旱塬區棉花地下微灌補水系統初探

楊蘇龍，史俊東，南建福，石躍進，李永山

（山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000）

旱作農業區主要是雨養農業，由于降水較少，年際間變率較大，季節間分配不均，常常導致降水與作物生長發育需水相矛盾，造成作物產量低而不穩。近年來，集水和補水技術在旱作農業上得到了迅速發展，利用地頭旱井收集田間、道路徑流雨水，使用高效的節水設施和技術來灌溉農田，可提高水分利用效率，增加旱作區作物產量[1-5]。傳統的漫灌方式，水資源浪費大，水分利用效率低；而采用微灌方式可節省水分，水分利用率較高。但微灌投資大，易堵塞。

本試驗旨在研究開發一套成本低、不易堵塞的地下微灌系統，為旱作農業提供切實可行的補水系統。

1 試驗區基本情況

試驗設在萬榮縣皇甫鄉新寺村，地處晉南黃土高原，土層深厚，地下水位低，十年九旱，年均降雨量為557.4mm，其農業生產主要靠雨水，屬典型的雨養農業區[6-8]。試驗地頭的旱井常年蓄水30～40m3。

2 試驗處理

設5個微灌系統和1個常規對照。處理1.大管（內徑15 cm。其余處理同）送水，支管分水，支管上套有防堵套，支管長3m，內徑為10mm，每隔0.3m設有一直徑為1.5mm的水平對孔。處理2.大管送水，支管分水，支管上沒有套防堵套，支管長3m，內徑為10mm，每隔0.3m設一直徑為1.5mm的水平對孔。處理3.大管直接送水，大管處于3m跨度中心線，每隔0.25m設有一直徑為6.5mm的水平對孔，底部每0.5m一孔，孔徑4.2mm。處理4.大管直接送水，大管處于3m跨度中心線，每隔0.25m有一直徑為5.2mm的水平對孔，底部每0.5m一孔，孔徑4.2mm。處理5.大管直接送水，大管處于3m跨度中心線，每隔0.25m有一直徑為4.2mm的水平對孔，底部每0.5m一孔，孔徑4.2mm。對照（CK）為不設置送水管，不澆水，按常規施肥。處理1～5施肥量減半，溶化后隨澆水施入。

試驗所用的管道均為PVC管，于2003年埋于土壤下層40 cm處，每處理區PVC管要達到水平安裝，每小區覆蓋60m2。試驗采用每小時出水量為2m3的電動自吸泵從旱井來提水、送水。

2003年降雨量達847.9mm，是晉南建國以來第2個豐水年，是典型的澇年，但是1—7月份降雨只有289.3mm，比歷年同期平均降雨量（294.6mm）少5.3mm，棉花生育期降水777.6mm，試驗分別于6月14日和7月18日對棉田進行2次補灌，每次補水180m3/hm2。2004年全年降雨量為437.8mm，棉花生育期降水354.4mm，比歷年同期平均值多降雨75.1mm，是平水年份，試驗分別于6月15日和7月6日對棉田補灌2次，每次補水180m3/hm2。2005年全年降雨量為368.8mm，棉花生育期降水330.6mm，是典型的旱年，試驗分別于7月4日和7月18日對棉田補灌2次，每次補水180m3/hm2。

3 結果與分析

3.1 不同微灌補水系統對棉花產量和水分生產效率的影響

2003年試驗結果表明，各微灌補水系統皮棉產量比對照增產16.8%～55.1%，其中，處理1和處理3分別比對照增產55.1%和51.7%（表1）。各微灌補水系統水分生產效率為0.468～0.622 kg/m3，比對照提高了10.4%～46.7%，其中處理1和處理3的水分生產效率最高；灌溉水生產效率大小依次為處理1＞處理3＞處理2＞處理5＞處理4，其中，處理1比處理4提高了32.84%。

表1 不同微灌系統對棉花產量和灌溉水生產效率的影響（2003）

2004年為平水年，各微灌補水系統皮棉產量比對照增產8.3%～35.6%（表2），其中，處理1和處理2分別比對照增產35.6%和30.8%。各微灌補水系統水分生產效率為0.386～0.481 kg/m3，比對照提高了1.85%～26.91%，其中處理1和處理2的水分生產效率最高；灌溉水生產效率大小依次為處理1＞處理2＞處理4＞處理3＞處理5，其中，處理1和處理2分別比處理5提高了25.00%和20.65%。

表2 不同微灌系統對棉花產量和灌溉水生產效率的影響（2004）

2005年為典型的旱年，各微灌補水系統皮棉產量比對照增產18.7%～50.6%，其中，處理1和處理2分別比對照增產50.6%和38.7%。各微灌補水系統水分生產效率為0.771～0.979 kg/m3，比對照提高4.33%～32.48%，其中處理1的水分生產效率最高；灌溉水生產效率大小依次為處理1＞處理2＞處理3＞處理4＞處理5，其中處理1比處理5提高了27.0%（表3）。

微灌補水系統1從2003年開始使用，試驗田棉花生長整齊一致。2005年于試驗補水補肥期間，在田間挖出部分主支管，田間滲水均勻一致，說明該系統運行穩定。試驗各年度雖然降雨年型差異很大，但補水補肥后，對棉花的增產效果差異不明顯。

表3 不同微灌系統對棉花產量和灌溉水生產效率的影響（2005）

3.2 旱地棉田微灌補水的經濟效益

按照《農業工程手冊》提供的經濟效益靜態分析方法，對旱地棉田微灌補水經濟效益進行分析。分析中水費按1.0元/m3、籽棉按5.6元/kg、塑料管的投資按7.0元/kg計算，裝管道人工費用為（45個工 /hm2×20元 /個工）900元 /hm2，微灌管按10年使用進行折舊。

新增產值=處理產值-對照產值

新增投資=用水費用+塑料管投資費用+拆裝管道人工費用

新增投資收益率=新增產值/新增投資額×100

新增投資回收期/年=新增投資/新增產值

由表4可知，不同微灌補水系統效益不同，而且與當年雨水年型密切相關。2003年為豐水年，處理1的籽棉產量為4 192.5 kg/hm2，產值為23 478.0 元 /hm2，比對照增收 8 332.8 元 /hm2，新增投資收益率達459.11%，投資回收期為0.22年，新增投資收益率大小依次為處理3＞處理1＞處理2＞處理5＞處理4。2004年為正常年型，處理1的籽棉產量為3 312.0 kg/hm2，產值為18 547.2 元 /hm2，比對照增收 4 872.0 元 /hm2，新增投資收益率268.43%，投資回收期為0.37年，新增投資收益率大小依次為處理1＞處理2＞處理4＞處理3＞處理5。2005年為干旱年型，處理1的籽棉產量為3 588.0 kg/hm2，產值為19 924.8元/hm2，比對照增收6 241.2元/hm2，新增投資收益率343.87%，投資回收期為0.29年，新增投資收益率大小依次為處理1＞處理3＞處理4＞處理2＞處理5。3年平均處理1的效果最好。

表4 不同微灌系統經濟效益分析

4 結論與討論

降水是旱地棉花生長的唯一水源，由于降水時空分布不均，降水變率較大，常與棉花生長發育需水規律不一致，造成棉花大量蕾鈴脫落，產量低而不穩。棉田地下微灌補水技術，可根據棉花生長發育需水要求和天氣情況，在棉花主要生長發育關鍵期靈活多變地進行有效補水，使棉花正常生長發育，這是干旱棉區穩產、高產的可靠保證技術。微灌補水是水分高效利用的一種途徑，通過地下微灌把水分直接輸送到棉花根區土體之內，既避免了表層水分蒸發，又不會形成重力水下滲，且水分利用率比漫灌高。尤其在水資源珍貴的雨養農業區，發展微灌補水，可以使有限水資源在棉花需水關鍵時期得到大面積有效利用，從而提高旱作農業區的經濟效益。試驗結果表明，微灌補水系統1的效果最好，在旱塬區可大面積推廣應用。

［1］ 李永山，郭創業，解曉紅，等.旱地棉花有限補水效應研究[J].棉花學報，1996，8（5）：265-268.

［2］ 牛西午，馮永平，李永山，等.旱地棉田滲灌補水效應研究[J].農業工程學報，2001，17（6）：44-48.

［3］ 牛西午，李永山，馮永平.晉南半干旱地區果樹滲灌補水效應研究[J].農業工程學報，2003，19（1）：73-74.

［4］ 楊蘇龍，石躍進，史俊東，等.旱塬地集雨節水灌溉的初步研究[J].干旱地區農業研究，2003，21（4）：88-94.

［5］ 李廣敏.采取綜合技術措施提高節水農業水平 [J].華北農學報，2008，18（院慶專輯）：14-16.

［6］ 王會金，楊蘇龍，史俊東，等.旱塬區集雨旱井補水對作物產量的影響[J].山西農業科學，2001，29（3）：41-43.

［7］ 楊蘇龍，史俊東，石躍進，等.黃土高原黃河三角洲旱地農業集水補灌的氣候學條件與特點 [J].山西農業科學，2004，32（1）：68-71.

［8］ 李南聲.山西傳統抗旱技術的氣象學基礎及其現實意義[J].山西農業科學，1997，25（1）：42-46.