低壓微噴對小麥、玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

梁哲軍，王玉香，董鵬，張冬梅，楊印斌，南雪琴，齊宏立，趙海禎，席天元

（山西省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000）

低壓微噴對小麥、玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

梁哲軍，王玉香，董鵬，張冬梅，楊印斌，南雪琴，齊宏立，趙海禎，席天元

（山西省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000）

在大田條件下，設(shè)置小麥、玉米不同灌溉量和灌溉時期的組合模式，對低壓微噴條件下冬小麥、夏玉米產(chǎn)量、周年水分利用效率、經(jīng)濟效益進行分析。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)漫灌相比，低壓微噴灌溉可以提高水分利用效率、灌溉水分利用效率和作物千粒質(zhì)量，延緩灌漿后期葉片SPAD值的下降速度；測墑補灌結(jié)合低壓微噴模式（S3）作物周年產(chǎn)量與對照間差異不顯著（P＞0.05），但水分利用效率較對照顯著提高32.8%（P＜0.05），灌溉水分生產(chǎn)效率較對照顯著提高54.8%（P＜0.05），經(jīng)濟效益比對照提高10.5%。在此試驗條件下，測墑補灌結(jié)合低壓微噴（S3）為最優(yōu)灌溉模式。

低壓微噴；測墑補灌；周年；水分利用效率

微噴灌溉技術(shù)具有投資低、節(jié)水、安裝使用簡單、抗堵塞能力強等優(yōu)勢，在果園、設(shè)施農(nóng)業(yè)中逐漸被推廣使用[1-3]。在高密度作物小麥的應用中，通過選擇適宜噴射角度[4]、微噴帶長度[5]、微噴頻率[6]，可以提高灌水均勻性，提高小麥千粒質(zhì)量和產(chǎn)量[7]，提高水分利用效率和灌溉水分利用效率[4-8]。有研究表明，噴灌可以改善農(nóng)田小氣候[8]、延緩葉片衰老[6]、降低葉片蒸騰速率[9-10]、提高小麥葉片光合效率[11]；噴灌可以提高玉米水分利用效率[12-13]、降低土壤水分變化幅度，提高20～60 cm土層土壤含水量[14]。目前，在山西南部小麥、玉米一年兩作區(qū)，傳統(tǒng)漫灌模式需要灌溉5～6次，灌水總量為8000～10000 m3/hm2，水資源消耗量較大。而且近幾年來，人工勞動成本提高，增加了作物生產(chǎn)成本。采用微噴水肥一體化技術(shù)可以實現(xiàn)水、肥精量控制，降低作物生產(chǎn)成本。

本試驗研究了在冬小麥、夏玉米輪作體系中，綜合考慮土壤墑情和作物不同生育時期對土壤水分需求條件下，結(jié)合測墑補灌技術(shù)的最優(yōu)微噴灌溉制度，以期為微噴灌溉技術(shù)的推廣提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗概況

試驗于2014年10月至2015年10月在山西省農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所楊包試驗農(nóng)場進行。試驗區(qū)年降雨量平均為532.6 mm，主要分布在7—9月；2014年10月至2015年10月共降雨433.4 mm（圖1）。

供試土壤為黏土，播前測定0～40 cm土層養(yǎng)分含量，有機質(zhì)28.1 g/kg，全氮0.72 g/kg，堿解氮42.5 mg/kg，速效磷68.1 mg/kg，速效鉀214.6 mg/kg。灌溉使用井灌，出水量為45.1 m3/h，輸水主管道PVC管埋于地下60 cm，田間每隔35 m留2個出水口。

1.2 試驗材料

小麥供試品種為舜麥1718，玉米供試品種為鄭單958。

1.3 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)4個處理：以運城地區(qū)小麥、玉米現(xiàn)行漫灌制度平均年灌溉量9 000 m3/hm2作為微噴足額灌溉S1，S2為微噴減量灌溉，S3為微噴測墑補水灌溉（作物不同生育時期測土深度及補灌標準如表1所示），CK為漫灌。灌溉量為實際灌溉量，4次重復，小區(qū)面積為35.0 m×2.5 m，各小區(qū)隨機排列，每個小區(qū)安裝水表與閥門控制灌溉量。具體試驗設(shè)計如表2所示。

表1 小麥、玉米不同生育期土壤含水量補灌標準

表2 不同處理灌溉量m3/hm2

冬小麥于2014年10月16日播種，播量統(tǒng)一為150 kg/hm2，采用等行種植，每小區(qū)10行，6月11日收獲。冬小麥小區(qū)正中間放置一根微噴帶，噴射角度為80°，噴射高度為1.2 m，噴輻為1.5 m，支管壓力為0.4 MPa，毛管壓力為0.02 MPa。

夏玉米于2015年6月15日播種，采用寬窄行種植（60 cm＋80 cm），五葉期統(tǒng)一留苗6萬株/hm2，10月12日收獲。微噴帶放置于寬行中，噴射角度為60°，噴射高度為0.8 m，噴輻為1.0 m，支管壓力為0.4 MPa，毛管壓力為0.01 MPa。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤水分及補充灌溉量計算根據(jù)作物生育時期灌溉指標所需測定土層深度，土鉆取每30 cm土層混合均勻后取樣，采用烘干法計算土壤含水量，灌溉量用水表控制。

灌水量mi（mm）＝ρbH（βi－βj）[15]（1）

式中，H為第i土層計劃灌溉土層深度（cm），ρb為土層平均容重（g/cm3），βi為設(shè)計田間含水量，βj為灌溉前土壤含水量。

1.4.2 生物量及產(chǎn)量于小麥收獲期每小區(qū)隨機選取5點，每點收獲1 m2地上部分，測定干物質(zhì)量及穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗行數(shù)、千粒質(zhì)量。

于玉米收獲期每小區(qū)隨機選取5點，每點收獲連續(xù)10株地上部分，測定干物質(zhì)積累量及穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗行數(shù)、千粒質(zhì)量。

1.4.3 水分利用效率全生育期耗水量ET（mm）＝播前土壤儲水量（mm）＋生育期間自然降水量P（mm）＋灌水量（mm）－收獲期土壤儲水量（mm）；水分生產(chǎn)效率（Water UseEfficiency，WUE，kg/（m3· hm2））＝籽粒產(chǎn)量/全生育期耗水量；灌溉水分生產(chǎn)效率（Irrigation water use efficiency，IWUE，kg/（m3· hm2））＝籽粒產(chǎn)量/灌水量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0統(tǒng)計分析軟件分析處理，用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)計算和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉模式對作物產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、收獲指數(shù)的影響

不同灌溉處理對作物產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、地上部生物量影響結(jié)果不同（表3），其中，小麥微噴模式中，S1（足額微噴）、S3（測墑補灌）處理與傳統(tǒng)漫灌模式穗粒數(shù)差異不顯著，S2穗粒數(shù)顯著低于CK；S1，S3處理千粒質(zhì)量顯著高于CK，S2千粒質(zhì)量則顯著低于CK；S1，S3處理單位面積穗數(shù)與CK間差異不顯著，S2處理單位面積穗數(shù)顯著降低；4個處理中，S1處理籽粒產(chǎn)量比CK增產(chǎn)4.4%，S3比CK增產(chǎn)0.2%（P＞0.05），S2則較CK顯著降低。

玉米生長季中，S2穗粒數(shù)顯著低于其他3個處理，主要是由于行粒數(shù)顯著降低的緣故；S1產(chǎn)量比CK增加10.0%（P＜0.05），S3產(chǎn)量與CK間差異不顯著（P＞0.05），S2比CK減產(chǎn)37.2%（P＜0.05）；4個處理中，S1玉米千粒質(zhì)量顯著高于其他3個處理，S3與CK間差異不顯著；收獲時4個處理間單位面積有效穗數(shù)差異不顯著。

從表3還可以看出，微噴灌溉模式下小麥、玉米收獲指數(shù)均顯著高于漫灌模式。

表3 不同灌溉處理對小麥、玉米產(chǎn)量及地上部生物量的影響

2.2 不同灌溉模式對水分利用效率的影響

對小麥生長季、玉米生長季周年WUE進行分析，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在小麥生長季4個處理中，微噴測墑補灌模式（S3）WUE顯著高于其他3個處理，S3的WUE較CK提高42.3%（P＜0.05）；S1，S2的WUE分別較CK提高25.6%（P＜0.05）和22.5%（P＜0.05）。在玉米生長季中，S3模式WUE仍顯著高于其他3個處理（P＜0.05），但S2模式WUE比CK降低了4.33%（P＞0.05），可能是由于虧缺灌溉導致產(chǎn)量顯著下降的緣故。在周年作物生產(chǎn)中，微噴測墑補灌模式（S3）WUE顯著高于其他3種模式，比傳統(tǒng)漫灌模式（CK）提高32.8%（P＜0.05 ）。

對小麥生長季、玉米生長季周年IWUE進行分析表明，3種低壓微噴模式均顯著高于傳統(tǒng)漫灌模式。在小麥生長季中，S1，S2，S3的IWUE分別比CK提高33.3%，64.4%，74.4%；在玉米生長季中，S1，S2，S3的IWUE分別比CK提高18.6%，35.3%，44.7%；周年IWUE，S3比CK提高54.8%（P＜0.05）（圖2）。

2.3 不同灌溉模式對葉片葉綠素含量的影響

從4月30日開始，每隔7 d測定一次不同灌溉模式小麥旗葉的SPAD值（圖3）。由圖3可知，漫灌模式CK在5月14日（灌漿中期5月18日）旗葉SPAD值與S1，S3模式之間差異不顯著，在5月21日顯著下降，分別比S1，S3下降50.6%（P＜0.05），38.4%（P＜0.05）；由于水分脅迫原因，S2模式小麥旗葉SPAD值不同時期均低于其他幾個處理，其變化趨勢與CK模式相同（灌漿中期后快速下降）；S1，S3模式旗葉SPAD值快速下降期滯后于CK和S2，5月28日測定時，S1，S3模式小麥旗葉SPAD值與CK間差異不顯著（P＞0.05）。

不同灌溉模式玉米灌漿后穗位葉SPAD值變化趨勢與小麥基本相同，其中，S1，S3模式穗位葉SPAD值快速下降期滯后于CK和S2。

以上分析表明，S1，S3低壓微噴模式可以延緩灌漿后期小麥旗葉、玉米穗位葉SPAD下降趨勢。

2.4 不同灌溉模式下的效益分析

對不同處理周年效益進行分析表明，S1，S3處理與CK總收入差異不顯著（P＞0.05）（圖4），S2顯著低于CK。去除灌溉成本收入，S1，S3處理顯著高于CK，主要是由于漫灌成本高達9 535.1元/hm2，分別比S1，S3處理高34.3%，22.4%；S2處理盡管灌溉成本僅為4 880.0元/hm2，但由于周年糧食產(chǎn)量較低，導致總收入和去除灌溉成本收入顯著低于CK；低壓微噴S1，S3處理分別比CK去除灌溉成本收入增收4 669.5，2 756.2元/hm2。

對灌溉成本進行分析，低壓微噴模式S1，S2，S3灌水費用比傳統(tǒng)漫灌分別降低了15.1%，49.0%，30.3%，人工費用分別降低了57.5%，74.5%，65.1%，灌溉成本分別降低了22.4%，48.8%，34.3%。

綜合經(jīng)濟效益和節(jié)能降耗2個方面的因素得出，S3模式（測墑補灌+低壓微噴）具有較好的應用前景。

3 結(jié)論與討論

低壓軟帶微噴在目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有投資小、易操作、節(jié)水、省工等諸多優(yōu)點。本研究在2014—2015年試驗中，將小麥、玉米周年生產(chǎn)土壤水資源作為一個整體考慮，結(jié)合測墑補水技術(shù)，使土壤水庫和降雨資源得到更有效利用。其中，S3土壤水分利用效率（WUE）分別比漫灌（CK）和微噴充分灌溉（S1）提高32.8%，10.4%。

在本研究中，低壓微噴模式可以延緩灌漿后期小麥旗葉、玉米穗位葉SPAD下降趨勢，與前人研究結(jié)果一致[6-7]。

本研究同時也發(fā)現(xiàn)，低壓軟帶微噴模式在一年兩季生產(chǎn)區(qū)，小麥、玉米對微噴的噴射角度、幅度要求不同。在出水量為40 m3/h左右的傳統(tǒng)井灌區(qū)，輸水主管道壓力達到0.4 MPa，支管壓力為0.02 MPa，小麥要求噴射仰角70°～80°，噴輻為1.5 m，噴射最高點達到1.2～1.5 m，支管鋪設(shè)長度≤50 m，基本可保證灌溉均勻度。夏玉米要求噴射仰角50°～60°，噴輻為1.5 m，噴射最高點達到0.8～1.0 m，支管鋪設(shè)長度≤50 m，基本可保證灌溉均勻度。

采用微噴技術(shù)主要是實現(xiàn)微灌水肥一體化，因此，下一步研究將主要集中在微灌模式下水肥周年高效利用與作物產(chǎn)量形成方面。

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Effects of Low Pressure Micro-sprinkling Irrigation on Yield of Winter Wheat and Summer Maize and Water Use Efficiency

LIANGZhejun，WANGYuxiang，DONGPeng，ZHANGDongmei，YANGYinbin，NANXueqin，QI Hongli，ZHAOHaizhen，XI Tianyuan
（Institute ofCotton，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Yuncheng044000，China）

The field experiments with low pressure micro-sprinkling irrigation（LSPMSI）were conducted to evaluate the annual grain yield,water use efficiency and benefits under winter wheat and summer maize rotating system.In 2014-2015,different micro-sprinkling irrigation water applied at different stage of winter wheat and summer maize.The results showed that LSPMSI could improve water use efficiency（WUE）and irrigation water use efficiency（IWUE）,increase thousand grain quality and delay the SPAD value decreased rate in late filling stage,compared with the flooding irrigation（CK）.There was no significant difference（P＞0.05）in grain yield between S3（combination technique of supplement irrigation based on testing soil moisture）with MSI and CK.However,the WUE and IWUE of S3 were higher 32.8%（P＜0.05）and 54.8%（P＜0.05）than CK,respectively,the economic benefit of S3 enhanced 10.5%than CK.The S3 was optimized irrigation model in this experimental condition.

micro-sprinklingirrigation;supplement irrigation based on testingsoil moisture;annual;WUE

S275.5

A

1002-2481（2016）09-1272-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.09.10

2016-04-15

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201203031）；山西省科技攻關(guān)項目（20150311002-6）；山西省回國留學人員科研資助項目（2015-115）

梁哲軍（1973-），男，山西臨猗人，副研究員，博士，主要從事抗旱節(jié)水及農(nóng)業(yè)資源高效利用研究工作。