鹽池縣揚黃灌區(qū)玉米滴灌制度的制定

王 文，翟汝偉，劉 平，劉學軍,鮑子云

(寧夏水利科學研究院，寧夏 銀川 750021)

鹽池縣揚黃灌區(qū)位于寧夏揚黃灌區(qū)的中東部，耕地面積19.6萬畝,土壤熟化程度低，地力貧乏[1]，有效灌溉玉米種植面積占70%左右。制約灌區(qū)發(fā)展因素一是水資源相對匱乏，因黃河上游來水持續(xù)偏枯，分配給鹽池縣的灌溉用水指標也逐年減少；二是需水量連年增加，現(xiàn)有泵站和干渠輸水能力已滿負荷運行，而灌區(qū)規(guī)模不斷擴大，供需矛盾突出[2]；三是種植結(jié)構(gòu)相對單一，玉米漫灌、畦灌等高耗水灌溉時間集中[3]，耗水量偏高[4]，水資源浪費嚴重[5]，灌溉保證率低[6]，供需水矛盾突出，部分區(qū)域為了保證玉米灌溉, 甚至出現(xiàn)其他作物“水田旱種”現(xiàn)象;四是水資源利用效率低，玉米灌溉水生產(chǎn)率僅0.97 kg·m-3。寧夏揚黃灌區(qū)已開展了玉米覆膜溝灌[7]、玉米限額補充灌溉[8]、玉米膜下滴灌[9]等研究。寧夏引、揚黃灌區(qū)玉米均具有實現(xiàn)15 000 kg·hm-2以上產(chǎn)量水平的潛力[10],但對農(nóng)牧交錯帶露地玉米滴灌制度研究很少[11-12]。因此解決鹽池縣揚黃灌區(qū)玉米產(chǎn)量和水資源利用效率低這一問題，研究適宜推廣的玉米滴灌制度，確定灌區(qū)滴灌玉米總耗水量、生育期灌溉定額、灌水次數(shù)和每次的灌水定額，是實現(xiàn)該地區(qū)增糧增效的有效途徑。

1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于寧夏鹽池縣馮記溝鄉(xiāng)三墩子村，面積4 733 hm2，屬寧夏干旱草原區(qū)，主要種植玉米和馬鈴薯。灌溉水源從寧夏鹽環(huán)定揚水工程三墩子支渠K18+700處引水至試驗區(qū)10 000 m3調(diào)蓄水池，年用水指標710 000 m3。經(jīng)泵站加壓過濾后滴灌，由于水資源短缺，2016年總種植面積2 333 hm2。

試驗區(qū)年日照時數(shù)2 867.9 h，太陽總輻射141.59 Kcal·cm-2，平均氣溫8.5℃，≥10℃積溫2 944.9℃，無霜期128 d。土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤表層厚積風沙土覆蓋原灰鈣土表層，有機質(zhì)含量低。根據(jù)2016年玉米播前土壤取樣化驗結(jié)果，有機質(zhì)含量2.26～3.71 g·kg-1，全鹽0.263～0.404 g·kg-1。實測土壤容重1 500 kg·m-3，田間持水量12 %左右。在玉米生育期4—9月，1971—2000年平均降雨量為235.3 mm，2015年、2016年降雨量分別為275.9 mm和213.4 mm。

2 材料與方法

2.1 品種與試驗設(shè)計

供試玉米品種為隴單9號，4月下旬采取干播濕出，播種后視墑情進行灌溉，墑情較差時灌水255 m3·hm-2。玉米采用寬窄行種植，寬行70 cm,窄行28 cm,株距20～22 cm,理論密度92 805株·hm-2。

試驗小區(qū)長寬為50 m×7 m,采用單因素施肥水平、多灌水定額組合試驗設(shè)計，每組試驗共9個灌水梯度，每個梯度相差225～300 m3·hm-2,重復2次。玉米生育期每次灌水定額150～450 m3·hm-2，設(shè)計灌水11次,因5月中旬降水27.3 mm(>20 mm)，實際共灌水10次，總灌水量2 131～3 847 m3·hm-2，單次灌水時間及灌水量見表1。

設(shè)計年施肥總量為675 kg·hm-2，其中N∶P2O5∶K2O=375∶180∶120，玉米播種時施種肥磷酸二銨，N∶P2O5=64.5∶180，追肥采用全水溶尿素和硫酸鉀，N∶K2O=310.5∶120，試驗區(qū)各處理的施肥水平一致，施肥方案見表2。

2.2 指標測定與數(shù)據(jù)分析

土壤含水量采用PR2土壤剖面水分速測儀測量；降水量利用布設(shè)在試驗區(qū)內(nèi)的錦州陽光氣象站L3型翻斗式自計雨量計測定；每個處理的灌水量通過浪川LXS旋翼式水表計量；選擇225、300、375 、450 m3·hm-24個代表性灌水定額在灌后8 h開挖剖面測量土壤濕潤范圍，用Excel 07繪圖。沿試驗處理對角線梅花狀抽取3個樣方測產(chǎn)，每個樣方面積3 m2，全部收割測產(chǎn)。

耗水量(Q)=降水量+灌水量-1 m土體水分蓄變量，式中，降水量、灌水量、1 m土體水分蓄變量單位均為m3·hm-2；

1m土體水分蓄變量為生育階段始、末測定的各土層(W1′～W6′、W1～W6，分別代表灌水前和灌水后0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～100 cm土層土壤重量含水量)重量含水量與對應的土層厚度(m)加權(quán)平均之差，除以土壤容重(1 500 kg·m-3)和面積(1 hm2)之積。

水分利用效率(WUE)=產(chǎn)量(G)/耗水量(Q)，其中，產(chǎn)量單位為kg·hm-2，耗水量單位為m3·hm-2,水分利用效率單位為kg·m-3。

耗水強度(Rate)=Q/天數(shù)，單位為mm·d-1。

應用SPSS 23進行數(shù)據(jù)分析。

表1 試驗灌水量/(m3·hm-2)

表2 試驗施肥量/(kg·hm-2)

3 結(jié)果與分析

3.1 不同土層灌水前后土壤含水量的變化

由表3可見，同一個灌水處理下、同一土層深度0～10、10～20、20～30、30～40 cm灌水前和灌水后土壤含水量均有顯著差異(P<0.05)，40～60 cm除D2和D4外均沒有差異，D2、D4土壤含水量不符合整體趨勢，可能與土壤質(zhì)地有關(guān)。說明2 131～3 847 m3·hm-2灌水量對0～40 cm土層土壤含水量有顯著影響，對40 cm以下影響較小。

表3 灌水前后不同土層土壤含水量/%

注：表中不同小寫字母表示同一灌水處理下、同一土層灌水前和灌水后土壤含水量差異顯著(P<0.05)。

Note: The different lowercase letters in the table indicate the significant difference before and after irrigation in the same soil layer under the same irrigation treatment (P<0.05).

3.2 不同灌水定額下土壤水蓄存情況分析

不同灌水定額土壤濕潤范圍剖面見圖1，灌水定額在225、300、375、450 m3·hm-2時，濕潤比分別為42%、48%、50%、63%。水平分布上，距滴灌帶中心濕潤寬度由45 cm增加至60 cm；垂直分布上，濕潤深度從45 cm增加至65 cm。供試玉米寬行70 cm,窄行28 cm，窄行中心線距離滴灌帶距離為49 cm，從圖1可以看出，單次灌水量225～375 m3·hm-2時，最大濕潤寬度約50 cm，灌溉水在土壤中得到了有效蓄存，利用率較高；單次灌水量450 m3·hm-2時，最大濕潤寬度達到了60 cm，相鄰滴灌帶濕潤寬度最大相互重疊約11 cm，濕潤深度達70 cm，濕潤深度超過60 cm的水分玉米根系很難利用，合理的灌水定額可減少灌溉水出現(xiàn)深層滲漏和側(cè)滲現(xiàn)象。

3.3 玉米灌水量與產(chǎn)量、水分利用效率的關(guān)系

由表4可見，試驗處理D1～D9所設(shè)定的玉米滴灌水量在2 131～3 847 m3·hm-2之間，其籽粒產(chǎn)量在10 106～14 062 kg·hm-2之間，平均11 950 kg·hm-2；青貯產(chǎn)量在39 735～53 387 kg·hm-2之間，平均47 263 kg·hm-2；水分利用效率在2.01～2.46 kg·m-3之間，平均2.29 kg·m-3。籽粒產(chǎn)量(G)、青貯產(chǎn)量(S)均與灌水量(Q)呈正相關(guān)，回歸方程分別為G=-0.0016Q2+11.26Q-6 728.9，R2=0.75；S=-0.0064Q2+43.68Q-24 498，R2=0.82，對不同處理差異性分析結(jié)果顯示：在3 402 m3·hm-2灌水量下，籽粒產(chǎn)量與2 578、2 278、2 131 m3·hm-2灌水量的籽粒產(chǎn)量有顯著差異，青貯產(chǎn)量與2 278、2 131 m3·hm-2灌水量的青貯產(chǎn)量有顯著差異，總耗水量與3 847、2 278、2 131 m3·hm-2灌水量的總耗水量有顯著差異。3 847 m3·hm-2與3 628 m3·hm-2灌水量的水分利用效率有差異。其他灌水量下，籽粒產(chǎn)量、青貯產(chǎn)量、總耗水量、水分利用效率間均沒有差異。灌水量在3 402、3 628 m3·hm-2和3 847 m3·hm-2水平時，籽粒和青貯產(chǎn)量均隨灌水量增加而減少，說明3 402 m3·hm-2灌水量下玉米經(jīng)濟效益最佳。

3.4 玉米各生育階段耗水量強度分析

試驗小區(qū)玉米不同生育期的階段耗水強度分析結(jié)果見表5，處理3生育期耗水量571.6 mm，產(chǎn)量處于較高水平，玉米生育期階段耗水強度大小依次為：灌漿期>抽雄期>拔節(jié)期>成熟期>苗期>播種期。灌漿期、抽雄期、拔節(jié)期是玉米生長的關(guān)鍵需水期，需保證灌溉水量。

3.5 玉米滴灌制度的制定

根據(jù)不同處理玉米產(chǎn)量多重比較結(jié)果，確定玉米滴灌制度見表6，灌水頻次10～11次，灌溉定額3 405～3 660 m3·hm-2。播種期墑情較差時灌水255 m3·hm-2,苗期灌水1次，灌水量255 m3·hm-2；拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期每10 d灌水1次，每次灌水量300～375 m3·hm-2。

4 討論與結(jié)論

寧夏引、揚黃灌區(qū)均具有實現(xiàn)15 000 kg·hm-2以上玉米產(chǎn)量的潛力[8,10,13-15],抽雄-吐絲期和吐絲-灌漿期玉米耗水量以及耗水強度均較其他生育期較大，是玉米需水關(guān)鍵期[11]，寧夏揚黃灌區(qū)玉米產(chǎn)量與耗水量存在一定的關(guān)系，生育期耗水量600～613 mm時，產(chǎn)量總體處于較高水平[8]，這與本研究結(jié)論一致。滴灌水肥一體化技術(shù)使氮素的淋洗和深層滲透減少[16]，這與本研究合理的灌水定額可減少灌溉水出現(xiàn)深層滲漏和側(cè)滲現(xiàn)象相呼應。寧夏同心縣王團鎮(zhèn)推薦先玉335生育期灌水11～12次，灌溉定額4 200～4 425 m3·hm-2[14]，灌溉定額與本研究有差異，可能與玉米品種和地域差異有關(guān)。通過玉米滴灌灌溉制度試驗，在2131～3 847 m3·hm-2灌溉定額情況下，同一個灌水處理、0～40 cm同一土層深度灌水前和灌水后土壤含水量有顯著差異、40 cm以下土層土壤含水量沒有差異。灌水量與玉米籽粒、青貯產(chǎn)量均呈較強正相關(guān)；在灌溉定額為3 402、3 628 m3·hm-2和3 847 m3·hm-2時，產(chǎn)量分別為14 062、11 717、12 889 kg·hm-2，籽粒產(chǎn)量均隨灌水量增加而減少，灌溉水生產(chǎn)效率分別為2.46、2.01、2.14 kg·m-3。玉米生長的關(guān)鍵需水期是灌漿期、抽雄期、拔節(jié)期，灌水定額不宜超過450 m3·hm-2。灌區(qū)適宜滴灌灌溉定額3 405～3 660 m3·hm-2，灌水定額225～375 m3·hm-2，灌水10～11次。

圖1 不同灌水定額土壤濕潤范圍剖面圖Fig.1 Soil wetting range profiles under different irrigation

表4 各處理的產(chǎn)量與水分利用效率

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same column show significant differences between treatments (p<0.05).

表5 玉米各生育階段耗水量(Q)及耗水強度(Rate)

注：持續(xù)天數(shù)分別為播種期19 d、苗期35 d、拔節(jié)期19 d、抽雄期25 d、灌漿期27 d、成熟期46 d。

Note: The duration days were 19 days for sowing, 35 days for seedling, 19 days for jointing, 25 days for anthesis, 27 days for filling and 46 days for maturity.

表6 玉米滴灌制度