滴灌條件下糖料蔗灌溉制度試驗研究

李新建，郭 攀，梁梅英，唐建軍，張洪平

(1.廣西壯族自治區(qū)灌溉試驗中心站，廣西 桂林 541105；2.廣西農(nóng)業(yè)灌溉排水工程技術(shù)研究中心，廣西 桂林 541005；3.柳江縣水利局，廣西 柳州 545100)

2013-2014年全國甘蔗種植面積185.8萬hm2，廣西甘蔗種植面積108.5萬hm2，占全國甘蔗種植面積的58.4%；在該年度制糖期全國共生產(chǎn)食糖1 331.8萬t，其中廣西共收入榨甘蔗7 073.5萬t，平均每公頃產(chǎn)63.45 t，生產(chǎn)食糖855.9萬t，占全國的64.3%；廣西是全國糖料蔗種植的核心區(qū)域，全國糖料蔗種植向廣西集中。

甘蔗是廣西主要的經(jīng)濟作物，是多年生耐旱作物，但也是需水較多的作物，特別是從種植初期至分蘗期對水分要求尤為敏感。春旱影響甘蔗出苗率，造成缺苗斷壟；秋旱影響甘蔗中后期生長，造成減產(chǎn)、減收，因此干旱缺水是制約甘蔗生產(chǎn)主要限制因素[1]。因甘蔗耐旱特性導(dǎo)致大多數(shù)種植戶認(rèn)為甘蔗不需要灌溉，全區(qū)糖料蔗種植面積中得到灌溉的面積不足20%，有些水量充分的區(qū)域采用漫灌方式灌溉，造成水資源浪費。為了改善甘蔗灌溉條件，提高甘蔗單產(chǎn)，增強甘蔗國際競爭力，廣西大力推進(jìn)甘蔗高效節(jié)水灌溉建設(shè)。本文通過桂南、桂中、桂北3個主要蔗區(qū)開展滴灌灌水方式下糖料蔗大田補充灌溉試驗，分析確定廣西不同代表區(qū)域糖料蔗滴灌節(jié)水型灌溉制度，為糖料蔗高效節(jié)水工程設(shè)計和管理提供相應(yīng)的參考。

1 試驗區(qū)概況與處理設(shè)計

1.1 試驗區(qū)概況

廣西地處低緯度，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，南部地區(qū)則偏向熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降雨量為1 070 mm，但是時空分布不均，東部特別是沿海地區(qū)降雨豐富，西部地區(qū)偏少，春夏雨量較多，秋冬季則降雨偏少，時常發(fā)生秋冬連旱，甚至是秋冬春連旱。

本次試驗選擇的代表試驗區(qū)分別在崇左市江州區(qū)和扶綏縣、柳州市柳江縣和鹿寨縣、北海市合浦縣、來賓市武宣縣共6個縣，以柳江和鹿寨試驗站數(shù)據(jù)代表桂北區(qū)糖料蔗種植情況，江州和扶綏代表桂中西部地區(qū)，武宣代表桂中東部地區(qū)，合浦代表桂南區(qū)。

1.2 處理設(shè)計

試驗在小區(qū)中開展，每個小區(qū)長50 m，寬10 m，面積0.75 hm2。灌溉試驗處理見表1。試驗共設(shè)計19個處理，每個處理3次重復(fù)。

表1 試驗處理設(shè)計Tab.1 Design of drip irrigation experiment

注：每次灌溉時間視生育期內(nèi)天氣狀況及土壤墑情而定，但需要完成灌溉次數(shù)及灌溉定額。

處理設(shè)計根據(jù)灌水次數(shù)、灌水時期(生育期)和灌溉定額的不同搭配，共分為3種模式。一是固定灌水次數(shù)和灌水時期，采用不同的灌溉定額。根據(jù)糖料蔗種植區(qū)多年水文氣象條件，初步擬定總灌水次數(shù)為13次，分別為幼苗期3次、分蘗期3次、伸長期5次、成熟期2次，灌溉定額分別設(shè)置2 250、3 750、5 250 m3/hm2；二是固定灌溉定額，改變某個生育期的灌水次數(shù)并固定其他3個生育期的灌水次數(shù)；三是固定全生育期灌水次數(shù)和灌溉定額，改變幼苗期和成熟期的灌水次數(shù)。同一灌溉處理下，各生育期之間的灌水定額相同。

對照組與試驗組采取相同的農(nóng)藝處理措施[2]，以糖料蔗公頃產(chǎn)量為評價標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)上述試驗處理結(jié)果，選取廣西各個分區(qū)適宜的灌溉制度。

2 數(shù)據(jù)分析方法

作為天然降雨的補充灌溉，本次滴灌試驗的灌水時間受到一次降雨有效利用量的影響。有效降雨量與次降雨量有關(guān)[3]，計算公式為：

Pθ=αP

(1)

式中：Pθ為次有效降雨量，mm；P為次降雨量，mm；α為降雨有效利用系數(shù)。

次降雨小于50 mm時，α=1.0；次降雨為50～150 mm時，α=0.80～0.75；次降雨大于150 mm時，α=0.70。灌水定額確定方法如下：

m=667γsoil/γwaterH(θmax-θmin)fw

(2)

式中：m為滴灌灌水定額；γsoil為土壤密度；γwater為水的密度；H為計劃濕潤層深度；θmax為土壤適宜含水率上限；θmin為土壤適宜含水率下限；fw為不同灌溉方式的灌溉濕潤比，滴灌時取0.35。

根據(jù)實際觀測，有關(guān)參數(shù)見表2及表3。

表2 糖料蔗生育期計劃濕潤層深度與適宜含水率Tab.2 Planned moisture layer depth and suitable moisturecontent among growing period of sugarcane

注：適宜土壤含水率以占田間持水率的百分比計。

表3 廣西蔗區(qū)主要土壤容重和田間持水率Tab.3 Soil bulk density and field capacity inGuangxi sugarcane plant area

注：田間持水率以占土壤重量的百分比計。

通過比較不同灌溉處理下的糖料蔗產(chǎn)量及相應(yīng)的灌溉定額和灌水次數(shù)，選擇最佳的灌溉制度。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同試驗處理下糖料蔗產(chǎn)量

以桂北鹿寨試驗站、桂中扶綏試驗站、桂南合浦試驗站結(jié)果為例，分析不同處理下的產(chǎn)量變化情況，試驗結(jié)果見表4。

表4 不同灌溉制度下的糖料蔗產(chǎn)量Tab.4 Crop yield under different irrigation system

從表4中可見，灌溉試驗處理1的糖料蔗產(chǎn)量最高，此時的灌溉定額為2 250 m3/hm2，從表4中可以看出，過高的灌溉定額并不完全有利于糖料蔗產(chǎn)量的提高，同時，灌水次數(shù)過少(如處理10)或過多(如處理6和處理15)都會導(dǎo)致產(chǎn)量的嚴(yán)重降低。節(jié)水灌溉條件下的糖料蔗產(chǎn)量比無灌溉時增產(chǎn)60%至90%，增產(chǎn)效果明顯。

3.2 不同分區(qū)糖料蔗適宜灌溉制度分析

利用6個站點3 a試驗數(shù)據(jù)率定的最佳灌溉定額和灌溉制度，得到全生育期不同時段的作物系數(shù)，結(jié)合廣西全區(qū)多年氣象資料，根據(jù)水量平衡法計算得到廣西不同糖料蔗種植區(qū)滴灌灌水方式下的多年凈灌溉定額，滴灌方式下田間水利用系數(shù)為0.9，計算得到田間毛灌水定額和毛灌溉定額，如表5和表6所示。

由表5可見，糖料蔗灌水定額的大小排序分別為桂北區(qū)、桂中區(qū)、桂南區(qū)，這主要是由于桂北區(qū)土壤密度較大同時田間持水率也偏高，桂南地區(qū)土壤容重雖然最高，但是其田間持水率卻也最低，導(dǎo)致了灌水定額桂北區(qū)高于桂南區(qū)。

表5 滴灌方式下廣西不同分區(qū)灌水定額 m3/hm2

表6 滴灌方式下廣西不同分區(qū)灌水次數(shù)Tab.6 Irrigation frequency under drip irrigation method in Guangxi

由表6可見，在相同的糖料蔗灌溉保證率下，糖料蔗全生育期內(nèi)，桂北地區(qū)的灌溉定額最高，其次為桂中地區(qū)，桂南地區(qū)的灌溉定額最小。隨著灌溉保證率的提高，灌水次數(shù)和灌溉定額都隨之增加。伸長期作為糖料蔗快速生長的時期，對水分需求強烈，同時也處在生育期內(nèi)水面蒸發(fā)量最大的時期，因此其灌水次數(shù)也最多；幼苗期和分蘗期雖然對水分虧缺十分敏感，但此時作物蒸發(fā)蒸騰量較小，天然降雨也較為豐富，所需要的灌水次數(shù)也隨之降低；糖料蔗成熟期是糖分累積的關(guān)鍵時期，此時較低的田間含水率有利于糖料蔗糖分的累積和品質(zhì)的提高，偏少的灌溉次數(shù)十分符合其工藝成熟的要求。

4 結(jié) 語

桂北地區(qū)的糖料蔗灌溉定額高于桂中地區(qū)高于桂南地區(qū)，50%保證率下桂南、桂中、桂北的糖料蔗灌溉定額分別為1 340、1 568、1 645 m3/hm2；75%保證率下桂南、桂中、桂北的糖料蔗灌溉定額分別為1 523、1 846、2 052 m3/hm2；90%保證率下桂南、桂中、桂北的糖料蔗灌溉定額分別為1 777、2 003、2 193 m3/hm2。

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[1] 彭世彰,徐俊增.農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉理論與模式[M].北京：科學(xué)出版社,2009.

[2] 譚宏偉,周柳強,謝如林,等.蔗區(qū)降雨分布與甘蔗需水及加肥灌溉效應(yīng)[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008,21(5):1 381-1 384.

[3] 王春澤,喬光建.河北省降水特性與農(nóng)業(yè)需水耦合關(guān)系分析[J].南水北調(diào)與水利科技，2008,(6):90-93.

[4] 劉宗強,李就好,姚彥欣,等.調(diào)虧灌溉條件下甘蔗耗水規(guī)律試驗研究[J].水資源與水工程學(xué)報,2011,22(4):173-175.