旱塬區(qū)棉花地下微灌補(bǔ)水系統(tǒng)初探

楊蘇龍，史俊東，南建福，石躍進(jìn)，李永山

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

旱作農(nóng)業(yè)區(qū)主要是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，由于降水較少，年際間變率較大，季節(jié)間分配不均，常常導(dǎo)致降水與作物生長(zhǎng)發(fā)育需水相矛盾，造成作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)。近年來(lái)，集水和補(bǔ)水技術(shù)在旱作農(nóng)業(yè)上得到了迅速發(fā)展，利用地頭旱井收集田間、道路徑流雨水，使用高效的節(jié)水設(shè)施和技術(shù)來(lái)灌溉農(nóng)田，可提高水分利用效率，增加旱作區(qū)作物產(chǎn)量[1-5]。傳統(tǒng)的漫灌方式，水資源浪費(fèi)大，水分利用效率低；而采用微灌方式可節(jié)省水分，水分利用率較高。但微灌投資大，易堵塞。

本試驗(yàn)旨在研究開(kāi)發(fā)一套成本低、不易堵塞的地下微灌系統(tǒng)，為旱作農(nóng)業(yè)提供切實(shí)可行的補(bǔ)水系統(tǒng)。

1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

試驗(yàn)設(shè)在萬(wàn)榮縣皇甫鄉(xiāng)新寺村，地處晉南黃土高原，土層深厚，地下水位低，十年九旱，年均降雨量為557.4mm，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要靠雨水，屬典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)[6-8]。試驗(yàn)地頭的旱井常年蓄水30～40m3。

2 試驗(yàn)處理

設(shè)5個(gè)微灌系統(tǒng)和1個(gè)常規(guī)對(duì)照。處理1.大管（內(nèi)徑15 cm。其余處理同）送水，支管分水，支管上套有防堵套，支管長(zhǎng)3m，內(nèi)徑為10mm，每隔0.3m設(shè)有一直徑為1.5mm的水平對(duì)孔。處理2.大管送水，支管分水，支管上沒(méi)有套防堵套，支管長(zhǎng)3m，內(nèi)徑為10mm，每隔0.3m設(shè)一直徑為1.5mm的水平對(duì)孔。處理3.大管直接送水，大管處于3m跨度中心線，每隔0.25m設(shè)有一直徑為6.5mm的水平對(duì)孔，底部每0.5m一孔，孔徑4.2mm。處理4.大管直接送水，大管處于3m跨度中心線，每隔0.25m有一直徑為5.2mm的水平對(duì)孔，底部每0.5m一孔，孔徑4.2mm。處理5.大管直接送水，大管處于3m跨度中心線，每隔0.25m有一直徑為4.2mm的水平對(duì)孔，底部每0.5m一孔，孔徑4.2mm。對(duì)照（CK）為不設(shè)置送水管，不澆水，按常規(guī)施肥。處理1～5施肥量減半，溶化后隨澆水施入。

試驗(yàn)所用的管道均為PVC管，于2003年埋于土壤下層40 cm處，每處理區(qū)PVC管要達(dá)到水平安裝，每小區(qū)覆蓋60m2。試驗(yàn)采用每小時(shí)出水量為2m3的電動(dòng)自吸泵從旱井來(lái)提水、送水。

2003年降雨量達(dá)847.9mm，是晉南建國(guó)以來(lái)第2個(gè)豐水年，是典型的澇年，但是1—7月份降雨只有289.3mm，比歷年同期平均降雨量（294.6mm）少5.3mm，棉花生育期降水777.6mm，試驗(yàn)分別于6月14日和7月18日對(duì)棉田進(jìn)行2次補(bǔ)灌，每次補(bǔ)水180m3/hm2。2004年全年降雨量為437.8mm，棉花生育期降水354.4mm，比歷年同期平均值多降雨75.1mm，是平水年份，試驗(yàn)分別于6月15日和7月6日對(duì)棉田補(bǔ)灌2次，每次補(bǔ)水180m3/hm2。2005年全年降雨量為368.8mm，棉花生育期降水330.6mm，是典型的旱年，試驗(yàn)分別于7月4日和7月18日對(duì)棉田補(bǔ)灌2次，每次補(bǔ)水180m3/hm2。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同微灌補(bǔ)水系統(tǒng)對(duì)棉花產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率的影響

2003年試驗(yàn)結(jié)果表明，各微灌補(bǔ)水系統(tǒng)皮棉產(chǎn)量比對(duì)照增產(chǎn)16.8%～55.1%，其中，處理1和處理3分別比對(duì)照增產(chǎn)55.1%和51.7%（表1）。各微灌補(bǔ)水系統(tǒng)水分生產(chǎn)效率為0.468～0.622 kg/m3，比對(duì)照提高了10.4%～46.7%，其中處理1和處理3的水分生產(chǎn)效率最高；灌溉水生產(chǎn)效率大小依次為處理1＞處理3＞處理2＞處理5＞處理4，其中，處理1比處理4提高了32.84%。

表1 不同微灌系統(tǒng)對(duì)棉花產(chǎn)量和灌溉水生產(chǎn)效率的影響（2003）

2004年為平水年，各微灌補(bǔ)水系統(tǒng)皮棉產(chǎn)量比對(duì)照增產(chǎn)8.3%～35.6%（表2），其中，處理1和處理2分別比對(duì)照增產(chǎn)35.6%和30.8%。各微灌補(bǔ)水系統(tǒng)水分生產(chǎn)效率為0.386～0.481 kg/m3，比對(duì)照提高了1.85%～26.91%，其中處理1和處理2的水分生產(chǎn)效率最高；灌溉水生產(chǎn)效率大小依次為處理1＞處理2＞處理4＞處理3＞處理5，其中，處理1和處理2分別比處理5提高了25.00%和20.65%。

表2 不同微灌系統(tǒng)對(duì)棉花產(chǎn)量和灌溉水生產(chǎn)效率的影響（2004）

2005年為典型的旱年，各微灌補(bǔ)水系統(tǒng)皮棉產(chǎn)量比對(duì)照增產(chǎn)18.7%～50.6%，其中，處理1和處理2分別比對(duì)照增產(chǎn)50.6%和38.7%。各微灌補(bǔ)水系統(tǒng)水分生產(chǎn)效率為0.771～0.979 kg/m3，比對(duì)照提高4.33%～32.48%，其中處理1的水分生產(chǎn)效率最高；灌溉水生產(chǎn)效率大小依次為處理1＞處理2＞處理3＞處理4＞處理5，其中處理1比處理5提高了27.0%（表3）。

微灌補(bǔ)水系統(tǒng)1從2003年開(kāi)始使用，試驗(yàn)田棉花生長(zhǎng)整齊一致。2005年于試驗(yàn)補(bǔ)水補(bǔ)肥期間，在田間挖出部分主支管，田間滲水均勻一致，說(shuō)明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。試驗(yàn)各年度雖然降雨年型差異很大，但補(bǔ)水補(bǔ)肥后，對(duì)棉花的增產(chǎn)效果差異不明顯。

表3 不同微灌系統(tǒng)對(duì)棉花產(chǎn)量和灌溉水生產(chǎn)效率的影響（2005）

3.2 旱地棉田微灌補(bǔ)水的經(jīng)濟(jì)效益

按照《農(nóng)業(yè)工程手冊(cè)》提供的經(jīng)濟(jì)效益靜態(tài)分析方法，對(duì)旱地棉田微灌補(bǔ)水經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。分析中水費(fèi)按1.0元/m3、籽棉按5.6元/kg、塑料管的投資按7.0元/kg計(jì)算，裝管道人工費(fèi)用為（45個(gè)工 /hm2×20元 /個(gè)工）900元 /hm2，微灌管按10年使用進(jìn)行折舊。

新增產(chǎn)值=處理產(chǎn)值-對(duì)照產(chǎn)值

新增投資=用水費(fèi)用+塑料管投資費(fèi)用+拆裝管道人工費(fèi)用

新增投資收益率=新增產(chǎn)值/新增投資額×100

新增投資回收期/年=新增投資/新增產(chǎn)值

由表4可知，不同微灌補(bǔ)水系統(tǒng)效益不同，而且與當(dāng)年雨水年型密切相關(guān)。2003年為豐水年，處理1的籽棉產(chǎn)量為4 192.5 kg/hm2，產(chǎn)值為23 478.0 元 /hm2，比對(duì)照增收 8 332.8 元 /hm2，新增投資收益率達(dá)459.11%，投資回收期為0.22年，新增投資收益率大小依次為處理3＞處理1＞處理2＞處理5＞處理4。2004年為正常年型，處理1的籽棉產(chǎn)量為3 312.0 kg/hm2，產(chǎn)值為18 547.2 元 /hm2，比對(duì)照增收 4 872.0 元 /hm2，新增投資收益率268.43%，投資回收期為0.37年，新增投資收益率大小依次為處理1＞處理2＞處理4＞處理3＞處理5。2005年為干旱年型，處理1的籽棉產(chǎn)量為3 588.0 kg/hm2，產(chǎn)值為19 924.8元/hm2，比對(duì)照增收6 241.2元/hm2，新增投資收益率343.87%，投資回收期為0.29年，新增投資收益率大小依次為處理1＞處理3＞處理4＞處理2＞處理5。3年平均處理1的效果最好。

表4 不同微灌系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析

4 結(jié)論與討論

降水是旱地棉花生長(zhǎng)的唯一水源，由于降水時(shí)空分布不均，降水變率較大，常與棉花生長(zhǎng)發(fā)育需水規(guī)律不一致，造成棉花大量蕾鈴脫落，產(chǎn)量低而不穩(wěn)。棉田地下微灌補(bǔ)水技術(shù)，可根據(jù)棉花生長(zhǎng)發(fā)育需水要求和天氣情況，在棉花主要生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵期靈活多變地進(jìn)行有效補(bǔ)水，使棉花正常生長(zhǎng)發(fā)育，這是干旱棉區(qū)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的可靠保證技術(shù)。微灌補(bǔ)水是水分高效利用的一種途徑，通過(guò)地下微灌把水分直接輸送到棉花根區(qū)土體之內(nèi)，既避免了表層水分蒸發(fā)，又不會(huì)形成重力水下滲，且水分利用率比漫灌高。尤其在水資源珍貴的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，發(fā)展微灌補(bǔ)水，可以使有限水資源在棉花需水關(guān)鍵時(shí)期得到大面積有效利用，從而提高旱作農(nóng)業(yè)區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)結(jié)果表明，微灌補(bǔ)水系統(tǒng)1的效果最好，在旱塬區(qū)可大面積推廣應(yīng)用。

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