棉花膜下滴灌技術(shù)在晉南地區(qū)的試驗研究

王紅江 孫新忠

（1.太原理工大學(xué)山西太原030024；2.山西省運城市水利科學(xué)研究所山西運城044000）

膜下滴灌技術(shù)是一項節(jié)水效果十分顯著的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，尤其適用在棉花、玉米等大田寬行作物中推廣[1]。其利用管道系統(tǒng)供水，使灌溉水成滴狀、緩慢、均勻、定時、定量地浸潤作物根系發(fā)育區(qū)域，使作物主要根系區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)，地膜覆蓋則進一步起到了增加地溫、促進作物早發(fā)并減少了作物棵間水分的蒸發(fā)。兩者優(yōu)勢進行互補，從而形成了膜下滴灌技術(shù)，這項技術(shù)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團已廣泛應(yīng)用，取得良好的節(jié)水效果，能否在山西干旱半干旱區(qū)應(yīng)用成功，是否與當(dāng)?shù)氐姆N植和氣候條件相適應(yīng)需要進行試驗，為此，山西省運城市夾馬口灌區(qū)試驗站進行了棉花膜下滴灌節(jié)水實驗。

1 材料與方法

1.1 試驗田基本情況

試驗田位于山西省臨猗縣臨晉鎮(zhèn)張留村，年平均氣溫13.5℃，多年平均降雨量505.2mm，蒸發(fā)量2008mm，地下水埋深10.0m以下，無霜期220d左右。土壤質(zhì)地中壤，干容重1.32g/cm3，田間持水量21.6%，孔隙度47.0%，有機質(zhì)含量中等。

1.2 試驗小區(qū)設(shè)計與處理

試驗共設(shè)計7個小區(qū)，2004-2006年三次重復(fù)，每個小區(qū)長60m，寬2.7m，折合面積162m2，1#～5#小區(qū)膜下滴灌，6#小區(qū)旱地試驗對照，7#小區(qū)采用大田地面灌對照，灌溉水采用井水，地面坡度1/400，見圖1。

圖1 膜下滴灌試驗小區(qū)布置

1.3 田間耕作及滴管帶的鋪設(shè)

播前黃河水澆地，灌水量600m3/hm2，旋耕機犁地深度20cm，機播深4cm左右，播量60～75kg/hm2，品種中棉17號，溫水浸泡下種，行距40cm，株距25cm，每公頃留苗60000株左右，播期4月4日—4月15日，6月下旬施尿素150～165kg/hm2，滴管帶每畦兩條，塑料膜寬80cm，滴灌帶間隔1.6m，滴灌孔距30cm。見圖2。

圖2 滴灌帶布置

1.4 水源及管帶安裝

水源采用深井水，水帶輸送至蓄水池內(nèi)，蓄水池容積65m3，蓄水池內(nèi)安裝潛水泵，通過Ф50PE塑料管輸送至小區(qū)地頭，接閥門、水表和壓力表，壓力控制在0.1MPa。

1.5 測定項目及方法

氣象條件：由站內(nèi)氣象站同期觀測棉花生長期內(nèi)水面蒸發(fā)量（20cm蒸發(fā)器）、地溫（地表、-5cm、-10cm、-15cm、-20cm）、氣溫、日照等。

土壤水分：觀測到100cm，每隔20cm一層，用土鉆取土，放入鋁盒內(nèi)，用天平稱重，揭開盒蓋，放在盒底下，置于已預(yù)熱的烤箱內(nèi)，烘干稱重，灌前和灌后分別測墑，田間測墑深度100cm，按各生育期進行，灌水前、灌水后加測，計算含水量。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 耗水量和灌水量對比

灌溉時間及灌溉定額如下：2004年膜下滴灌兩次6月29日和7月12日，每次37.5mm，灌溉定額75mm，對照試驗大田地面灌三次，6月20日60mm，7月10日75mm，8月10日45mm，灌溉定額180mm；2005年膜下滴灌三次，6月22日，7月8日，8月11日，每次37.5mm，灌溉定額112.5mm，大田地面灌三次，6月21日，7月18日，8月1日，每次60mm，灌溉定額180mm；2006年膜下滴灌三次，7月13日，8月8日，8月20日，每次37.5mm，灌溉定額112.5mm，大田地面灌三次，6月19日75mm，7月15日60mm，8月7日60mm，灌溉定額195mm。

由灌溉試驗規(guī)范[2]知:

ET1-2=10γH(θ1-θ2)+M+P+K-C

式中：ET1-2—計算時段內(nèi)作物田間耗水量，mm；

γ、—土壤干容重，g/cm3

H—計劃濕潤層厚度，cm；

θ1、θ2—土壤在時段初和時段末的含水率（干土重的百分比）；

M—時段內(nèi)灌水量或灌水定額，mm；

P—時段內(nèi)降雨量，mm；

K—時段內(nèi)地下水補給，mm；

c—時段內(nèi)排水量，mm。

其中θ1和θ2不能超出作物各生育階段的適宜土壤含水率上、下限。膜下滴管棉花各生育期適宜含水率下限θmin為（相對田間持水率）：苗期55%，蕾期60%，花鈴期70%，絮期55%，上限θmax為95%（相對田間持水率）[3]。

試驗區(qū)地下水埋深10m以下，地下水補給k=0，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，試驗時段內(nèi)沒有向下滲漏，c=0。2004年4月14日-10月12日，全期182d，日照總時長1285.8 h，降雨299.5mm，蒸發(fā)量1220.6mm；2005年4月10日-10月10日，全期184d，日照總時長1514.8 h，降雨336.7mm，蒸發(fā)量1222.4mm，2006年4月4日-10月5日，全期185d，日照總時長1417.7h，降雨351.3mm，蒸發(fā)量1444.7mm。

棉花膜下滴灌各生育期日均耗水量和累計耗水量結(jié)果見表1。

表1 棉花各生育期日均耗水量和累計耗水量

圖3、圖4、圖5是根據(jù)表1結(jié)果繪制的棉花耗水規(guī)律分析圖。

從圖3～圖5可以看出，棉花生育階段的耗水量與外部生長環(huán)境和植株形態(tài)呈正相關(guān)。在棉花播種出苗期，正值清明前后氣溫較低，耗水量株間蒸發(fā)和植株蒸騰都較小，日均耗水量在0.4～2.2mm/d之間，均值1.1mm/d；進入苗期，4月下旬-6月中旬，氣溫逐漸升高，日均耗水量在1.5～3.0mm/d之間，均值1.9mm/d；棉花耗水高峰期主要在蕾期和花鈴期兩個生長期，時間在6月中旬-9月初，這時營養(yǎng)生長和生殖生長都達到旺期，氣溫也達到最高，地面蒸發(fā)和植物蒸騰作用最大，耗水量最大，耗水量占到整個生育期耗水量的57%以上。其中蕾期日均耗水量在3.7～8.3mm/d區(qū)間，均值5.5mm/d，花鈴期日均耗水量在2.5-5.5mm/d之間，均值3.6mm/d；進入吐絮期，植株已不再增長，作物蒸騰減少，耗水量逐漸減少，日均耗水量在0.8～2.7mm/d之間，均值1.7mm/d。

2.2 滲透范圍及均勻度

圖3 2004年棉花耗水分析圖

圖5 2006年棉花耗水規(guī)律圖

根據(jù)觀測，滴灌孔水平入滲半徑25cm，垂直入滲30～40cm，棉花在0-40cm土層根重占總根重的91.5%[4]，因此能夠滿足棉花根系的吸收作用。滴水的均勻度，60m長的滴管帶首、中部、末端出水流量基本均勻，滴灌管帶首出水量75滴/min，中部出水量78滴/min，末端出水量稍大，84滴/min，滴灌帶末端比中部出水量高7.7%。

2.3 產(chǎn)量及植株生殖生理分析

膜下滴灌處理及對比處理的產(chǎn)量效益分析見表2。

籽棉平均產(chǎn)量膜下滴灌3806.5kg/hm2，旱地1199.5kg/hm2，大田地面灌4066.5kg/hm2，膜下滴管比旱地增產(chǎn)2607kg/hm2，比大田少260kg/hm2，平均比大田節(jié)水1050m3/hm2，單方水生產(chǎn)率膜下滴灌4.0kg/m3，大田地面灌2.2kg/m3，膜下滴灌比大田單方水生產(chǎn)率高82%以上，節(jié)水效果明顯。

3 結(jié)論

1）通過試驗可知，單方水生產(chǎn)率膜下滴灌比大田地面灌高82%以上，比大田節(jié)水1050m3/hm2，平均節(jié)水46%以上，籽棉產(chǎn)量膜下滴灌比大田地面灌略少6%，比旱地增產(chǎn)217%，達到了增產(chǎn)、節(jié)水、高效，該項技術(shù)適合在干旱缺水區(qū)使用。

圖4 2005年棉花耗水規(guī)律圖

2）蕾期和花鈴期是棉花耗水的高峰期，日均耗水量在2.5～8.3mm/d之間，均值4.5mm/d，耗水量262mm，占到整個生育期耗水量的55%以上，因此這段時期應(yīng)“淺灌勤灌”。

3）膜下滴灌滲水均勻度能夠滿足棉花根系的吸收作用。

[1]張根榮，高武軍，孫新忠.論節(jié)水灌溉技術(shù)推廣中存在的問題與對策[J]山西水利科技，2012（1）：95-96.

[2]水利部農(nóng)村水利水土保持司.灌溉試驗規(guī)范.Sl13-90[s].北京：中國水利水電出版社，1990.

[3]李明思，鄭旭榮，賈宏偉，揚國躍.棉花膜下滴灌灌溉制度試驗研究[J].中國水利水電，2001（11）：13-15.

[4]胡曉棠，李明思.膜下滴灌對棉花根際土壤環(huán)境的影響研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2003（3）：121-123.