吉林西部旱田高效節水灌溉技術研究與綜合效益分析

司昌亮 張生武 尚學靈 王旭立 于海榮

(吉林省水利科學研究院,吉林 長春 130022)

引言

水資源是人類賴以生存和發展生產的重要自然資源之一[1]。在水資源日益緊張的今天，水資源短缺問題制約著吉林省農業的可持續發展。農業灌溉作為耗水大戶成為必要的研究課題。為了防止農業灌溉中消耗過多的水資源[2]，將高效節水灌溉技術[3-8]運用在農田水利工程中，可以有效節約資源，提高作物生產效率[9]，并且關系到生態環境情況，直接影響農業生產的經濟效益、社會效益、生態效益等[10]。系統地開展吉林西部高效節水灌溉技術研究，可為吉林省高效節水灌溉技術的大面積推廣提供科學的依據。

本文利用吉林省通榆灌溉試驗重點站2019年度旱田高效節水灌溉技術集成研究試驗數據，從農業生產投入與產出等多方面綜合對比分析不同種植模式的經濟效益，從而確定適合吉林西部旱田玉米種植的高效節水灌溉技術模式，以期為高效節水灌溉技術在吉林西部旱田區域的大面積推廣提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

吉林省通榆灌溉試驗重點站位于吉林省通榆縣瞻榆鎮向陽村，屬于吉林省西部15個易旱區即吉林省節水增糧行動建設區的中心位置，地處吉林省西北部、白城市南部、科爾沁草原東陲、松遼平原西部，平均海拔160m，北溫帶半干旱大陸性季風天氣，年均氣溫6.6℃，極端最低氣溫-33.5℃，極端最高氣溫40.5℃，無霜期162d，年均降水量332.4mm，最大凍土層深度175cm，年均蒸發量1893.6mm。

1.2 方案設計

本文以吉林省通榆灌溉試驗重點站2019年度旱田高效節水灌溉技術集成研究試驗數據為研究對象。

充分考慮西部地區降雨量時空分布不均、季節性干旱的實際問題，根據玉米各生育階段的水分需求特征，確定不同生育階段土壤含水量適宜區間：苗期65%～75%、拔節期70%～80%、抽雄吐絲期75%～85%、灌漿期75%～85%、乳熟期70%～80%。試驗灌水量由土壤濕度差與灌水計劃濕潤深度等數據計算得出。并參照實測玉米膜下滴灌各生育階段根系深度，計劃濕潤層厚度按苗期20cm、拔節期40cm、抽雄吐絲期后均為60cm計取。

各試驗區灌溉水量單獨水表計量。土壤含水量利用TRIME土壤剖面含水量測定儀測定。各試驗區埋設負壓計2支(15cm、35cm)。供試品種為“遠科一號”，種植密度為6.5萬株·hm-2，施肥處理相同。

試驗數據主要運用Excel2010分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式經濟效益分析

從農業生產投入與產出等多方面綜合分析不同種植模式的經濟效益。不同種植模式經濟效益見表1。

由表1可知，從產量方面看，產量由高到低依次為②>③>⑤>④>⑥>⑦>⑧>①，膜下滴灌產量最高，達到12810kg·hm-2，與不灌(CK)相比，增產54.15%；其次為滴灌，產量10890kg·hm-2，與不灌(CK)相比，增產31.05%。

圖1 旱田高效節水灌溉技術集成圖

表1 2019年不同種植模式經濟效益表

從純收益方面看，純收益由多到少依次為②>③>⑤>⑥>⑦>④>⑧>①。純收益的排列順序與產量的大致相同，膜下滴灌純效益最高，達到14830元·hm-2，與不灌(CK)相比，增收5406元·hm-2；其次為滴灌，純效益12448元·hm-2，與不灌(CK)相比，增收3024元·hm-2。

綜合前述測試以及論證，大功率參量陣定向揚聲器的定向音頻，在室內復雜通道與空間的軌道交通車站，作為傳統應急疏教引導標志的補充，有著顯著的效果。其研究成果對大功率參量陣定向揚聲器在其他類似場景中的推廣應用，也有著積極的意義。

從產投比方面看，產投比由大到小依次為②>⑦>⑧>③=⑤>⑥>④>①，變化幅度較大，產投比最大為膜下滴灌的3.01，最小為不灌(CK)的2.74。

從環境保護方面看，雖然膜下滴灌與滴灌的3方面評價的效果較好且數值接近，在吉林西部均具有較好適宜性。但考慮現有的殘膜回收設備回收率為80%左右，不能將地膜全部回收，殘膜污染問題仍舊對自然生態造成一定影響。故滴灌適宜性更好。

綜上，滴灌技術較為適宜作為吉林西部旱田高效節水灌溉技術主推技術。

2.2 滴灌與管灌的產量分析

以試驗站滴灌區與管灌區為例，進行測產結果對比分析。

由表2可知，滴灌區玉米產量在8876.10～1214.10kg·hm-2，平均產量10889.73kg·hm-2，產量差距較大，仍有較大的增產空間。

表2 測產結果對比表

由常規灌溉的10008.20kg·hm-2升至10889.73kg·hm-2，產量增加881.53kg·hm-2，單產提高8.81%。

2.3 滴灌與管灌的灌溉水量分析

對滴灌與管灌地塊進行灌溉水量統計分析見表3。

表3 測產地塊灌溉水量統計表

由表3可知，管灌區毛灌溉水量在1437.90～1502.70m3·hm-2，均值為1507.35m3·hm-2。

滴灌區毛灌溉水量在975.15～164.85m3·hm-2，均值為1019.28m3·hm-2，與管灌區灌溉水量1507.35m3·hm-2相比，節約灌溉水量488.07m3·hm-2，節水率32.38%。

2.4 滴灌與管灌的灌溉水利用系數分析

灌溉水利用系數是指某一時期灌入田間可被作物利用的水量與水源地灌溉取水總量的比值。通過計算2019年滴灌區的灌溉水量、凈灌溉水量，計算得出的灌溉水利用系數見表4。

由表4可知，滴灌區毛灌溉水量為1019.25m3·hm-2，凈灌溉水量為937.65m3·hm-2，計算得出滴灌區灌溉水利用系數為0.92。

表4 2019年度滴灌區灌溉水利用系數計算表

2019年管灌區的灌溉水利用系數見表5。

表5 2019年度管灌區灌溉水利用系數計算表

由表5可知，管灌區毛灌溉水量1507.35m3·hm-2，凈灌溉水量1085.25m3·hm-2，計算得出管灌區灌溉水利用系數為0.72。

經計算，滴灌區灌溉水利用系數0.92，與管灌區0.72相比，系數提高了0.20，即提高27.78%。

2.5 滴灌與管灌的水分利用效率分析

水分利用效率是用來描述作物產量與水分利用狀況之間關系的指標，即在一定的作物品種和耕作栽培條件下，單位水量所獲得的產量或產值。運用田間觀測數據求得不同地塊玉米水分利用效率如表6。

表6 2019年度滴灌區水分利用效率計算表

由表6可知，滴灌區水分利用效率均值為3.02kg·m-3。

2019年管灌區的水分利用效率見表7。

表7 2019年度管灌區水分利用效率計算表

由表7可知，管灌區水分利用效率均值為2.65kg·m-3。

經計算，與管灌區的2.65kg·m-3相比，滴灌區水分利用效率提高了0.37kg·m-3，即提高13.98%。

3 討論

經查閱文獻可知，國內已有部分省份進行了高效節水灌溉技術的相關研究，如黑龍江、遼寧、內蒙古、寧夏、新疆等地區，并已根據當地實際情況確定了適宜的灌溉技術。但在吉林西部地區未見相關技術模式對比試驗的文獻或報道。故建立適于吉林西部的旱田高效節水灌溉技術，可合理調控現有水資源量，提高灌溉水有效利用效率和作物產量，增加農民收入的同時有效保護生態環境。

本文重點針對吉林省西部現有的膜下滴灌、滴灌、覆膜、噴灌、管灌、免耕、高光效和傳統(不灌)等多種種植模式，利用吉林省通榆灌溉試驗重點站2019年度旱田高效節水灌溉技術集成研究試驗數據，從產量、純收益、產投比、環境保護等方面進行對比計算分析，確定了滴灌技術在吉林省半干旱區具有較好的適宜性。但本文僅運用2019年度試驗結果分析，雖試驗結果與現有文獻相協調，但亦可能受水文年、土壤肥力、灌溉條件及方式等因素影響計算精度。故開展多年試驗，反復驗證及試算，以提高試驗結果的準確性、適應性和代表性。

4 結論

通過旱田高效節水灌溉技術集成研究試驗資料分析，從產量、純收益、產投比、環境保護等多角度對比篩選，確定滴灌技術在吉林省西部旱田地區具有較好的適宜性，建議作為高效節水灌溉技術的主推技術模式。

與常規管道灌溉相比，滴灌產量增加881.53kg·hm-2，單產提高8.81%，有利于提高作物單位面積產量，促進農民增產、增收；滴灌區毛灌溉水量均值為1019.28m3·hm-2，節約灌溉水量488.07m3·hm-2，節水率32.38%，有利于農業節水事業的發展。

通過統計分析，滴灌區灌溉水利用系數0.92，與管灌區0.72相比，系數提高了0.20；滴灌區水分利用效率均值為3.02kg·m-3，與管灌區的2.65kg·m-3相比，滴灌區水分利用效率提高13.98%。可見，大面積推廣滴灌技術可充分發揮灌溉工程效能，提高灌溉技術水平，完善灌溉用水管理，指導吉林西部高效節水灌溉健康發展。