽宁等省)所采用浅湿灌溉的田间水分控制标准是:

1)插秧和返青期浅水,保持3～5cm的浅水层。

2)分蘖前期、孕穗期、抽穗开花期浅湿交替,每次灌水3～5cm,田面落干至无水层时再灌水。

3)分蘖后期晒田。

4)乳熟期浅湿、干晒交替,灌水后水深为1～2cm,至土壤含水率降至田间持水量的80%左右再灌水。

5)黄熟期停水,自然落干。

(2)“间歇淹水”模式。

我国北方采用的这种模式,其水分控制方式为:返青期保持2～6cm的水层,分蘖后期晒田,黄熟落干,其余时间采用浅水层、干露(无水层)相间的灌溉方式。

(3)“半旱栽培”模式。

这是近年来通过对水稻需水规律和节水高产机理等方面较系统的试验研究提出的一种高效节水灌溉模式。这一模式与前述两类模式有较大差别,除在返青期和分蘖前期建立水层外,其余时间则不建立水层。这类灌溉模式的节水效果显著,对增产也有利。

三、玉米的合理用水

玉米是高产粮食作物之一,总产量仅次于水稻、小麦,居第三位,是我国东北、华北和西南地区的主要粮食作物。

1.玉米的需水规律

玉米产量高,对水的利用率也较高,全生育期的需水量随地区和品种而异。春玉米为4350～6000m3/hm2,夏玉米为3300～4500m3/hm2。玉米在发芽和苗期需水量并不高,耐干旱。拔节以后生长加快,日需水量增加,抽雄期日需水量达到高峰,抽雄前10d到始花后20d是玉米的需水临界期,对水分十分敏感,拔节期至抽雄期需水量约占总需水量的50%。玉米生长后期(灌浆以后)日需水量逐渐减少(表2-12)。

2.玉米灌溉技术

(1)播前储水灌溉(底墒水)。

玉米种子发芽出苗的适宜土壤含水量为田间持水量的60%～70%,在此范围以下者都应进行播前灌水。

春玉米播前灌水,一些地方可推行冬前灌,即储水灌溉。“冬灌半年湿”正说明冬前灌塌墒水对春玉米是一种较好的灌水措施。冬灌水量一般为900～1200m3/hm2。没有条件冬灌的地方,应在早春解冻时及早进行春灌,灌水量以450～750m3/hm2为宜。

夏玉米的前茬多为小麦,而小麦收获时土壤含水量往往很低,为保证玉米苗全苗壮,最好都要灌水。灌水方法有三种:

1)在麦收前10d左右灌一次“麦黄水”,既可增加小麦粒重,又可在麦收后抢墒早播玉米,随收随播。灌水定额为600m3/hm2左右,注意不能大水漫灌,防止小麦倒伏。

2)麦收后灌茬水,灌水定额为400～600m3/hm2,以防积水或浇后遇雨,延迟播种。

3)在麦收后,先整地再开沟,进行沟浇、穴灌或喷灌,灌水定额在225m3/hm2左右即可。

(2)苗期水。

灌过播前水的田块,苗期一般不再灌水,以便使玉米“蹲苗”,经受抗旱锻炼。此时的土壤含水量以保持在田间持水量的55%～60%为宜。

(3)拔节孕穗水。

拔节孕穗期植株生长加快,雌、雄幼穗也迅速分化发育,此时气温不断升高,叶面蒸腾最大,要求有充足的水分供应。保持土壤水分为田间持水量的70%左右,既有利于根系发育,茎秆粗壮,满足玉米拔节对水分的需要,又有利于穗的分化发育而形成大穗。根据各地试验资料,合理灌拔节孕穗水可增产18%～40%。但是拔节孕穗水也必须防止水量过大而引起植株徒长和倒伏。灌水定额应控制在600m3/hm2左右,宜隔沟先灌一半水,第二天再换沟灌另一半水。灌前要结合施攻穗肥,灌后要结合中耕松土,消灭田间杂草,破除土壤板结,使水、肥、气、热协调。

(4)抽穗开花水。

玉米抽穗开花日耗水量最大,同时也是需水临界期的重要阶段。此时期土壤含水量保持在田间持水量的70%～80%,空气相对湿度为70%～90%,对抽穗开花和受精最为适宜。农谚有“开花不灌,减产一半”的说法,可见此时期灌水的重要性。这时期如果缺雨,天气大旱,一般每5～6d就要浇一次水,要连浇2～3次水,才能满足抽穗开花和受精的需要。抽穗开花水的灌水定额一般为600～750m3/hm2。

(5)灌浆成熟水。

玉米授粉后的乳熟期和蜡熟期,是籽粒形成和决定粒重的关键时期。乳熟期适宜的水分条件,一般应保持在田间持水量的75%左右,开花灌浆阶段干旱则减产严重。玉米进入蜡熟期后,对水分要求显著减少。但若遇干旱,也应浇好“白皮水”(苞叶刚发黄时灌水),防止果穗早枯和下垂,使之正常成熟,籽粒饱满。

玉米的生长发育虽然需水较多,但也怕水分过多。当土壤含水量达到田间持水量的80%以上时,对玉米生育不利,应注意在雨季做好排水工作。

四、棉花的合理用水

棉花是我国的主要经济作物。其产品中的皮棉是重要的纺织工业原料,棉籽是很好的工业用油和食用油的原料,短绒、棉籽壳、榨油后的棉饼及棉秆皮、棉秆等,都有广泛的用途。

1.棉花的需水规律

棉花的需水量随地区不同而相差很大,一般为3750～6000m3/hm2。其需水规律是:现蕾以前需水少;现蕾到开花需水增多;花铃期需水最多,对水分敏感,是需水临界期;吐絮以后需水又明显减少(表2-13)。

2.棉田的灌溉技术

(1)冬春储水灌溉与播前灌。

我国北方主要棉区播种时干旱少雨,为了保证及时播种与苗期的适宜土壤湿度,要进行冬季或春季储水灌溉,有时还要播前灌水。棉花发芽出苗要求土壤水分为田间持水量的70%～80%,5cm处土温要稳定在12℃以上。由于灌溉与土壤水热状况密切相关,因此灌水时间和水量要适当掌握。棉田冬灌时间一般在11月下旬,灌水量为1200m3/hm2。冬灌后由于冻融交替作用使土壤疏松,并能减轻春季地下虫害,并在深层也储存了一定的水分供苗期需要。没有冬灌的棉田,也可进行早春储水灌溉,春灌时间一般在3月上旬,灌水量为750m3/hm2。在早春水源不足时,为了保证播种时的墒情,满足棉苗需水要求,可实行播前灌。播前灌水时间一般以播种前15～20d为宜,灌水量不宜过大,可采取隔沟灌的方法,水量以控制在450m3/hm2左右为宜,主要解决表墒不足问题。

(2)生长期灌溉。

1)苗期灌溉。除西北内陆棉区外,其他棉区幼苗阶段一般不需要浇水。北方棉农有“蹲苗”或“浇桃不浇苗”的经验,即用加强中耕的方法保墒,促进根系发育,使棉苗敦实健壮,防止徒长。

2)蕾期灌溉。现蕾以后棉花需水量迅速增大,此时土壤湿度适宜,有利于早现蕾、多现蕾、多坐伏前桃,并可控制后期徒长。现蕾期正值麦收季节,北方棉区干旱少雨,急需灌水,当地棉农历来有“麦收浇棉花,十年九不差”之说。蕾期土壤水分以控制在田间持水量的60%～70%为宜。灌水可采取隔沟灌的方法,水量控制在600m3/hm2左右为宜。

3)花铃期灌溉。花铃期是棉花生长发育最旺盛的时期,对水肥要求迫切,反应也敏感。此时若水肥不足,会造成花铃大量脱落而减产。在此期间,土壤水分以控制在田间持水量的70%～80%为宜。我国大部分棉区(西北地区除外)此时正值雨季,因而这时棉田管理既有灌溉问题,又有排水问题。灌水前要注意中短期天气预报,以免灌后遇雨造成渍涝。

4)吐絮期灌溉。吐絮期气温逐渐降低,棉株需水量逐渐减少,一般控制土壤水分为田间持水量的55%～70%即可,多数情况无灌溉要求。但秋旱严重时,为了防止棉株早衰也应灌水,灌水量在450m3/hm2左右即可。

(3)棉田覆膜灌溉技术。

1)覆膜要与灌足底墒水相结合。覆膜与灌足底墒水相结合不仅可以保证棉花发芽出苗的水分需要,而且也保证了前期棉花需水要求,减轻了伏旱威胁。灌底墒水以冬水为好。

2)膜上灌。膜上灌是通过放苗孔和膜侧旁入渗给作物供水,其特点是节水、增产、见效快、效益高、简便易行,是符合我国国情的先进节水灌溉技术。