李 斌

(甘肅省水利科學研究院，甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

民勤綠洲位于石羊河下游，河西走廊東部，是武威盆地的主要天然屏障[1]。古時的民勤綠洲，水草豐美，物種繁多，植被郁郁蔥蔥，水鳥振翅飛翔，綠水青山，生機勃勃[2]。然而，隨著石羊河上游經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模急劇增長，對水資源需求也急劇增加，導致下游來水量劇減，當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境受到嚴重破壞[3-4]，對河西走廊甚至全西北五省的自然環(huán)境生態(tài)安全都有著直接或間接的影響。民勤水資源消耗主要是農(nóng)業(yè)用水，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展高效節(jié)水技術，建立高效節(jié)水型農(nóng)業(yè)是民勤發(fā)展的最終出路[5]。

近年來，噴、滴、管灌等高效節(jié)水技術在河西走廊得到廣泛應用，并取得了良好的節(jié)水增產(chǎn)效果。姚娟等人研究了三十多年來我國高效節(jié)水灌溉技術從無到有、從模仿到自主開發(fā)的發(fā)展歷程，開展了高效節(jié)水灌溉技術適應區(qū)域評價和灌溉模式研究[6]，杜秀文分析了我國高效節(jié)水技術與發(fā)達國家之間的差距，黃修橋、李英能等人論述高效節(jié)水技術與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關系[7,8]，常規(guī)的高效節(jié)水技術已經(jīng)非常成熟，也沒有更大的發(fā)展空間。如此一來，微潤灌溉、地埋式滴灌等新型高效節(jié)水灌溉技術的試驗研究就顯得尤為重要了。陳小三等人在東北室內(nèi)開展了地埋式滴灌水分運移規(guī)律研究[9]；叢佩娟觀察了土壤對地埋式滴灌帶的壓縮情況，分析了管網(wǎng)水利特性，建立了優(yōu)化計算模型[10]；任杰、溫新明等人在新疆農(nóng)八師147團開展了棉花地下滴灌的水分入滲試驗，探討了毛管的適宜埋深及間距[11]，程先軍等認為土壤特性和當?shù)馗髁晳T是影響毛管埋深的最大因素[12]，何華通過對地埋式滴灌條件下小麥全生育期生長狀況的研究，認為小麥地埋式滴灌毛管埋深應當在40 cm左右[13]；莊千燕、蘇德榮探討了草坪地下滴灌的水分分布和生長影響因素[14]，孔繁明研究了棉花在地埋式滴灌條件下的水分消耗和耗水規(guī)律，認為地下滴灌對改善土壤生態(tài)、優(yōu)化農(nóng)業(yè)操作、降低水分蒸發(fā)損失有著明顯的作用[15]。以上學者的研究，對地埋式滴灌技術的發(fā)展、推廣起到了良好的技術支撐作用，但在甘肅河西內(nèi)陸區(qū)，尤其是石羊河流域的民勤綠洲，沒有開展過地埋式滴灌技術應用研究，并且以前的研究大多針對棉花、小麥，對河西地區(qū)廣泛種植的玉米沒有開展過相應研究，玉米地埋式滴灌的適宜滴頭流量、滴灌帶埋設深度、鋪設間距，是推廣應用中急需研究攻克的技術難點。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗于2016年在甘肅水科院民勤試驗站進行。該區(qū)多年平均降水量110 mm左右，多年平均蒸發(fā)量為2 600 mm，平均氣溫7.78 ℃，極端低溫-27.3 ℃，極端高溫達到39.5 ℃，年日照時間3 027 h。

1.2 試驗設計

玉米試驗品種選用當?shù)剞r(nóng)民生產(chǎn)中常用品種“鄭單958”，播種前統(tǒng)一施肥(尿素、磷酸二銨分別按300 kg/hm2、225 kg/hm2標準施肥)。試驗小區(qū)寬4.5 m，長20 m，玉米種植時一膜三行，行距45 cm，株距30 cm。滴灌帶采用國產(chǎn)和以色列兩種類型的產(chǎn)品，其中，處理1～9采用國產(chǎn)滴灌帶，管徑Φ12，壁厚0.4 mm，滴頭流量1.2 L/h，滴頭間距0.4 m；處理10～18采用以色列滴灌帶，管徑Φ12，壁厚0.38 mm，滴頭流量1.6 L/h，滴頭間距0.4 m。滴灌帶埋深(a)和鋪設間距(b)各設三個水平，分別為30、35、40 cm和60、70、80 cm。具體試驗設計見表1，滴灌帶鋪設布置見圖1。

表1 玉米地埋式滴灌試驗設計

圖1 滴灌帶埋設布置圖(單位：cm)

玉米地埋式滴灌試驗于4月25日播種，4月28日灌出苗水，10月2日收獲，全生育期157 d。玉米生育階段灌水次數(shù)、灌水時間、灌水定額如表2所示。

表2 玉米地埋式滴灌生育期灌水表

1.3 試驗觀測

(1)利用氣象站觀測并記錄全生育期溫度、降雨(雪)、蒸發(fā)、風速等氣象因素，記載玉米的生長發(fā)育過程，觀察、記錄玉米各個重要生育時期的特征和該時期高峰出現(xiàn)的時間。

(2)土壤含水量：玉米種植前及種植后每隔10 d采用TDR或烘干法測定作物根區(qū)土壤水分含量，灌水前后加測1次，雨后加測1次。測定深度在0～100 cm，每隔20 cm取樣一次。

(3)考種、測產(chǎn)：于玉米出苗后及重要生育期在每個小區(qū)中隨機選取5株，測定株高、莖粗、葉面積指數(shù)及干物質(zhì)(80 ℃烘干48 h)；作物收獲時每個小區(qū)任意選擇兩處1 m2區(qū)域進行測產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米地埋式滴灌生育期土壤水分變化研究

圖2顯示了試驗期間滴頭流量為1.2 L/h時各處理(處理1～9)0～100 cm 土層平均含水率在時間序列上的動態(tài)變化?？梢钥吹?，玉米地埋式滴灌各處理在生育初期土壤水分含量相差不大，之后由于滴灌帶埋深和間距的不同，隨著生育期的推進，各處理的土壤水分狀況開始變化，并在6、7、8月份差異越來越明顯，最后在生育期末端各處理的土壤水分狀況穩(wěn)定在一個相近的水平。

圖3為試驗期間滴頭流量為1.6 L/h時各處理(處理10～18)0～100 cm 土層平均含水率在時間序列上的動態(tài)變化，其規(guī)律與處理1～9基本一致。與滴頭流量為1.2 L/h時的各處理相比，滴頭流量為1.6L/h時各處理生育期中期(6、7、8月份)土壤水分表現(xiàn)出偏低的現(xiàn)象，這與滴頭流量大導致水分滲漏強度大有關，也與玉米需水高峰期和蒸發(fā)量大有關。

圖2 滴頭流量為1.2 L/h時各處理土壤水分動態(tài)變化

圖3 滴頭流量為1.6 L/h時各處理土壤水分動態(tài)變化

2.2 玉米地埋式滴灌關鍵技術

2.2.1 滴頭流量研究

(1)土壤水分縱橫向遷移情況。試驗在灌完出苗水(52.5 mm)第二天在各處理滴灌帶間挖出長寬高為50 cm×50 cm×40 cm的測坑，進行了簡單的土壤水分縱向、橫向遷移規(guī)律觀察，詳見表3、4。其中表中所記錄的縱向遷移是指水分上升高度距地面的距離，橫向遷移是指各深度層土壤是否有濕潤現(xiàn)象、濕潤鋒間距及其有無交匯現(xiàn)象。

從表3可以看出，滴灌帶滴頭流量為1.2 L/h、鋪設間距為60 cm時，地表出現(xiàn)濕潤現(xiàn)象，同時各處理隨著滴灌帶埋深增加、鋪設間距增大，地表濕潤面積呈現(xiàn)出減少的趨勢，滴灌帶埋設深度為40 cm時地表均無濕潤現(xiàn)象出現(xiàn)。滴灌帶在同一埋設深度時，隨著鋪設間距的增大，其肉眼觀察到的橫向濕潤鋒交匯深度也加深，如滴灌帶埋設深度為30 cm，間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的深度土層分別為0～10、10～20、15～20 cm；滴灌帶埋設深度為35cm，間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的深度土層分別為0～10、10～20、15～20 cm；滴灌帶埋設深度為40 cm，間距為60、70、80 cm 時，其濕潤鋒交匯的深度土層分別為10～20、20～30、25～30 cm。

由表4可知，當?shù)喂鄮У晤^流量為1.6 L/h時，無論滴灌帶埋深深度、間距為多少，地表均有濕潤現(xiàn)象發(fā)生。也就是說滴頭流量越大，水分縱向、橫向遷移的越快，地表濕潤面積也越大，同時隨著滴灌帶埋深和鋪設間距的增加，地表濕潤面積呈現(xiàn)出減小的趨勢。

(2)滴頭流量確定。根據(jù)土壤水分縱橫向遷移規(guī)律可知，滴頭流量為1.2 L/h時，僅有部分處理地表出現(xiàn)濕潤現(xiàn)象，而當?shù)晤^流量為1.6 L/h時，無論滴灌帶埋深深度、間距為多少，地表均有濕潤現(xiàn)象發(fā)生。這就意味著滴頭流量偏大時，會有相當一部分水量會通過棵間土壤蒸發(fā)而損失掉，不符合地埋式滴灌降低土壤無效蒸發(fā)的初衷，因此滴頭流量建議選擇較小的值，本試驗推薦選用1.2 L/h的滴頭流量。同時，出苗期地表有少量的濕潤現(xiàn)象，有助于提高地埋式滴灌玉米的出苗率。

表3 滴頭流量1.2 L/h各處理出苗期土壤水分縱橫向濕潤鋒變化狀況

表4 滴頭流量1.6 L/h各處理出苗期土壤水分縱橫向濕潤鋒變化狀況

2.2.2 滴灌帶埋設深度研究

(1)不同滴灌帶埋深土壤水分分布。試驗在玉米生育期灌水(30 mm)后挖測坑觀測各處理滴灌帶不同埋深條件下土壤濕潤區(qū)的分布情況，詳見表5。

表5 滴灌帶不同埋深條件下土壤濕潤范圍 cm

結(jié)果表明，滴灌帶埋深深度最小時(為30 cm)，土壤濕潤層范圍在10～70 cm之間，干土層范圍分別在0～10 cm和70～100 cm之間，主要濕潤范圍10～50 cm；滴灌帶埋深深度適中時(為35 cm)，土壤濕潤層范圍在10～80 cm之間，干土層范圍分別在0～10 cm和80～100 cm之間，主要濕潤范圍20～70 cm；滴灌帶埋深深度最大時(為40 cm)，土壤濕潤層范圍在15～90 cm之間，干土層范圍分別在0～15 cm和90～100 cm之間，主要濕潤范圍25～80 cm。

(2)滴灌帶埋設深度確定。根據(jù)滴灌帶不同埋深土壤濕潤區(qū)分布范圍可知，地埋式滴灌滴灌帶埋設深度以35 cm為宜，此時土壤水分主要分布在20～70 cm之間，這樣既不會由于濕潤層太淺，導致土壤棵間蒸發(fā)增大，也不會由于濕潤層太深，導致產(chǎn)生深層滲漏，使水分不能有效被作物根系所吸收利用。

2.2.3 滴灌帶鋪設間距研究

根據(jù)土壤水分縱橫向遷移情況可知，滴頭流量為1.2 L/h條件下，滴灌帶間距為60 cm時，各處理表面均有濕潤現(xiàn)象出現(xiàn)；滴灌帶間距為70 cm時，各處理表面僅有零星濕潤現(xiàn)象，絕大部分無濕潤現(xiàn)象，同時在土層深度10～20 cm處濕潤鋒出現(xiàn)交匯現(xiàn)象；滴灌帶間距為80 cm時，各處理表面均無濕潤現(xiàn)象出現(xiàn)，同時在土層深度20～30 cm處濕潤鋒出現(xiàn)交匯現(xiàn)象。

由此可知，滴灌帶間距為70、80 cm時田間表面無明顯濕潤現(xiàn)象，符合地埋式滴灌減少無效土面蒸發(fā)的要求。同時，滴灌帶間距70 cm時地下濕潤鋒交匯層較間距80 cm時淺，在苗期、拔節(jié)期玉米根系較淺時有助于出苗率的提高及作物生長發(fā)育，因此推薦滴灌帶鋪設間距為70 cm。

2.3 玉米地埋式滴灌產(chǎn)量分析

2.3.1 玉米穗物理指標

地埋式滴灌各處理玉米穗長差別不大，在16～18cm之間；穗行數(shù)基本在16～18行左右；行粒數(shù)差別較大，大部分在30粒左右；穗粗基本上為4 cm。需要注意的是禿尖長，呈現(xiàn)出明顯規(guī)律：①埋深淺的處理禿尖長明顯小于埋深大的處理；②滴灌帶間距小的處理禿尖長明顯小于間距大的處理；③滴頭流量小的處理禿尖長明顯小于流量大的處理。

說明滴灌帶埋深淺、間距窄、流量小的處理水分、肥料更容易被作物吸收，有助于玉米生長發(fā)育；埋深大、間距寬、流量大的處理水分、肥料相比較而言不易被作物吸收。

表6 地埋式滴灌玉米穗物理指標

2.3.2 產(chǎn)量分析

玉米百粒重正常水平時為26～28 g，品種特性優(yōu)良、種植水平高的百粒重可超30 g。

由表7可知，玉米地埋式滴灌各處理百粒重均在26 g以上，滿足農(nóng)業(yè)技術要求。同時也可以看出，1.2 L/h滴頭流量各處理產(chǎn)量普遍高于1.6 L/h各處理產(chǎn)量，說明低流量長時間灌溉水肥更容易被作物吸收，同時可以看出處理5(滴頭流量1.2 L/h，滴灌帶埋深35 cm，間距70 cm)產(chǎn)量最高，為12 832.95 kg/hm2。

3 結(jié) 論

通過試驗，得到了民勤綠洲地埋式滴灌推廣應用中的三個重要技術參數(shù)：①滴頭流量推薦1.2 L/h滴頭流量，在滿足作物生長發(fā)育的同時，避免了大流量滴頭產(chǎn)生的土壤表面積水現(xiàn)象，導致灌溉水分無效蒸發(fā)；②滴灌帶埋設深度推薦滴灌帶埋設深度為35 cm，避免了滴灌帶埋設較淺引起的土壤表面積水，也避免了滴灌帶埋設較深引起的深層滲漏現(xiàn)象，導致灌溉水分產(chǎn)生無謂的浪費；③滴灌帶鋪設間距推薦滴灌帶鋪設間距為70 cm，既有利于減少無效的土壤棵間蒸發(fā)，同時在苗期、拔節(jié)期玉米根系較淺時有助于出苗率的提高及作物生長發(fā)育。同時，處理5(滴頭流量1.2 L/h，滴灌帶埋深35 cm，間距70 cm)產(chǎn)量最高，與試驗設定一致。

表7 地埋式滴灌玉米穗各處理產(chǎn)量分析

4 討 論

地埋式滴灌管網(wǎng)設計及水力計算還沒有統(tǒng)一標準，暫按照《微灌工程技術規(guī)范》(GB/T 50485-2009)執(zhí)行。同時管網(wǎng)鋪設時應盡量做到平順，避免滴灌帶折疊彎曲的狀況出現(xiàn)，防止由于滴灌帶折疊而引起的過水不暢甚至不過水的現(xiàn)象出現(xiàn)，使水肥不能很好的被作物吸收。為避免這一現(xiàn)象，建議地埋式滴灌支管鋪設時埋入地下。

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