膜下滴灌條件下玉米灌溉制度試驗(yàn)研究

李蔚新，王忠波，張忠學(xué)，李　歡

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與建筑學(xué)院，哈爾濱　150030)

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膜下滴灌條件下玉米灌溉制度試驗(yàn)研究

李蔚新，王忠波，張忠學(xué)，李歡

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與建筑學(xué)院，哈爾濱150030)

摘要：采用玉米作為試驗(yàn)材料，進(jìn)行大田玉米的膜下滴灌灌溉制度試驗(yàn)研究，改變其灌溉定額、灌水次數(shù)，設(shè)置不同的試驗(yàn)處理，觀測(cè)降雨量、土壤含水量，運(yùn)用水量平衡方程分析玉米耗水量。對(duì)收獲的玉米進(jìn)行考種與測(cè)產(chǎn)，得到一系列產(chǎn)量指標(biāo)；分析灌溉制度對(duì)產(chǎn)量指標(biāo)的影響。通過分析產(chǎn)量、耗水量及灌溉水量，從而得到水分利用效率、灌溉水生產(chǎn)效率，綜合考慮最終確定最優(yōu)的灌溉制度。

關(guān)鍵詞：膜下滴灌；灌溉制度；玉米；耗水量；水分利用效率

0引言

玉米是黑龍江省主要的糧食作物，到2013年黑龍江省玉米種植面積達(dá)到718.67萬hm2，占黑龍江省糧食作物種植面積的50.91%，產(chǎn)量也達(dá)到糧食總產(chǎn)量的50%以上。黑龍江省的水資源總量約為810×108m3,農(nóng)業(yè)用水量達(dá)到70%，水資源如何高效利用，已經(jīng)成為該省面臨的重大問題[1]。膜下滴灌，能夠控制灌水量，僅對(duì)作物根部土壤進(jìn)行濕潤(rùn)，減少無效蒸發(fā)和深層滲漏，對(duì)比普通地面灌溉耗水量明顯降低。深入研究玉米生育期耗水規(guī)律及水分生產(chǎn)效率，從而合理制定玉米的灌溉制度，對(duì)于國(guó)家提出的“節(jié)水增糧”的戰(zhàn)略目標(biāo)有著長(zhǎng)久而深遠(yuǎn)的意義。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在黑龍江省肇州縣水利科學(xué)試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行，地處N45°17′、E125°35′，屬大陸性溫寒帶氣候；年平均降雨量400～500mm，平均蒸發(fā)量1 733mm，大于10℃有效積溫2 845℃，無霜期138天，屬于第一積溫帶。試驗(yàn)土壤為碳酸鹽黑鈣土，供試土物理指標(biāo)如表1所示。

表1　試驗(yàn)區(qū)土壤物理性質(zhì)

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

以玉米“龍育3”為試驗(yàn)作物，5月1日統(tǒng)一播種施肥。采用大壟雙行種植模式，小區(qū)面積5.2×13.6m2，設(shè)置0.5m保護(hù)行，保苗株數(shù)5.7萬株/ hm2。小區(qū)施肥水平一致，基肥在播種前施入，二銨300kg/ hm2、K2SO4150kg/ hm2；在7月2日追肥一次，尿素375kg/ hm2，用施肥罐灌水同時(shí)一起施入。試驗(yàn)處理方案如表2所示。

1.3試驗(yàn)觀測(cè)指標(biāo)與計(jì)算方法

1)氣象資料的觀測(cè)：收集各月份逐日的氣象資料，主要包括平均氣溫及降雨量等。

2)土壤含水量的測(cè)定：烘干法。

3)運(yùn)用水量平衡的方法推求作物耗水量，有

ET=P+G+W+M

其中，P為生育期內(nèi)有效降水量(m3/hm2)；G為生育期內(nèi)地下水補(bǔ)給量(m3/hm2)；W為作物生育期始末土壤含水量之差(m3/hm2)；ET為耗水量(m3/hm2)；M為生育期灌溉用水量(kg/hm2)。

4)測(cè)產(chǎn)與考種：玉米成熟后每小區(qū)取中間1.3×5m2內(nèi)測(cè)產(chǎn)量，然后每小區(qū)取樣10株，進(jìn)行考種。

5)進(jìn)行水分生產(chǎn)效率(WUE)等的計(jì)算，有

水分生產(chǎn)效率=ET/Y

灌溉水生產(chǎn)效率=M/Y

其中，Y為經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量(kg/hm2)。

表2　試驗(yàn)處理方案

2結(jié)果與分析

2.1膜下滴灌玉米各處理耗水量及耗水規(guī)律

由表3可知，膜下滴灌條件下，改變作物的灌溉定額對(duì)作物的耗水量有很大的影響：耗水量隨著灌溉定額的增加而增加，L9的耗水量最大，L1的耗水量最小，相差31.5mm。這是由于灌水量的增加，土壤的含水量增加，相比于裸地，覆膜土壤的無效蒸發(fā)量明顯減小，導(dǎo)致灌水量多的玉米生長(zhǎng)條件優(yōu)越，從而其耗水量也相應(yīng)的要增加[2]。不難看出：從拔節(jié)到灌漿是玉米的需水關(guān)鍵期，其耗水量非常大，達(dá)到了總耗水量的50%以上[3]?？偟暮乃畯?qiáng)度變化規(guī)律：播種-拔節(jié)比較小，拔節(jié)-抽雄增加，抽雄-灌漿達(dá)到最大，灌漿-成熟又漸漸減小，最后達(dá)到最小。在播種-拔節(jié)期，外界溫度低，玉米植株小，作物耗水量、耗水強(qiáng)度低[4]。在拔節(jié)—抽雄期，外界氣溫增加，玉米生長(zhǎng)旺盛，比較此時(shí)期耗水強(qiáng)度L1、L2、L3

表3　膜下滴灌不同灌水處理玉米生育期耗水量

2.2不同灌溉制度下的玉米考種指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

不同灌溉制度下的玉米考種指標(biāo)分許如表4所示。

表4　不同灌溉條件下玉米指標(biāo)分析

1)玉米禿尖的長(zhǎng)度可以影響玉米籽粒的飽滿程度，進(jìn)而影響產(chǎn)量[6]。對(duì)比L2、L5、L8在相同灌水次數(shù)、不同的灌水定額條件下，禿尖長(zhǎng)度L2

2)通過分析L4、L5、L6同為灌溉定額450m3/hm2,灌水次數(shù)的增加明顯增加了穗長(zhǎng)、穗粗、穗重、百粒質(zhì)量。其中，L6的穗長(zhǎng)比L4長(zhǎng)3.8%，比L5長(zhǎng)1.4%；L6的穗重比L4重6.6%，比L5的重2.7%；L6的百粒質(zhì)量比L4重4.5%，比L5重1.8%。

3)分析不同灌水定額可以發(fā)現(xiàn)，L2灌溉定額為300m3/hm2，灌水3次的情況下的禿尖率最高為18.9%，穗粗、穗重為16．9cm和282.7g，同處理比較為最低。L9灌溉定額600m3/hm2,灌水4次的情況下，在有效地降低禿尖率、禿尖長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，其穗重達(dá)到326.8g,每穗粒重達(dá)到283.8g，百粒質(zhì)量為42.9g，也為最高，穗長(zhǎng)、穗粗也較高。

4)在所有膜下滴灌處理與常規(guī)種植CK的比較中發(fā)現(xiàn)，CK的禿尖長(zhǎng)最大，每穗粒重、百粒質(zhì)量最低。在L5灌溉定額為450m3/hm2，灌水3次的情況下，禿尖長(zhǎng)比CK減少43.37%，每穗粒質(zhì)量比CK增加12.6%,百粒質(zhì)量比CK增加9.82%。膜下滴灌與常規(guī)灌溉比，品質(zhì)提升。

2.3灌溉定額、灌水次數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響

利用SAS軟件對(duì)膜下滴灌灌溉定額、灌水次數(shù)及產(chǎn)量進(jìn)行二次回歸擬合得到其回歸數(shù)學(xué)模型為

其中，y為產(chǎn)量(kg/hm2)，x1、x2分別為灌水次數(shù)編碼、灌溉定額編碼。模型中的Px1=0.005 1,Px2=0.004 1都為極其顯著。由此可以看出，灌溉制度實(shí)驗(yàn)中，灌溉定額跟灌水次數(shù)都對(duì)產(chǎn)量的影響很大。應(yīng)用MatLab對(duì)擬合方程進(jìn)行分析結(jié)果如圖1所示。

圖1　灌水次數(shù)、灌溉定額對(duì)玉米產(chǎn)量影響三維模型

從圖1中不難看出：產(chǎn)量隨著灌溉定額的增加而增大，但隨著灌溉次數(shù)先增加后減少。分析得到，在理想條件下灌水次數(shù)x1=2.949 5，灌溉定額x2=600m3時(shí)得到最高的產(chǎn)量y=16 245kg/hm2。

2.4灌溉定額、灌水次數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響

分析圖2得：水分生產(chǎn)效率在前期隨著灌水量，灌水次數(shù)的增加而增加，到了灌溉水量比較大的時(shí)候水分生產(chǎn)效率基本不變，趨勢(shì)線趨于水平；灌溉水生產(chǎn)效率在灌溉定額小的時(shí)候比較高，灌溉定額的增加反而會(huì)使其減小。因此，要從產(chǎn)量跟節(jié)水雙方面來分析，在灌溉定額為300m3/hm2時(shí)，灌水4次，產(chǎn)量達(dá)到13 306kg/hm2,水分生產(chǎn)效率達(dá)到2.94kg/m3，灌溉水生產(chǎn)效率44.35kg/ m3；灌溉定額為450m3/hm2時(shí)，灌水3次時(shí)的產(chǎn)量14 741kg/hm2、水分生產(chǎn)效率達(dá)到3.15kg/m3，灌溉水生產(chǎn)效率也達(dá)到了32.76 kg/m3。灌溉定額600m3/hm2時(shí)，灌水3次，產(chǎn)量達(dá)到15 304kg/hm2，水分生產(chǎn)效率3.17kg/m3，灌溉水生產(chǎn)效率25.51kg/m3。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：增加灌水量到達(dá)一定程度，產(chǎn)量的提高幅度變小，而且水分生產(chǎn)效率、灌溉水生產(chǎn)效率還降低。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中要從兼顧產(chǎn)量和節(jié)水的角度分析，筆者認(rèn)為灌溉定額450m3/hm2，灌水3次，此時(shí)的產(chǎn)量14 741kg/hm2、水分生產(chǎn)效率達(dá)到3.15kg/m3，灌溉水生產(chǎn)效率也達(dá)到了32.76kg/m3，是比較合理的灌水模式。

表5　各處理產(chǎn)量、水分利用效率、灌溉水生產(chǎn)效率

圖2　灌溉水生產(chǎn)效率和水分生產(chǎn)效率

3總結(jié)

1)水量隨著灌溉定額的增加而增加，耗水強(qiáng)度的變化趨勢(shì)為前期小，中期增加達(dá)到最大值，后期逐漸減小。灌溉定額小的耗水強(qiáng)度明顯沒有灌溉定額大的大。對(duì)比各個(gè)處理，其耗水模系數(shù)沒有明顯變化。

2)穗長(zhǎng)、穗粗、穗重、百粒質(zhì)量與灌溉定額的關(guān)系比較大。隨著灌溉定額的增加呈遞增的趨勢(shì)；分析行粒數(shù)、穗行數(shù)與灌溉制度，變化規(guī)律不明顯；灌水定額跟灌水次數(shù)對(duì)減少禿尖都有很大作用。

3)應(yīng)用SAS、MATLAB進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)灌水次數(shù)、灌溉定額對(duì)產(chǎn)量都有很大的影響。

4)在實(shí)際生產(chǎn)中要從兼顧產(chǎn)量和節(jié)水的角度分析，灌溉定額450m3/hm2，灌水3次，此時(shí)的產(chǎn)量14 741kg/hm2、水分生產(chǎn)效率達(dá)到3.15kg/m3，灌溉水生產(chǎn)效率也達(dá)到了32.76kg/m3。這是比較合理的灌水模式。

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Study on the Experiment of Corn Irrigation System under Film Drip Irrigation Conditions

Li Weixin, Wang Zhongbo, Zhang Zhongxue, Li Huan

(College of Water Conservancy & Civil Engineering，Northeast Agriculture University，Harbin 150030，China)

Abstract：Regard Maize as experimental material and performance the experiment of irrigation system about corn field under the condition of drip irrigation under mulch, change its irrigation quota, irrigation times, then make different experimental processing, through observing rainfall, soil water content and analysis water consumption of maize by using water balance equation. Measuring production of mature maize and obtain a series of yield indexes, analysis the effect of irrigation system on yield indexes. through studying the yield, water consumption and irrigation water and get its water use efficiency, irrigation water productivity and comprehensive equity consideration so as to determine optimal irrigation system.

Key words：drip irrigation under mulch; irrigation system; corn; water consumption; water use efficiency

文章編號(hào)：1003-188X(2016)01-0196-05

中圖分類號(hào)：S275.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：李蔚新(1991-)，男，黑龍江鶴崗人，碩士研究生，(E-mail)liweixinsmart@126.com。通訊作者：王忠波(1971-)，男，黑龍江拜泉人，副教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)wangzhongbo71@163.com。

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD12B01-1)

收稿日期：2014-12-23