覆膜畦灌條件下不同灌溉方式對油葵產量及水分效率的影響

呂 婷

(1.武威市水利科技推廣中心,甘肅 武威 733000;2.武威市中心灌溉實驗站,甘肅 武威 733000)

甘肅河西走廊光照充沛,晝夜溫差大,光熱資源豐富,有益于油粒脂肪的合成和積攢,適宜種植油葵[1]。但該區屬于典型的干旱荒漠氣候,水資源極度匱乏,當地農業用水占比大,大多數仍采用傳統的粗放灌溉管理模式,地下水超采嚴重,水分利用效率不高,緊缺的水資源已不能滿足日益增長的生產用水需要,因此如何提高本地區油葵水分利用效率亟須研究解決。目前,關于油葵的研究大多集中在良種選育、種植技術、咸水灌溉[2-5]等方面,而對于油葵畦灌的優化灌溉制度研究較少,為堅持以水定產原則,進一步優化區域特色經濟作物可持續發展,有效促進作物節水高產,本文通過探討西北干旱地區覆膜畦灌條件下油葵的需水規律、產量及其構成要素和水分利用效率,制定最優灌溉制度,為真正落實“節水優先”方針,因地制宜發展油葵高效節水灌溉提供技術支撐和科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018年4—10月在甘肅省武威市中心灌溉試驗站(東經102°50′,北緯37°52′)進行,該站位于河西走廊東部,海拔1580m,地處雜木灌區下游,多年平均年降雨量164mm,7—9月的降雨量占全年降雨量的65%,年蒸發量2020mm,日照時數在2968h以上,地下水埋深48m,是典型的荒漠綠洲灌溉農業區。試驗地土壤以灰鈣質粉質壤土為主,氮、磷、鉀含量較為豐富,土壤物理屬性為偏堿性,土壤通透性好,孔隙率為52%,田間持水率為32%,供試土壤各土層容重見表1。

表1 供試土壤各土層容重

1.2 試驗設計

供試油葵品種為“矮大頭”,采用覆膜方式種植,地膜幅寬選用140cm,于2018年5月5日播種,8月26日收獲,生育期共114天。播種行距30cm,株距30cm。在播種前,對上層土壤進行翻耕,利用激光平地裝置對土地進行平整。試驗設置3個不同的灌溉定額,以常規畦灌作為對照處理(CK)(見表2),每處理重復3次,共12個小區,小區面積為45m2(3m×15m),在油葵播種前,施加基肥量硫酸鉀復合肥240kg/hm2和磷酸二胺300kg/hm2,在現蕾開花期各小區均追肥尿素150kg/hm2,為保證油葵出苗和各處理土壤初始含水率基本相同,油葵播后充分灌水60mm。利用試驗站內機井灌溉,灌水量通過水表讀數控制,其他農藝措施與當地傳統經驗一致。

表2 畦灌油葵灌溉設計方案

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水率測定

采用EM50數據采集器自動監測收集數據,傳感器每30min自動測定1次數據,測定土層深度為100cm,間隔20cm。用烘干法進行校核。

1.3.2 農藝性狀及干物質測定

在作物苗期、現蕾期、開花期、灌漿成熟期,于各小區隨機選取長勢均勻、具有代表性的油葵3株,用卷尺測量葉面積、株高,用游標卡尺測量莖粗,并按器官分開,取葉片、莖稈、花盤,先于105℃殺青30min后,再85℃烘干至恒重,稱取干物質量,計算結果取3次重復的均值。

1.3.3 產量測定

待收獲時,隨機選取靠近小區中間的3株進行室內考種,測量盤莖(cm)、單盤籽粒重(g)、單株蕾重(g)、百粒重(g)及空殼率(%)。同時每小區平均取選10株油葵進行脫粒,風干后測定標準含水量(14%)下籽粒產量,將同處理數據求平均值,參考小區株數,折算出整個小區實際產量。

1.3.4 氣象數據

通過設立于試驗小區附近位置的TRM-ZS3全自動氣象站,觀測試驗區內降水、溫度、風速等氣象因素。

1.4 數據處理與方法

1.4.1 作物耗水量的測定

作物生育期間耗水量采用水量平衡方法計算,本研究區地下水埋深大,因此地下水對作物的補給量可忽略不計,無地表徑流與深層滲漏。由此計算單位面積作物耗水量ETc(mm)為

ETc=I+P+ΔW

(1)

式中:I為生育階段內灌水量,mm;P為生育階段內有效降雨量,mm;ΔW為0～100cm深度土壤儲水量的變化,mm。

1.4.2 水分利用效率計算

油葵水分利用效率WUE[kg/(mm·hm2)]為

WUE=Y/ETc

(2)

式中:Y為單位面積油葵產量,kg/hm2;ETc為單位面積油葵耗水量,mm。

節水效率SW(%)為

SW=(Wi-WCK)/WCK×100%

(3)

式中:Wi為第i個處理的灌水量,mm;WCK為對照處理的灌水量,mm。

采用Excel 2016和SPSS 22.0進行數據的統計和顯著性差異分析(LSD法,P<0.05),用Origin2016 Pro進行繪圖。

2 結果分析

2.1 土壤水分季節動態變化

將不同處理油葵土壤水分隨時間的動態變化情況繪于圖1?？芍?在0～20cm土層,自苗期始,各處理土壤水分隨時間變化規律出現差異。該土層各處理平均土壤水分為CK>T3>T2>T1。在20～40cm土層,自現蕾期始,各處理土壤水分隨時間變化規律出現波動。該土層土壤水分為CK>T3>T2>T1。在40～60cm土層,自現蕾期始,各處理土壤水分隨時間變化規律出現波動。該土層土壤水分為CK>T1>T3>T2。在小于60cm的土層,開花期各處理土壤水分出現較大波動,可能是由于此時各處理受灌水、降雨、蒸發及作物蒸騰等因素作用強烈。在60～80cm的土層,T1在整個生育期內處于較低水平,為16.37%,表明在較小灌水處理下,該土層土壤水分被消耗后不能得到及時的補充和恢復。該土層各處理土壤水分差異較小,土壤水分為T3>CK>T2>T1。在80～100cm土層,各處理間土壤水分波動較其他土層進一步變緩,CK土壤水分處于較高水平,為16.99%。作物進入灌漿期后,土壤水分受降雨及蒸散發影響較小,T1,T2,T3處理間差異很小,水分保持在13.82%左右?？傮w來看,每次灌水后,表層土壤含水率升高形成峰值,隨后逐漸回落,前期峰值出現的時間與灌水時間相一致,后期降水較多,氣溫升高,受其影響較大,還與降水蒸發蒸騰有關。同時,地膜覆蓋可增加表層土壤溫度,抑制水分蒸發,蒸發的水汽在上層凝結,對表層土壤水分有提墑作用[6-8]。

圖1 不同土層土壤水分隨時間變化情況

2.2 土壤溫度季節動態變化

將各處理土壤溫度在0～20cm和20～40cm兩個土層的變化特征列于圖2,可知,就不同土層深度而言,各處理地溫全生育期變化趨勢基本一致,土壤0～20cm溫度總體較20～40cm土壤溫度高,分別為21.39℃,21.21℃,分析原因可能是0～20cm土層溫度受大氣溫度和覆膜影響明顯,而20～40cm土層溫度還受土壤水分影響[9]。作物出苗前,各處理土壤溫度基本相同,在灌水處理后,土壤溫度差異逐漸明顯,總體來看兩個土層T1處理土壤溫度較其他處理高,對照CK土壤溫度較低,分析原因主要與灌水量有關,夏季灌溉有降溫作用,灌水量大造成土壤濕度偏高,地溫低。在灌漿成熟期,各處理由于沒有進行灌水處理,土壤溫度在兩個土層差距不明顯,說明灌水期不同的灌水量與油葵生長期土壤溫度關系緊密。

2.3 不同灌溉制度下油葵耗水量變化規律

根據水量平衡法對不同灌溉制度下油葵各生育階段的耗水量進行計算,結果見表3。結合土壤墑情,播后各處理都進行了灌溉,播種—苗期,階段耗水量很小,苗期進入耗水量增長階段,隨著灌溉定額的增加,油葵耗水量也逐漸增加,表現為T1

表3 不同處理下油葵耗水規律

2.4 不同灌溉制度下油葵產量及其水分利用效率分析

覆膜畦灌條件下油葵產量及其構成要素和水分利用效率見表4。就株高來看,除CK外,其他處理間差異不顯著;就莖粗來看,各處理間無顯著性差異;就盤直徑來看,除T1外,其他處理間差異不顯著;就單盤籽粒重、百粒質量來看,產量最低的T1單盤籽粒重和百粒質量都表現為最低,分別為38.91g/盤和4.25g;產量最高的T3具有最高的單盤籽粒重,為78.52g/盤,百粒質量也最高,為6.09g,T3百粒質量較T1、T2、CK分別提高30.21%、4.93%、6.24%;就產量來看,T3處理較CK增產2.42%,T1、T2處理較CK減產,分別為24.53%、11.64%,從節水率來看,各處理較CK均有節水效益,分別為24.2%、19.7%和10.1%;灌溉定額最數據后小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

表4 不同處理下油葵產量及其水分利用效率

高的CK處理水分利用效率較低,為1.31,T3處理水分利用效率最高,為1.49,表明在一定范圍內,適當減少灌水量可以提高水分利用效率。研究結果表明,從節水增產角度而言,T3處理灌溉制度最優。

3 討 論

研究結果表明,水分虧缺對油葵產量影響明顯,各處理單盤籽粒重和百粒重隨灌溉量的增加而增加,單盤籽粒重和百粒重差異明顯大于株高、莖粗,為提高油葵產量,應該抓住單盤籽粒重和百粒重等主要性狀進行水分調控,同時兼顧株高、莖粗等其他性狀,本研究結論與梁春波等人研究結果相一致[9-10]。針對灌水量,有許多研究表明并不是產量隨灌水量的增大而增大[11-15]。本研究也表明在一定程度內,油葵產量隨著灌水量的增加而增加,但過量灌溉反而會致使產量下降,這可能由于過量灌溉降低土壤溫度,使油葵物候期延長,營養生長過快,進而導致籽粒干物質快速累積持續時間短,影響油葵產量[16-18]。油葵根系較淺,適宜的土壤水分有利于油葵根系生長[19]。油葵在現蕾—灌漿期要保證比較充分的灌溉,在苗期—現蕾期可進行適當控水。

4 結 語

a.不同水分處理下,油葵生育期土壤水分隨時間變化趨勢基本一致,均呈先增加后降低趨勢,峰值出現在灌水后1～2天,峰值出現的次數與灌水次數基本一致。在油葵生育期,土壤溫度變化幅度起伏不大,有利于油葵生長。

b.不同灌溉定額對油葵耗水量影響明顯,隨灌水量增大而增大,各處理總耗水量表現為T1

c.不同處理對油葵產量的響應不同,T3處理較CK增產2.42%,T1、T2處理較CK減產,分別為24.53%、11.64%;從節水率來看,各處理較CK均有節水效益,分別為24.2%、19.7%、10.1%。

本文分析了不同灌水對油葵節水高產的影響,結果表明,并非灌水越多產量越高,過去單純依靠水達到增產增收的傳統農業生產模式急需改變,高效節水農業生產模式是貫徹落實“節水優先”,堅持量水而行,以水定地、以水定產,加快綠色發展的必由之路。綜合考慮油葵的產量及其構成要素、耗水量、水分利用效率和節水效率,灌溉定額180mm,各生育期灌水定額分別為播后60mm,苗期40mm,現蕾期40mm,開花期40mm,為油葵最佳灌溉制度,此灌溉模式能夠提高油葵水分效率,達到節水高產目標,是一種經濟可行、易于推廣的節水方法。該研究可為西北旱區畦灌油葵灌溉制度的制定提供理論依據。