風(fēng)沙土玉米地下滴灌毛管適宜埋深試驗(yàn)研究

竇超銀 孟維忠 佟威 陳偉 延瑋辰

摘要：為了探索風(fēng)沙土地下滴灌毛管布置的適宜埋設(shè)深度，以雨養(yǎng)無灌溉作為對(duì)照處理，通過田間試驗(yàn)研究了不同毛管埋深（20、30、40cm）對(duì)土壤水分分布、玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量以及水分利用效率的影響。結(jié)果表明：與無灌溉相比，地下滴灌改善了土壤水分條件，玉米長(zhǎng)勢(shì)良好，WUE、產(chǎn)量及其構(gòu)成均顯著提高；與毛管埋深20cm和40cm相比，毛管埋深30cm有利于土壤水分的合理分布，并獲得最高產(chǎn)量和WUE，分別為8.1t/hm2和2.1kg/m3，但不同毛管埋深處理之間，玉米長(zhǎng)勢(shì)接近，產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量和WUE的差異均未達(dá)到顯著水平，因此毛管埋深在20～40cm范圍內(nèi)均是可行的，但綜合考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)性，在風(fēng)沙土地區(qū)，玉米地下滴灌毛管適宜埋深建議為30cm左右。

關(guān)鍵詞：地下滴灌；毛管埋深；水分利用效率；玉米；產(chǎn)量；風(fēng)沙土

中圖分類號(hào)：S274.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.05.033

在地下滴灌系統(tǒng)中，毛管埋深的確定是影響系統(tǒng)運(yùn)行效果的關(guān)鍵。毛管埋深直接影響水分、養(yǎng)分在土壤中的運(yùn)移和分布，如研究表明盡管不同毛管埋深條件下土壤水分在中下部土層均呈連續(xù)的層狀聚集分布，但多次滴灌后，埋深越淺層狀聚集分布范圍和表層土壤含水量越大[1]。水分入滲寬度和深度隨毛管埋深減小分別增大和減小[2]，在距滴頭一定距離內(nèi)，土壤含水率隨著滴灌帶埋深增大而增大等[3]。表層土壤氮素含量隨著毛管埋深增大而增大，在土壤剖面上，毛管埋深將增大氮素含量隨土層深度增加而減小的幅度[4]；磷的空間分布與氮素相似，但從滴灌帶的鋪設(shè)位置以下土壤速效磷含量會(huì)急劇下降[5]。毛管埋深對(duì)水分養(yǎng)分分布的影響進(jìn)一步作用于作物根系對(duì)水肥的吸收，從而影響到作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量等，如：毛管適宜埋深有利于增加春玉米籽粒和鮮穗產(chǎn)量提高[1]；在小麥生育早期抑制地上部分營養(yǎng)生長(zhǎng)，促進(jìn)蹲苗，中后期促進(jìn)生殖生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和水分利用效率[6]；促進(jìn)草地生長(zhǎng)速度和地上生物量[3]；提高番茄品質(zhì)，產(chǎn)量和水分利用效率[7]；增加馬鈴薯產(chǎn)量和塊莖質(zhì)量等[8]。

根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，毛管埋深總的來說應(yīng)滿足兩個(gè)條件：足夠深，以避免耕作或其他設(shè)備破壞；或足夠淺，能夠濕潤根區(qū)，但又避免表土濕潤[9]。作物種類是確定毛管埋深的主要因素，根系越深，毛管埋設(shè)越深，如：草地和馬鈴薯毛管埋深以20cm為宜[3，8]，玉米、番茄和豌豆毛管埋深以30cm為宜[1，7，10]，果樹和小麥毛管埋深以40cm為宜[2，6]。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)土壤特性對(duì)地下滴灌毛管埋深同樣影響顯著，如：層狀土壤增加了土壤水分的橫向擴(kuò)散[11]，沙質(zhì)土地下灌水器流量對(duì)土壤容重和土壤含水率變化敏感等[12]。而目前在地下滴灌技術(shù)應(yīng)用時(shí)，不同類型土壤地下滴灌的毛管適宜埋深缺乏參考依據(jù)，需要通過試驗(yàn)確定。本研究以風(fēng)沙土為研究對(duì)象，通過研究不同毛管埋深對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，確定風(fēng)沙土地下滴灌毛管適宜埋深，從而為地下滴灌的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在遼寧省水科院阿爾鄉(xiāng)沙漠生態(tài)園內(nèi)進(jìn)行，該生態(tài)園位于遼寧省彰武縣北甸子村（東經(jīng)122°23′，北緯42°50′），地處科爾沁沙地南緣，屬于溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，其主要特征是干燥、風(fēng)沙大。多年平均降水量412mm，降水量年內(nèi)分布不均，夏季降水量占全年降水量的60%～70%；多年平均蒸發(fā)能力1781mm；年平均氣溫6.1℃，平均風(fēng)速3.7～4.2m/s，最大瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)24m/s，沙塵暴天氣10～15d；植物生長(zhǎng)期145～150d，無霜期154d。試驗(yàn)區(qū)土壤主要為流動(dòng)風(fēng)沙土，干容重1.69g/cm3，田間持水量為6.3%，凋萎含水量為1.7%。0～20cm土層土壤顆粒粒徑主要分布在0.075～2mm之間，其中：<0.075mm占1.8%，0.075～0.25mm占69.7%，0.25～0.5mm占28.3%，0.5～2mm占0.2%。有機(jī)質(zhì)含量為0.66g/kg。

1.2 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年5-9月進(jìn)行，采用大田小區(qū)試驗(yàn)，設(shè)20、30、40cm三個(gè)地下滴灌毛管埋深處理（分別記為SD20、SD30、SD40），同時(shí)以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植方式，即雨養(yǎng)不灌溉為對(duì)照（CK），每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，采用隨機(jī)布置方式。小區(qū)南北方向長(zhǎng)40m，東西方向以林帶為隔斷，寬8.4m，面積336m2。玉米品種選用“遼單1211”，寬窄行種植，寬行距0.8m，窄行距0.4m，株距 0.3m。地下滴灌處理中，先犁出淺溝，然后人工整修溝底，鋪設(shè)滴灌帶，然后回填，滴灌帶間距為1.2m，玉米種植在滴灌帶兩側(cè)。滴灌帶滴頭流量為1.38L/h，滴頭間距為0.3m，系統(tǒng)工作壓力為0.1MPa。

1.3 田間管理

播種前種子進(jìn)行晾曬處理，各處理均在春播前翻地，平整土地，施農(nóng)家肥（雞糞）1.5t/hm2、底肥磷酸二銨225kg/hm2、玉米復(fù)合肥225kg/hm2。5～6葉期定苗，拔節(jié)期中耕除草，噴施農(nóng)藥甲胺磷一次，防治蟲害。灌溉管理結(jié)合氣象條件和試驗(yàn)站前期試驗(yàn)結(jié)果而定[13]，在無降雨時(shí)，灌溉頻率為9d一次，單次灌水定額為30mm。

1.4 測(cè)定指標(biāo)

降雨量和蒸發(fā)量利用試驗(yàn)站內(nèi)的小型氣象站測(cè)定，每天8：00測(cè)量記錄一次。灌溉水量通過水表控制。土壤含水量用管式TDR測(cè)量，TDR測(cè)管埋設(shè)在小區(qū)中部同一行相鄰兩株玉米中間位置，埋深1m，每7d測(cè)一次，測(cè)深1m，每0.2m為一測(cè)定深度。玉米株高、莖粗和單株全部展開葉的葉面積等每2周測(cè)1次；按長(zhǎng)×寬×系數(shù)法測(cè)量葉面積，葉面積指數(shù)（LAI）通過葉面積與單位土地面積折算求得；收獲時(shí)在各小區(qū)隨機(jī)取樣10株，收獲后室內(nèi)考種，成熟時(shí)各小區(qū)單獨(dú)收獲考種、脫粒、曬干并計(jì)產(chǎn)，每個(gè)處理的玉米產(chǎn)量為處理各小區(qū)的實(shí)際產(chǎn)量；生育期耗水量采用土壤水量平衡法進(jìn)行計(jì)算，水分生產(chǎn)效率（WUE）為玉米產(chǎn)量與耗水量的比值。

常規(guī)數(shù)據(jù)整理利用Excel 2010完成，單因素方差分析利用SPSS 20.0完成。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 降水和蒸發(fā)

2015年玉米生育期內(nèi)蒸發(fā)、降雨量見圖1，降雨21次，累計(jì)降雨量295.7mm。玉米播種后，即開始降雨，苗期和拔節(jié)期累計(jì)降雨191.1mm，約占全生育期降雨量的2/3；進(jìn)入抽雄期后，玉米需水量增加，這一階段缺少降雨，僅在抽雄后期出現(xiàn)一次集中降雨，不利于玉米生長(zhǎng)；灌漿期雖然歷時(shí)較短，但降雨4次，累計(jì)降雨31.6mm，基本滿足玉米需水要求；乳熟期后，降雨3次，累計(jì)降雨 31.7mm。玉米生育期內(nèi)累計(jì)蒸發(fā)量898.8mm，苗期一拔節(jié)期多風(fēng)，蒸發(fā)較強(qiáng)，平均日蒸發(fā)6.9mm；7-8月，受高溫影響，日蒸發(fā)約6.5mm，成熟期蒸發(fā)減弱，日均3.9mm。根據(jù)降雨分布特點(diǎn)，2015年玉米主要受伏旱影響，因此地下滴灌處理進(jìn)行了補(bǔ)充灌溉，灌溉3次，分別在7月17日、7月24日和8月11日，單次灌水30mm，累計(jì)灌水90mm。

2.2 土壤含水量

不同處理土壤含水量在玉米生育期內(nèi)的時(shí)空變化見圖2和圖3。CK處理無灌溉，進(jìn)入7月中旬后，玉米生長(zhǎng)期內(nèi)土壤含水量一直低于5%，抽雄期土壤含水量甚至低于2%，而地下滴灌處理土壤含水量保持在6%以上，毛管不同埋深引起的差異較小，SD30處理均值略高于SD20和SD40處理的。在空間分布上，CK處理土壤含水量隨著土層深度增加而增大，均值在2%～4%之間，遠(yuǎn)低于地下滴灌處理；灌溉處理土壤含水量隨土層深度增加先增大后減小，SD20和SD30處理最大值出現(xiàn)在30cm附近，SD40處理最大值在50cm附近。在0～40cm土層，土壤含水量均值大小順序?yàn)镾D30>SD20>SD40；40cm以下土層，SD20和SD30均值相近，均小于SD40處理的。即在風(fēng)沙土土壤中，當(dāng)毛管鋪設(shè)接近地表時(shí)，毛管上層土壤水分容易蒸發(fā)散失；當(dāng)鋪設(shè)較深時(shí)，水分主要分布在毛管下方，不利于土壤水分上行；毛管埋深在 30cm時(shí)有利于水分在土壤中蓄持和合理分布。

2.3 株高、莖粗和LAI

不同處理玉米株高在生育期內(nèi)總體變化趨勢(shì)相同，生育期內(nèi)株高持續(xù)增大，拔節(jié)期和抽雄期株高增加最為迅速，灌漿期后，株高相對(duì)穩(wěn)定（見圖4）。不同處理玉米進(jìn)入拔節(jié)期后長(zhǎng)勢(shì)均較好，最終穩(wěn)定在210～230cm，毛管埋深對(duì)株高生長(zhǎng)無明顯影響；CK處理在7月受到長(zhǎng)時(shí)間干旱脅迫，植株矮小，生長(zhǎng)緩慢，后期降雨未能發(fā)揮補(bǔ)償效應(yīng)，株高穩(wěn)定在140cm。即灌溉是影響玉米株高的主要因素，地下滴灌使根層土壤長(zhǎng)期保持良好的水分條件，為玉米的持續(xù)生長(zhǎng)創(chuàng)造了有利條件。

玉米生育期內(nèi)莖粗的變化見圖5。隨著玉米的生長(zhǎng)，玉米莖粗逐漸增大，抽雄一灌漿期莖粗相對(duì)穩(wěn)定。不同處理玉米莖粗在整個(gè)生育期內(nèi)相近，其原因可能是玉米莖粗的增加主要在抽雄期前，伏旱對(duì)莖粗影響較小。

玉米生育期內(nèi)各處理LAI隨著玉米的生長(zhǎng)，均先增大后減小，在灌漿期LAI達(dá)到峰值（見圖6）。不同處理之間，在灌溉前LAI相近；進(jìn)入7月中旬后，CK處理長(zhǎng)期受旱產(chǎn)生不可逆的破壞，LAI在7月18日達(dá)到2.3后不再增大；地下滴灌處理在補(bǔ)充灌溉后LAI持續(xù)增大，各處理間差異較小，進(jìn)人生長(zhǎng)后期，SD40處理LAI增加緩慢，LAI小于SD20和SD40處理的，且成熟期SD40處理LAI減幅較大，在生育期結(jié)束時(shí)分別較SD30和SD20處理的小19.5%和17.2%。說明灌溉是影響玉米LAI的主要因素，毛管淺埋有利于獲得較大的LAI，深埋不利于后期LAI提高，同時(shí)易導(dǎo)致葉片衰老。

2.4 玉米產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量和WUE

各處理考種結(jié)果見表1。灌溉處理各考種指標(biāo)均顯著高于CK處理的；灌溉處理中，SD30處理各項(xiàng)指標(biāo)高于SD20和SD40處理的，SD20處理穗粒數(shù)多于SD40處理的，但百粒重低于SD40處理的；方差分析表明不同埋深之間差異均未達(dá)到顯著水平。即灌溉是影響玉米產(chǎn)量構(gòu)成的主要因素，灌溉處理各指標(biāo)均明顯優(yōu)于不灌溉處理；毛管埋深對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成影響較小，淺埋有利于增加行粒數(shù)和穗行數(shù)、獲取更多粒數(shù)，深埋有利于形成飽滿籽粒。

產(chǎn)量受穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量交互影響，從表1中可以看出，受伏旱影響，雨養(yǎng)無灌溉的CK處理產(chǎn)量最低，僅為3.3t/hm2；SD30處理產(chǎn)量最高，為8.1t/hm2；SD20和SD40處理產(chǎn)量均為7.5t/hm2，較SD30處理低7.4%，較CK處理高127.3%。方差分析表明，地下滴灌各處理產(chǎn)量均顯著高于CK處理的，但埋深差異對(duì)產(chǎn)量的影響并不顯著。不同處理之間WUE差異與產(chǎn)量相似，CK處理WUE最低，僅為1.1kg/m3；SD30處理最高，為2.1kg/m3，其次為SD40和SD20處理，分別較SD30下降7.4%和8.1%。不同毛管埋深處理之間WUE差異不顯著，但均顯著高于CK處理的。即灌溉處理雖然增加了玉米耗水量，但通過增產(chǎn)提高了水分生產(chǎn)效率，而毛管埋深對(duì)WUE的影響不顯著。

3 結(jié)論

（1）采用地下滴灌技術(shù)灌溉，可有效進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，玉米全生育期根系主要分布層土壤含水量一般為6%～8%，接近風(fēng)沙土田間持水量，土壤水分有效性高，有利于作物生長(zhǎng)。土壤含水量隨時(shí)間的變化主要受降雨和灌溉影響，毛管埋深對(duì)土壤水分空間分布有一定影響，淺埋易產(chǎn)生蒸發(fā)散失，深埋不利于水分上行，毛管埋深為30cm時(shí)有利于土壤水分的合理分布。

（2）地下滴灌為玉米生長(zhǎng)提供了保障。灌溉是影響玉米生長(zhǎng)的主要因素，毛管埋深對(duì)玉米營養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的影響相對(duì)較小。

（3）地下滴灌玉米產(chǎn)量為7.5～8.1t/hm2，WUE為1.9～2.1kg/m3，毛管埋深為30cm時(shí)產(chǎn)量和WUE最大，但不同埋深處理之間產(chǎn)量和WUE的差異均未達(dá)到顯著水平；與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)雨養(yǎng)無灌溉種植相比，地下滴灌顯著提高了玉米產(chǎn)量和WUE。

灌溉是風(fēng)沙土作物種植的基礎(chǔ)，而毛管埋深對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響較小。根據(jù)方差分析結(jié)果，毛管埋深在20-40cm范圍內(nèi)均是可行的，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如果將地下滴灌與保護(hù)性耕作相結(jié)合，第二年實(shí)施免耕，可將滴灌帶淺埋在20cm深處；如果采用旋耕淺翻，滴灌帶應(yīng)埋到30cm深處；地埋深度40cm雖有利于延長(zhǎng)使用年限，但灌溉效果下降，且目前地埋深度40cm相對(duì)費(fèi)工，對(duì)土壤擾動(dòng)較大，因此毛管埋深以30cm左右為宜。

參考文獻(xiàn)：

[1]李蓓，李久生.滴灌帶埋深對(duì)田間土壤水氮分布及春玉米產(chǎn)量的影響[Jl.中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2009，7（3）：222-226.

[2]馬孝義，康紹忠，王鳳翔，等.果樹地下滴灌灌水技術(shù)田間試驗(yàn)研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，28（1）：57-61.

[3]莊千燕，蘇德榮，宋雪楓，等.滴頭埋設(shè)深度對(duì)土壤水分運(yùn)移及草坪草生長(zhǎng)的影響[J].草地學(xué)報(bào)，2010，18（3）；435-440.

[4]劉玉春，李久生.毛管埋深和土壤層狀質(zhì)地對(duì)地下滴灌番茄根區(qū)水氮?jiǎng)討B(tài)和根系分布的影響[J].水利學(xué)報(bào)，2009，40（7）：782-790.

[5]黃玉芬，姜益娟，鄭德明.新疆棉田地下滴灌方式下土壤速效磷空間分布規(guī)律的研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，45（3）：428-432.

[6]何華，康紹忠，曹紅霞.地下滴灌埋管深度對(duì)冬小麥根冠生長(zhǎng)及水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2001，17（6）：31-33.

[7]蔣樹芳，萬書勤，馮棣，等.地下滴灌不同埋深對(duì)番茄產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響[J].節(jié)水灌溉，2015（8）：26-28.

[8]劉曉菲，萬書勤，馮棣，等.地下滴灌帶不同埋深對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2015，34（5）：63-66.

[9]任杰，溫新明，王振華，等.地下滴灌毛管適宜埋深及間距研究進(jìn)展[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2007，18（6）：48-51.

[10]姜志水，吳普特，汪有科.香花豌豆地下滴灌毛管埋設(shè)深度試驗(yàn)研究[J].人民黃河，2008，30（6）；60-61.

[11]李久生，楊風(fēng)艷，栗巖峰.層狀土壤質(zhì)地對(duì)地下滴灌水氮分布的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（7）：25-31.

[12]李剛，王曉愚，白丹.土壤物理特性對(duì)地下滴灌毛管灌水質(zhì)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（9）：14-19.

[13]竇超銀，孟維忠，伶威，等.風(fēng)沙土玉米膜下滴灌適宜灌溉頻率試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2016，35（2）：13-17.