玉米地埋式滴灌土壤水分遷移規(guī)律研究

田建斌，齊廣平

摘要：在地埋式滴灌條件下，對不同毛管埋深及間距對大田玉米土壤水分遷移規(guī)律進行了研究。結(jié)果表明，毛管在同一埋設(shè)深度時，隨著鋪設(shè)間距的增大，肉眼觀察到的橫向濕潤鋒交匯深度也加深。毛管埋設(shè)深度為30 cm、間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的土層深度分別為0～10、10～20、15～20 cm；毛管埋設(shè)深度為35 cm、間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的深度土層分別為0～10、30～35、30～35 cm；毛管埋設(shè)深度為40 cm、間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的土層深度分別為10～20、20～30、25～30 cm。

關(guān)鍵詞：地埋式滴灌；玉米；毛管埋深；毛管間距；水分遷移

中圖分類號：S277 文獻標志碼：A 文章編號：1001-1463（2017）11-0007-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2017.11.004

Study on Soil Moisture Distribution of Buried Drip Irrigation of Corn

TIAN Jianbin 1， QI Guangping 2

（1. Jingtai Irrigation Maragement Bureau， Jintai Gansu 730400， China； 2. College of Engineering， Gansu Agricultural University， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：This paper discussed the different capillary depth and space between of the buried drip irrigation what the soil moisture is migration regular. The result shows that when the capillary in the same buried depth， with the increase of laying spacing， the macroscopic observation to the lateral also deepen the depth of wetting front intersection. Such as the capillary embedding depth is 30 cm， spacing is 60， 70， 80 cm， the depth of wetting front intersection soil respectively 0～10， 10～20， 15～20 cm； The capillary embedding depth is 35 cm、 the spacing is 60， 70， 80 cm， the depth of wetting front intersection soil respectively 0～10， 30 to 35， 30～35 cm； The capillary embedding depth is 40 cm， the spacing is 60，70，80 cm， the depth of wetting front intersection soil respectively 10～20，20～30，25～30 cm.

Key words：Buried drip irrigation；Corn；Embedded depth of capillary；Capillary spacing； Moisture migration

甘肅河西地區(qū)屬于典型干旱荒漠區(qū)，位于青藏高原邊緣，土地面積達27.11萬km2。近30年來，由于該地區(qū)社會經(jīng)濟快速發(fā)展，對水資源的需求量越來越大。走高效節(jié)水的道路，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，對河西內(nèi)陸區(qū)流域水資源可持續(xù)利用具有重要的現(xiàn)實意義。滴灌灌溉是目前在多種灌溉模式中具有顯著節(jié)水增產(chǎn)和環(huán)境友好等特點的現(xiàn)代灌溉方式。田間試驗表明，地埋式滴灌與其他灌溉方式相比具有節(jié)水增產(chǎn)效益[1 - 5 ]。Phene等 人[6 ]的研究顯示，地埋式滴灌條件下甜玉米產(chǎn)量比噴灌和溝灌高12%～14%，與溝灌相比，番茄產(chǎn)量高20%。范永申等[7 - 8 ]通過對棉花常規(guī)地面溝灌、膜下滴灌以及地下滴灌土壤水分變化的研究表明，棉花地下滴灌節(jié)水增產(chǎn)效果顯著。我們對河西地區(qū)不同毛管埋深及間距對大田玉米土壤水分遷移規(guī)律進行了研究，現(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗設(shè)在甘肅省水利科學(xué)研究院民勤試驗基地位于民勤縣城以北的大灘鄉(xiāng)東大村，地理位置東經(jīng)130°05′，北緯38° 37′。該地區(qū)是典型的大陸性荒漠氣候，風(fēng)沙多，蒸發(fā)量大，降水少，氣候干燥。無霜期150 d，最大凍土深115 cm。試驗區(qū)土質(zhì)0～60 cm為粘壤土，土壤平均容重為1.54 g/cm3。試驗地土壤理化性質(zhì)及灌溉水質(zhì)情況見表1。

1.2 試驗材料

毛管采用國產(chǎn)和以色列兩種類型的產(chǎn)品，其中國產(chǎn)類型采用管徑為Φ12的滴灌帶，壁厚0.4 mm，滴頭流量1.2 L/h，滴頭間距0.4 m；以色列產(chǎn)品采用管徑為Φ12的滴灌帶，壁厚0.38 mm，滴頭流量1.6 L/h，滴頭間距0.4 m。指示玉米品種為鄭單958。

1.3 試驗設(shè)計

試驗為雙因素設(shè)計。根據(jù)毛管埋設(shè)深度及間距的不同，毛管埋深（h）、毛管鋪設(shè)間距（a）各設(shè)3個水平，毛管埋深分別為30、35、40 cm，毛管鋪設(shè)間距深分別為60、70、80 cm。毛管條數(shù)國產(chǎn)的為8條、以色列產(chǎn)的為3條。具體試驗設(shè)計方案見表2。

試驗于2013年冬灌，2014年5月10日播種，5月18日灌出苗水，10月2日收獲，全生育期157 d。玉米全生育階段灌水次數(shù)、灌水時間、灌水定額見表3。按尿素300 kg/hm2、磷酸二銨225 kg/hm2的標準施基肥。

1.4 主要測試項目及方法

1.4.1 土壤含水率測定 土壤含水率采用TDR（時域反射儀）及土鉆取土烘干法2種方法測定。灌水第2天觀測田間土壤含水量，取土深度為0～100 cm，每20 cm為1個土層，利用土鉆取土。用烘干法測得土壤含水率，計算公式如下。

土壤含水率=（濕土重-烘干土重）/烘干土重×100%

1.4.2 土壤物理性質(zhì)測定 播種前、抽穗期及收獲后分3次在各小區(qū)0～10、10～20、20～30、30～40 cm土層取土，用環(huán)刀法測定土壤干容重，繪制土壤容重沿深度方向的分布特征曲線；播種前用圍框淹灌法測定土壤田間最大持水量。

1.4.3 氣象觀測 試驗氣象資料由試驗站內(nèi)自動氣象觀測站測得，觀測項目包括降水量、水面蒸發(fā)、氣溫、空氣、濕度、日照時數(shù)、風(fēng)向風(fēng)速、太陽輻射強度等。

1.4.4 土壤水分縱向、橫向遷移規(guī)律觀察 在灌完出苗水第2天，于每處理兩個毛管間挖出大小50 cm×50 cm、深度20～40 cm的測坑，對地下滴灌進行土壤水分縱向橫向遷移規(guī)律觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米生育期內(nèi)降水量分析

玉米全生育期降水量如圖1所示。玉米生育期間共降水117.2 mm，其中有效降水（單次降水超過5 mm）為90.8 mm。5月10日至5月底無降水，6月份有8次降水；7、8月份為玉米生育期內(nèi)降水較多的時段，累積降水量分別為42.0、43.4 mm，分別占全生育期降水量的35.8%、37.0%。9、10月份的累積降水量分別占全生育期的9.4%和9.6%。

2.2 發(fā)芽期土壤含水率

影響玉米出苗的因子有很多，比如土壤水分過少或過多，土壤溫度過高或過低，都有可能使玉米種子發(fā)芽受限，或者出苗率降低，甚至不出苗的現(xiàn)象發(fā)生，最終導(dǎo)致玉米產(chǎn)量降低。由表4可知，當?shù)晤^流量為1.2 L/h、毛管埋深深度在30 cm和35 cm 時，40～60 cm土層的含水率普遍高于表層（0～20 cm）和中下層（60～80、80～100 cm）。在毛管深度為40 cm的情況下，20～40、40～60 cm土層的含水率普遍高于表層（0～20 cm）和60～80 cm，80～100 cm土層的含水率高于60～80 cm土層。

由表5可知，當?shù)晤^流量為1.6 L/h時，土壤水分主要集中在20～80 cm。隨著毛管埋設(shè)深度的加深，表層土壤水分（0～20 cm）呈現(xiàn)出減少的現(xiàn)象，即毛管埋深為30、35、40 cm時，其表層平均含水率分別為15.74%、14.98%、13.33%；80～100 cm土層土壤水分隨著毛管埋深的增大呈現(xiàn)增大的趨勢，即毛管埋深為30、35、40 cm時，80～100 cm土層平均含水率分別為17.21%、18.39%、20.66%。但在毛管埋深深度不變、間距不相同的情況下，表層（0～20 cm）和80～100 cm土層的水分均無減少趨勢，說明表層土壤及80～100 cm土層水分受毛管埋深的影響高于毛管間距的影響。除此之外，由表5還可知，埋深為40 cm時，土壤水分80～100 cm土層高于60～80 cm土層，但埋深30、35 cm時差別并不明顯。由此可見，毛管埋深深度為40 cm、灌水定額達到525 m3/hm2時，灌溉水下滲到100 cm時還有下滲的可能，這也意味著有深層滲漏現(xiàn)象發(fā)生的可能性。

2.3 出苗期土壤水分交匯狀況

由觀察結(jié)果（表6）可知，毛管滴頭流量為1.2 L/h、毛管鋪設(shè)間距為60 cm時，地表均出現(xiàn)濕潤現(xiàn)象，但由于毛管埋設(shè)深度不同，其濕潤狀況也有所不同，毛管埋深深度越淺，地表濕潤面積越大。同時還觀測到，毛管埋深深度和間距分別為30、70 cm時，地表出現(xiàn)零星濕潤現(xiàn)象。毛管在同一埋設(shè)深度時，隨著鋪設(shè)間距的增大，肉眼觀察到的橫向濕潤鋒交匯深度也加深，如毛管埋設(shè)深度為30 cm，間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的土層深度分別為0～10、10～20、15～20 cm；毛管埋設(shè)深度為35 cm，間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的土層深度分別為0～10、30～35、30～35 cm；毛管埋設(shè)深度為40 cm，間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的土層深度分別為10～20、20～30、25～30 cm。

由表6還可知，當毛管滴頭流量為1.6 L/h時，從灌水結(jié)束第2天的剖面觀測可得，無論毛管埋深深度、間距為多少，地表均有濕潤現(xiàn)象發(fā)生。也就是說滴頭流量越大，水分向上遷移的越快，地表濕潤面積也越大。

2.4 不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

從滴頭流量為1.2 L/h時各處理的玉米產(chǎn)量結(jié)果（圖2）可以看出，毛管埋設(shè)為30 cm、間距為60 cm的處理1產(chǎn)量最高，可達11 670 kg/hm2，比埋深為30 cm、間距分別為70 cm和80 cm的處理 2和處理3的產(chǎn)量高出32.4%、31.2%，比間距為60 cm、埋深分別為35 cm和40 cm的處理4和處理7的產(chǎn)量高出27.0%、36.8%。毛管埋設(shè)為 35 cm、間距為60 cm的處理4產(chǎn)量位居第2，為 8 520 kg/ hm2，比埋深為35 cm、間距分別為70 cm和80 cm的處理5和處理6 高出24.1%、11.1%，比埋深為40 cm、間距為60 cm的處理7高出13.4%。處理7產(chǎn)量為7 380 kg/hm2，分別比處理8和處理9高出 25.4%、10.2%。由此可以看出，毛管埋深為30 cm、間距為60 cm時獲得的產(chǎn)量最高，其次為處理4，也就是說，在毛管埋設(shè)間距一定的情況下，埋深深度越淺，地下灌水器周圍土壤水分借助毛管力上升的效果更佳，更有利于玉米發(fā)芽、出苗，產(chǎn)量也高于埋深深度較深的（40 cm）。

除此以外，由圖2可以看出，在毛管埋深深度一定的情況下，毛管間距為80 cm時產(chǎn)量高于70 cm，但低于60 cm的處理。如處理3產(chǎn)量高于處理2，處理6高于處理5，處理9高于處理8。結(jié)合各處理出苗率情況考慮，盡管埋設(shè)深度不變，毛管間距為80 cm時的出苗率低于70 cm的，但最終產(chǎn)量表現(xiàn)恰恰相反。

滴頭流量為1.6 L/h時各處理的產(chǎn)量結(jié)果見圖3。由圖3可知，與滴頭流量為1.2 L/h時的處理相似，毛管埋設(shè)為30 cm、間距為60 cm的處理10產(chǎn)量最高，可達15 375 kg/hm2，比埋深為30 cm、間距分別為70 cm和80 cm的處理11和處理12高出57.9%、35.8%，比間距為60 cm、埋深分別為35 cm和40 cm的處理13和處理16高出8.8%、5.6%。毛管埋設(shè)為35 cm、間距為60 cm的處理16產(chǎn)量位居第2，為145 651 kg/hm2，比埋深為40 cm、間距分別為70 cm和80 cm的處理17和處理14高出9.2%、71.9%，比埋深為35 cm、間距為60 cm的處理13高出3.1%。說明毛管鋪設(shè)、灌水定額和灌水時間一致的情況下，滴頭流量為1.6 L/h時產(chǎn)量顯著高于滴頭流量為1.2 L/h的處理，說明滴頭流量越大增產(chǎn)效果越顯著。

3 結(jié)論與討論

在灌水定額相同的情況下，處理間土壤含水率差異大的原因與各處理的出苗率相關(guān)。毛管埋深較深、間距較大時玉米出苗率偏低，玉米需水高峰期由于小區(qū)植株數(shù)量差異較大，進而引起土壤含水率較大。毛管滴頭流量為1.2 L/h、毛管鋪設(shè)間距為60 cm時，地表均出現(xiàn)濕潤現(xiàn)象，但由于毛管埋設(shè)深度程度的不同，其濕潤狀況也有所不同，即毛管埋深深度越淺，地表濕潤面積越大。毛管埋設(shè)深度相同時，隨著鋪設(shè)間距的增大，其肉眼觀察到的橫向濕潤鋒交匯深度也加深，如毛管埋設(shè)深度為30 cm、間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的深度土層分別為0～10、10～20、15～20 cm；毛管埋設(shè)深度為35 cm、間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的深度土層分別為0～10、30～35、30～35 cm；毛管埋設(shè)深度為40 cm、間距為60、70、80 cm時，其濕潤鋒交匯的深度土層分別為10～20 cm、20～30 cm、25～30 cm?？梢姷晤^流量的大小直接影響到地埋式滴灌濕潤體的形狀。在毛管鋪設(shè)、灌水定額和灌水時間一致的情況下，滴頭流量為1.6 L/h時產(chǎn)量顯著高于滴頭流量為1.2 L/h的處理，說明滴頭流量越大增產(chǎn)效果越顯著。綜合分析，在本試驗條件下，毛管埋深為30 cm、間距為60 cm為大田玉米的最優(yōu)地埋式滴灌組合模式。

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（本文責編：楊 杰）