低壓灌溉滴頭流量及毛管鋪設(shè)對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

寇寶峰 丁林

摘要：研究了毛管不同鋪設(shè)方式下，滴頭流量對(duì)田間灌水均勻度、玉米出苗率、產(chǎn)量、水分利用效率、經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，滴頭流量越小，灌水均勻度越好，作物出苗率越高，水分利用效率相對(duì)較高，對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成有積極作用。一膜兩管（滴灌帶間距60 cm）較一膜三管（滴灌帶間距40 cm）可節(jié)約滴灌帶材料30%以上。低壓滴灌在適當(dāng)?shù)晤^流量（2.0 L/h）及毛管鋪設(shè)模式（毛管間距60 cm）下不僅能提高產(chǎn)量，而且凈收入也明顯提高。

關(guān)鍵詞：低壓滴灌;滴頭流量;毛管鋪設(shè);產(chǎn)量;效益;玉米

中圖分類號(hào)：S275.3;S513 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ?文章編號(hào)：1001-1463（2020）06-0029-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.06.008

Effects of Drop Flow Rate and Capillary Laying on Growth and Yield of Corn Under Low Pressure Irrigation

KOU Baofeng 1， DING Lin 2

（1. Water Bureau of Qin'an County， Qin'an Gansu 741600，China;2. Gansu Research Institute for Water Conservancy， Lanzhou Gansu 730000， China）

Abstract：The effects of different drip head flows on the uniformity of field irrigation water， maize seedling emergence rate， yield， water use efficiency and economic benefits were analyzed. The results showed that the smaller the drip flow， the better the uniformity of irrigation， the higher the seedling emergence rate， the higher the water use efficiency， and the positive effect on crop growth and yield formation. One film and two tubes （with 60 cm spacing between drip irrigation belts） can save more than 30% of materials of drip irrigation belts compared with three tubes （with 40 cm spacing between drip irrigation belts）. Low pressure drip irrigation can not only improve the yield， but also increase the net income under appropriate drip head flow（2.0 L/h） and capillary laying mode （capillary spacing 60 cm）.

Key words：Low pressure drip irrigation;Dropper flow;Capillary laying;Yield;Benefit;Corn

滴灌技術(shù)已成為節(jié)水效果最好的一種灌水方法，并被諸多國家廣泛借鑒和大量推廣應(yīng)用[1 - 2 ]。國內(nèi)外學(xué)者研究表明，滴灌系統(tǒng)工作壓力是影響滴灌工程投資與運(yùn)行費(fèi)用最為關(guān)鍵的因素[3 - 4 ]。針對(duì)上述問題，有研究者開始尋找更加節(jié)能的滴灌技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了低壓灌溉技術(shù)，初步研究出了低壓灌溉系統(tǒng)的概念與理論。其中馮素珍[5 ]對(duì)低壓滴灌系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估，分析了系統(tǒng)的可行性;王偉等[6 ]在對(duì)原有的常規(guī)滴灌系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，提出了一種低壓滴灌系統(tǒng)，這套低壓滴灌系統(tǒng)與常規(guī)滴灌系統(tǒng)相比，投資小，應(yīng)用方便;牛文全等[4 ]提出了低壓滴灌系統(tǒng)灌水器進(jìn)口水壓的區(qū)間，并認(rèn)為低壓滴灌系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的灌溉方式，可以提高水的利用效率;馬曉鵬等[7 ]研究了低壓條件下滴灌帶的水力特性，比較全面的測(cè)試了國內(nèi)比較常用的幾種滴灌帶結(jié)構(gòu)參數(shù)、流量等。另外，杜立鵬[8 ]研究了低壓滴灌系統(tǒng)對(duì)玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響;楊國江[9 ]在大田對(duì)低壓滴灌系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了系統(tǒng)低壓運(yùn)行的合理性。張林[10 ]通過盆栽線辣椒試驗(yàn)，得出小流量滴灌能提高線辣椒的葉綠素含量，促進(jìn)光合作用，增加坐果數(shù)并能提高其產(chǎn)量和水分利用效率。王環(huán)波[11 ]通過低壓小流量滴灌和傳統(tǒng)滴灌系統(tǒng)在大田種植加工番茄對(duì)比試驗(yàn)，得出低壓小流量滴灌系統(tǒng)壓力小、省工、能耗低、提高了灌水均勻度。我們針對(duì)低壓滴灌的特點(diǎn)以及現(xiàn)有的研究成果，在低壓條件下，研究了不同滴頭流量及毛管鋪設(shè)模式對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，以期為低壓滴灌技術(shù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 ? 試驗(yàn)材料與方法

1.1 ? 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年4月至2017年9月在甘肅省水利科學(xué)研究院民勤灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地處民勤綠洲和騰格里沙漠交界地帶，屬典型的大陸性荒漠氣候，光熱資源豐富，≥0 ℃積溫3 550 ℃，≥10 ℃積溫3 145 ℃，年平均降水110 mm，年平均蒸發(fā)量 ? ? ?2 644 mm。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)0～60 cm為粘壤土，60 cm以下逐漸由粘壤土變?yōu)樯叭劳?，土壤平均容重?.54 g/cm3。pH 7.96、全鹽1.872 g/kg，灌溉水礦化度0.91 g/L。灌溉水源為地下水，有機(jī)井1眼，配套有砂石及碟片過濾器，灌溉水過濾后符合滴灌水質(zhì)要求。

1.2 ? 供試材料

指示玉米品種為先玉335。試驗(yàn)灌溉材料選用直徑16 mm，壁厚0.8 mm的毛管，采用壓力補(bǔ)償式滴頭，間距40 cm。根據(jù)已有研究成果采用水頭壓力為3.0 m，用試驗(yàn)區(qū)高位水箱嚴(yán)格控制水位。

1.3 ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為3因素設(shè)計(jì)， 滴頭流量設(shè)3個(gè)水平，即2、4、6 L/h;毛管鋪設(shè)方式設(shè)2個(gè)水平，即一膜三管、 一膜二管;毛管鋪設(shè)間距設(shè)2個(gè)水平，即40、60 cm。試驗(yàn)方案見表1。每個(gè)處理3次重復(fù)，共18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。試驗(yàn)在測(cè)坑中進(jìn)行，測(cè)坑長(zhǎng)2.0 m、寬1.5 m、深2. 0 m，坑內(nèi)土質(zhì)均勻。玉米于每年4月20日播種，行距40 cm，株距25 cm，播深5 cm，每穴播1～2粒。各處理在整個(gè)生育期內(nèi)的灌水量、灌水次數(shù)、灌溉時(shí)間及施肥量、施肥時(shí)間均相同。

1.4 ? 主要測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 ? ?土壤含水率 ? ?采用HD2土壤水分速測(cè)儀結(jié)合烘干法（土鉆取土）測(cè)定并計(jì)算含水率。深度為0～100 cm土層中每20 cm測(cè)定1層，整個(gè)生育期每隔10 d測(cè)定1次，降水及灌水前后進(jìn)行加測(cè)。每個(gè)處理分別在滴灌管附近及兩條滴灌管中間埋設(shè)2根測(cè)管，測(cè)管埋深100 cm。

1.4.2 ? ?灌水均勻度 ? ?每次灌水后，以滴頭為中心，分縱橫向每隔10 cm取土測(cè)定含水量，橫向按50 cm、縱向按60 cm取土測(cè)定含水率，采用克里斯琴森均勻度系數(shù)（Cu）公式計(jì)算。

1.4.3 ? ?灌水量 ? ?采用管道輸水灌溉，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)均有單獨(dú)水表控制，灌水量由水表量測(cè)。

1.4.4 ? ?生長(zhǎng)指標(biāo) ? ?作物光合作用產(chǎn)物的最佳表現(xiàn)形式是作物植株生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累，選擇玉米抽穗期（生長(zhǎng)旺盛期7月中旬）的生長(zhǎng)指標(biāo)開展研究，在一定程度上可代表各處理對(duì)作物產(chǎn)量形成的影響。

1.4.5 ? ?籽粒產(chǎn)量 ? ?收獲期在每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)選取2點(diǎn)，每點(diǎn)取樣5株，將2個(gè)點(diǎn)的樣品合成1個(gè)樣，進(jìn)行考種，按小區(qū)單收，計(jì)算各小區(qū)籽粒產(chǎn)量。

1.4.6 ? ?生物產(chǎn)量 ? ?作物收獲時(shí)，貼地面割取地上部分，自然晾干后按小區(qū)計(jì)算地上部分生物產(chǎn)量。

1.4.7 ? ?種植效益 ? ?記錄各處理種子、化肥、滴灌帶、農(nóng)藥、地膜、機(jī)械、勞務(wù)、水費(fèi)、作物收購價(jià)等數(shù)據(jù)，計(jì)算作物投入與產(chǎn)出。

1.4.8 ? ?氣象資料 ? ?通過TRM-ZS3全自動(dòng)氣象站（錦州陽光氣象科技有限公司）觀測(cè)記載降水等氣象因素。

1.5 ? 數(shù)據(jù)分析及處理方法

用Excel2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制圖，用DPS（v6.05）統(tǒng)計(jì)軟件做相關(guān)分析。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 灌水均勻度與出苗率

從表2可以看出，各處理灌水均勻度差異較大，處理T1最大，達(dá)89.7%;處理T6最小，僅為71.3%，二者相差18.4百分點(diǎn)，其中處理T1、處理T2與處理T5、處理T6有顯著差異，與處理T3、處理T4差異不顯著;處理T3、T4、T5、T6之間差異不顯著。總體來說滴頭流量較低、毛管間距較小時(shí)，灌水均勻度較好;滴頭流量較大時(shí)，在相同灌水定額下灌水持續(xù)時(shí)間較短，水分縱向入滲較快，而橫向擴(kuò)散距離不夠，導(dǎo)致均勻度不高。灌水均勻程度對(duì)玉米出苗有一定影響，各處理間差異不顯著。其中，灌水均勻度最高的處理T1出苗率達(dá)90.5%，而均勻度最低的處理T6出苗率只有80.9%，出苗率不高會(huì)直接影響玉米產(chǎn)量。

2.2 ? 玉米生長(zhǎng)指標(biāo)

從表3可以看出，在相同滴頭流量下，一膜三管玉米的株高、莖粗、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量均高于一膜二管處理，處理T1株高較處理T5、處理T6分別高17.5、21.3 cm;處理T2株高較處理T5、處理T6分別高16.1、19.8 cm，但各處理株高、莖粗、葉面積指數(shù)間無明顯差異。在滴頭流量為2.0 L/h時(shí)玉米的生長(zhǎng)指標(biāo)及干物質(zhì)積累量均處于較高值，其中處理T1、處理T2干物質(zhì)積累量與其他處理有極顯著差異，干物質(zhì)積累量處理T1較處理T5、處理T6分別高470.1、479.2 g/m2，處理T2較處理T5、處理T6分別高466.0、475.1 g/m2。雖然各處理灌水定額相同，但不同滴頭流量和毛管鋪設(shè)對(duì)灌溉水的入滲、擴(kuò)散影響較大，進(jìn)而影響到了水分利用效率，致使作物生長(zhǎng)指標(biāo)出現(xiàn)差異。

2.3 ? 玉米籽粒產(chǎn)量及水分利用效率

從表4可知，由于各處理灌水定額相同，其耗水量無明顯差異，比較不同處理產(chǎn)量可得，滴頭流量較小時(shí)產(chǎn)量較高，其中處理T1、處理T2產(chǎn)量分別為13 981.5、13 908.0 kg/hm2，而滴頭流量最大的處理T5、處理T6產(chǎn)量較低，較處理T1處理、處理T2分別減少893.5、820.0 kg/hm2和913.0、839.5 kg/hm2。生物產(chǎn)量以處理T1最大，為33 408.0 kg/hm2;處理T2次之，為32 749.0 kg/hm2;處理T6最小，為27 482.0 kg/hm2;且處理T1、處理T2與處理T5有顯著差異，與處理T6有極顯著差異。就農(nóng)田水分利用效率來說，各處理均在30.0 [kg/（hm2·mm）]左右，相對(duì)處于較高值。同時(shí)可以看出玉米產(chǎn)量與灌水均勻度有很大關(guān)系，水分縱向、橫向擴(kuò)散入滲越均勻，水分利用效率越高，作物產(chǎn)量就越高，尤其對(duì)一膜兩管處理較為明顯，因?yàn)樵谶@一類處理中，部分處理水分橫向擴(kuò)散濕潤(rùn)鋒未銜接到一起，兩管中間一行玉米總是處于缺水狀態(tài)，影響了正常生長(zhǎng)，造成產(chǎn)量降低。

2.4 ? 玉米收獲指數(shù)

收獲指數(shù)的大小可以反映在整個(gè)灌漿期和成熟期干物質(zhì)在籽粒和莖葉中的分配情況，不同處理經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與生物產(chǎn)量之間的比例關(guān)系，反映出光合有機(jī)物質(zhì)的分配效率。由表5可知，各處理的收獲指數(shù)以處理T6最大，為47.56%，其他處理由大到小依次為處理T5、處理T4、處理T3、處理T2、處理T1，最大收獲指數(shù)和最小收獲指數(shù)相差5.71百分點(diǎn)。雖然處理T6的收獲指數(shù)最高，但其產(chǎn)量卻最低，說明玉米植株生長(zhǎng)弱小，莖干較細(xì)，葉片較小，這在一定程度上減少了光合產(chǎn)物的形成，從而使玉米產(chǎn)量降低。處理T1的收獲指數(shù)較小，但其籽粒產(chǎn)量和生物量卻最高，主要是由于灌水均勻度較高使玉米在生育期生長(zhǎng)旺盛，光合產(chǎn)物較多，在增加產(chǎn)量的同時(shí)，其光合副產(chǎn)品也大幅度增加。

2.5 ? 玉米經(jīng)濟(jì)效益

通過試驗(yàn)并根據(jù)該灌區(qū)現(xiàn)狀結(jié)合當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)調(diào)查，對(duì)研究作物生產(chǎn)成本進(jìn)行了估算。其中投入包括勞力、機(jī)械、滴灌帶、化肥、地膜、種子、農(nóng)藥、水電費(fèi)等;產(chǎn)出包括籽粒、秸稈等。在投入方面，各處理差異表現(xiàn)在滴灌帶投入，而滴灌帶鋪設(shè)間距直接決定著投入大小。由表5可知，一膜三管處理較一膜兩管處理多投入滴灌帶1/3，合計(jì)多投入1 200元/hm2。在相同滴頭流量下，一膜兩管凈效益均處于較高值，其中處理T2比處理T1高1 075.0元/hm2，處理T4比T3處理高1 085.3元/hm2， 處理T6比處理T5高1 166.8元/hm2，且處理T2、處理T4與處理T6有顯著差異。就不同滴頭流量來說，滴頭流量越小，均勻度越高，產(chǎn)量也越高，如在相同毛管鋪設(shè)模式下凈產(chǎn)值處理T2 > 處理T4 > 處理T6，處理T1 > 處理T3 > 處理T5。可見，低壓滴灌在適當(dāng)?shù)晤^流量及毛管鋪設(shè)模式下不僅能提高產(chǎn)量，而且凈收入也明顯提高。

3 ? 結(jié)論與討論

低壓滴灌技術(shù)是未來節(jié)水灌溉的一個(gè)發(fā)展方向。我們結(jié)合低壓滴灌的特點(diǎn)，在不同滴頭流量及毛管鋪設(shè)模式下研究了低壓滴灌對(duì)玉米田間灌水均勻度、出苗率、產(chǎn)量及水分利用效率、經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)，結(jié)果表明，滴頭流量越小，灌水均勻度越好，作物出苗率越高，水分利用效率相對(duì)較高，對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成有積極作用。“一膜兩管”（滴灌帶間距60 cm）較“一膜三管”（滴灌帶間距40 cm）可節(jié)約滴灌帶材料30%以上。田間投入相應(yīng)減少1 200元/hm2，降低了生產(chǎn)成本，其凈效益均較高，若配合適宜的滴頭流量，可取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)一膜兩管條件下水分縱向入滲較深，作物根系也較深，抗風(fēng)能力較強(qiáng)，不容易倒伏。因此，低壓滴灌在適當(dāng)?shù)晤^流量（2.0 L/h）及毛管鋪設(shè)模式（毛管間距60 cm）下不僅能提高產(chǎn)量，而且凈收入也明顯提高。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮作物種植區(qū)水資源狀況、土壤和氣候特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)拿茕佋O(shè)模式及滴頭流量，若結(jié)合農(nóng)藝、耕作等措施就可達(dá)到節(jié)水、增產(chǎn)、增收的目的。

本研究是在特定土壤條件下完成的，所以試驗(yàn)得出的結(jié)論有一定的局限性，上述低壓滴灌技術(shù)條件對(duì)作物種植情況下的水分運(yùn)移及灌水均勻度參數(shù)還需進(jìn)一步研究。受土壤質(zhì)地和作物品種等因素影響，應(yīng)該開展不同地區(qū)不同作物的低壓滴灌大田試驗(yàn)研究，為低壓滴灌技術(shù)推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

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（本文責(zé)編：楊 ? ?杰）