適宜的滲灌灌溉方式提高灌區(qū)水分利用效率及黃花菜產(chǎn)量

高洪香，焦炳忠，賈 帥

（1.寧夏水文水資源監(jiān)測預(yù)警中心，銀川 750004；2.寧夏回族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，銀川 750021；3.寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，銀川 750021；4.寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院寧夏開放大學(xué)，銀川 750021）

寧夏中部干旱帶黃花菜灌溉方式大多以大水漫灌為主，因水資源緊張全年灌溉次數(shù)僅有3、4 次，當(dāng)?shù)赝寥罏樯靶?、蒸發(fā)量較大，單次漫灌的水量無法保證黃花菜花期水分供應(yīng)，大量的蒸發(fā)和滲漏流失致使水分利用效率極低，嚴(yán)重影響黃花菜產(chǎn)量和品種。部分區(qū)域黃花菜采用高效灌溉方式，但缺乏相應(yīng)的理論技術(shù)指導(dǎo)，沒有充分發(fā)揮節(jié)水、節(jié)肥、提質(zhì)、增效作用，導(dǎo)致水資源利用效率和黃花菜經(jīng)濟(jì)效益不高[1]。隨著寧夏黃花菜面積不斷擴(kuò)大，選擇合適的灌溉方式、灌水量以及水肥配比等對黃花菜品質(zhì)和產(chǎn)量有較大影響，可有效改善作物生長狀況，促進(jìn)作物增產(chǎn)增效，提高作物品質(zhì)和水肥利用效率[2]，并且黃花菜適宜的水肥耦合規(guī)律研究甚少[3-5]。

地下灌溉技術(shù)是一種高效節(jié)水灌溉方法，能有效地減少土壤表面水分蒸發(fā)和肥料吸收過程中的損失，對節(jié)水效果十分顯著[6]。目前，地下灌溉研究主要集中在灌水器類型、布置方式[7,8]、與滴灌比較[9]對不同作物的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、水分利用效率方面較多。地下灌溉對土壤中水分分布有一定的影響，孫三民等人[8]采用間接地下滴灌及導(dǎo)水裝置對其灌水器埋深在干旱區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)研究，相對于滴灌節(jié)水增產(chǎn)明顯。已有研究表明，不同地下灌水器[9-11]在不同埋深、灌水量以及施肥量的適宜組合對番茄[9]、馬鈴薯[12,13]、同心圓棗[14]等作物農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及水分利用效率均有提高。韓懂懂等人[15]對滲灌與滴灌、管灌進(jìn)行定位試驗(yàn)研究，得出滲灌較滴灌和管灌有利于增加棗樹新梢長度，提高產(chǎn)量和水分利用效率。

當(dāng)前，如何確定適宜的地下滲灌灌溉方式來改善黃花菜采摘期農(nóng)藝性狀，提高產(chǎn)量和水肥利用效率，是寧夏黃花菜產(chǎn)業(yè)目前存在的主要問題。因此，探索適當(dāng)?shù)牡叵聺B灌灌溉方式是提高有限水資源利用效率，擴(kuò)大黃花菜種植面積，提高黃花菜產(chǎn)量和品質(zhì)的必由之路。本文以寧夏中部干旱帶黃花菜為研究對象，分析不同灌溉方式對黃花菜生長量及產(chǎn)量的影響，以期確定黃花菜最佳灌溉方式，為寧夏中部干旱帶黃花菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2022 年3-8 月在寧夏紅寺堡區(qū)太陽山鎮(zhèn)開展。該區(qū)域?qū)儆诎敫珊祪?nèi)陸性氣候，蒸發(fā)量大，年平均降水量272.6 mm，多年平均日照3 000 h 左右，年平均氣溫8.5 ℃。試驗(yàn)區(qū)0～80 cm 土層田間持水率（質(zhì)量含水量）和土壤容重分別為23.04% 和1.37 g/cm3。土壤物理性質(zhì)見表1、化學(xué)性質(zhì)見表2。

表2 土壤化學(xué)性質(zhì)Tab.2 Soil chemistry

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)不同灌溉方式1 個因素，常規(guī)灌溉CK（大水漫灌）、單管單行D1、雙管單行D2、地表滲灌S1、地下滲灌S2（埋深10 cm）5個水平，具體田間灌溉方式布置如圖1所示。

圖1 田間灌溉方式布置示意圖Fig.1 Layout of field irrigation methods

常規(guī)灌溉定額依據(jù)當(dāng)?shù)毓喔攘繛? 500 m3/hm2，滴灌和滲灌依據(jù)前人研究理論值及黃花菜關(guān)鍵需水期均設(shè)為2 475 m3/hm2，田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，生育期內(nèi)CK 施入磷酸二氫鉀水溶肥為450 kg/hm2，D1、D2、S1、S2 處理各施入磷酸二氫鉀水溶肥為335 kg/hm2。試驗(yàn)方案如表3所示。

表3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.3 Experimental design

試驗(yàn)小區(qū)黃花菜栽植行距140 cm，株距40 cm，每個試驗(yàn)小區(qū)3 行黃花菜，每行長35 m，各小區(qū)之間留1 行作為保護(hù)區(qū)，每個處理3次重復(fù)，共15個小區(qū)。采用φ16滴灌帶，流量3.15 L/min，供試滲灌管道采用廢舊橡膠與聚乙烯擠壓成型的一種灌水器，出水量為300～400 mL/(m·min)，外徑φ16 mm，內(nèi)徑φ13 mm，流量12 L/(m·h)。田間試驗(yàn)除正常灌水外，各處理施底肥、除草、打藥、中耕等田間農(nóng)藝措施均一致，試驗(yàn)底肥施入農(nóng)家肥、一定量的磷酸二銨（90 kg/hm2）和硫酸鉀復(fù)合肥（135 kg/hm2），為黃花菜生長提供鉀肥和磷肥。

供試品種為3 年齡大烏嘴黃花菜，全生育期175 d 左右。于3 月20 日萌芽出土、生長展葉，5 月19 日開始抽薹期，6 月22 日至8 月11 日花期（采摘期），8 月12 日后秋季生長期。全生育期內(nèi)降雨量為210.4 mm。

1.3 觀測指標(biāo)及方法

（1）作物生長指標(biāo)：作物生長指標(biāo)包括主秸稈、花薹薹粗、干物質(zhì)積累量等，各生育時期取黃花菜地上部分鮮物質(zhì)。

（2）葉片葉綠素相對含量（SPAD）：采用便攜式葉綠素儀SPAD-502 測定，分別在黃花菜展葉期、抽薹期和花期每次灌水施肥后，選取上中下3片葉子進(jìn)行測定。

（3）葉片氮含量（N）：分別黃花菜展葉期、抽薹期和花期，固定植株分別選取東西南北4 個方向上的上中下各摘取8片，裝入保鮮袋中，放在4 ℃左右的冰箱里。帶回實(shí)驗(yàn)室，清洗、烘干、粉碎。

（4）土壤含水率：采用傳統(tǒng)土鉆法對0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 土層取樣，用烘干法測其土壤含水率；土樣采樣位置：CK 處理在距離株距20 cm 處，滴灌帶在距離滴頭外側(cè)15 cm處，地下滲灌在距離滲灌管道外側(cè)15 cm處。

（5）產(chǎn)量Y：在采摘期每天對采樣區(qū)進(jìn)行采摘測產(chǎn)，7 d左右在各個試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)抽取采摘的5個花蕾，對花蕾長及質(zhì)量進(jìn)行測量。

（6）作物耗水量：采用水量平衡法計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中：ET為耗水量，mm；P為生育期內(nèi)降雨量，mm；I為灌水量，mm；ΔW為生育期開始時土壤貯水量與生育期結(jié)束時土壤貯水量之差，mm；R為地表徑流量，mm；D為耕層土壤水的滲漏量，mm。

（7）水分利用效率：

式中：Y為黃花菜產(chǎn)量，kg/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 17.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、方差分析（ANOVA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式對黃花菜株高的影響

不同灌溉方式下黃花菜各生育時期株高變化情況如表4所示，黃花菜株高在展葉期5 月16 日和5 月30 日各處理之間無顯著差異（P＞0.05），S2 處理株高最高分別為53.8 和65.3 cm，CK 次之，D1 處理最低分別為50.1 和60.7 cm，從5 月16 日至30 日S2 處理株高增長最大，增幅為11.5 cm。6 月28 日左右為黃花菜抽薹時期，在此之前黃花菜主要以營養(yǎng)生長為主，從5月30 日至6 月28 日黃花菜的株高處于增長最快階段，S2 處理增長幅度最大為26.9 cm，CK 增長幅度最小為19.4 cm，并且6月28 日S2 處理與S1 處理之間無顯著差異（P＞0.05），S2 處理與CK、D1、D2 處理之間存在顯著差異（P＜0.05），D2 處理與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），D1 處理與CK 之間無顯著差異（P＞0.05）。7 月20 日黃花菜處于花期頂峰時期，營養(yǎng)生長基本停滯，主要以生殖生長為主，植株吸收大量的營養(yǎng)物質(zhì)和水分主要供給花蕾生長，各處理株高基本停滯生長，株高增長相比6 月28 日幅度緩慢，株高最高的D2 處理增幅僅為3.2 cm，S2處理增幅僅為1.6 cm，S2處理與其他處理存在顯著差異（P＜0.05），S1 處理與D2 處理無顯著差異（P＞0.05），CK與D1處理之間無顯著差異（P＞0.05）。

表4 不同灌溉方式下黃花菜株高變化 cmTab.4 Variation of plant height of daylily under different irrigation methods

2.2 不同灌溉方式對黃花菜花薹粗的影響

黃花菜花薹粗細(xì)直接影響營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)，并與黃花菜產(chǎn)量密切相關(guān)，花薹越粗說明黃花菜營養(yǎng)供應(yīng)充分。各處理花薹粗變化情況如圖2 所示，可以看出，S2 處理花薹最粗為4.59 mm，與CK、D2、S1 處理無顯著差異（P＞0.05），與D1處理存在顯著差異（P＜0.05）。S2 處理比CK 花薹粗提高了3.38%，比D1處理花薹粗0.70 mm。S1處理與其他處理無顯著差異（P＞0.05），D1 處理與CK、D2 處理存在顯著差異（P＜0.05）。

圖2 不同灌溉方式下黃花菜花薹粗隨生育期變化Fig.2 Variation of stalk diameter of daylily with growth period under different irrigation methods

2.3 不同灌溉方式對各處理土壤水分空間分布的影響

不同灌溉方式對黃花菜生長過程中土壤水分空間變化如圖3所示，由圖3（a）可以看出，不同灌溉方式下黃花菜土壤垂直方向水分變化主要在0～60 cm 土層內(nèi)幅度較大，各處理隨著土層深度的增加土壤含水率逐漸降低，0～20 cm土層S1處理土壤含水率最大，S1 處理和S2 處理灌水器流量為12 L/(m·h)，比D1處理和D2處理（單個滴頭流量3.15 L/min）灌水時間少，單位時間內(nèi)入滲到土壤中的水分較多，減少了地表蒸發(fā)。20～40 cm 土層S2 處理土壤含水率最大，S2 處理在0～20 cm 土壤含水率低于S1、D1 和D2 處理，在20～40 cm 土層中高于S1、D1 和D2 處理，主要是將滲灌管道鋪設(shè)在土壤10 cm 處，直接將水分輸送到土壤中，減少了地表灌溉導(dǎo)致水分通過蒸散發(fā)流失。在40～100 cm 土層S2 處理土壤含水率高于其他處理。CK 土壤含水率低于其他處理，主要是在黃花菜生育時期灌溉量較少，灌水后土壤含水率較大，距離下次灌水間隔時間較長。

圖3 不同灌溉方式下黃花菜土壤水分空間分布情況Fig.3 Spatial distribution of soil water in daylily under different irrigation methods

由圖3（b）可以看出，各處理在水平方向0～80 cm的距離上土壤含水率先增加后減小，各處理在水平方向20～40 cm 處土壤含水率最大。S2 處理在水平距離0～80 cm 土壤含水率最大，D1處理在0～80 cm處土壤含水率最低，D2處理在0～80 cm處土壤含水率比S1 和S2 處理都低，主要是滴灌灌溉后濕潤區(qū)域近似于圓，濕潤范圍有限。CK 水平方向土壤含水率變化幅度較小，灌水后靠近作物附近水分消耗主要是土壤吸收和棵間蒸發(fā)，遠(yuǎn)離作物處主要是棵間蒸發(fā)，并且棵間蒸發(fā)隨著距離作物的增大逐漸增加。

2.4 不同灌溉方式對黃花菜葉片葉綠素相對含量和氮含量的影響

各處理黃花菜各生育時期葉片葉綠素相對含量和氮含量變化如表5 所示，可以看出，各處理隨著黃花菜生育時期的變化，葉片葉綠素相對含量逐漸增加，S2 處理在萌芽展葉期、抽薹期、花期黃花菜葉片的葉綠素含量和氮含量均高于其他處理，與D2 處理葉片氮含量無顯著差異（P＞0.05），與CK、D1、S1 處理葉綠素含量和氮含量之間存在顯著差異（P＜0.05）。各處理從萌芽展葉期到花期葉片葉綠素含量均增加，D2 處理增幅最大為10.57，S2 處理增幅次之為7.96，D1 處理先增大后降低，降幅為0.07。在萌芽展葉期、抽薹期、花期黃花菜葉片氮含量S1 處理增幅最大為0.57，D1 處理降低了0.03。CK 葉片葉綠素相對含量和氮含量在展葉期、抽薹期、花期均與其他處理存在顯著差異（P＜0.05）。灌溉方式和水分進(jìn)入土壤中的位置以及根系對水分吸收快慢對葉片葉綠素相對含量和氮含量有較大影響。隨著黃花菜生育時期的變化，葉片葉綠素含量逐漸增加，氮含量也逐漸增加，D1 處理先增加后降低。

表5 黃花菜各生育時期葉片葉綠素相對含量及氮含量Tab.5 Chlorophyll relative content in leaves of daylily at different growth stages

2.5 不同灌溉方式對黃花菜花蕾產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用效率的影響

表6 為不同灌溉方式對黃花菜耗水量、花蕾產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，可以看出，CK 屬常規(guī)灌溉方式，灌水量較大，較其他處理耗水量最大為402.01 mm，單管單行D1 處理耗水量最小為302.87 mm，比CK 少99.14 mm。黃花菜花蕾長是影響產(chǎn)量的主要因素之一，S2處理花蕾最長為11.86 cm，S1 處理次之，CK 最小為10.12 cm，CK 比S2 處理少1.74 cm；D2 處理與S1 處理、D1 處理與CK 之間無顯著差異（P＞0.05），S2 處理與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05）。S2 處理單個花蕾重和產(chǎn)量最高分別為4.38 g 和15 446 kg/hm2，與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），比CK 單個花蕾重高0.93 g、產(chǎn)量高3 211 kg/hm2；D2處理和S1 處理、D1 處理與CK 之間單個花蕾重和產(chǎn)量無顯著差異（P＞0.05）。S2 處理灌溉水利用效率最高為6.24 kg/m3，與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），S1 處理與其他處理之間灌溉水利用效率均存在顯著差異（P＜0.05），D1 處理與D2 處理之間灌溉水利用效率無顯著差異（P＞0.05）。水分利用效率是指在田間，作物蒸散消耗單位質(zhì)量水所制造的干物質(zhì)量，是衡量作物產(chǎn)量與用水量關(guān)系的指標(biāo)，S1 處理水分利用效率最大為4.66 kg/m3，與S2、D2 處理之間無顯著差異（P＞0.05），與CK、D1 處理之間存在顯著差異（P＜0.05），S1、S2 處理水分利用效率分別較CK 提高了53.21%、46.12%。

表6 不同處理黃花菜產(chǎn)量構(gòu)成及水分利用效率的影響Tab.6 Effects of different treatments on yield composition and water use efficiency of day lily

3 討 論

寧夏黃花菜核心產(chǎn)區(qū)分布在中部干旱帶，水資源短缺是制約當(dāng)?shù)胤N植業(yè)發(fā)展的最大瓶頸，黃花菜花期只能灌溉1～2次水，是導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)降低的主要原因之一。土壤中水分過多會降低水分利用效率，而土壤水分嚴(yán)重虧缺會影響作物干物質(zhì)量、產(chǎn)量和品質(zhì)，適宜的灌溉補(bǔ)水方式是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及較好品質(zhì)的保障[16]。本研究以黃花菜為試驗(yàn)材料，研究單管單行、雙管單行滴灌與地表滲灌、地下滲灌灌溉方式進(jìn)行比較研究，S2 比D2、D1、對照CK 產(chǎn)量分別增加了5.99%、18.40%、20.79%，水分利用效率分別提高2.70%、6.52%、31.69%，灌溉方式不同，黃花菜的耗水量、灌溉水利用效率均不同，CK 常規(guī)灌溉下，作物耗水量較大，但在花期灌溉次數(shù)較少，影響黃花菜的結(jié)痂數(shù)和單個花蕾重，最終影響黃花菜產(chǎn)量。韓懂懂等[15]、胡蘭等[17]、王林林等[18]有類似結(jié)果，地下灌溉方式與地表滴灌相比有利于提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。

不同的滴灌、滲灌方式，對土壤含水率空間分布存在差異，一般灌水器附近的土壤含水率較高、變化較大，逐漸向四周擴(kuò)散并減小，這與焦炳忠[11]、韓懂懂[15]利用橡膠地下滲灌不同埋深對土壤水分，棗樹農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、水分利用效率的影響研究結(jié)果類似，地下灌溉在不同作物中應(yīng)用，根據(jù)作物根系分布規(guī)律布設(shè)灌水器，地下灌溉提高了水平方向上土壤含水率，越靠近灌水器土壤含水率越高。微孔滲灌埋深較淺時，土壤含水率分布主要集中在表層，主要是受到地表蒸發(fā)，水分通過土壤空隙向上擴(kuò)散較快。但適宜的滲管埋深有利于作物對水分的吸收，促進(jìn)作物根系生長，黃花菜產(chǎn)量和水分利用效率的提高，與焦炳忠[11]、任秋實(shí)[12]研究結(jié)果一致。有學(xué)者[19]對黃花菜在抽薹期和采摘期的需水量情況進(jìn)行研究分析，水分虧缺容易促使幼蕾和葉片變黃，采摘期是黃花菜對水分敏感的關(guān)鍵時期，水分不足會造成產(chǎn)量和品質(zhì)的降低。

4 結(jié) 論

綜合考慮不同灌溉方式下黃花菜各項(xiàng)指標(biāo)情況，選擇地下滲灌管埋深為10 cm、灌溉定額為2 475 m3/hm2，黃花菜單個花蕾重為4.38 g，黃花菜產(chǎn)量較高為15 446 kg/hm2，水分利用效率較高為4.45 kg/m3，是寧夏干旱地區(qū)地下滲灌黃花菜生產(chǎn)中適宜的灌溉方式。