黑龍江西部風(fēng)沙土區(qū)玉米覆膜噴灌節(jié)水效果試驗(yàn)研究

原萬坤，劉慶華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，哈爾濱 150030）

大慶杜蒙地區(qū)干旱缺水，如何把有限的降水最大限度地儲(chǔ)存到土壤中去，充分提高這部分水資源的利用率是人們一直追求的目標(biāo)。地膜覆蓋因其能改善耕層土壤的水熱狀況而在我國北方干旱半干旱地區(qū)大面積應(yīng)用。大壟雙行覆膜技術(shù)結(jié)合膜下滴灌進(jìn)行補(bǔ)水種植模式的實(shí)施，在很大程度上提高了水分利用效率，發(fā)揮了玉米的增產(chǎn)潛力[1]。目前當(dāng)?shù)赜衩追N植多為小壟不覆膜的常規(guī)種植模式，由于水熱供應(yīng)不足而造成了玉米的低產(chǎn)。本試驗(yàn)在傳統(tǒng)大壟雙行覆膜的基礎(chǔ)上對大壟的壟型進(jìn)行改進(jìn)，由原來的平壟臺(tái)種植改為壟臺(tái)上開雙溝種植，便于降雨及噴灌水量能直接深入玉米苗帶，旨在增產(chǎn)的同時(shí)提高水分利用率、降低灌溉成本。

改進(jìn)的大壟雙行覆膜（以下稱為大壟雙溝覆膜）不僅可以使壟上降雨富集并疊加到苗帶溝內(nèi)，使根系土壤蓄水量增加，而且可以減少蒸發(fā)損失，提高水分利用效率。玉米根系活動(dòng)層土壤水分狀況因受氣象條件、土壤特性、耕作措施等因素的制約，存在明顯的時(shí)空差異，即不同時(shí)間土壤水分在空間各點(diǎn)的值既有差異又互相影響[2]。本研究利用實(shí)測的土壤水分資料，分析了大壟雙溝覆膜條件下玉米根系活動(dòng)層土壤水分動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律性及對產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)選用兩種玉米，分別是當(dāng)?shù)卮竺娣e常規(guī)種植的品種吉單109和適合覆膜種植的品種先玉335。

1.2 方法

試驗(yàn)為兩種種植模式的對比，分別為大壟雙溝覆膜噴灌種植（大壟寬130 cm，壟臺(tái)成“W”型，苗帶處于溝底，便于膜上集水經(jīng)放苗空入滲）與常規(guī)噴灌種植（小壟未覆膜做對照）。結(jié)構(gòu)見圖1。覆膜種植品種為先玉335，常規(guī)種植品種為吉單109，同時(shí)兩種種植模式保持灌水量和施肥量的一致。每種模式設(shè)2個(gè)重復(fù)，共4個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為26 m×25.65 m，小區(qū)之間設(shè)寬1 m的保護(hù)區(qū)。試驗(yàn)期間使用土鉆取，土采用烘干法對玉米根系層的含水率進(jìn)行測量（測定時(shí)間為5月30日～9月16日），每3～7 d測定1次，降雨后加測，測得值均為質(zhì)量含水率。試驗(yàn)區(qū)每個(gè)處理對應(yīng)1種管理模式。玉米收獲后按小區(qū)測產(chǎn)。

圖1 大壟雙溝壟型Fig.1 Type of Doulbe ditch wide-ridge treatment

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分的垂直動(dòng)態(tài)變化對比

2009年是典型春旱的年份，試驗(yàn)對大壟雙溝覆膜及對照區(qū)的各層土壤含水率進(jìn)行了長期觀測，觀測時(shí)段從拔節(jié)期至灌漿期，時(shí)間為6月22日至8月17日，期間有兩次降水，日期分別為7月10日和8月13日。玉米根系層土壤含水量隨時(shí)間的變化曲線如圖2、3所示。由圖2、3對比分析可知，玉米根系層土壤水分垂直變化即具有相同的規(guī)律又有各自的特點(diǎn)。兩種處理玉米根系各層土壤水分垂直動(dòng)態(tài)變化具有相同的規(guī)律，即淺層變化明顯。玉米根系淺層0～20 cm土壤含水率變化幅度最大，變化范圍分別為對照區(qū)3.53%～12.51%、覆膜區(qū)6.51%～12.74%。尤其是降水后，越趨近土壤表層，土壤含水率變化越明顯，說明玉米根系層土壤含水率的變化主要受降水和蒸發(fā)蒸騰的影響，從而形成大的波動(dòng)[3]；隨著土層深度的增加土壤含水率動(dòng)態(tài)變化曲線逐漸呈平緩的曲線形式，且各層間的變化表現(xiàn)出明顯的層次性；深層變化相對穩(wěn)定，深層80 cm土壤含水率變化不明顯，變化范圍分別為對照區(qū)8.43%～12.51%、覆膜區(qū)9.09%～11.96%，該層受降水和蒸發(fā)的影響很小，水分的運(yùn)動(dòng)主要受重力、毛管力植物根系消耗的影響，因此該層的變化趨勢不明顯。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的一切措施都是為作物增產(chǎn)服務(wù)的，因此對作物的產(chǎn)量和水分利用效率進(jìn)行對比分析可以評(píng)判技術(shù)措施的優(yōu)劣[5]。大壟雙溝種植對玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響見表1。大壟雙溝覆膜明顯地提高了玉米的產(chǎn)量和水分利用效率，玉米產(chǎn)量增產(chǎn)3 648.14 kg·hm-2水分利用效率增加了0.76 kg·m-3；每公頃產(chǎn)量增幅為38.9%，增產(chǎn)效果明顯。

本試驗(yàn)采用噴水溶解肥的方式追肥，由于肥料并未直接作用到玉米根系，因此會(huì)影響玉米的產(chǎn)量。為避免后期脫肥減產(chǎn)，應(yīng)多次用噴灌形式補(bǔ)肥或人工使用追肥器在玉米根部的膜上打孔施肥來解決肥料長效的問題。

2.2 土壤水分橫向分布對比

采用大壟雙溝覆膜技術(shù)很好的解決了玉米苗期、拔節(jié)期氣溫低干旱缺水等問題。噴灌時(shí)機(jī)通常選在風(fēng)速、蒸發(fā)量小的時(shí)刻進(jìn)行間歇性補(bǔ)水，當(dāng)苗帶溝內(nèi)水分積滿時(shí)停止補(bǔ)水，等溝內(nèi)水分完全經(jīng)放苗空入滲后再進(jìn)行補(bǔ)水。

在大壟雙溝覆膜處理下，不同深度土層處橫向剖面頂、溝、肩處的水分差異也很大，大小順序?yàn)?～10＞10～20＞20～40＞40～60＞60～80 cm（見圖 5）。淺層0～40 cm以內(nèi)，溝與頂和肩二者的土壤含水量的差值明顯（差值2.21%～4.01%），深層60～80 cm土壤含水率差值很小，可見大壟雙溝覆膜技術(shù)在橫向上對淺層土壤含水率的影響大。

圖4 橫向各點(diǎn)0～80 cm土層平均含水率對比Fig.4 Comparison of every horizontal soil layer moisture under the soil layer from 0 to 80 cm in the film-mulching treatment

從圖4中可以看出大壟雙溝覆膜與對照區(qū)0～80 cm深度范圍內(nèi)的土壤平均含水量由高到底次序依次為溝（12.6%）、肩（11.12%）、頂（11%）、對照（8.26%）。溝內(nèi)土壤含水量明顯大于壟頂和壟肩，說明在大壟壟臺(tái)上開雙溝覆膜集雨效果明顯，玉米種植在壟臺(tái)的溝內(nèi)，匯集到溝內(nèi)的降水經(jīng)放苗空入滲到玉米根系的土壤內(nèi)，能使溝內(nèi)苗帶處的土壤水分增加。這在生育期前段有效降雨量少而水資源又相對匱乏的情況下，可以采用短時(shí)噴灌補(bǔ)水來滿足玉米生長所需水分。由于壟溝降水向兩側(cè)的橫向補(bǔ)給使得壟肩處淺層土壤水分也略高于壟頂。

2.3 大壟雙溝種植對玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

1932年，Binham提出黏度的倒數(shù)具有加和性，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如式(2)。可以看出，該模型預(yù)測精度會(huì)隨著組分油品的黏度比增大而顯著降低，特別不適合兩種組分油黏度相差大的油品混合后黏度的預(yù)測[4]。1992年，李闖文通過13組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對該模型進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不理想，在此基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)模型，如式(3)。

表1 玉米產(chǎn)量及水分利用率Table 1 Maize yield and WUE

3 討 論

3.1 噴灌補(bǔ)水時(shí)間

通過大壟雙溝覆膜處理，一定程度上解決了傳統(tǒng)平壟覆膜形式下降水難以入滲的問題，使落到膜面上的降水匯集到苗帶溝處后直接經(jīng)放苗孔入滲到作物根系，導(dǎo)致土壤水分在水平方向上呈不均勻分布，從而改變了玉米生長所需水分狀況。苗帶與壟頂處土壤含水率差異越大，說明相同降水時(shí)將壟上雨水向苗帶匯集的越多，集雨效果越好。7月13日降水2 d后連續(xù)3 d取土觀測，土壤含水率數(shù)值為15～17日3 d的平均值。

短篇的環(huán)境渲染，相較于長篇，會(huì)更加精簡，只保留最重要的部分，情節(jié)密度也更高，懸念和伏筆也就更加凸出。這對于喜歡解謎、喜歡探尋真相的讀者來說，顯然更為討喜。

學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過程是符合客觀的現(xiàn)實(shí)規(guī)律的。每個(gè)人的知識(shí)構(gòu)建的學(xué)習(xí)都是由淺入深，符合知識(shí)的構(gòu)建發(fā)展的規(guī)律，教學(xué)的過程需要符合客觀規(guī)律，每個(gè)學(xué)生都是從基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)過來的盡量要滿足每個(gè)人的需求，由淺入深的教學(xué)，在講解二次函數(shù)的時(shí)候，先更具方程畫出函數(shù)的圖形，在來研究每個(gè)點(diǎn)的規(guī)律，然后考慮怎么將二次方程轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)方程，研究的問題越來越廣，還可以研究每個(gè)函數(shù)的對稱軸，使學(xué)生較好的分析和掌握二次函數(shù)的關(guān)系和性質(zhì)，才能為以后的運(yùn)用過程打下良好的基礎(chǔ)。

3.2 追肥

兩種處理的差別，由于覆膜改變了SPAC（Soil plantatmosphere continum）系統(tǒng)的連續(xù)性，這必然對土壤各層含水率的變化產(chǎn)生直接影響[4]。對比土壤表層0～20 cm變化曲線可知，圖2對照區(qū)表層土壤含水率比圖3覆膜區(qū)變化的更為劇烈，這是由于降水直接補(bǔ)充了表層土壤含水量，雨后的蒸發(fā)又直接作用于表層所致，而覆膜區(qū)由于膜的阻隔作用使土壤水分垂直蒸發(fā)受阻，因此土壤水分的下降趨勢比較緩和，且觀測期內(nèi)表層含水率平均值覆膜區(qū)（8.67%）高于對照區(qū)（6.22%），可見覆膜對表層土壤的保水作用明顯；40～60 cm土層含水率變化受蒸發(fā)作用的影響較小，該層的平均含水率高于表層，對玉米的生長起著重要的作用，由于玉米的根系活動(dòng)層主要分布在0～60 cm，而圖2對照區(qū)表層20 cm以上含水率變化劇烈，可被根系直接利用的水分集中于40～60 cm，所以該層的土壤含水率變化比較復(fù)雜。圖3覆膜區(qū)深層土壤含水率要高于對照，覆膜60 cm的深層含水率均值為11.6%，對照區(qū)60 cm的深層含水率均值則只有9.7%，低于覆膜，并且隨著玉米的生長呈下降趨勢。

劉德平教授經(jīng)過多年的臨床研究發(fā)現(xiàn)，治療糖尿病必須從增加胰島素細(xì)胞數(shù)量入手，才能根治糖尿病及其并發(fā)癥，于是劉德平教授提出“激活胰島細(xì)胞療法”，它是目前治療糖尿病的新理論?！凹せ钜葝u細(xì)胞療法”通過加速胰島細(xì)胞的修復(fù)和再生，使胰島細(xì)胞分泌的功能重新建立，正常分泌的胰島素轉(zhuǎn)化血糖為能量和營養(yǎng)，只有這樣才能夠使糖尿病得到徹底的治愈。

3.3 揭膜

玉米生育期中后期，由于植株高大、葉片茂盛，不便于噴灌作業(yè)的實(shí)施和膜上水分向溝內(nèi)匯集，而膜又影響了水分的入滲，因此若進(jìn)入雨季時(shí)應(yīng)考慮及時(shí)揭膜。

評(píng)估方法：以地區(qū)統(tǒng)調(diào)負(fù)荷最高時(shí)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)出重載率，與上一年線路重載率實(shí)績值進(jìn)行比對，對重載率提高的情況以及具體重載線路進(jìn)行原因分析，提出解決建議和規(guī)劃方案。

4 結(jié)論

玉米根系土層水分的垂直動(dòng)態(tài)變化表現(xiàn)出明顯的層次性，淺層0～20 cm土層水分變化顯著，其主要是受降水，蒸發(fā)作用的影響。40～60 cm土層含水率變化復(fù)雜，深層60～80 cm含水率變化穩(wěn)定[6]。

大壟雙溝覆膜噴灌條件下各深度土層的水分橫剖面差異很大。苗帶溝處土壤水分明顯高于壟頂和壟肩，壟肩處略高于壟頂，且都高于對照區(qū)苗帶的土壤含水量，說明大壟雙溝覆膜具有明顯的集水效果。大壟雙溝覆膜種植技術(shù)提高了玉米的水分利用率和產(chǎn)量。

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