壟作溝灌條件下灌溉定額對(duì)土壤水鹽分布和制種玉米耗水的影響

王增麗，朱興平，溫廣貴，殷慶德

(1.甘肅省武威市中心灌溉試驗(yàn)站， 甘肅 武威 733000；

2.甘肅省武威市水利技術(shù)綜合服務(wù)中心， 甘肅 武威 733000； 3.甘肅省武威職業(yè)學(xué)院， 甘肅 武威 733000)

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壟作溝灌條件下灌溉定額對(duì)土壤水鹽分布和制種玉米耗水的影響

王增麗1，朱興平2，溫廣貴3，殷慶德2

(1.甘肅省武威市中心灌溉試驗(yàn)站， 甘肅 武威 733000；

2.甘肅省武威市水利技術(shù)綜合服務(wù)中心， 甘肅 武威 733000； 3.甘肅省武威職業(yè)學(xué)院， 甘肅 武威 733000)

摘要：通過(guò)田間試驗(yàn)對(duì)壟膜溝灌條件下，不同灌溉定額對(duì)土壤水鹽分布及制種玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：灌溉定額對(duì)壟頂和溝底0～100 cm土層水鹽分布具有不同的影響，隨著灌水定額的增加，壟頂土層鹽分累積效應(yīng)明顯高于溝底土層，深層土壤水分含量高于淺層土壤水分含量；灌水階段，表層土壤脫鹽量隨著灌水定額的增加而增大，土壤蒸發(fā)階段，灌水定額大的處理表層土壤鹽分累積效應(yīng)明顯；作物耗水量及土壤的儲(chǔ)水能力受灌溉定額影響顯著，當(dāng)灌水定額大于400 m3·hm-2時(shí)能顯著增加溝底土壤水分的垂直運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)水分在深層土壤中儲(chǔ)存；隨著灌溉定額的增加，制種玉米的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)呈增加的趨勢(shì)。從節(jié)水增產(chǎn)角度考慮，制種玉米全生育期灌水5次(播后、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽穗期、灌漿期)，灌水定額為500 m3·hm-2，灌溉定額為2 500 m3·hm-2，土壤鹽分累積效應(yīng)最低且作物水分利用效率(0.825 kg·m-3)和產(chǎn)量效應(yīng)(4 219.91 kg·hm-2)最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：制種玉米；壟作溝灌；灌溉定額；水鹽運(yùn)移；產(chǎn)量

Effects of irrigation quota on distribution characteristics of

甘肅省石羊河流域?qū)賰?nèi)陸干旱地區(qū)，由于地表水資源嚴(yán)重短缺，地下水成為該區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉的重要水源。高礦化度的地下水灌溉和強(qiáng)烈的蒸發(fā)蒸騰作用使該區(qū)耕地大面積出現(xiàn)積鹽現(xiàn)象，灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨巨大的挑戰(zhàn)[1]。相對(duì)于傳統(tǒng)的灌溉形式，溝灌灌溉方式具有提高玉米等寬行作物產(chǎn)量和水分利用效率的作用[2]。自20世紀(jì)90年代初，全國(guó)玉米雜交制種基地逐漸西移，河西灌區(qū)成為60多個(gè)玉米高產(chǎn)品種的制種基地[3]，針對(duì)壟膜溝灌條件下對(duì)制種玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響有一定的研究[4-6]，但灌溉定額對(duì)制種玉米農(nóng)田水鹽分布影響方面的研究鮮有報(bào)道?；诖?，本試驗(yàn)進(jìn)一步探討不同灌溉定額對(duì)土壤剖面水鹽分布特征及制種玉米產(chǎn)量的影響，旨在為制種玉米生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)和理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在武威市中心灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)站海拔1 582 m，東經(jīng)102°50′，北緯37°52′。地處騰格里沙漠邊緣，為典型的干旱荒漠區(qū)。多年平均降水量163.2 mm，多年平均蒸發(fā)量2 019.9 mm。土壤全氮含量0.44 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量6.74 g·kg-1。土壤質(zhì)地為粉質(zhì)壤土，平均土壤密度1.45 g·cm-3，田間持水率32%，飽和含水量42%，地下水埋深48 m。

1.2試驗(yàn)材料及測(cè)定方法

供試制種玉米品種為富農(nóng)963，于2013年4月24日種植，9月10日收獲，全生育期140 d。采用玉米穴播機(jī)進(jìn)行播種，播種量30 kg·hm-2，株距20 cm，行距50 cm，基肥量尿素262.5 kg·hm-2，磷酸二氫銨525 kg·hm-2。

壟溝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：壟高20 cm，壟頂寬50 cm，壟底寬80 cm，溝底寬20 cm。制種玉米生育期追肥措施隨拔節(jié)期灌水進(jìn)行，追肥量200 kg·hm-2。各種農(nóng)藝措施參照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積32 m2(4 m×8 m)，周圍布置保護(hù)區(qū)，試驗(yàn)處理設(shè)置見表1。

表1　各處理灌溉方案/(m3·hm-2)

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

在制種玉米播種前、收獲后以及每次灌水前后(降雨前后加測(cè))，對(duì)壟頂、溝底分層(0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)進(jìn)行取樣，采用烘干法測(cè)定土壤水分。利用SG-3型電導(dǎo)率儀測(cè)定電導(dǎo)率EC1∶5(土水質(zhì)量比為1∶5)，根據(jù)文獻(xiàn)[7]計(jì)算土壤全鹽含量。作物收獲后對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀進(jìn)行考種，并計(jì)算水分利用效率。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用SPSS16.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，采用Surfer8.0軟件進(jìn)行制圖。

2結(jié)果與分析

2.1土壤剖面鹽分動(dòng)態(tài)變化

不同處理制種玉米生育期壟頂、溝底土層鹽分變化見圖1。由圖1可知，各處理壟頂、溝底0～100 cm土層土壤鹽分變化受灌水定額和根系吸水等因素的影響。在苗期，各處理壟頂、溝底土壤剖面鹽分變化規(guī)律基本一致：各處理壟頂剖面各層鹽分含量較溝底各對(duì)應(yīng)土層呈增加的趨勢(shì)。在苗期(播后26 d)，T2、T3處理壟頂0～10 cm土層含鹽量較T1處理分別降低23.08%、49.81%，溝底土壤含鹽量較T1處理分別提高17.52%、4.36%。此外，各處理壟頂脫鹽土層深度也不相同。T1處理40～60 cm土層發(fā)生脫鹽現(xiàn)象，T2處理60～80 cm土層發(fā)生脫鹽現(xiàn)象，T3處理80～100 cm土層發(fā)生脫鹽現(xiàn)象。在灌漿期(播后99 d)，T2、T3處理壟頂0～10 cm土壤含鹽量較T1處理分別降低50.08%、58.11%。溝底土壤含鹽量較T1處理分別提高47.06%、66.96%。T1、T2處理40～60 cm土層發(fā)生脫鹽現(xiàn)象，T3處理60～80 cm土層發(fā)生脫鹽現(xiàn)象。

注：A圖為壟頂剖面土壤含鹽量變化，B圖為溝底剖面土壤含鹽量變化。下同。

Note: A and B represented soil salinity changes in ridge top and ditch layers respectively, and hereinafter.

圖1不同處理制種玉米生育期壟頂、溝底土壤含鹽量剖面圖

Fig.1Distribution of soil salinity at ridge and furrow during maize seed production

研究結(jié)果表明，隨著灌水定額的增加，壟頂表層土壤鹽分含量較溝底表層鹽分變化劇烈，在灌水階段，表層土壤脫鹽量隨著灌水定額的增加而增加，在土壤蒸發(fā)階段，隨灌水定額的增加表層土壤鹽分的累積效益增強(qiáng)。分析原因?yàn)楣嗨~對(duì)土壤水分的縱向和橫向運(yùn)移產(chǎn)生影響，水分在土壤中入滲的深度不同。在土壤水分蒸發(fā)過(guò)程中，土壤鹽分隨著水分逐漸上移，土壤表層發(fā)生積鹽現(xiàn)象，土壤中層發(fā)生脫鹽現(xiàn)象。

2.2土壤剖面水分動(dòng)態(tài)變化

由圖2可知，在制種玉米生育期內(nèi)，各處理土壤水分含量隨著土壤深度變化的趨勢(shì)基本一致。在苗期，各處理壟頂0～20 cm土層土壤含水量為10.33%～11.07%，溝底0～20 cm土層土壤含水量為12.51%～14.13%，在80～100 cm土層內(nèi)土壤含水量為18.70%～24.32%。處理間壟頂、溝底各對(duì)應(yīng)土層土壤水分含量差異不大。

進(jìn)入拔節(jié)期，在棵間蒸發(fā)和作物蒸騰的雙重作用下，各處理壟頂、溝底0～100 cm土層土壤蓄水量明顯較苗期減少。其中壟頂0～20 cm土層土壤含水量為6.89%～8.54%，溝底0～20 cm土層土壤含水量為9.66%～9.87%，處理間無(wú)顯著性差異。溝底60～80 cm土層T1、T2、T3各處理土壤含水量依次為11.47%、13.85%、15.33%，T2、T3與T1差異顯著。在抽穗期、灌漿期各處理土壤含水量分布特征基本一致。在乳熟期，各處理壟頂0～20 cm土層土壤含水量為10.33%～11.07%，溝底0～20 cm土層土壤含水量為12.51%～14.13%，在80～100 cm土層內(nèi)各處理土壤含水量為18.70%～24.32%。壟頂、溝底土壤水分差異不大。在乳熟期，壟頂、溝底0～60 cm各土層土壤水分差異不大。T1、T2、T3處理溝底60～80 cm土層土壤含水量分別為7.37%、7.39%、11.51%，T3與T1、T2差異顯著。作物收獲后，各處理壟頂0～20 cm土層土壤含水量為4.25%～7.00%，溝底0～20 cm土層土壤含水量為5.76%～8.77%，處理間差異減小。其中，T3處理0～100 cm土層內(nèi)壟頂、溝底土壤含水量明顯高于其他處理各對(duì)應(yīng)值。

圖2不同處理制種玉米生育期壟頂、溝底土壤水分含量剖面圖

Fig.2Distribution of soil moisture at ridge and furrow during maize seed production

研究結(jié)果表明，壟作耕作方式改變了土壤水分的橫向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變了土壤水分分布特征。當(dāng)灌水定額大于400 m3·hm-2時(shí)能顯著促進(jìn)制種玉米大喇叭口期溝底土壤水分的垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)灌水定額大于500 m3·hm-2時(shí)能顯著促進(jìn)制種玉米灌漿期、乳熟期溝底土壤水分的垂直運(yùn)動(dòng)。

2.3作物產(chǎn)量及水分利用效率分析

制種玉米不同生育期耗水量及耗水系數(shù)見表2。由表可知，各處理耗水總量隨灌溉定額的增加呈增加的趨勢(shì)。T1、T2、T3處理生育期耗水總量分別為378.4、476.2、511.5 mm，其中T2、T3處理生育期耗水總量與T1處理差異顯著。各處理耗水系數(shù)為0.119～0.140，大小依次為T1>T3>T2，其中T2、T3處理生育期耗水與T1處理差異顯著。

不同處理制種玉米產(chǎn)量性狀及水分利用效率見表3。由表可知，隨著灌溉定額和施肥量的增加，制種玉米的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)呈增加的趨勢(shì)。T1、T2、T3處理產(chǎn)量依次為2 704.14、3 987.71、4 219.91 kg·hm-2，其中T2、T3處理產(chǎn)量與T1處理差異顯著。結(jié)合WUE結(jié)果分析，T3處理較T2處理WUE僅降低1.43%，但制種玉米產(chǎn)量增產(chǎn)幅度5.82%。因此，從節(jié)水增產(chǎn)角度而言，T3處理灌溉制度最優(yōu)。

表2　制種玉米不同生育期耗水量、耗水系數(shù)分析

注：同列相同字母表示差異不顯著(P<0.05)，下同。

Note: Same letters in the same column meant no significant difference (P<0.05), and hereinafter.

表3　制種玉米產(chǎn)量性狀及水分利用效率

3討論

有研究表明，農(nóng)田土壤的水鹽動(dòng)態(tài)受灌溉和降雨影響的短期波動(dòng)和受季節(jié)更替影響的長(zhǎng)期波動(dòng)[8]，且作物的產(chǎn)量與灌溉定額和土壤鹽分積累程度密切相關(guān)[9]。較強(qiáng)的蒸發(fā)蒸騰作用會(huì)導(dǎo)致土壤鹽分積累，產(chǎn)生的滲透勢(shì)影響作物根系吸水[10-11]。特別是在氣溫較高且蒸發(fā)強(qiáng)烈時(shí)，對(duì)作物進(jìn)行過(guò)量灌水不僅不利于壓鹽，反而促進(jìn)深層土壤鹽分向上運(yùn)移和累積[12]。在灌水量一定的情況下，延長(zhǎng)灌水周期也能達(dá)到抑制土壤返鹽的目的[13-14]。壟膜溝灌條件下，壟頂表層土壤鹽分含量較溝底表層鹽分變化劇烈。在灌水階段，表層土壤脫鹽量隨著灌水定額的增加而增加，在土壤蒸發(fā)階段，隨灌水定額的增加表層土壤鹽分的累積效益增強(qiáng)，且壟面土壤鹽分累積周期先于溝底，這與袁成福[15]的研究結(jié)果相一致。由于土壤水分的垂向運(yùn)動(dòng)優(yōu)于橫向運(yùn)動(dòng)，因此，灌溉定額對(duì)溝底土壤剖面水分含量的變化影響高于對(duì)壟面土壤剖面水分含量的影響，且隨著土壤深度的加深，灌溉定額對(duì)土壤水分含量的影響越大，這與蔣靜等[16]的研究結(jié)果相一致。

4結(jié)論

壟作溝灌條件下，在灌水階段，壟頂表層土壤脫鹽量隨著灌水定額的增加而增大；在蒸發(fā)階段，壟頂土層鹽分累積效應(yīng)明顯高于溝底對(duì)應(yīng)土層。隨灌溉定額的增加，土壤剖面的脫鹽深度呈增加的趨勢(shì)。

當(dāng)灌水定額大于400 m3·hm-2時(shí)，制種玉米大喇叭口期溝底土壤水分的垂直運(yùn)動(dòng)顯著，促進(jìn)土壤水分在深層土壤中儲(chǔ)存。在制種玉米灌漿期～乳熟期，當(dāng)灌水定額大于500 m3·hm-2時(shí)溝底土壤水分垂直運(yùn)動(dòng)劇烈。

石羊河流域制種玉米壟膜溝灌條件下，全生育期5次灌水(分別在播后、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽穗期、灌漿期)，灌水定額為500 m3·hm-2，灌溉定額總量為2 500 kg·hm-2，耕層土壤鹽分累積效應(yīng)最低，作物水分利用效率和產(chǎn)量效應(yīng)最優(yōu)。

參 考 文 獻(xiàn)：

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soil water-salt and water consumption during maize seed

production under ridge and furrow farming

WANG Zeng-li1, ZHU Xing-ping2, WEN Guang-gui3, YIN Qing-de2

(1.KeyIrrigationExperimentalStationinWuwei,Wuwei,Gansu733000,China;

2.TheIntegratedServiceCentreonWaterConservancyTechnologies,Wuwei,Gansu733000,China;

3.WuweiOccupationalCollege,Wuwei,Gansu733000,China)

Abstract：A field experiment was conducted to study the effects of irrigation quota on distribution of water and salt in soil, yield and water use efficiency during maize seed production under ridge and furrow farming. The results showed that the distributions characteristics of water and salt in soil of the ridges were different from those of furrows at the 0～100 cm soil layer. With the increase of quota, salt was accumulated in ridge soil, exhibiting more significant consequence than in the furrow. Soil moisture content in the deep soil layer was higher than that in the top soil. The desalination of the shallow soil was elevated with the increase of irrigation quota at the irrigation stage. At the evapotranspiration stage, salt was evidently accumulated in shallow soil with the treatment of large irrigation quota. The irrigation quota had an apparent influence on crop evapotranspiration and soil water storage capacity. When irrigating water quota was above 400 m3·hm-2, the vertical movement of soil moisture was significantly higher than horizontal movement, promoting water storage capacity in the deep soil. With the elevation of irrigation quota, fruit length, ear row number and kernel seeds per row of maize became increased. In conclusion, for water-saving and yield improvement, irrigation schedule with irrigation quota of 2 500 m3·hm-2(at seeding, jointing, late jointing, heading and filling stages) was thereby recommended as the optimal practice to increase WUE (0.825 kg·m-3), preventing soil salt from moving up and increasing yield of maize seed production (4 219.91 kg·hm-2).

Keywords:maize seed production; ridge farming; furrow irrigation; irrigation quota; water-salt transport; yield

中圖分類號(hào)：S274; S513

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：王增麗(1974—)，女，山西祁縣人，博士，高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源保護(hù)與利用研究。 E-mail：wangzengli1201@163.com。

基金項(xiàng)目：水利部公益性項(xiàng)目(201201003);甘肅省水利科研推廣項(xiàng)目

收稿日期：2014-12-27

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.08

文章編號(hào)：1000-7601(2016)01-0050-05