覆膜畦灌條件下不同灌溉方式對油葵產(chǎn)量及水分效率的影響

呂 婷

(1.武威市水利科技推廣中心,甘肅 武威 733000;2.武威市中心灌溉實驗站,甘肅 武威 733000)

甘肅河西走廊光照充沛,晝夜溫差大,光熱資源豐富,有益于油粒脂肪的合成和積攢,適宜種植油葵[1]。但該區(qū)屬于典型的干旱荒漠氣候,水資源極度匱乏,當?shù)剞r(nóng)業(yè)用水占比大,大多數(shù)仍采用傳統(tǒng)的粗放灌溉管理模式,地下水超采嚴重,水分利用效率不高,緊缺的水資源已不能滿足日益增長的生產(chǎn)用水需要,因此如何提高本地區(qū)油葵水分利用效率亟須研究解決。目前,關(guān)于油葵的研究大多集中在良種選育、種植技術(shù)、咸水灌溉[2-5]等方面,而對于油葵畦灌的優(yōu)化灌溉制度研究較少,為堅持以水定產(chǎn)原則,進一步優(yōu)化區(qū)域特色經(jīng)濟作物可持續(xù)發(fā)展,有效促進作物節(jié)水高產(chǎn),本文通過探討西北干旱地區(qū)覆膜畦灌條件下油葵的需水規(guī)律、產(chǎn)量及其構(gòu)成要素和水分利用效率,制定最優(yōu)灌溉制度,為真正落實“節(jié)水優(yōu)先”方針,因地制宜發(fā)展油葵高效節(jié)水灌溉提供技術(shù)支撐和科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018年4—10月在甘肅省武威市中心灌溉試驗站(東經(jīng)102°50′,北緯37°52′)進行,該站位于河西走廊東部,海拔1580m,地處雜木灌區(qū)下游,多年平均年降雨量164mm,7—9月的降雨量占全年降雨量的65%,年蒸發(fā)量2020mm,日照時數(shù)在2968h以上,地下水埋深48m,是典型的荒漠綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗地土壤以灰鈣質(zhì)粉質(zhì)壤土為主,氮、磷、鉀含量較為豐富,土壤物理屬性為偏堿性,土壤通透性好,孔隙率為52%,田間持水率為32%,供試土壤各土層容重見表1。

表1 供試土壤各土層容重

1.2 試驗設(shè)計

供試油葵品種為“矮大頭”,采用覆膜方式種植,地膜幅寬選用140cm,于2018年5月5日播種,8月26日收獲,生育期共114天。播種行距30cm,株距30cm。在播種前,對上層土壤進行翻耕,利用激光平地裝置對土地進行平整。試驗設(shè)置3個不同的灌溉定額,以常規(guī)畦灌作為對照處理(CK)(見表2),每處理重復3次,共12個小區(qū),小區(qū)面積為45m2(3m×15m),在油葵播種前,施加基肥量硫酸鉀復合肥240kg/hm2和磷酸二胺300kg/hm2,在現(xiàn)蕾開花期各小區(qū)均追肥尿素150kg/hm2,為保證油葵出苗和各處理土壤初始含水率基本相同,油葵播后充分灌水60mm。利用試驗站內(nèi)機井灌溉,灌水量通過水表讀數(shù)控制,其他農(nóng)藝措施與當?shù)貍鹘y(tǒng)經(jīng)驗一致。

表2 畦灌油葵灌溉設(shè)計方案

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水率測定

采用EM50數(shù)據(jù)采集器自動監(jiān)測收集數(shù)據(jù),傳感器每30min自動測定1次數(shù)據(jù),測定土層深度為100cm,間隔20cm。用烘干法進行校核。

1.3.2 農(nóng)藝性狀及干物質(zhì)測定

在作物苗期、現(xiàn)蕾期、開花期、灌漿成熟期,于各小區(qū)隨機選取長勢均勻、具有代表性的油葵3株,用卷尺測量葉面積、株高,用游標卡尺測量莖粗,并按器官分開,取葉片、莖稈、花盤,先于105℃殺青30min后,再85℃烘干至恒重,稱取干物質(zhì)量,計算結(jié)果取3次重復的均值。

1.3.3 產(chǎn)量測定

待收獲時,隨機選取靠近小區(qū)中間的3株進行室內(nèi)考種,測量盤莖(cm)、單盤籽粒重(g)、單株蕾重(g)、百粒重(g)及空殼率(%)。同時每小區(qū)平均取選10株油葵進行脫粒,風干后測定標準含水量(14%)下籽粒產(chǎn)量,將同處理數(shù)據(jù)求平均值,參考小區(qū)株數(shù),折算出整個小區(qū)實際產(chǎn)量。

1.3.4 氣象數(shù)據(jù)

通過設(shè)立于試驗小區(qū)附近位置的TRM-ZS3全自動氣象站,觀測試驗區(qū)內(nèi)降水、溫度、風速等氣象因素。

1.4 數(shù)據(jù)處理與方法

1.4.1 作物耗水量的測定

作物生育期間耗水量采用水量平衡方法計算,本研究區(qū)地下水埋深大,因此地下水對作物的補給量可忽略不計,無地表徑流與深層滲漏。由此計算單位面積作物耗水量ETc(mm)為

ETc=I+P+ΔW

(1)

式中:I為生育階段內(nèi)灌水量,mm;P為生育階段內(nèi)有效降雨量,mm;ΔW為0～100cm深度土壤儲水量的變化,mm。

1.4.2 水分利用效率計算

油葵水分利用效率WUE[kg/(mm·hm2)]為

WUE=Y/ETc

(2)

式中:Y為單位面積油葵產(chǎn)量,kg/hm2;ETc為單位面積油葵耗水量,mm。

節(jié)水效率SW(%)為

SW=(Wi-WCK)/WCK×100%

(3)

式中:Wi為第i個處理的灌水量,mm;WCK為對照處理的灌水量,mm。

采用Excel 2016和SPSS 22.0進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和顯著性差異分析(LSD法,P<0.05),用Origin2016 Pro進行繪圖。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤水分季節(jié)動態(tài)變化

將不同處理油葵土壤水分隨時間的動態(tài)變化情況繪于圖1?？芍?在0～20cm土層,自苗期始,各處理土壤水分隨時間變化規(guī)律出現(xiàn)差異。該土層各處理平均土壤水分為CK>T3>T2>T1。在20～40cm土層,自現(xiàn)蕾期始,各處理土壤水分隨時間變化規(guī)律出現(xiàn)波動。該土層土壤水分為CK>T3>T2>T1。在40～60cm土層,自現(xiàn)蕾期始,各處理土壤水分隨時間變化規(guī)律出現(xiàn)波動。該土層土壤水分為CK>T1>T3>T2。在小于60cm的土層,開花期各處理土壤水分出現(xiàn)較大波動,可能是由于此時各處理受灌水、降雨、蒸發(fā)及作物蒸騰等因素作用強烈。在60～80cm的土層,T1在整個生育期內(nèi)處于較低水平,為16.37%,表明在較小灌水處理下,該土層土壤水分被消耗后不能得到及時的補充和恢復。該土層各處理土壤水分差異較小,土壤水分為T3>CK>T2>T1。在80～100cm土層,各處理間土壤水分波動較其他土層進一步變緩,CK土壤水分處于較高水平,為16.99%。作物進入灌漿期后,土壤水分受降雨及蒸散發(fā)影響較小,T1,T2,T3處理間差異很小,水分保持在13.82%左右?？傮w來看,每次灌水后,表層土壤含水率升高形成峰值,隨后逐漸回落,前期峰值出現(xiàn)的時間與灌水時間相一致,后期降水較多,氣溫升高,受其影響較大,還與降水蒸發(fā)蒸騰有關(guān)。同時,地膜覆蓋可增加表層土壤溫度,抑制水分蒸發(fā),蒸發(fā)的水汽在上層凝結(jié),對表層土壤水分有提墑作用[6-8]。

圖1 不同土層土壤水分隨時間變化情況

2.2 土壤溫度季節(jié)動態(tài)變化

將各處理土壤溫度在0～20cm和20～40cm兩個土層的變化特征列于圖2,可知,就不同土層深度而言,各處理地溫全生育期變化趨勢基本一致,土壤0～20cm溫度總體較20～40cm土壤溫度高,分別為21.39℃,21.21℃,分析原因可能是0～20cm土層溫度受大氣溫度和覆膜影響明顯,而20～40cm土層溫度還受土壤水分影響[9]。作物出苗前,各處理土壤溫度基本相同,在灌水處理后,土壤溫度差異逐漸明顯,總體來看兩個土層T1處理土壤溫度較其他處理高,對照CK土壤溫度較低,分析原因主要與灌水量有關(guān),夏季灌溉有降溫作用,灌水量大造成土壤濕度偏高,地溫低。在灌漿成熟期,各處理由于沒有進行灌水處理,土壤溫度在兩個土層差距不明顯,說明灌水期不同的灌水量與油葵生長期土壤溫度關(guān)系緊密。

2.3 不同灌溉制度下油葵耗水量變化規(guī)律

根據(jù)水量平衡法對不同灌溉制度下油葵各生育階段的耗水量進行計算,結(jié)果見表3。結(jié)合土壤墑情,播后各處理都進行了灌溉,播種—苗期,階段耗水量很小,苗期進入耗水量增長階段,隨著灌溉定額的增加,油葵耗水量也逐漸增加,表現(xiàn)為T1

表3 不同處理下油葵耗水規(guī)律

2.4 不同灌溉制度下油葵產(chǎn)量及其水分利用效率分析

覆膜畦灌條件下油葵產(chǎn)量及其構(gòu)成要素和水分利用效率見表4。就株高來看,除CK外,其他處理間差異不顯著;就莖粗來看,各處理間無顯著性差異;就盤直徑來看,除T1外,其他處理間差異不顯著;就單盤籽粒重、百粒質(zhì)量來看,產(chǎn)量最低的T1單盤籽粒重和百粒質(zhì)量都表現(xiàn)為最低,分別為38.91g/盤和4.25g;產(chǎn)量最高的T3具有最高的單盤籽粒重,為78.52g/盤,百粒質(zhì)量也最高,為6.09g,T3百粒質(zhì)量較T1、T2、CK分別提高30.21%、4.93%、6.24%;就產(chǎn)量來看,T3處理較CK增產(chǎn)2.42%,T1、T2處理較CK減產(chǎn),分別為24.53%、11.64%,從節(jié)水率來看,各處理較CK均有節(jié)水效益,分別為24.2%、19.7%和10.1%;灌溉定額最數(shù)據(jù)后小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

表4 不同處理下油葵產(chǎn)量及其水分利用效率

高的CK處理水分利用效率較低,為1.31,T3處理水分利用效率最高,為1.49,表明在一定范圍內(nèi),適當減少灌水量可以提高水分利用效率。研究結(jié)果表明,從節(jié)水增產(chǎn)角度而言,T3處理灌溉制度最優(yōu)。

3 討 論

研究結(jié)果表明,水分虧缺對油葵產(chǎn)量影響明顯,各處理單盤籽粒重和百粒重隨灌溉量的增加而增加,單盤籽粒重和百粒重差異明顯大于株高、莖粗,為提高油葵產(chǎn)量,應(yīng)該抓住單盤籽粒重和百粒重等主要性狀進行水分調(diào)控,同時兼顧株高、莖粗等其他性狀,本研究結(jié)論與梁春波等人研究結(jié)果相一致[9-10]。針對灌水量,有許多研究表明并不是產(chǎn)量隨灌水量的增大而增大[11-15]。本研究也表明在一定程度內(nèi),油葵產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增加,但過量灌溉反而會致使產(chǎn)量下降,這可能由于過量灌溉降低土壤溫度,使油葵物候期延長,營養(yǎng)生長過快,進而導致籽粒干物質(zhì)快速累積持續(xù)時間短,影響油葵產(chǎn)量[16-18]。油葵根系較淺,適宜的土壤水分有利于油葵根系生長[19]。油葵在現(xiàn)蕾—灌漿期要保證比較充分的灌溉,在苗期—現(xiàn)蕾期可進行適當控水。

4 結(jié) 語

a.不同水分處理下,油葵生育期土壤水分隨時間變化趨勢基本一致,均呈先增加后降低趨勢,峰值出現(xiàn)在灌水后1～2天,峰值出現(xiàn)的次數(shù)與灌水次數(shù)基本一致。在油葵生育期,土壤溫度變化幅度起伏不大,有利于油葵生長。

b.不同灌溉定額對油葵耗水量影響明顯,隨灌水量增大而增大,各處理總耗水量表現(xiàn)為T1

c.不同處理對油葵產(chǎn)量的響應(yīng)不同,T3處理較CK增產(chǎn)2.42%,T1、T2處理較CK減產(chǎn),分別為24.53%、11.64%;從節(jié)水率來看,各處理較CK均有節(jié)水效益,分別為24.2%、19.7%、10.1%。

本文分析了不同灌水對油葵節(jié)水高產(chǎn)的影響,結(jié)果表明,并非灌水越多產(chǎn)量越高,過去單純依靠水達到增產(chǎn)增收的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式急需改變,高效節(jié)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式是貫徹落實“節(jié)水優(yōu)先”,堅持量水而行,以水定地、以水定產(chǎn),加快綠色發(fā)展的必由之路。綜合考慮油葵的產(chǎn)量及其構(gòu)成要素、耗水量、水分利用效率和節(jié)水效率,灌溉定額180mm,各生育期灌水定額分別為播后60mm,苗期40mm,現(xiàn)蕾期40mm,開花期40mm,為油葵最佳灌溉制度,此灌溉模式能夠提高油葵水分效率,達到節(jié)水高產(chǎn)目標,是一種經(jīng)濟可行、易于推廣的節(jié)水方法。該研究可為西北旱區(qū)畦灌油葵灌溉制度的制定提供理論依據(jù)。