程倫國(guó) (長(zhǎng)江中游濕地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 荊州 434025; 湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗(yàn)站，湖北 荊州434013)

朱建強(qiáng) (長(zhǎng)江中游濕地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 荊州 434025)

吳立仁，徐振龍 (湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗(yàn)站，湖北 荊州 434013)

易澇易漬棉田水文過(guò)程及其對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

程倫國(guó) (長(zhǎng)江中游濕地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 荊州 434025; 湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗(yàn)站，湖北 荊州434013)

朱建強(qiáng) (長(zhǎng)江中游濕地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 荊州 434025)

吳立仁，徐振龍 (湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗(yàn)站，湖北 荊州 434013)

以2003～2008年的田間觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，研究了易澇易漬棉田水文過(guò)程對(duì)農(nóng)業(yè)澇漬災(zāi)害防治及其評(píng)估的特點(diǎn)，探討了易澇易漬棉田水文過(guò)程及其對(duì)棉花產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，易澇易漬棉田具有地下水埋深淺、對(duì)降水很敏感的特點(diǎn)。30mm以上降水就可引起地下水位明顯抬升；降水可引起棉田間歇性多次受漬、受澇，會(huì)引起作物不同程度減產(chǎn)。當(dāng)受澇(田間積水深度5～15cm)3d，地下水埋深小于30cm的時(shí)間累積達(dá)到12～22d時(shí)，可造成棉花減產(chǎn)13%～22%；當(dāng)受澇5～6d，地下水埋深小于30cm的時(shí)間累積達(dá)到21～33d時(shí)，可造成棉花減產(chǎn)35%～50%。在不受澇僅受漬的情況下，當(dāng)?shù)叵滤裆钚∮?0cm的時(shí)間累積達(dá)3～4周時(shí)，可造成作物減產(chǎn)14%～31%，5周以上時(shí)則造成作物減產(chǎn)過(guò)半?；貧w分析表明，作物減產(chǎn)程度與受澇、受漬程度指標(biāo)之間有顯著的相關(guān)關(guān)系，在地下水位長(zhǎng)期偏高、田間淺淹3～6d的情況下，漬對(duì)作物的影響大于澇。

棉田；降水；地下水動(dòng)態(tài)；農(nóng)田澇漬

在我國(guó)南方平原湖區(qū)，5～8月是棉花生長(zhǎng)的主要時(shí)期，在此期間，受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，降雨集中，降雨量大，且往往出現(xiàn)多個(gè)降雨過(guò)程。頻繁發(fā)生的大雨或暴雨使易澇易漬棉田地下水位明顯上升，甚至產(chǎn)生田間積水，形成澇、漬危害，影響棉花正常生長(zhǎng)和最終產(chǎn)量。沈榮開(kāi)[1]、湯廣民[2]、朱建強(qiáng)等[3-5]在測(cè)坑、測(cè)筒進(jìn)行了棉花花鈴期澇漬試驗(yàn)，建立了澇漬排水指標(biāo)與棉花相對(duì)產(chǎn)量的關(guān)系。但基于多年大田水文觀測(cè)研究農(nóng)田澇漬的資料還比較缺乏。為此，筆者于2003～2008年5月中下旬至8月中下旬對(duì)湖北省荊州市四湖工程管理局排灌試驗(yàn)站(后簡(jiǎn)稱試驗(yàn)站)棉田小區(qū)地下水動(dòng)態(tài)進(jìn)行了觀測(cè)，分析了因降水引起的田間積水和地下水動(dòng)態(tài)對(duì)作物產(chǎn)生的澇、漬危害，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

2003～2008年5～8月，在該試驗(yàn)站5個(gè)田間小區(qū)(P1～P5)進(jìn)行了多次棉花受澇、受漬試驗(yàn)，田間小區(qū)的土壤為中壤，面積100～500m2不等。5個(gè)田間小區(qū)存在著微地形差異，田面高差0～30cm，選擇地形較高，不受澇、漬的小區(qū)作為對(duì)照，以對(duì)照產(chǎn)量為基準(zhǔn)計(jì)算其他受澇漬影響的小區(qū)的減產(chǎn)幅度或相對(duì)產(chǎn)量。小區(qū)棉花受澇、受漬由大雨或暴雨造成，因各小區(qū)的田面高差不等，排水條件又不相同，所以各小區(qū)地下水位下降過(guò)程不同，從而自然形成各小區(qū)棉花受澇、受漬程度不同。為觀測(cè)地下水位動(dòng)態(tài)，在每個(gè)田間小區(qū)埋設(shè)了3～5個(gè)地下水位觀測(cè)井。田間小區(qū)以硬化田埂隔開(kāi)，硬化田埂下埋入1.3m深塑料薄膜以防小區(qū)間串水。供試棉花品種2003～2006年為湘雜棉3號(hào)，2007～2008年為鄂雜11號(hào)，于4月中旬營(yíng)養(yǎng)缽育苗，5月中下旬移栽到田間，按栽培要求采用株距0.5m、行距1.2m的稀植方式，觀測(cè)小區(qū)各環(huán)節(jié)管理與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)相同。

一般情況下，每5d觀測(cè)1次棉田小區(qū)地下水埋深，降雨前后適當(dāng)加測(cè)。受澇過(guò)程每天觀測(cè)田間積水深度，澇水排除后的降漬階段每天觀測(cè)地下水埋深。以多點(diǎn)(5～9個(gè)測(cè)點(diǎn))測(cè)得的小區(qū)水深平均值作為該小區(qū)澇水深度，以單個(gè)小區(qū)內(nèi)3～5個(gè)測(cè)點(diǎn)的地下水平均埋深值作為小區(qū)的地下水埋深。以觀測(cè)期地下水埋深小于30cm過(guò)程線與地下水埋深30cm等值線圍成的幾何圖形面積(SEW30)作為作物受漬程度指標(biāo)，以地面淹水過(guò)程線與地下水埋深0cm等值線圍成的幾何圖形面積(SFW)作為作物受澇程度指標(biāo)，兩指標(biāo)的單位均為cm·d。另外，引入地下水埋深小于30cm持續(xù)時(shí)間累計(jì)天數(shù)(Ts)和一次受漬過(guò)程地下水埋深小于30cm最長(zhǎng)持續(xù)天數(shù)(Tm)表征小區(qū)各受漬狀況，以Tw表示小區(qū)受澇最重一次的持續(xù)時(shí)間(d)。通過(guò)分析了解上述有關(guān)指標(biāo)對(duì)作物產(chǎn)量的影響與產(chǎn)量的減產(chǎn)幅度(Rd)的關(guān)系。Rd=(對(duì)照區(qū)實(shí)際產(chǎn)量-處理區(qū)實(shí)際產(chǎn)量的差值)/對(duì)照區(qū)實(shí)際產(chǎn)量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 易澇易漬棉田地下水變化特征

根據(jù)試驗(yàn)站2003～2008年自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀記錄的降水量(Rainfall)數(shù)據(jù)、田間地下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)結(jié)果及降水過(guò)程中田間受澇情況，繪制出2003年至2008年棉花主要生長(zhǎng)階段農(nóng)田地下水位動(dòng)態(tài)與地面積水過(guò)程線圖(圖1～6)。其中，圖1和圖2反映了在棉花主要生長(zhǎng)階段雨水較多且多以暴雨出現(xiàn)時(shí)農(nóng)田既受漬又受澇的情形，圖3至圖6則反映了棉花主要生長(zhǎng)階段僅受漬害影響的情形。

圖1 2003年棉田地下水位動(dòng)態(tài)與田面積水過(guò)程

圖2 2004年棉田地下水位動(dòng)態(tài)與田面積水過(guò)程

圖3 2005年棉田地下水位動(dòng)態(tài)與田面積水過(guò)程

圖4 2006年棉田地下水位動(dòng)態(tài)與田面積水過(guò)程

圖5 2007年棉田地下水位動(dòng)態(tài)與田面積水過(guò)程

圖6 2008年棉田地下水位動(dòng)態(tài)與田面積水過(guò)程

從圖1～6可以看出，易澇易漬棉田水文過(guò)程具有比較明顯的特征：

1)地下水埋深淺年際間平均埋深差異小 在棉花主要生長(zhǎng)階段的5月中旬至8月份，地下水位主要在田面以下0～70cm范圍波動(dòng)。根據(jù)6年觀測(cè)資料分析，5月下旬至8月底，幾個(gè)觀測(cè)區(qū)的地下水位埋深最大不超過(guò)95cm，地下水位平均位于田面下24～53cm，在平均水位上下波動(dòng)的平均幅度為16cm，最大波動(dòng)幅度26cm，最小波動(dòng)幅度1.2cm。對(duì)同一觀測(cè)小區(qū)來(lái)看，年際間地下水位埋深的標(biāo)準(zhǔn)差僅相差2～3cm。

2)地下水位對(duì)降水很敏感 由于所觀測(cè)的易澇易漬農(nóng)田地下水位埋深一般不超過(guò)100cm，在春夏季節(jié)埋深多在50cm左右，因此遇到中大雨地下水位就會(huì)明顯抬升。觀測(cè)表明，當(dāng)遇到30mm以上有效降水，地下水位就會(huì)到達(dá)作物根系層附近。另外，因地下水位埋深淺，地下水位的峰值與降水過(guò)程的推進(jìn)基本同步，這一點(diǎn)和地下水深埋區(qū)不同，也就是對(duì)地下水淺埋區(qū)而言，降水對(duì)地下水位有立竿見(jiàn)影的效果。

3)田間出現(xiàn)澇漬過(guò)程的次數(shù)以及澇漬組合與微地形和降雨密切聯(lián)系 以地下水位埋深30cm等水位線為基礎(chǔ)，地下水位高于此線表示根系層土壤水分過(guò)多，作物將受漬害影響，則不難看出在給定的分析時(shí)段內(nèi)各小區(qū)漬害發(fā)生情況。

2003年6月10日～8月10日4次大到暴雨，降水量536.5mm，因微地形差異，幾個(gè)觀測(cè)小區(qū)經(jīng)受了不同的澇漬影響。地勢(shì)較高的1小區(qū)出現(xiàn)了1個(gè)受漬過(guò)程，地勢(shì)較低的P2、P3小區(qū)經(jīng)受了1個(gè)受澇過(guò)程和1個(gè)受漬過(guò)程，地勢(shì)最低的P4、P5小區(qū)經(jīng)受了1個(gè)受澇過(guò)程和2個(gè)受漬過(guò)程。

2004年5月27日～8月16日降10場(chǎng)大到暴雨，降雨量828.6mm，使棉花受多次澇漬影響，其中，P1、P2小區(qū)棉花經(jīng)受了1個(gè)受漬過(guò)程和1個(gè)受澇過(guò)程，P3、P4小區(qū)棉花經(jīng)受了1個(gè)受澇過(guò)程和5個(gè)受漬過(guò)程；P5小區(qū)棉花經(jīng)受了3個(gè)受澇過(guò)程和3個(gè)受漬過(guò)程。

2005年6月5日～8月21日期間發(fā)生了5次比較明顯的降水過(guò)程，降雨量237.2mm，P1小區(qū)棉花有1個(gè)受漬過(guò)程，P2、P3小區(qū)棉花分有4個(gè)受漬過(guò)程；P4、P5小區(qū)與稻田相鄰，受稻田淹灌和降水過(guò)程雙重影響，分別經(jīng)受了6個(gè)和7個(gè)受漬過(guò)程。

2006～2008年，3年同期(5月20日～8月31日)均出現(xiàn)了6次明顯的降水過(guò)程，降雨量分別為334.5mm、566.5mm和549mm，受降水影響，P1～P3小區(qū)有2～3個(gè)受漬過(guò)程，地勢(shì)較低的P4、P5小區(qū)普遍經(jīng)歷了6個(gè)受漬過(guò)程。

2.2 田間澇、漬基本作用形式及特點(diǎn)

田間觀測(cè)表明，棉田澇漬危害主要發(fā)生在棉花苗期到花鈴期。就田間澇、漬基本作用形式看，圖3反映的是作物典型受漬的情形，圖1表示以一次受澇過(guò)程為特征的澇漬相隨情形，圖2則代表了雨季降水頻繁年份作物遭受多次澇漬相隨的情形結(jié)合棉花生長(zhǎng)發(fā)育情況。從圖1至圖6可以看出各年田間澇漬發(fā)生特點(diǎn)有所不同。圖3反映了2005年棉花植株移栽到田間后多次間歇受漬的情況，其中5月中旬至6月初棉花苗期經(jīng)歷了2次受漬過(guò)程，隨后20多天地下水位一直在地表下30cm附近波動(dòng)，7月上旬至8月下旬又有4次比較明顯的受漬過(guò)程，屬于受重漬致災(zāi)型。圖1清楚表明2003年棉田澇漬過(guò)程主要發(fā)生在梅雨期，即在花鈴期僅受一次比較劇烈的澇漬相隨影響，屬于作物產(chǎn)量形成關(guān)鍵期澇漬致災(zāi)型。圖2給出的是2004年棉田澇漬狀況，其特點(diǎn)是從大田苗期到花鈴期棉花多次經(jīng)受澇漬綜合脅迫，屬于多個(gè)生育階段多次澇漬致災(zāi)型。圖4至圖6與圖3一樣均屬于作物多次間接受漬類型，稍微不同的是圖3是多次簡(jiǎn)短受漬與較長(zhǎng)受漬的組合類型，而圖4至圖6則反映的是多次簡(jiǎn)短受漬，表現(xiàn)為地下水位過(guò)程線陡、一次受漬過(guò)程持續(xù)時(shí)間短，一般3d左右。

2.3 田間澇、漬程度對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果整理分析，得到田間澇、漬累積作用對(duì)棉花產(chǎn)量的影響結(jié)果(表1)。由表1可以看出，從2003年和2004年棉花田間自然受澇漬綜合影響來(lái)看，隨著澇、漬程度加重，減產(chǎn)幅度明顯增大。2005年至2008年的觀測(cè)結(jié)果反映了棉花在田間多次間歇性受漬害的影響，亦可清楚地看出小區(qū)隨著受漬程度加重，棉花減產(chǎn)幅度隨之增加，當(dāng)SEW30超過(guò)50cm·d即對(duì)作物產(chǎn)量有較明顯的影響(減產(chǎn)幅度超過(guò)5%)。

由于2005年棉花從苗期到花鈴期多次受漬脅迫，盡管僅受漬未受澇，但減產(chǎn)仍比較嚴(yán)重。在SEW30指標(biāo)比較接近的情況下，2005年的減產(chǎn)幅度超過(guò)了2003年，可見(jiàn)，棉花苗期多次受漬，隨后在花鈴期又多次受漬時(shí)，造成的減產(chǎn)有可能超過(guò)花鈴期一次強(qiáng)度較高的澇漬相隨的影響。

2003年和2004年相比，二者都屬于澇漬相隨類型。2003年棉花在花鈴期僅遭遇一次澇漬相隨，2004年則從苗期到花鈴期，每個(gè)階段均遭遇多次澇漬相隨，所以2004年極端減產(chǎn)幅度達(dá)71.4%，遠(yuǎn)大于2003年極端減產(chǎn)。對(duì)于2005年僅受漬的情形，當(dāng)SEW30達(dá)到72cm·d時(shí)，對(duì)棉花產(chǎn)量就有一定影響(減產(chǎn)超過(guò)5%)，當(dāng)SEW30達(dá)到126cm·d時(shí)會(huì)造成明顯減產(chǎn)(10%以上)。

2006～2008年田間觀測(cè)結(jié)果反映的是作物多次簡(jiǎn)短受漬情形，一次受漬過(guò)程的持續(xù)時(shí)間一般3d左右，最大不超過(guò)5d，所以在SEW30相近的情況下，普遍比一次受漬過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)(平均7d)的2005年減產(chǎn)幅度小。

2.4 澇、漬程度與棉花減產(chǎn)之間的定量關(guān)系

對(duì)2003年和2004年棉花受澇、漬共同影響的10組試驗(yàn)資料以及2005～2008年棉花僅受漬害影響的18組試驗(yàn)資料分別作相關(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)表2。用剩余自由度和獨(dú)立自變量個(gè)數(shù)查相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表[8]，可以明顯看出，在澇漬共同影響下作物的減產(chǎn)幅度(Rd)與受澇、受漬程度指標(biāo)之間有極顯著的相關(guān)關(guān)系，在僅受漬害影響時(shí)作物的減產(chǎn)幅度(Rd)與受漬程度指標(biāo)之間亦有極顯著的相關(guān)關(guān)系。

表1 田間澇、漬程度與棉花減產(chǎn)觀測(cè)結(jié)果

表2 田間澇、漬程度與棉花減產(chǎn)之間的相關(guān)關(guān)系

表2中，方程(1)和方程(2)表示棉田既受澇又受漬的情形，方程(3)至方程(6)表示棉田僅受漬害影響的情形。根據(jù)多元統(tǒng)計(jì)原理，通過(guò)比較同一回歸方程中變量的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)的絕對(duì)值可了解不同變量對(duì)目標(biāo)的貢獻(xiàn)大小，由此從方程(1)、(2)不難看出：在地下水位長(zhǎng)期偏高、田間淺淹3～6d的情況下，漬害對(duì)作物的影響大于澇，這不同于強(qiáng)降水導(dǎo)致的澇漬相隨危害。朱建強(qiáng)等[6-7]的研究表明，在澇漬相隨發(fā)生條件下澇對(duì)作物的影響是第一位的，漬是第二位的。在方程(3)中，SEW30的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)大Ts的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，說(shuō)明分析期內(nèi)地下水連續(xù)動(dòng)態(tài)的累積值對(duì)作物產(chǎn)量的影響大于地下水埋深小于30cm的累積天數(shù)的影響。比較作物間歇性多次受漬的4個(gè)回歸方程有關(guān)參數(shù)，可以看出用方程(3)和方程(5)表示分析期內(nèi)作物多次間歇性受漬對(duì)產(chǎn)量的影響最好。

3 小結(jié)

(1)易澇易漬棉田地下水埋深從棉花苗期到花鈴期主要在70cm內(nèi)，一場(chǎng)30mm以上的降水就會(huì)引起地下水位明顯抬升，田間出現(xiàn)澇漬過(guò)程的次數(shù)以及澇漬組合與微地形和降雨密切聯(lián)系。

(2)從棉花苗期至花鈴期，自然降水可引起棉田出現(xiàn)間歇受漬和澇漬相隨脅迫，它們可對(duì)棉花產(chǎn)量造成較大影響。當(dāng)受澇(田間積水深度5～15cm)3d，地下水埋深小于30cm的時(shí)間累積達(dá)到12～22d時(shí)，可造成棉花減產(chǎn)13%～22%；當(dāng)受澇5～6d，地下水埋深小于30cm的時(shí)間累積達(dá)到21～33d時(shí)，可造成棉花減產(chǎn)35%～50%。在不受澇僅受漬的情況下，當(dāng)?shù)叵滤裆钚∮?0cm的時(shí)間累積達(dá)3～4周時(shí)，可造成作物減產(chǎn)14%～31%，5周以上時(shí)則造成作物減產(chǎn)過(guò)半。

(3)澇漬共同影響下作物的減產(chǎn)幅度(Rd)與受澇、受漬程度指標(biāo)之間有顯著的相關(guān)關(guān)系，僅受漬害影響時(shí)作物的減產(chǎn)幅度(Rd)與受漬程度指標(biāo)之間亦有極顯著的相關(guān)關(guān)系。在地下水位長(zhǎng)期偏高、田間淺淹3～6d的情況下，漬對(duì)作物的影響大于澇。

[1]沈榮開(kāi),王修貴.澇漬排水控制指標(biāo)的初步研究[J].水利學(xué)報(bào),1999,(4):25-29.

[2]湯廣民.以澇漬連續(xù)抑制天數(shù)為指標(biāo)的排水標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)研究[J].水利學(xué)報(bào),1999,(4):25-29.

[3]朱建強(qiáng),歐光華,張文英,等.棉花花鈴期澇漬相隨對(duì)棉花產(chǎn)量的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2003,19(4):80-83.

[4]朱建強(qiáng),歐光華,張文英,等.澇漬相隨對(duì)棉花產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2003,36(9):1050-1056.

[5]朱建強(qiáng).易澇易漬農(nóng)田排水應(yīng)用基礎(chǔ)研究[M].北京：科學(xué)出版社,2007.

[6]朱建強(qiáng),歐光華,張文英,等.澇漬相隨對(duì)棉花產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2003,36(9):1050-1056.

[7]朱建強(qiáng),李 靖.多個(gè)澇漬過(guò)程連續(xù)作用對(duì)棉花的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2006,25(3):70-74.

[8]杜榮騫.生物統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2003.273

2013-01-20

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203032)；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2011CDB010)。

程倫國(guó) (1963-)，男，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)排灌試驗(yàn)研究。

朱建強(qiáng)，E-mail：zyjb@sina.com。

S166;S562

A

1673-1409(2013)05-0001-06