不同灌溉方式秋大豆需水規(guī)律與灌溉定額研究

胡 勇，靳偉榮，謝亨旺，黃永忠，萬小麗

(1.江西省贛撫平原水利工程南昌縣管理站，江西 南昌 330200；2.江西省灌溉試驗中心站，江西 南昌 330096)

0 引 言

大豆在江西是一種增加復(fù)種指數(shù)，改進輪作、間、套多熟制的主要作物，是江西省主要的旱糧作物之一。近年來，我省水稻種植面積減少，經(jīng)濟作物播種面積增大，水稻“雙改單”趨勢明顯。根據(jù)《江西農(nóng)業(yè)參閱》，截止2014年底，江西省秋大豆種植面積為10.14萬hm2。雖然秋大豆屬于較耐旱作物，但在需水關(guān)鍵期土壤水分是否充足仍會影響大豆各生育階段的發(fā)育及產(chǎn)量的形成。江西省秋大豆大多種植于灌溉條件較差的坡地或田埂上，在此形勢下，如何保證秋大豆不受雨量分配不均的影響而減產(chǎn)，對大豆需水規(guī)律和灌溉定額研究顯得十分必要，同時也可為在干旱天氣時不同行業(yè)和不同作物之間合理配置有限的水資源提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗處理設(shè)計

1.1 試驗區(qū)基本情況

本項目試驗區(qū)位于江西省南昌市南昌縣向塘鎮(zhèn)高田村——江西省灌溉試驗中心站試驗研究基地。試驗基地裝有自動氣象場，試驗區(qū)經(jīng)度為116°00′，緯度為28°26′，平均海拔高度為22.00 m，為典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候，氣候溫和，雨量充沛，常年平均氣溫為18.1 ℃，年平均降雨量為1 634.3 mm。

1.2 小區(qū)情況及處理設(shè)計

試驗區(qū)土壤為黃粘土，肥力中等，排灌設(shè)施良好。供試秋大豆品種為旱豆4號。播種時間為8月7日，收獲時間為11月25日，全生育期共計112天。

在試驗基地旱作區(qū)選取具有代表性的農(nóng)田1畝，設(shè)置噴灌、溝灌、不灌3個處理，每個處理3個重復(fù)，同時在試驗小區(qū)周邊設(shè)立田埂(筑土埂)，灌排水與周邊農(nóng)田分開，以便計量[1]。

同時在旱作物需水量測坑(6個測坑)進行需水量測定，測坑有底，面積為4.00 m2，測坑尺寸為2.00 m×2.00 m×2.625 m(長×寬×深)，測坑的剖面為梯形，頂面為水平面，底面向廊道方向傾斜，以利于排出測坑中的積水，遠離廊道部分的深度為2.60 m，而靠近廊道部分的深度為2.65 m，在底板與回填土之間設(shè)置有20 cm厚的濾層、并要安裝排水設(shè)施，實際填土高度為2.40 m～2.45 m。測坑的墻為鋼筋混凝土現(xiàn)澆，并貼有防水材料。墻的厚度為0.25 m，墻壁的上截面積控制在不大于測坑試驗面積的5%，消除了邊際的熱效應(yīng)影響測試結(jié)果的準確性。

本項目施肥水平、種植密度及病蟲害防治等按常規(guī)農(nóng)藝管理措施進行。噴灌和溝灌處理均使作物在生長發(fā)育期土壤含水率保持在60%～100%的田持(即在土壤含水率低于60%的田持時，進行灌溉；土壤含水率高于100%的田持時，停止灌溉)，因此不同灌溉方式每次灌水量不同[2]。

1.3 主要測試指標

(1)灌排水測定。通過水表準確測定每次灌排水量，并記錄每次灌排水時間、灌排水日期，記錄全生育期灌排水次數(shù)、灌排水總量。

(2)土壤含水率測定。每5天測定土壤含水率一次，采用鋁盒取土烘干法測得土壤含水率。灌水前、降雨前和生育階段轉(zhuǎn)變時應(yīng)加測1次，灌水后和降雨后需加測(降雨強度為24 h大于10 mm時加測)。土壤含水率測定土層深度為15 cm，每個試驗小區(qū)采用3點法取樣分別測定。取樣時間為每天早上8∶00整開始。

(3)各生育期調(diào)查。調(diào)查每個生育期(出苗期、分枝期、開花期、結(jié)莢期、鼓粒期、成熟期)的日期，以及全生育期的時間段。

(4)生長指標調(diào)查。各生育期中期進行取樣調(diào)查。

秋大豆具體指標包括：株高、節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、株數(shù)/m2、莖粗。

(6)考種驗產(chǎn)。具體指標包括：單株莢數(shù)、百粒重、單株產(chǎn)量、大豆產(chǎn)量。

(7)氣象資料收集。具體指標包括：降雨量、最高氣溫、最低氣溫、相對濕度、日照時數(shù)、風(fēng)速等。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 不同灌溉方式下土壤含水率變化規(guī)律分析

為了確定作物的具體灌水時間，更好的了解作物種植區(qū)土壤墑情變化規(guī)律和后期進行作物水量平衡計算，本項目對2013年秋大豆整個生育期土壤墑情進行跟蹤監(jiān)測，并將土壤含水率與土壤田間持水率做比值，進而繪制曲線。

從圖1、2可以看出，噴灌和溝灌處理的土壤含水率與田持的比值變化范圍在0.6～1.0之間波動，整個生育期土壤含水率保持在60%～100%的田持之間，噴灌的含水率平均值為15.45%，溝灌為14.46%，不灌的土壤含水率由于受到氣候條件的影響，整體偏低，最低含水率達到了4.00%，土壤含水率平均值也只有10.01%。通過觀察不灌處理低于40%田持的曲線部分，可以發(fā)現(xiàn)秋大豆在9月份時出現(xiàn)短暫的缺水，主要缺水時期集中在10月5日到11月5日之間。

2.2 不同灌溉方式秋大豆各月耗水量變化規(guī)律分析

大田耗水量計算方法主要結(jié)合測坑蒸發(fā)蒸騰量進行推算，其計算公式是：

作物耗水量=作物需水量+深層滲漏

(1)

作物需水量主要指作物蒸發(fā)蒸騰量，該項目主要通過測定土壤含水率來計算秋大豆蒸發(fā)蒸騰量，具體計算公式如下[3]：

(2)

式中：ET1-2為階段蒸發(fā)蒸騰量，mm；i為土壤層次號數(shù)；n為土壤層次總數(shù)目；γi為第i層土壤干容重，g/cm3；Hi為第i層土壤厚度，cm；Wi1為第i層土壤在時段始的含水率(干土重的百分率)；Wi2為第i層土壤在時段末的含水率(干土重的百分率)；M為時段內(nèi)的灌水量，mm；P為時段內(nèi)的降雨量，mm；K為時段內(nèi)的地下水補給量，mm，該項目中為有底，故K=0；C為時段內(nèi)的排水量(地表排水與地下排水之和)，mm。

深層滲漏主要發(fā)生在強降雨或灌水后，其具體計算方法如下：

圖1 秋大豆生育期降雨量、灌水量分布

圖2 秋大豆不同灌溉方式土壤含水率與田持比值曲線

式中：C深層為深層滲漏水量，mm；W1i大田為大田第i層土層在強降雨或灌水前的含水率(質(zhì)量百分率)；W2i大田為大田第i層土層在強降雨或灌水后的含水率(質(zhì)量百分率)；W1i測坑為測坑第i層土層在強降雨或灌水前的含水率(質(zhì)量百分率)；W2i測坑為測坑第i層土層在強降雨或灌水后的含水率(質(zhì)量百分率)；

2.2.1 不同灌溉方式秋大豆各月耗水量變化規(guī)律

從圖3可以看出，秋大豆在整個生育期耗水量為先增加后減少，不同灌溉方式下，溝灌的耗水量隨著月份的延后，比噴灌和不灌逐漸增大，主要原因是由于溝灌灌溉時，需要大量水在溝內(nèi)，以滿足灌溉要求。

圖3 秋大豆不同月份耗水量變化規(guī)律

2.2.2不同灌溉方式秋大豆不同生育期耗水量變化規(guī)律

通過對圖4進行觀察可以發(fā)現(xiàn)，在生育期前期，不同灌溉方式大豆的耗水量基本持平，而在后期，溝灌的耗水量逐漸大于噴灌。主要原因是溝灌在灌溉時，需要在地表形成徑流以滿足灌溉要求；不灌的處理最小，由于不灌的處理受到水分脅迫的緣故，其耗水量最小。秋大豆整個生育期耗水量變化規(guī)律為先增大后減小。

圖4 不同灌溉方式下大豆耗水量變化規(guī)律圖

2.3 不同灌溉方式對秋大豆產(chǎn)量的影響規(guī)律分析

從表1可以得出，秋大豆單株莢數(shù)噴灌比溝灌多4.7%，溝灌比不灌多34.4%；百粒重噴灌比溝灌重1.6%，溝灌比不灌重3.3%；單株產(chǎn)量噴灌比溝灌高3.8%，溝灌比不灌高46.3%；畝產(chǎn)量噴灌比溝灌高1.4%，溝灌比不灌高29.0%。

表1 不同灌溉方式秋大豆產(chǎn)量分析

2.4 秋大豆耗水量與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

從表2可以發(fā)現(xiàn)，大豆噴灌作物需水系數(shù)低于溝灌，不灌處理大豆作物系數(shù)最低，說明不灌處理水分利用率最高，噴灌大豆水分利用率高于溝灌，溝灌處理水分利用率最低。耗水量與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為1.000>0.8，可見耗水量與產(chǎn)量有高度的線性正相關(guān)關(guān)系，顯著性系數(shù)0.005<0.05，顯著性明顯。由于在大豆生育期內(nèi)根部病蟲害嚴重，土壤環(huán)境惡化，致使本次實驗總體產(chǎn)量水平較低。

表2 不同灌溉方式秋大豆耗水量與產(chǎn)量相關(guān)分析表

表3 1978～2014年降雨量排頻表

2.5 秋大豆灌溉定額研究

本項目選取1978～2014年共37年的降雨資料進行排頻，從而得出豐水年、平水年、枯水年的不同降雨量值。

通過采用水文目估適線法對降雨量進行排頻，得出樣本均值Ex為1 515.60 mm，變差系數(shù)Cv為0.22，偏態(tài)系數(shù)Cs為0.90，倍比系數(shù)Cs/Cv=4.09。通過查圖5可以發(fā)現(xiàn)，P=75%時的降雨量為1 272.28 mm，平水年P(guān)=50%時的降雨量為1 466.23 mm，豐水年P(guān)=25%時的降雨量為1 705.37 mm。

圖5 降雨量頻率曲線

本項目實施年限為2012～2014年，2012年降雨量為1 925.80 mm>1 705.27 mm，為豐水年，2013年降雨量為1 368.50 mm，介于1 272.28 mm和1 466.23 mm之間，為偏枯水年，2014年降雨量為1 534.00 mm，介于1 705.27 mm和1 466.23 mm之間，為偏豐水年。本項目灌溉保證率為90%，以下是2012～2014年3年秋大豆的灌水量表(見表4)。

表4 秋大豆2012～2014灌水量和灌水次數(shù)表

由表4可以看出，偏枯水年(2013年)秋大豆噴灌灌水量比偏豐水年(2014年)要多17.9%，溝灌多31.8%，豐水年(2012年)秋大豆噴灌灌水量比偏豐水年(2014年)要少22.4%，溝灌少21.2%；2012年秋大豆噴灌比溝灌少15 m3/畝，節(jié)水22.4%，2013年秋大豆噴灌比溝灌少33 m3/畝，節(jié)水29.4%，2014年秋大豆噴灌比溝灌少18 m3/畝，節(jié)水21.2%。

3 結(jié) 論

本項目利用作物需水量測坑和大田相結(jié)合的試驗方法，研究了鄱陽湖流域氣候條件下秋大豆不同灌溉方式的耗水規(guī)律和灌溉定額。通過對其土壤墑情變化進行分析，得出2015年秋大豆的主要缺水時期為10月～11月期間：整個生育期耗水量變化規(guī)律為先增大后減小，在開花期耗水量達到最大；畝產(chǎn)量噴灌比溝灌高1.4%，溝灌比不灌高29.0%；耗水量與產(chǎn)量有高度的線性正相關(guān)關(guān)系，顯著性明顯；通過對秋大豆需水系數(shù)進行分析研究，發(fā)現(xiàn)不同灌溉方式下，不灌處理的作物需水系數(shù)最低，水分利用率最高，噴灌次之，溝灌作物需水系數(shù)最高，其水分利用率最低；提出了秋大豆不同灌溉方式不同水平年的灌水量，為科學(xué)制訂作物灌溉制度提供了依據(jù)。

參考文獻：

[1] 毛洪霞.滴灌大豆需水規(guī)律及灌溉制度的研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2008.

[2] 吳昊，何天祥，鄭傳剛.秋大豆生育規(guī)律與栽培技術(shù)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007(23)：7133～7135.

[3] SL 13-2015，灌溉試驗規(guī)范[S].北京：中華人民共和國水利部，2015.