滴灌條件下糖料蔗灌溉制度試驗研究

李新建，郭 攀，梁梅英，唐建軍，張洪平

(1.廣西壯族自治區灌溉試驗中心站，廣西 桂林 541105；2.廣西農業灌溉排水工程技術研究中心，廣西 桂林 541005；3.柳江縣水利局，廣西 柳州 545100)

2013-2014年全國甘蔗種植面積185.8萬hm2，廣西甘蔗種植面積108.5萬hm2，占全國甘蔗種植面積的58.4%；在該年度制糖期全國共生產食糖1 331.8萬t，其中廣西共收入榨甘蔗7 073.5萬t，平均每公頃產63.45 t，生產食糖855.9萬t，占全國的64.3%；廣西是全國糖料蔗種植的核心區域，全國糖料蔗種植向廣西集中。

甘蔗是廣西主要的經濟作物，是多年生耐旱作物，但也是需水較多的作物，特別是從種植初期至分蘗期對水分要求尤為敏感。春旱影響甘蔗出苗率，造成缺苗斷壟；秋旱影響甘蔗中后期生長，造成減產、減收，因此干旱缺水是制約甘蔗生產主要限制因素[1]。因甘蔗耐旱特性導致大多數種植戶認為甘蔗不需要灌溉，全區糖料蔗種植面積中得到灌溉的面積不足20%，有些水量充分的區域采用漫灌方式灌溉，造成水資源浪費。為了改善甘蔗灌溉條件，提高甘蔗單產，增強甘蔗國際競爭力，廣西大力推進甘蔗高效節水灌溉建設。本文通過桂南、桂中、桂北3個主要蔗區開展滴灌灌水方式下糖料蔗大田補充灌溉試驗，分析確定廣西不同代表區域糖料蔗滴灌節水型灌溉制度，為糖料蔗高效節水工程設計和管理提供相應的參考。

1 試驗區概況與處理設計

1.1 試驗區概況

廣西地處低緯度，屬于亞熱帶季風氣候區，南部地區則偏向熱帶季風氣候區，多年平均降雨量為1 070 mm，但是時空分布不均，東部特別是沿海地區降雨豐富，西部地區偏少，春夏雨量較多，秋冬季則降雨偏少，時常發生秋冬連旱，甚至是秋冬春連旱。

本次試驗選擇的代表試驗區分別在崇左市江州區和扶綏縣、柳州市柳江縣和鹿寨縣、北海市合浦縣、來賓市武宣縣共6個縣，以柳江和鹿寨試驗站數據代表桂北區糖料蔗種植情況，江州和扶綏代表桂中西部地區，武宣代表桂中東部地區，合浦代表桂南區。

1.2 處理設計

試驗在小區中開展，每個小區長50 m，寬10 m，面積0.75 hm2。灌溉試驗處理見表1。試驗共設計19個處理，每個處理3次重復。

表1 試驗處理設計Tab.1 Design of drip irrigation experiment

注：每次灌溉時間視生育期內天氣狀況及土壤墑情而定，但需要完成灌溉次數及灌溉定額。

處理設計根據灌水次數、灌水時期(生育期)和灌溉定額的不同搭配，共分為3種模式。一是固定灌水次數和灌水時期，采用不同的灌溉定額。根據糖料蔗種植區多年水文氣象條件，初步擬定總灌水次數為13次，分別為幼苗期3次、分蘗期3次、伸長期5次、成熟期2次，灌溉定額分別設置2 250、3 750、5 250 m3/hm2；二是固定灌溉定額，改變某個生育期的灌水次數并固定其他3個生育期的灌水次數；三是固定全生育期灌水次數和灌溉定額，改變幼苗期和成熟期的灌水次數。同一灌溉處理下，各生育期之間的灌水定額相同。

對照組與試驗組采取相同的農藝處理措施[2]，以糖料蔗公頃產量為評價標準，根據上述試驗處理結果，選取廣西各個分區適宜的灌溉制度。

2 數據分析方法

作為天然降雨的補充灌溉，本次滴灌試驗的灌水時間受到一次降雨有效利用量的影響。有效降雨量與次降雨量有關[3]，計算公式為：

Pθ=αP

(1)

式中：Pθ為次有效降雨量，mm；P為次降雨量，mm；α為降雨有效利用系數。

次降雨小于50 mm時，α=1.0；次降雨為50～150 mm時，α=0.80～0.75；次降雨大于150 mm時，α=0.70。灌水定額確定方法如下：

m=667γsoil/γwaterH(θmax-θmin)fw

(2)

式中：m為滴灌灌水定額；γsoil為土壤密度；γwater為水的密度；H為計劃濕潤層深度；θmax為土壤適宜含水率上限；θmin為土壤適宜含水率下限；fw為不同灌溉方式的灌溉濕潤比，滴灌時取0.35。

根據實際觀測，有關參數見表2及表3。

表2 糖料蔗生育期計劃濕潤層深度與適宜含水率Tab.2 Planned moisture layer depth and suitable moisturecontent among growing period of sugarcane

注：適宜土壤含水率以占田間持水率的百分比計。

表3 廣西蔗區主要土壤容重和田間持水率Tab.3 Soil bulk density and field capacity inGuangxi sugarcane plant area

注：田間持水率以占土壤重量的百分比計。

通過比較不同灌溉處理下的糖料蔗產量及相應的灌溉定額和灌水次數，選擇最佳的灌溉制度。

3 結果與分析

3.1 不同試驗處理下糖料蔗產量

以桂北鹿寨試驗站、桂中扶綏試驗站、桂南合浦試驗站結果為例，分析不同處理下的產量變化情況，試驗結果見表4。

表4 不同灌溉制度下的糖料蔗產量Tab.4 Crop yield under different irrigation system

從表4中可見，灌溉試驗處理1的糖料蔗產量最高，此時的灌溉定額為2 250 m3/hm2，從表4中可以看出，過高的灌溉定額并不完全有利于糖料蔗產量的提高，同時，灌水次數過少(如處理10)或過多(如處理6和處理15)都會導致產量的嚴重降低。節水灌溉條件下的糖料蔗產量比無灌溉時增產60%至90%，增產效果明顯。

3.2 不同分區糖料蔗適宜灌溉制度分析

利用6個站點3 a試驗數據率定的最佳灌溉定額和灌溉制度，得到全生育期不同時段的作物系數，結合廣西全區多年氣象資料，根據水量平衡法計算得到廣西不同糖料蔗種植區滴灌灌水方式下的多年凈灌溉定額，滴灌方式下田間水利用系數為0.9，計算得到田間毛灌水定額和毛灌溉定額，如表5和表6所示。

由表5可見，糖料蔗灌水定額的大小排序分別為桂北區、桂中區、桂南區，這主要是由于桂北區土壤密度較大同時田間持水率也偏高，桂南地區土壤容重雖然最高，但是其田間持水率卻也最低，導致了灌水定額桂北區高于桂南區。

表5 滴灌方式下廣西不同分區灌水定額 m3/hm2

表6 滴灌方式下廣西不同分區灌水次數Tab.6 Irrigation frequency under drip irrigation method in Guangxi

由表6可見，在相同的糖料蔗灌溉保證率下，糖料蔗全生育期內，桂北地區的灌溉定額最高，其次為桂中地區，桂南地區的灌溉定額最小。隨著灌溉保證率的提高，灌水次數和灌溉定額都隨之增加。伸長期作為糖料蔗快速生長的時期，對水分需求強烈，同時也處在生育期內水面蒸發量最大的時期，因此其灌水次數也最多；幼苗期和分蘗期雖然對水分虧缺十分敏感，但此時作物蒸發蒸騰量較小，天然降雨也較為豐富，所需要的灌水次數也隨之降低；糖料蔗成熟期是糖分累積的關鍵時期，此時較低的田間含水率有利于糖料蔗糖分的累積和品質的提高，偏少的灌溉次數十分符合其工藝成熟的要求。

4 結 語

桂北地區的糖料蔗灌溉定額高于桂中地區高于桂南地區，50%保證率下桂南、桂中、桂北的糖料蔗灌溉定額分別為1 340、1 568、1 645 m3/hm2；75%保證率下桂南、桂中、桂北的糖料蔗灌溉定額分別為1 523、1 846、2 052 m3/hm2；90%保證率下桂南、桂中、桂北的糖料蔗灌溉定額分別為1 777、2 003、2 193 m3/hm2。

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[1] 彭世彰,徐俊增.農業高效節水灌溉理論與模式[M].北京：科學出版社,2009.

[2] 譚宏偉,周柳強,謝如林,等.蔗區降雨分布與甘蔗需水及加肥灌溉效應[J].西南農業學報，2008,21(5):1 381-1 384.

[3] 王春澤,喬光建.河北省降水特性與農業需水耦合關系分析[J].南水北調與水利科技，2008,(6):90-93.

[4] 劉宗強,李就好,姚彥欣,等.調虧灌溉條件下甘蔗耗水規律試驗研究[J].水資源與水工程學報,2011,22(4):173-175.