大同市平城區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術研究

趙菊峰，高燕君

（大同市水利科學研究所，山西 大同 037004）

1 研究區(qū)概況

大同市平城區(qū)水泊寺鄉(xiāng)東墳村，現(xiàn)有人口1 039 人，現(xiàn)有土地10 hm2，人均耕地不足0.01 hm2。東墳村灌溉系統(tǒng)不完善，節(jié)水設備配套低，目前仍以大水漫灌為主，總體灌溉水平偏低。為了調(diào)整種植結構，增加農(nóng)產(chǎn)品附加值，以村北地塊為試驗田，推廣滴灌、管灌等高效節(jié)水系統(tǒng)，以提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，增加農(nóng)民收入。

節(jié)水灌溉試驗區(qū)位于大同市平城區(qū)北部馬鋪山前傾斜平原，北依大同市廉政教育基地，東鄰二廣高速，南隔京包鐵路與御東新區(qū)相望，交通十分便利。試驗區(qū)離御河干渠較近，農(nóng)業(yè)灌溉水源主要引用干渠地表水。現(xiàn)有大、小蓄水池各一個，可用輸水管道將水輸送到田面，以滿足作物用水需求。

2 果園作物灌溉用水量分析

灌溉技術主要包括取水、輸配水、田間灌水和作物吸收等4 個環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)采取相應的節(jié)水措施，組成完整的節(jié)水灌溉技術體系。

2.1 作物種植比例

試驗區(qū)內(nèi)種植經(jīng)濟樹種大部分為果樹，以杏樹、李子樹、蘋果樹為主，其中滴灌3.33 hm2，管灌6.67 hm2共計10 hm2。結合當?shù)毓喔葘嶋H調(diào)查,本次果樹需水量見表1。

表1 果樹需水量（幼樹） 單位：m3/hm2

2.2 果樹生長期有效雨量及灌溉水用量

試驗區(qū)果樹灌溉保證率P 為85%的凈定額，杏樹1 425 m3/hm2，李子樹1 425 m3/hm2，蘋果樹1 575 m3/hm2。果樹生長期，有效雨利用率，見表2。

表2 降雨量有效利用率表

灌溉時間安排。本次設計采用的是水肥一體化灌溉施肥技術，可以根據(jù)土壤墑情的數(shù)據(jù)，結合實際情況確定灌溉時間及次數(shù)。

灌溉水質(zhì)分析。水源來自于御河干渠河水，水質(zhì)滿足農(nóng)業(yè)灌溉要求。

3 試驗方案

3.1 試驗區(qū)概況

該試驗地果樹種類有李、杏、蘋果、梨、棗五大類，為2019 年新移種植果樹，干徑為1.5～2.0 cm。其中李子樹面積為4 hm2，長勢比較一致，所以選秋紅李為試驗品種，管灌試驗區(qū)面積0.27 hm2，滴灌試驗區(qū)面積0.27 hm2。種植行距3 m，株距2.5 m，每畝大約90 株。

3.2 試驗設計

3.2.1 管灌試驗

試驗設3 個處理，每個處理3 個重復，共9 個小區(qū)。每個小區(qū)三行樹木，每行5 株，即每小區(qū)15 株樹木。試驗選取無病蟲害、長勢一致的李子樹幼苗為研究對象，每小區(qū)間設土埂隔離，在試驗區(qū)四周設置保護區(qū)，至少兩行樹寬。每小區(qū)單獨灌水，蓄水池出水口加裝有水表，管灌的灌水定額為286.5 m3/hm2。實驗對比設計見表3。

3.2.2 滴灌試驗

試驗設處理同管灌。采用滴灌灌溉，滴頭均勻布置在樹干周圍約10 cm。滴灌毛管的間距S1為3 m，滴頭間距Se為2.5 m，灌水器流量選用10 L/h 的滴頭，每棵樹干周圍留一滴頭，每小區(qū)單獨灌水，用水表計量。灌水定額為81 m3/hm2。

表3 管灌灌溉制度試驗處理設計

表4 滴灌灌溉制度試驗處理設計

3.3 調(diào)查項目與方法

土壤含水量和溫度測量。利用土壤傳感器測量0～60 cm 深度內(nèi)，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 的土壤含水量和土壤溫度。

土壤養(yǎng)分測量。利用土壤速測儀測量土壤0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 深度內(nèi)的N、P、K 含量。

人工灌溉量測定。對輸水管道及出水口安裝水表，對灌溉水量進行觀測。

樹體生長情況調(diào)查。每個小區(qū)選取有代表性的3 株果樹觀測記錄數(shù)據(jù)，主要調(diào)查干徑粗、當年枝條生長量以及施肥、病蟲害防治情況等。枝條的測定，在試驗地（管灌、滴灌）各處理小區(qū)選取長勢均勻的3 株樹進行觀察記錄，包括每株樹的新生枝條數(shù)量、3 主枝的長度、基部直徑。樹干直徑測定，采用游標卡尺定期監(jiān)測果樹生育期樹干直徑的生長量，每個處理取3 組重復平均值作為樹干直徑值。

3.4 果樹根系集中分布區(qū)

利用觀測數(shù)據(jù)，計算出果樹根系不同深度耗水強度值，從目測坑內(nèi)斷面根系可以看出果樹根系生長具有趨水性，因此試驗區(qū)果樹根系主要吸水層，也是根系集中分布區(qū)，在地下15～25 cm 范圍內(nèi)。

4 試驗區(qū)灌溉制度擬定

試驗區(qū)北部有50 m3蓄水池一座，位于試驗區(qū)最高處，滴灌作物種植區(qū)與蓄水池高差為20 m，利用高差采用自流灌溉的方式，基本滿足滴灌需求。

4.1 灌溉工作制度

設計滴灌灌水定額，根據(jù)《微灌工程技術規(guī)范》，設計滴灌灌水定額m=8.17 mm=81 m3/hm2。

設計管灌灌水定額，根據(jù)《管灌工程技術規(guī)范》（GB/T 20203-2017），設計管灌灌水定額m=28.7 mm=286.5 m3/hm2。

根據(jù)試驗地是2 年生幼樹，根據(jù)上述計算滴灌灌水定額為81 m3/hm2，管灌的灌水定額為286.5 m3/hm2。

4.2 灌水時間

確定果樹灌水時間，應主要根據(jù)果樹在生長期內(nèi)需水要求及當時的土壤含水量而定，應抓好催芽水、催梢水、花芽分化水、休眠期灌水等4 個時期。

4.3 灌水次數(shù)

果樹在生長期內(nèi)的灌水次數(shù)，取決于各個時期的降水量和土壤的水分狀況。一般情況，每個灌水時期灌水1 次即可，大同地區(qū)果園灌溉一般為4～5 次。

5 管灌與滴灌的果樹需水及田間耗水強度

5.1 果樹需水及田間耗水計算

影響果樹需水量的因素包括氣象因素、土壤因素以及果樹本身的生物學因素。

根據(jù)《灌溉試驗規(guī)范》（SL 13-2015）規(guī)定，作物需水量的計算公式：

式中：ET——階段需水量（耗水強度），mm；

ri——第i 層土壤干容重，g/cm3；

Hi——第i 層土壤厚度，cm；

Qi1、Qi2——第i 層土壤在計算時段始末的含水量（干土重之百分比）；

M、P、K、C——分別為時段內(nèi)灌水量、降雨量、地下水補給量和排泄水量，mm。

根據(jù)觀測年6 月10 日和6 月19 日實測數(shù)據(jù)，通過計算得不同灌溉方式下的土壤耗水強度見表5。

表5 不同灌溉方式下的土壤耗水強度 單位：mm/d

從上表中可以看出，表層土壤（0～10 cm)滴灌耗水僅為0.28 mm/d，而管灌表層耗水為0.48 mm/d，滴灌方式下日平均耗水為1.11 mm，管灌方式下日平均耗水1.93 mm，滴灌與管灌相比，每天減少耗水量42%。

5.2 不同深度的水分含量分析

滴灌的灌溉定額為81 m3/hm2，全生育期灌水4 次，灌溉定額為324 m3/hm2；全生育期灌水6 次，灌溉定額為486 m3/hm2；全生育期灌水8 次，灌溉定額為648 m3/hm2。

管灌地灌溉定額為286.5 m3/hm2，全生育期灌水2 次，灌溉定額為573 m3/hm2；全生育期灌水3 次，灌溉定額為859.5 m3/hm2；全生育期灌水4 次，灌溉定額為1 146 m3/hm2。

通過灌水后4 d 調(diào)查不同深度的水分含量，管灌在相同的時間內(nèi)水分含量下降快，說明管灌后田間蒸發(fā)量大。5 月份的調(diào)查兩者數(shù)據(jù)差別大，6 月份調(diào)查數(shù)據(jù)差別小，因為5 月份空氣干燥，6 月份開始進入雨季，蒸發(fā)量變相對變小。原因是管灌方式破壞了土壤表層結構，使土壤上部水直接與下部毛管水連通，即使松土后切斷了上部毛管水與下部毛管水的通道，受表層蒸發(fā)影響，管灌耗水量仍然比較大。而滴灌方式土壤表層結構未發(fā)生改變，下部土壤毛管與表層土壤基本不直接連通，減少了下部土壤的蒸發(fā)量。

6 滴灌與管灌方式的比較

6.1 節(jié)水效果比較

2020 年的田間土壤觀測結果表明，滴灌日平均耗水值明顯小于管灌，滴灌平均為1.15 mm，管灌平均為1.34 mm，滴灌與管灌相比，每天減少耗水量14.2%。所以同等條件下滴灌比管灌方式節(jié)水。

6.2 三組枝條長度比較

2020 年試驗結果表明，管灌條件下，樹體外圍新梢年平均長度為1.32 m；滴灌條件下，樹體外圍新梢年平均長度為1.44 m，滴灌比管灌的年平均長度增加0.12 m，增長8.3%。

滴灌區(qū)A、B、C 三個處理以B 處理枝條生長量最大，管灌區(qū)E、F、G 三個處理以F 處理枝條生長量最大。

6.3 樹干直徑比較

管灌條件下樹干徑的增長率平均為95.5%，滴灌條件下樹干徑的增長率平均為90.2%。管灌區(qū)樹干徑比滴灌區(qū)樹干徑增長率平均增加5.9%。果樹生育期4—10 月份樹干直徑累計增長量變化趨勢見圖1。

圖1 樹干直徑平均月份增長量

從圖中可以看出，隨著時間的推移，樹干直徑累計增長量緩慢變大。5—6 月份各處理樹干直徑累計增長量大；7 月增長量較??；8—9 月份之后各處理增長加快，9 月中旬后樹干直徑維持在相對穩(wěn)定的水平。經(jīng)過近6 個月的生長時間，李子樹樹干直徑的累計增長量在12～16.5 mm 之間。

6.4 不同土層氮磷鉀含量的變化

從觀測年5 月21 日和6 月19 日的調(diào)查結果，滴灌處理的氮磷鉀含量最高的土層為10～20 cm，而管灌處理的5 月21 日氮磷鉀含量最高土層為20～40 cm，6 月19 日最高土層為40～60 cm，可能是由于試驗區(qū)5 月干旱缺雨，6 月10 日—18 日降水量達到4.5 mm，所以一樣的灌水量，在6 月中旬肥料可以下滲到40～60 cm 土層。

7 結論

（1）李子樹根系主要吸水層在地下15～25 cm 范圍內(nèi)，滴灌優(yōu)于管灌。該試驗地條件下，滴灌灌水定額為81 m3/hm2，最佳滴灌次數(shù)應為6 次，滴灌時間每次6.1 h。管灌灌水定額為286.5 m3/hm2，最佳次數(shù)應為3 次。這樣的灌溉量保證水分和肥料能夠到達根系密集分布層。

（2）李子樹的需水量為1 350 m3/hm2。滴灌方式下日平均耗水為1.11 mm，管灌方式下日平均耗水1.93 mm，滴灌與管灌相比，每天減少耗水量42%。全年滴灌比管灌節(jié)水34%（不包括封凍水）。隨著樹體的生長，灌水定額也逐年增長，以滿足樹體生長需求，同時引導根系向土壤深層生長。

（3）滴灌比管灌新生枝條長度增長9.1%，樹干直徑提高5.9%。

（4）在本試驗條件下滴灌和管灌生長期施肥量最佳均為150 g/株（除秋施基肥），肥料種類為水溶性復合肥，氮磷鉀比例為17∶17∶17。

（5）水肥耦合：滴灌是在灌水定額為81 m3/hm2，每次灌溉6 h，一年灌水6 次，全年肥量為225 kg/hm2的時候果樹生長最好。管灌是在灌水定額為1 350 m3/hm2，一年灌水4 次，施肥量為225kg/hm2時候果樹生長最好。