不同節(jié)水措施下玉米灌溉制度及其產(chǎn)量研究

趙宣　韓霽昌　王歡元　張揚(yáng)　孫嬰嬰

摘要：通過設(shè)置6種不同的灌溉措施，即沙地正常灌溉（T1）、噴灌（T2）、滴灌（T3）、復(fù)配土（T4）、復(fù)配土+噴灌（T5）、復(fù)配土+滴灌（T6），結(jié)合玉米不同生長時(shí)期需水量的特點(diǎn)，研究不同灌溉方式以及灌溉制度對玉米產(chǎn)量的影響，以期找到可以在陜北沙地大面積推廣的節(jié)水灌溉措施。研究結(jié)果表明，相對于T1的灌水定額，T2和T3處理分別節(jié)水30%和35%；在T4處理下，已經(jīng)達(dá)到滴灌措施下的節(jié)水效果；T5和T6處理下的灌水定額分別比T1處理下的減少了54%和58%。T1處理下，該地區(qū)灌溉期水資源平衡差為負(fù)值，而T2、T3、T4、T5、T6處理下水資源平衡差均為正值，分別為454.95萬、604.95萬、604.95萬、1 204.95萬、1 279.95萬m3/（a·hm2）。從產(chǎn)量來看，T6和T5處理下玉米每公頃產(chǎn)量比T1分別高出4 275 kg和3 825 kg，增產(chǎn)了76%和68%。復(fù)配土+噴灌和復(fù)配土+滴灌這兩種綜合節(jié)水灌溉措施是可以在陜北沙地大面積推廣的。

關(guān)鍵詞：灌溉方式；灌溉制度；節(jié)水措施；玉米；產(chǎn)量；陜北

陜北沙地地表水資源和地下水資源短缺，氣候干燥少雨，蒸發(fā)量大，且降水量在年內(nèi)分配極不均衡。采用適宜的節(jié)水措施，提高水分利用效率，已經(jīng)成為陜北沙地可持續(xù)發(fā)展的必要條件。以色列、美國、印度、荷蘭、澳大利亞、埃及等國家主要通過采用管道輸水技術(shù)把輸水損失減少到最低、大力開辟新水源、培育節(jié)水高產(chǎn)新品種、制定科學(xué)的灌溉制度、建立有效的節(jié)水灌溉管理系統(tǒng)、建立高標(biāo)準(zhǔn)的水利和防洪設(shè)施、建造玻璃溫室、制定發(fā)展旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)的支持政策、建立完備的節(jié)水農(nóng)業(yè)立法、實(shí)施旱作農(nóng)業(yè)等，達(dá)到水資源可持續(xù)利用。國內(nèi)主要采用小塊灌溉、限額灌溉、模式化種植、成膜覆蓋節(jié)水、化學(xué)節(jié)水、生物節(jié)水、低壓管道輸水灌溉技術(shù)、噴灌和滴灌技術(shù)、旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣等措施，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用。

陜北是陜西省的第二大糧倉，為確保陜北沙地可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，亟待發(fā)展適宜于陜北沙地的高效節(jié)水灌溉制度。目前，陜北有大面積的砒砂巖與沙復(fù)配土，這種復(fù)配土種植作物，可以高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，玉米產(chǎn)量最高可達(dá)8 750 kg/hm2。本試驗(yàn)主要研究基于砒砂巖與沙復(fù)配成土沙地整治技術(shù)的玉米節(jié)水灌溉制度，以期找到可以在陜北沙地大面積推廣的高效節(jié)水灌溉措施。

1材料和方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在毛烏素沙地榆林市榆陽區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)大紀(jì)汗村。榆陽區(qū)位于陜西北部，毛烏素沙地南緣，無定河中游，高程1 206-1 215 m。試驗(yàn)區(qū)屬典型中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，降水時(shí)空分布不勻，氣候干燥，冬長夏短，四季分明，日照充足，春季多風(fēng)干旱，秋季溫涼濕潤。年均氣溫8.1℃，≥10℃積溫3 307.5℃，且持續(xù)天數(shù)為168 d。多年平均無霜期154 d，多年平均降水量413.9 mm，60.9%的降水集中在7-9月，雨熱同期。年極端降水量最大為695.4 mm（1964年），最小為159.6 mm（1965年）；日最大降水量為141.7 mm（1951年8月15日）。年平均日照時(shí)數(shù)2 879 h。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2015年4月10日開始播種。10月8日收獲。設(shè)置6個(gè)不同處理的小區(qū)，分別為沙地正常灌溉、噴灌、滴灌、復(fù)配土、復(fù)配土+噴灌、復(fù)配土+滴灌。每個(gè)小區(qū)規(guī)格為15 m×12 m。沙地正常灌溉下的灌溉制度是指在不考慮任何節(jié)水措施、高效節(jié)水灌溉制度的前提下，作物在播種前和全生育期進(jìn)行地面灌溉時(shí)所實(shí)施的灌溉制度，包括灌溉定額、灌水定額以及灌水次數(shù)。根據(jù)《陜西省行業(yè)用水定額》中陜北地區(qū)長城沿線風(fēng)沙灘區(qū)（包括定邊、靖邊、橫山、榆林、神木、府谷）農(nóng)作物的用水定額，本次試驗(yàn)考慮干旱期75%保證率情況下作物的灌溉定額，充分灌溉下玉米灌溉定額為3 675 m3/hm2，非充分灌溉下玉米灌溉定額為2 325 m3/hm2，考慮當(dāng)?shù)厮Y源情況，本次玉米灌溉定額取兩者的平均值，為3 000 m3/hm2，一個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的灌溉定額為54 m3。砒砂巖與沙復(fù)配土具有保水和節(jié)水的特性，保水時(shí)間一般為7 d，按照每次15 m3/hm2的水量滴灌，可以利用7 d左右，推算出水量利用系數(shù)約為0.86，在復(fù)配土種植作物的條件下灌溉定額要乘以折減系數(shù)，根據(jù)比擬法，計(jì)算得到折減系數(shù)約為0.65，即復(fù)配土的灌溉定額=地面灌溉定額x0.65。

1.3測定項(xiàng)目與方法

測定項(xiàng)目為地上部分干物質(zhì)量和產(chǎn)量。作物全部收獲后測定其實(shí)際產(chǎn)量和干物質(zhì)量。

2結(jié)果和討論

2.1不同節(jié)水措施下的灌溉制度

本試驗(yàn)玉米的生育期分為播種期、幼苗期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期。根據(jù)玉米不同生育期需水量的不同，設(shè)定不同的灌水定額，詳細(xì)的灌溉制度見表1。由表1可知，玉米在灌漿期需水量最大，占整個(gè)生育期需水量的43%，而播種期需水量是最小的，僅占整個(gè)生育期需水量的8%。在不同的節(jié)水灌溉措施下，同一生育期的灌水定額也不同。劉玉潔等認(rèn)為不同的灌溉定額和灌水時(shí)間會影響玉米的生長和產(chǎn)量，當(dāng)灌溉定額相同時(shí)，灌水次數(shù)的變化對產(chǎn)量有較大影響；相同的灌水次數(shù)下，適當(dāng)增加灌溉定額在一定程度上可增加作物產(chǎn)量，但灌溉定額超過一定值之后，產(chǎn)量并無顯著提高。劉一龍等認(rèn)為相同的灌溉定額下，不同的灌溉次數(shù)也會對產(chǎn)量有影響，從兼顧產(chǎn)量和節(jié)水的角度分析，灌溉定額為600 m3/hm2、灌溉4次的處理是比較適宜的灌溉制度。綜合考慮作物產(chǎn)量、WUE（水分利用率）因素，胡鐵民等認(rèn)為灌溉定額600m3/hm2、在作物苗期-拔節(jié)期、拔節(jié)期-抽雄期、抽雄期-灌漿期進(jìn)行3次灌水的灌溉制度為最優(yōu)。本試驗(yàn)研究的重點(diǎn)在于尋找最適宜的節(jié)水灌溉措施，對每個(gè)處理下的灌溉制度的研究將會是后續(xù)研究的重點(diǎn)。

2.2在不同措施下玉米的灌溉定額對比

由表2可知，玉米的灌溉定額在T2和T3處理下分別節(jié)水30%和35%，基于砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)處理（T4）下的節(jié)水效果與滴灌措施下的節(jié)水效果相當(dāng)，證明采用復(fù)配土種植，可以作為一種節(jié)水措施，可以在陜北大面積推廣。而基于砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)與噴灌或滴灌措施相結(jié)合下的節(jié)水效果更顯著，玉米的灌溉定額在T5和T6措施下分別比沙地正常灌溉的灌溉定額減少了54%和58%。

2.3玉米在不同節(jié)水措施下的產(chǎn)量對比

本試驗(yàn)中不同處理措施下的玉米產(chǎn)量見表3。

從表3可知，T6處理下玉米的產(chǎn)量最高，其收獲指數(shù)也是最高的。T6和T5處理下的玉米產(chǎn)量比T1處理下的分別增加了76.0%和68.0%。由此可見灌溉方式對玉米的產(chǎn)量有著顯著影響，滴灌處理下玉米產(chǎn)量比噴灌處理下的高，復(fù)配土下的產(chǎn)量和滴灌處理下的接近，復(fù)配土+噴灌和復(fù)配土+滴灌兩種處理下，產(chǎn)量明顯高于其他處理的，說明復(fù)配土+噴灌和復(fù)配土+滴灌這兩種節(jié)水灌溉措施可以在陜北沙地大面積推廣。李漫認(rèn)為與常規(guī)漫灌相比，膜下滴灌和無膜滴灌都可以顯著提高玉米的產(chǎn)量。魏育國等的研究也得出相似結(jié)論，滴灌、噴灌和漫灌3種灌溉方式中滴灌最有利于春玉米干物質(zhì)積累，籽粒重和百粒重呈現(xiàn)為滴灌>噴灌>漫灌，且差異顯著（P<0.05）。王雯等研究了膜下滴灌（MG）、露地滴灌（DG）、溝灌（GA）、交替隔溝灌（JG）、漫灌（cK）5種灌溉方式對春玉米產(chǎn)量的影響，得出膜下滴灌處理的春玉米增產(chǎn)節(jié)水效果顯著，其產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率均顯著高于其他處理的。本試驗(yàn)結(jié)果與李漫、魏育國、王雯等人的研究結(jié)果一致，在各處理下，玉米的收獲指數(shù)在0.37～0.42之間，在T6處理下的收獲指數(shù)最高，為0.42。

2.4不同節(jié)水措施下供需水量平衡分析

采用不同節(jié)水措施后，研究區(qū)的灌溉需水量大大減小，可以對整個(gè)研究區(qū)水資源平衡產(chǎn)生積極影響。研究區(qū)近60 a灌溉期平均降水量為290.6 mm，可開采量為2 004.60萬m3/（a·hm2），井灌回歸補(bǔ)給量為550.35萬m3/（a·hm2）。對不同節(jié)水措施下的水資源平衡情況進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4。從表4可以看出，沙地正常灌溉措施下，供需平衡差為負(fù)值（-445.05萬m3/（a·hm2））。相比沙地正常灌溉措施，各節(jié)水措施下灌溉期的供需平衡都變?yōu)檎?，T2、T3、T4、T5和T6處理下水資源供需平衡差分別為454.95萬、604.95萬、604.95萬、1 204.95萬、1 279.95萬m3/（a·hm2），說明節(jié)水灌溉措施對水資源平衡產(chǎn)生了積極的影響。

3結(jié)論

（1）基于砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)和現(xiàn)代節(jié)水灌溉措施的節(jié)水效果顯著。玉米的灌水定額在T2和T3措施下分別比T1節(jié)水30%和35%：在基于砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)的T4處理下，節(jié)水效果為35%，與滴灌措施下的節(jié)水效果相當(dāng)，證明采用復(fù)配土種植可以作為一種節(jié)水措施。而基于砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)與噴灌和滴灌措施相結(jié)合下的節(jié)水效果更為顯著，玉米的灌溉定額在T5和T6措施下分別比T1減小了54%和58%。

（2）從產(chǎn)量來看，T6和T5處理下的玉米產(chǎn)量比T1處理增產(chǎn)76%和68%，說明T6和T5這兩種綜合節(jié)水措施不僅可以節(jié)約水資源，還可以提高玉米的產(chǎn)量。

（3）以近60 a灌溉期的降水量、可供水量和井灌回歸補(bǔ)給量條件下玉米種植為例，相比沙地正常灌溉措施，各節(jié)水措施下灌溉期的水資源供需平衡差均為正值，T2、T3、T4、T5、T6處理下水資源平衡差分別達(dá)到了454.95萬、604.95萬、604.95萬、1 204.95萬、1 279.95萬m3/（a·hm2），說明節(jié)水灌溉措施對水資源平衡產(chǎn)生了積極的影響，T6和T5這兩種節(jié)水灌溉技術(shù)可以在陜北廣泛應(yīng)用。

今后應(yīng)進(jìn)一步開展同一種灌溉方式下不同灌溉制度對玉米產(chǎn)量的影響，尤其是在復(fù)配土+噴灌、復(fù)配土+滴灌這兩種灌溉方式下不同灌溉制度的研究，以及加入不同覆膜方式后這兩種灌溉方式下的不同灌溉制度的研究。