交替隔溝灌溉對(duì)玉米耗水規(guī)律及其產(chǎn)量的影響

何富博，孫愛麗

(1. 黑龍江農(nóng)墾現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程設(shè)計(jì)有限公司，哈爾濱150090;2. 哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，哈爾濱150030)

0 引 言

黑龍江省西部半干旱區(qū)地廣人稀，耕地資源豐富，為我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地。但自然條件惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱，降雨時(shí)空分布不均，春季干旱，秋季雨量集中，雨強(qiáng)大，造成糧食產(chǎn)量低下，并存在著嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象。土壤水分虧缺是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)量的最大限制因子。農(nóng)田灌溉方法眾多，其中地面灌溉是一種古老而又應(yīng)用最廣的灌水方法，它投資省，技術(shù)簡(jiǎn)單，容易為群眾所掌握，但灌溉水的利用率低，灌水不很均勻，因此改進(jìn)地面灌水技術(shù)，優(yōu)化灌溉制度，是農(nóng)業(yè)節(jié)水的關(guān)鍵。

控制性交替隔溝灌溉是對(duì)傳統(tǒng)的溝灌技術(shù)的一種改進(jìn)。因此，同近年來興起的噴灌、微灌等灌水技術(shù)相比，它具有投資少，技術(shù)容易掌握等優(yōu)點(diǎn)，在大田大面積灌溉中有著廣闊的應(yīng)用前景［1］。多年研究成果表明，交替隔溝灌溉對(duì)玉米的確有明顯的經(jīng)濟(jì)社會(huì)生態(tài)效益，是一種經(jīng)濟(jì)可行的節(jié)水高效新途徑［2］。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于我省大慶市杜蒙縣試驗(yàn)站，地處中緯度，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。降水集中，年內(nèi)分配不均，因而常出現(xiàn)干旱年份和季節(jié)。年平均氣溫3.6 ～4.4 ℃，南北相差1 ℃。1月份最冷，平均氣溫－19.5 ℃，7月份最熱，平均氣溫23.4 ℃。月平均氣溫穩(wěn)定在0 ℃以上的日數(shù)210 d。平均≥10 ℃的日數(shù)148 d。地下水埋深為13 ～18 m。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為砂壤土，1 m土層內(nèi)田間持水量為19.35% ～20.37%( 重量百分比) ，土壤剖面上平均容重為1.43 ～1.49 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用壟植溝灌的方法種植玉米。播種時(shí)間在5月12—15日，灌溉方式采用交替隔溝灌溉。按照灌水要求，為控制入溝水量，試驗(yàn)時(shí)每條溝的末端都打上土埂，避免水從溝尾流出。在出苗前實(shí)行統(tǒng)一噴灌450m3/hm2，整個(gè)生育期對(duì)玉米苗期、拔節(jié)期、灌漿期進(jìn)行隔溝交替灌水，灌水量采用飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)，兩次重復(fù)，共22個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)方案見表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1) 土壤含水率土壤含水率采用土鉆烘干法測(cè)定。剖面上土壤水分的測(cè)定深度為1 m，共分為6個(gè)層次，依次為0 ～10 cm、10 ～20 cm、20 ～40 cm、40 ～60 cm、60 ～80 cm、80～100 cm。

2) 作物生育期觀測(cè)。各處理、各生育階段的時(shí)間、作物各生育階段的特征、生長(zhǎng)形態(tài)、生理變化形狀和指標(biāo)。

3) 氣象因素觀測(cè)。降水量、氣溫、蒸發(fā)量等。

4) 依據(jù)試驗(yàn)規(guī)范的要求，考種、測(cè)產(chǎn)、單收、單打、計(jì)產(chǎn)，收獲前在各小區(qū)中間取樣10 株進(jìn)行考種，記錄玉米株高、生物量、籽粒產(chǎn)量、百粒重以及根系生長(zhǎng)等指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米生育期內(nèi)土壤水分變化

玉米全生育期內(nèi)土壤水分的變化情況見圖1。圖1 表明，交替隔溝灌溉的灌水溝和非灌水溝在玉米生長(zhǎng)期內(nèi)總存在干濕交替的過程，土壤含水率均表現(xiàn)為交替上升和下降的趨勢(shì)。此外，灌水溝與非灌水溝之間土壤含水率存在著明顯的差異，由此推斷它們之間存在著土壤水分的交換，其水分的側(cè)向入滲比較明顯。

2.2 玉米耗水量與耗水規(guī)律

玉米生育期劃分為播種—苗期、苗期—拔節(jié)期、拔節(jié)—抽穗、抽穗—灌漿期、灌漿—乳熟期、乳熟—收獲6個(gè)生育階段，水分適宜處理的玉米，生育期耗水量382.18 mm。各生育階段耗水量占全生育期耗水量的百分比分別為10.18%、23.85%、26.16%、17.14%、13.94%和8.73%，相應(yīng)的日平均耗水強(qiáng)度分別為2.78、2.94、3.03、4.09、2.96 和1.45 mm/d。各處理生育期內(nèi)階段耗水量、階段日平均耗水量如圖2、圖3。

從整個(gè)生育期來看，交替隔溝灌溉條件下玉米的耗水規(guī)律與常規(guī)溝灌大致相同［3］，玉米日耗水量過程呈拋物線形狀，苗期和乳熟期較小，抽穗至灌漿期達(dá)最大值。播種至拔節(jié)期，有效降雨較少，盡管玉米葉面積系數(shù)較小，植株蒸騰量較小，田間耗水量主要以棵間土壤蒸發(fā)為主，玉米日耗水量仍然較高。日平均耗水量2.80 mm/d左右，其大小主要取決于播前土壤墑情和播前灌水量的多少。從拔節(jié)期開始，玉米開始進(jìn)入旺盛的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，株高和葉面積指數(shù)快速增加，田間耗水由棵間蒸發(fā)為主轉(zhuǎn)向以植株蒸騰為主，日耗水量迅速增大，日耗水強(qiáng)度平均約3.5 mm/d左右。玉米灌漿后，各處理的日耗水強(qiáng)度開始逐漸下降，到9月中旬，水分適宜處理的日耗水強(qiáng)度降至1.5 mm/d左右。

2.3 不同水分處理對(duì)產(chǎn)量的影響

水分利用效率可定義為單位水量消耗所生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品數(shù)量［4］。根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析計(jì)算，將生育期灌溉定額、耗水量及產(chǎn)量和水分利用效率情況列于表2。

從表2 可以看出，在不同的灌水制度處理下，交替隔溝灌溉玉米生育期耗水量均是隨著灌水量的增加而增大。而產(chǎn)量與灌水量之間的關(guān)系則是，在產(chǎn)量水平較低時(shí)，隨著灌水量的增大，產(chǎn)量近似線性提高，但當(dāng)達(dá)到某一個(gè)值后，盡管灌水量仍在增大，產(chǎn)量卻以緩慢速度增加，當(dāng)達(dá)到現(xiàn)階段最高產(chǎn)量時(shí)，隨耗水量的增加，產(chǎn)量反而有所下降。各處理灌溉定額與產(chǎn)量的關(guān)系見圖4。

圖1 玉米全生育期內(nèi)土壤水分的變化情況示意圖

圖2 玉米生育期內(nèi)階段耗水量情況示意圖

圖3 玉米生育期內(nèi)日平均耗水量情況示意圖

圖4 灌溉定額與產(chǎn)量的關(guān)系圖

3 結(jié) 論

本文采用不同灌水量的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，交替隔溝灌溉使作物經(jīng)歷干濕交替鍛煉，適當(dāng)?shù)墓嗨克降慕惶婀喔瓤商岣哂衩桩a(chǎn)量。灌水量越小，雖然節(jié)水潛力很大，但是嚴(yán)重影響了產(chǎn)量。

在基本滿足作物蒸騰的條件下保持土壤表層干燥是減少玉米棵間土壤蒸發(fā)的一種主要措施。隔溝灌溉與常規(guī)溝灌灌水相比有一半左右的地表土壤處于比較干燥的狀態(tài)，可明顯減少棵間土壤蒸發(fā)無效耗水，所以有利于水分利用效率的提高。作物生育期內(nèi)棵間土壤蒸發(fā)量及棵間土壤蒸發(fā)量占總耗水量的比例與灌水次數(shù)多少和灌水定額大小關(guān)系密切，在干旱半干旱地區(qū)，作物生育期降水量較少，作物耗水大多來自于灌溉水，因此在這些地方的灌溉，應(yīng)盡量減少灌水次數(shù)，以采用大定額隔溝灌溉的灌水方式好。

［1］潘英華，康紹忠. 交替隔溝灌溉水分入滲特性［J］. 灌溉排水，2000，19(1) :1－4.

［2］于保靜，石培澤，康紹忠，等. 干旱區(qū)大田玉米控制性交替隔溝灌溉需水量及需水規(guī)律研究［J］. 甘肅水利水電技術(shù)，2006，42(3) : 209－212.

［3］孫景升，肖俊夫，段愛旺，等. 夏玉米耗水規(guī)律及水分脅迫對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響［J］. 玉米科學(xué)，1999，7(2) : 45－48.

［4］段愛旺. 水分利用效率的內(nèi)涵及使用中需要注意的問題［J］. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2005，24(1) : 8－11.