滴灌鋪管間距對冬小麥水分動態(tài)及耗水特性的影響

商　健,張玉梅,林　琪,劉義國

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與植物保護(hù)學(xué)院，山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266109)

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滴灌鋪管間距對冬小麥水分動態(tài)及耗水特性的影響

商健,張玉梅,林琪,劉義國

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與植物保護(hù)學(xué)院，山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266109)

摘要：為明確膠東地區(qū)適宜小麥滴灌鋪管間距，在大田試驗(yàn)設(shè)置了4種滴灌處理：一管三行(T3，間距54 cm)、一管四行(T4，間距72 cm)、一管五行(T5，間距90 cm)、一管六行(T6，間距108 cm)，以無灌水處理(CK)為對照，研究了不同滴灌鋪管間距對冬小麥耗水及水分利用效率的影響。結(jié)果表明，滴灌對0～60 cm土層土壤含水量影響顯著，可顯著降低土壤水的消耗。不同滴灌處理冬小麥總耗水量和土壤水消耗量表現(xiàn)為T6>T3>T5>T4，兩年T6處理總耗水分別為407.5 mm和451.2 mm，顯著高于T4處理。在枯水年，各處理WUE表現(xiàn)為T5>T4>T6>T3>CK；平水年，各處理WUE為T5>T4>CK>T6>T3，兩年度T5和T4處理的WUE均顯著高于其它處理，其中T5的WUE分別為24.3 kg·hm-2·mm-1和19.4 kg·hm-2·mm-1。適宜的滴灌管配置方式能顯著提高冬小麥有效穗數(shù)和子粒千粒重，T5處理兩年產(chǎn)量最高，綜合考慮T5經(jīng)濟(jì)效益最大，兩年的經(jīng)濟(jì)效益分別達(dá)到10 976.35元·hm-2和9 802.56元·hm-2。一管五行間距90 cm是膠東地區(qū)最佳滴灌鋪管間距配置。

關(guān)鍵詞：滴灌；鋪管間距；冬小麥；耗水特性；產(chǎn)量

作為我國糧食主產(chǎn)區(qū)之一的華北平原，是我國北方水資源嚴(yán)重匱乏的地區(qū)。冬小麥?zhǔn)侨A北平原主要的糧食作物之一，其播種面積約占耕地面積的40%，小麥用水約占北方農(nóng)業(yè)用水的70%[1-2]。受季風(fēng)氣候的影響，生育期內(nèi)降雨僅能滿足冬小麥總耗水的25%～30%[3]，干旱已成為冬小麥生產(chǎn)的主要限制因素。冬小麥要獲得高產(chǎn)就必須依靠灌溉水的補(bǔ)充，灌溉是冬小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要保證。但是華北地區(qū)冬小麥生產(chǎn)中灌溉用水存在著用水量過大、地下水超采嚴(yán)重、農(nóng)業(yè)用水效率低下等問題[4]。滴灌是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)之一，它是利用滴灌系統(tǒng)設(shè)備，按照作物需水要求，通過低壓管道系統(tǒng)和滴頭，以較小的流量均勻、準(zhǔn)確地將作物生長所需的水分和養(yǎng)分直接輸送到作物根部附近的土壤中，使作物主要根系活動區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)，達(dá)到節(jié)約灌溉用水量、促進(jìn)作物生長、提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)的一種局部灌水技術(shù)[5-7]。目前滴灌主要應(yīng)用在大田棉花、溫室大棚、果園及綠化帶等方面[5]。前人對滴灌技術(shù)的研究也主要集中在棉花、果樹、蔬菜等寬幅種植的作物，而麥田滴灌技術(shù)是對密植作物灌溉的一次改革[8]。當(dāng)前滴灌技術(shù)在小麥上的應(yīng)用也主要集中在新疆地區(qū)，成為新疆春小麥大面積高產(chǎn)的典型。滴灌技術(shù)在冬小麥上的研究和應(yīng)用相對較少，而且滴灌鋪管參數(shù)的設(shè)置受當(dāng)?shù)貧夂?、土壤質(zhì)地、容重等因素的影響很大。鑒于此，本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了滴灌鋪管間距對膠東地區(qū)冬小麥水分分布及水分利用的影響，以期為滴灌冬小麥高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試品種與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2011—2012年度和2012—2013年度在山東省膠州市青島農(nóng)業(yè)大學(xué)科技示范園(36°03′N,120°07′E)進(jìn)行。試驗(yàn)地年平均氣溫11℃～14℃，土壤為砂姜黑土，屬于溫帶大陸季風(fēng)氣候。耕作層含全氮0.11%，有效氮87.9 mg·kg-1，速效磷17.28 mg·kg-1，速效鉀109.46 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)1.45%，pH為6.78。2011—2012年度小麥生育期降雨量為164.7 mm(圖1)，為枯水年，降雨嚴(yán)重不足。2012—2013年度，小麥生育期總降雨量為277.6 mm(圖1)，為平水年。供試品種為“青麥7號”，2011年播種日期為10月17日，2012年為10月15日，基本苗180萬·hm-2。

圖12011—2013年試驗(yàn)地小麥生長季各月份降雨情況

Fig.1The rainfall situation in each month of

the wheat growing period in 2011 to 2013

1.2試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)為滴灌管鋪管方式單因素試驗(yàn)，小麥行距18 cm。根據(jù)鋪管間距的不同，試驗(yàn)設(shè)4個滴灌處理：一管三行(T3，兩帶間3行小麥)、一管四行(T4)、一管五行(T5)、一管六行(T6)(圖2)，同時以無灌溉作對照(CK)。各小區(qū)面積為180 m2(6 m×30 m)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)三次。各處理間留1.5 m的隔離帶，防止小區(qū)間水分側(cè)滲。滴灌處理采用北京水潤佳禾灌溉技術(shù)有限公司生產(chǎn)的內(nèi)嵌式滴灌管(Φ=16 mm) 進(jìn)行灌溉，滴頭間距為30 cm，滴頭流量為2.7 L·h-1。滴灌處理分別于起身期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期灌水，每次灌水30 mm，T3、T4、T5、T6各小區(qū)每次滴灌時間為1.8、2.5、2.86 h和3.3 h，在每個小區(qū)滴灌管進(jìn)水口處設(shè)水表計量灌水量。兩個生長季試驗(yàn)處理一致，播種前灌溉底墑水，使土壤墑情一致。試驗(yàn)小區(qū)均施N：225 kg·hm-2，其中底肥為復(fù)合肥 375 kg·hm-2(N∶P∶K為18∶18∶8)，追肥尿素(含氮量46.2%)341 kg·hm-2，基施有機(jī)肥。

圖2不同滴灌模式示意圖

Fig.2The sketch map for different drip irrigation model

1.3測定項目與方法

1.3.1土壤含水量的測定利用TDR土壤水分測定系統(tǒng)，每20 cm一層進(jìn)行土壤水分測定。測定深度為1 m。每隔6 d測定一次，在每次灌水前一天傍晚及灌水后12 h加測，降雨后加測。在各小區(qū)鋪管行、相鄰行及次鄰行中間位置埋下深1.4 m的PVC水分測定管(如1管6行處理鋪管行、相鄰行、次鄰行位置所測定水分表示為T61、T62、T63)。同時利用烘干法測定土壤含水率，利用土鉆在冬小麥各生育時期每20 cm取土一次，取土深度1 m。放于鋁盒中，在105℃利用烘干法測定土壤含水量。

1.3.2作物耗水量根據(jù)土壤含水量計算農(nóng)田耗水量：

式中，ET1-2為階段耗水量(mm); i為土層編號; n為總土層數(shù)；γi為第i層土壤干容重(g·cm-3)； Hi為第i層土壤厚度(cm)；θi1和θi2分別為第i層土壤時段初和時段末的含水率, 以占干土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)計；M為時段內(nèi)的灌水量(mm)；P為有效降水量(mm); K為時段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量(mm)，當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?.5m時，K值可以忽略不計。

1.4測 產(chǎn)

成熟期各小區(qū)選取完整的3個1 m行，檢查成穗數(shù)，折算有效穗數(shù)。各小區(qū)選取10株完整代表植株，收獲后室內(nèi)考種獲得株高、穗粒數(shù)、有效分蘗數(shù)，脫粒風(fēng)干后測定千粒重。收獲時每小區(qū)取2.0 m2的完整植株測定產(chǎn)量，最后折算公頃產(chǎn)量。

1.5統(tǒng)計分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計分析軟件DPS 7.05分析處理，采用LSD法對處理間差異顯著性進(jìn)行分析比較。

2結(jié)果與分析

2.1不同滴灌處理對土壤水分動態(tài)分布的影響

不同滴管布置模式下小麥不同時期土壤水分分布見圖3。由圖3(圖中水分為相同深度不同行小麥水分的平均值)可知，灌水前不同土層土壤水分含量基本接近，灌起身水后滴灌處理各時期土壤含水量均高于CK，拔節(jié)后各處理土壤含水量差異開始變大。滴灌對0～60 cm土壤水分含量影響比較明顯，0～40 cm 土層土壤水分含量整個生育時期變化最為劇烈，80～100 cm各滴灌處理土壤水分含量差異較小。不同土層滴灌處理間土壤水分含量變化趨勢不一致，0～40 cm土層基本表現(xiàn)為T3>T4>T5>T6；40～60 cm土層為T5>T4>T3>T6；60～100 cm土層開花前為T5>T4>T3>T6，花后為T5>T4>T6>T3。T3處理對0～40 cm土壤水分含量影響顯著，而不利于深層土壤的供水。T5處理40～100 cm水分均勻度高于其它處理，T5處理能保證較深層土壤的供水。

2.2滴灌鋪管間距對冬小麥產(chǎn)量的影響

由表1分析可知，不同處理間滴灌處理的冬小麥千粒重、穗粒數(shù)、穗數(shù)及產(chǎn)量均顯著高于CK，表明滴灌能顯著改善冬小麥的產(chǎn)量構(gòu)成，提高產(chǎn)量。不同滴灌處理間，滴灌鋪管間距對冬小麥千粒重、穗數(shù)的影響差異顯著，對穗粒數(shù)的影響差異不顯著，表明滴灌管鋪管間距適宜能顯著提高冬小麥子粒千粒重和有效穗數(shù)。不同處理間兩年的大田試驗(yàn)產(chǎn)量均表現(xiàn)為T5>T4>T6>T3>CK，2011—2012年產(chǎn)量差異顯著，2012—2013年度T3與T6差異不顯著，T5產(chǎn)量顯著高于T3、T6。2011—2012年度，T5處理的產(chǎn)量為8 878.3 kg·hm-2，分別比CK、T3、T4、T6高出61.1%、17.8%、2.4%和10.2%；2012—2013年度T5處理的產(chǎn)量為8 344.80 kg·hm-2，分別比CK、T3、T4、T6高出42.74%、21.12%、8.91%和20.28%，表明不同滴灌鋪管間距對冬小麥產(chǎn)量影響不同，適宜的滴灌鋪管間距條件下，可以顯著提高冬小麥的千粒重和有效穗數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。由兩個生長季的產(chǎn)量對比發(fā)現(xiàn)，2011—2012年度各滴灌處理的產(chǎn)量均高于2012—2013年度，主要是因?yàn)榈诙甓?月降雨過于密集，影響了小麥的開花和灌漿，導(dǎo)致千粒重和有效穗數(shù)群體的降低，從而減產(chǎn)。而CK產(chǎn)量第二年度卻高于第一年，第二年度的降雨有效緩解了干旱脅迫，提高群體穗數(shù)，提高產(chǎn)量。

圖3不同滴灌處理下各土層土壤含水量的變化(2012—2013)

Fig.3Changes of soil water content in each layer under different drip irrigation treatments(2012—2013)

2.3不同滴灌處理對水分利用效率的影響

由表2可知，2011—2012年和2012—2013年度生長季子粒產(chǎn)量均為T5>T4>T6>T3>CK。兩年滴灌處理總耗水量均顯著高于CK，滴灌處理間耗水量表現(xiàn)為T6>T3>T5>T4，2011—2012年度T6與T4、T5差異顯著，2012—2013年度T6與T4差異顯著，相同處理第二年耗水量均高于第一年。CK土壤水消耗量顯著高于滴灌處理，但2011—2012年CK與T6差異不顯著，相同處理第二年土壤水耗水量均低于第一年。表明灌水后顯著降低了土壤水消耗，滴灌處理T6、T3耗水量高于T4、T5，不同鋪管間距下灌水后水分分布均勻度不同，T4和T5處理的水分分布均勻，導(dǎo)致耗水降低。2011—2012年度水分利用效率為T5>T4>T6>T3>CK，T5與T4處理WUE差異不顯著，但顯著高于其它處理；2012-2013年度水分利用效率為T5>T4>CK>T6>T3，T5與T4處理WUE差異不顯著，CK、T6、T3處理間差異不顯著。相同處理第二年水分利用效率均低于第一年。

2.4滴灌鋪管間距對冬小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響

通過對滴灌冬小麥成本和效益分析(表3)可以看出，滴灌耗材成本依次為T3>T4>T5>T6，不同處理因鋪管間距不同滴灌管耗材也不同，鋪管間距越窄使用毛管越多。灌溉相同面積所需時間不同消耗水電費(fèi)用也不同，T3處理所用時間最短，使用水電費(fèi)最少，T6最多，但總成本的差異主要是滴灌耗材造成的。相同處理CK總效益第二年高于第一年，是因?yàn)榈诙戤a(chǎn)量升高，而滴灌處理由于第二年產(chǎn)量降低效益也小于第一年。由2012—2013年效益可以看出，CK的效益高于T3和T6處理，滴灌鋪管間距過大或過小均不能獲得高的效益，T5模式下經(jīng)濟(jì)效益最高。

3討論

已有的研究表明，滴灌條件下水分主要分布在0～60 cm土層，土壤水分含量變化在此土層也較為劇烈[3,9]。在本研究條件下，滴灌對0～60 cm土層土壤含水量影響顯著，整個生育期0～40 cm土層土壤水分變化最為劇烈，主要是因?yàn)樵搶油寥朗芄喔群徒涤甑挠绊懕容^大，同時土壤蒸發(fā)強(qiáng)度較大，根系分布密度大，耗水量也大。不同滴灌鋪管間距處理對水分分布的影響存在差異，T3處理對0～40 cm土層水分動態(tài)影響顯著，60～100 cm土壤含水量低于其它滴灌處理，這主要是相同的滴頭流量和灌溉量條件下水分在水平方向和垂直方向入滲距離不同造成的。對同一滴頭流量而言，入滲距離受滴灌時間的影響。王全九等[10]認(rèn)為滴灌水分進(jìn)入土壤后，水分運(yùn)移分三個階段，第一階段為等速移動階段，水平和垂直兩個方向水分運(yùn)移速度基本相同；第二階段為不等速階段，水分垂直方向擴(kuò)散速度大于水平方向；第三階段為水分的垂直擴(kuò)散階段，此階段水平方向的水分移動遠(yuǎn)低于垂直方向。本研究中由于滴灌帶數(shù)的差異，灌溉量相同所需灌溉時間不同，T3灌溉時間最短，T6灌溉時間最長，灌溉時間越長越利于垂直方向的水分移動，而滴灌間距過大則不能保證水平方向的水分供應(yīng)。

注：I: 灌水量；P: 降水量；SWCA: 土壤水消耗量；WUE: 水分利用效率。

Note：I: Irrigation amount; P: Precipitation; SWCA: Soil water consumption amount; WUE: Water use efficiency.

注：價格計算參照當(dāng)?shù)厥袌鰞r，滴灌材料價格按照使用5 a折算，小麥價格按照市場價2.2元·kg-1計算。

Note： The price references the local market price, drip material price converted by five years use, wheat price is according to the market price as 2.2 yuan·kg-1.

張德奇等[11]研究表明，約50%的冬小麥根系主要分布在0～40 cm土層范圍內(nèi)。滴灌對0～60 cm土壤含水量影響顯著，T4、T5處理40～60 cm土壤含水量高于T3，有利于根系的下扎，促進(jìn)深層吸水。T6處理間距過大，遠(yuǎn)邊行供水不足，出現(xiàn)不同行間的生長差異，遠(yuǎn)邊行的產(chǎn)量顯著降低。適宜的滴灌鋪管方式能顯著提高冬小麥子粒千粒重和有效穗數(shù)。兩年的大田試驗(yàn)產(chǎn)量均表現(xiàn)為T5>T4>T6>T3>CK。提高自然降水和灌溉水的利用效率是節(jié)水農(nóng)業(yè)需要解決的關(guān)鍵問題[12-13]。本研究中不同滴灌處理對冬小麥總耗水量影響存在差異，表現(xiàn)為T6>T3>T5>T4，由于T6處理毛管間距過大，對距離毛管最遠(yuǎn)行的小麥供水不足，造成表層土壤的水分消耗加劇，而T3處理則加劇了深層土壤的水分消耗。冬小麥的水分利用受降雨的影響顯著，王淑芬等[14]認(rèn)為，華北地區(qū)冬小麥最佳的灌水方式是豐水年不灌水、平水年灌一次拔節(jié)水、枯水年灌拔節(jié)水和抽穗水。仵峰[15]研究表明地下滴灌的毛管鋪設(shè)間距為90 cm時，灌水后相鄰兩條滴灌帶之間的水分能夠充分搭接，可在地下形成一個完整的濕潤層，可滿足作物需水均勻供水的要求。本研究中，2011—2012年度為枯水年，各滴灌處理WUE表現(xiàn)為T5>T4>CK>T6>T3；2012—2013年度為平水年，但降雨主要集中在冬小麥開花期后，嚴(yán)重影響了子粒灌漿，千粒重和有效穗數(shù)顯著降低，造成滴灌處理第二年度的產(chǎn)量均低于第一年度，使得水分利用效率均低于第一年度。

4結(jié)論

科學(xué)合理的配置滴灌鋪管間距是滴灌冬小麥獲得高產(chǎn)和灌溉效益的重要前提條件。本試驗(yàn)條件下，1管5行處理(滴管間距90 cm)作物需水層水分分布均一性最高，有效減少土壤水消耗，提高了水分利用效率，顯著提高了子粒產(chǎn)量(兩年度分別為8 878.3 kg·hm-2和8 344.80 kg·hm-2)，提高了滴灌經(jīng)濟(jì)效益，是膠東地區(qū)適宜的滴灌鋪管間距配置。

致謝:感謝山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和青島農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園對本研究的支持；感謝林琪教授為試驗(yàn)設(shè)計和實(shí)施進(jìn)行的指導(dǎo)和監(jiān)督。

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Effects of the distance to drip pipe on moisture dynamics and water consumption characteristics of winter wheat

SHANG Jian, ZHANG Yu-mei, LIN Qi, LIU Yi-guo

(ShandongKeyLaboratoryofDryFarmingTechnology,CollegeofAgronomyandPlantProtection,QindaoAgriculturalUniversity,Qingdao,Shandong266109,China)

Keywords:drip irrigation; distance of drip irrigation pipe; winter wheat; water consumption characteristics; yield

Abstract：In order to clear the suitble distance of drip pipe for wheat in the Jiaodong Area, set up 4 drip irrigation treatments in the field experiment, such as 1 pipe with 3 rows (T3, the distance of 54 cm), 1 pipe with 4 rows (T4, the distance of 72 cm), 1 pipe with 5 rows (T5, the distance of 90 cm), 1 pipe with 6 rows (T6, the distance of 108 cm), and using no irrigation as control (CK), researched the effects of different distance of drip pipe on water consumption and water use efficiecy(WUE) of winter wheat. The results indicated that: The drip irrigation was notable influences on soil moisture in 0～60 cm depth, can be notably reduced the consumption of soil water. For different drip treatments, the whole water consumption of winter wheat and soil water consumption expressed as T6>T3>T5>T4，the whole water consumption of T6 in two years were 407.5 mm and 451.2 mm, respectively, notatble high than T4 treatment. In the dry year, the WUE of each treatment can be expressed as T5>T4>T6>T3>CK. In the normal year, the WUE of each treatment can be expressed as T5>T4>CK>T6>T3. The WUEs of T5 and T4 were total notable high than other treatments in two years, among them the WUE of T5 were 24.3 kg·hm-2·mm-1and 19.2 kg·hm-2·mm-1, respectively. The suitable layout mode of the drip pipes can notably increase the effective spike numbers and 1000-grain weight of winter wheat. For the T5 treatment, the yield and economic benefit total were maximum in two years, the economic benefits in two years was reached 10976.35 yuan·hm-2and 9802.56 yuan·hm-2, respectively. So the 1 pipe with 5 rows, the distance of 90 cm was the optimal layout distance of the drip pipes in Jiaodong Areas.

文章編號：1000-7601(2016)03-0060-06

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.09

收稿日期：2015-06-15

基金項目：山東省旱地作物水分高效利用高校優(yōu)秀科研創(chuàng)新團(tuán)隊資金；山東省小麥/玉米周年高產(chǎn)高效協(xié)同創(chuàng)新中心資金；國家糧食豐產(chǎn)科技工程項目“魯東丘陵區(qū)小麥/玉米穩(wěn)產(chǎn)增效技術(shù)集成研究與示范”(2011BAD16B09-03)、“魯東丘陵區(qū)小麥/玉米水肥自然資源高效利用綜合技術(shù)集成與示范研究”(2013BAD07B06-3)；山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題“小麥滴灌水肥一體化栽培技術(shù)研究與示范”

作者簡介：商健(1987—)，男，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向?yàn)樾←満底鞲弋a(chǎn)生理。E-mail:903368638@qq.com。 通信作者：劉義國(1979—)，男，山東臨朐人，博士，講師，主要從事小麥栽培理論與技術(shù)研究。E-mail：yiguoliu@163.com。

中圖分類號：S275.6; S512.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A