寧夏中部干旱帶枸杞痕量灌溉試驗(yàn)研究

武慧芳，劉學(xué)軍，陸立國，顧靖超

（寧夏水利科學(xué)研究院，寧夏銀川 750021）

痕量灌溉技術(shù)是一種將毛管埋藏于作物根系附近土壤，水分直接近距離輸送至作物根系周圍，從而減少地面棵間蒸發(fā)的新型高效節(jié)水技術(shù)，具有灌溉水有效利用率高、灌水均勻度高、抗泥沙性能強(qiáng)、單根毛管鋪設(shè)長度大等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)痕量管埋于地下對(duì)除雜草、施肥、培土等農(nóng)事操作不會(huì)造成影響[1—5]。痕量灌溉技術(shù)自問世以來，國內(nèi)外眾多節(jié)水專家針對(duì)痕量灌溉技術(shù)開展了一系列研究[6—9]，2013 年科技部將“痕量灌溉關(guān)鍵技術(shù)與裝備”列入“十二五國家科技支撐”計(jì)劃，在西北、華北、中部、西南等地區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)與推廣[10—11]。痕量灌溉技術(shù)在寧夏地區(qū)已有一定的研究成果。2012 年，寧夏水利科學(xué)研究院劉學(xué)軍等首次將痕量灌溉技術(shù)應(yīng)用于葡萄種植中，提出了葡萄痕量灌溉制度[12]。隨后寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院沈富、寧夏水利科學(xué)研究院湯英等分別將痕量灌溉技術(shù)應(yīng)用于溫室黃瓜、西葫蘆、辣椒、番茄等蔬菜的種植中，對(duì)作物生長、產(chǎn)量等分別進(jìn)行了研究[13—16]。但上述研究大多將痕量灌溉技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚小面積種植，采用規(guī)范化管理，而在室外大田作物的種植研究較少。

枸杞產(chǎn)業(yè)作為寧夏戰(zhàn)略主導(dǎo)性農(nóng)業(yè)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，截至2015 年底，寧夏枸杞種植面積已達(dá)5.67 萬hm2，約占全國枸杞種植面積的45%[17]。但寧夏枸杞主要分布區(qū)域在水資源極為匱乏的中部干旱帶，隨著枸杞種植面積的不斷擴(kuò)大，逐漸增加的用水需求將使這一區(qū)域的水資源更為短缺，加之長期存在的水資源利用效率不高等問題，嚴(yán)重影響著寧夏枸杞產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[18—19]。同心縣作為寧夏中部干旱帶典型地區(qū)，年均降雨量不足300 mm，多年平均蒸發(fā)量高達(dá)2 300 mm 左右，地下水埋藏深，水資源極度匱乏，加之同心縣位于紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)稍段，黃河供水保障低，因此必須通過發(fā)展高效節(jié)水灌溉以滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水需求?；趪液妥灾螀^(qū)大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和新型節(jié)水灌溉技術(shù)的引進(jìn)與推廣戰(zhàn)略，本文首次將痕量灌溉技術(shù)應(yīng)用于枸杞經(jīng)濟(jì)作物大田大面積種植中，對(duì)大田枸杞痕量灌溉制度、土壤含水規(guī)律、作物產(chǎn)量進(jìn)行試驗(yàn)研究，為痕量灌溉技術(shù)在枸杞等相似作物大面積種植方面提供技術(shù)借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

種植區(qū)位于寧夏同心縣河西鎮(zhèn)菊花臺(tái)村寧夏菊花臺(tái)莊園枸杞種植有限公司，距同心縣城約7.4 km，總種植面積409 hm2，其中采用痕量灌溉技術(shù)種植的面積100 hm2，種植作物為枸杞，樹齡為1～5 年生不等，株行距1 m×3 m，痕量管設(shè)置0.2，0.25，0.3 m 多種規(guī)格埋深，管道鋪設(shè)長度50～200 m 不等、壁厚0.45 mm、直徑16 mm，滴頭流量0.9 L/h、間距33 cm。

對(duì)試驗(yàn)區(qū)多年生、一年生枸杞種植區(qū)土質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，結(jié)果見表1。根據(jù)農(nóng)田土壤肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)示范區(qū)土壤堿解氮質(zhì)量比均小于60 mg/kg，處于較低水平，土壤有效磷質(zhì)量比多小于5 mg/kg，處于較低水平，土壤速效鉀質(zhì)量比多高于50 mg/kg，處于中高水平，土壤肥力整體評(píng)價(jià)為較低水平。

表1 土壤檢測(cè)結(jié)果

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2018 年4 月至10 月，在種植區(qū)選取16 行作為試驗(yàn)區(qū)，開展多年生、一年生枸杞痕量灌溉同多年生枸杞滴灌對(duì)比試驗(yàn)。其中多年生枸杞樹齡為4 年，枸杞品種全部為寧杞7 號(hào)，痕量管埋深選取0.25 m，鋪設(shè)長度60 m 左右，距樹干水平距離25 cm左右。多年生枸杞痕量灌溉設(shè)計(jì)3 個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)計(jì)2 個(gè)重復(fù)，編號(hào)為T1-1、T1-2、T2-1、T2-2、T3-1、T3-2，設(shè)計(jì)灌水量依次為1 500 m3/hm2、1 575 m3/hm2、1 725 m3/hm2；一年生枸杞痕量灌溉設(shè)計(jì)4 個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)計(jì)2 個(gè)重復(fù)，編號(hào)為C1-1、C1-2、C2-1、C2-2、C3-1、C3-2、C4-1、C4-2，設(shè)計(jì)灌水量依次為1 500，1 575，1 725，1 800 m3/hm2；多年生枸杞滴灌設(shè)計(jì)1 個(gè)處理，2 個(gè)重復(fù)，編號(hào)為N1-1、N1-2，設(shè)計(jì)灌水量為2 025 m3/hm2，詳見表2。監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下：

（1）灌水量監(jiān)測(cè)：每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)管網(wǎng)首部安裝一個(gè)水表，監(jiān)測(cè)各試驗(yàn)小區(qū)的實(shí)際灌水量。

（2）土壤水分監(jiān)測(cè)：在枸杞種植行提前預(yù)埋TRIME 土壤水分速測(cè)探測(cè)管，其中多年生枸杞痕量灌溉試驗(yàn)小區(qū)T1-1、T2-1、T3-1 安裝TDR 土壤水分觀測(cè)管，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)在同一剖面上距離毛管（滴灌管）5，20，35，50 cm 位置各安裝1 根，每行共安裝4 根；一年生枸杞痕量灌溉試驗(yàn)小區(qū)C1-1、C2-1、C3-1、C4-1 與多年生枸杞滴灌試驗(yàn)小區(qū)N1-1、N1-2 各安裝1 根土壤水分觀測(cè)管。土壤水分觀測(cè)深度為0～100 cm。

（3）作物產(chǎn)量監(jiān)測(cè)：試驗(yàn)區(qū)選取相同長度枸杞種植行進(jìn)行多次產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)，最后按試驗(yàn)區(qū)每個(gè)枸杞種植行實(shí)測(cè)長度進(jìn)行比例折合計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 距離痕量管不同位置處土壤含水空間變化特征分析

對(duì)處理T1-1、T2-1、T3-1 不同灌水量處理下，距離毛管（滴灌管）不同位置（5，20，35，50 cm）處土壤含水率進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，繪制土壤剖面空間含水率三維線框圖，見圖1。不同處理土壤含水率空間分布規(guī)律相似，在土層深度方向：0～10 cm 土層土壤含水率較低，10～50 cm 土壤含水率較高，超過50 cm土層后隨著土層深度的增加含水率逐步降低，在痕量灌溉管以上10 cm 以下20 cm 范圍土層內(nèi)土壤含水率最高。距離痕量管單側(cè)不同位置方向：土壤單側(cè)的最大濕潤寬度50 cm，從深度10 cm 左右開始，隨著土層深度的增加，濕潤的寬度增加，在土層深度30～40 cm 處出現(xiàn)最大寬度，單側(cè)最大寬度50 cm，隨著土層深度的繼續(xù)增加，土壤的濕潤寬度逐步減小。

表2 試驗(yàn)區(qū)灌溉處理設(shè)計(jì)

枸杞植株根系分布在縱向30 cm、橫向50 cm范圍內(nèi)，與痕量灌溉濕潤土體空間范圍分布基本一致，說明痕量灌溉在滿足出水量的前提下水分能夠最大程度地被植株作物根系所吸收。

2.2 痕量灌溉條件下枸杞根區(qū)土壤水分時(shí)空變化規(guī)律分析

由各處理土壤含水率變化曲線（圖2）可知：痕量灌溉區(qū)域不同灌水量試驗(yàn)、不同生育期、不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的土壤含水率均呈現(xiàn)與滴灌土壤含水率相似的變化規(guī)律，在每次灌溉后，各測(cè)點(diǎn)土壤含水率提高，隨著作物生長對(duì)土壤水分的消耗，土壤含水率逐步降低，下一次灌水后，土壤含水率再次升高。

圖1 土壤含水率分布三維線框圖

圖2 不同埋深痕量灌溉及滴灌土壤含水率變化規(guī)律

痕量灌溉與滴灌土壤時(shí)空含水率變化也存在一定的差異。一是灌水后痕量灌溉含水率最高分布在20～60 cm 土層范圍內(nèi)，而滴灌最大含水率明顯分布在0～20 cm 土層范圍內(nèi)，分析原因與毛管的鋪設(shè)位置有直接的關(guān)系，痕量灌溉毛管埋設(shè)于距離表層土壤25 cm 土體內(nèi)部，而滴灌管直接鋪設(shè)于表層土壤。二是痕量灌溉0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 各土層土壤含水率時(shí)空變化曲線相互交叉重疊，數(shù)值相近；而滴灌0～20 cm 土層含水率曲線明顯位居最高處，60～80 cm 土層含水率變化曲線最低，20～40 cm、40～60 cm 兩個(gè)土層含水率相近。根據(jù)枸杞植株根系分布再次證明，痕量灌溉濕潤土體范圍對(duì)枸杞植株生長有極大的促進(jìn)作用。

2.3 灌水量及產(chǎn)量分析

對(duì)各處理生育期灌水量與產(chǎn)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果見表3；繪制灌水量與產(chǎn)量關(guān)系圖，見圖3?？梢钥闯?，隨著灌水量的增加，枸杞產(chǎn)量總體呈上升趨勢(shì)，但產(chǎn)量并未達(dá)到穩(wěn)定的數(shù)值，說明在同心縣菊花臺(tái)種植區(qū)，整體上枸杞灌溉受到供水量的限制，呈現(xiàn)灌水不足的現(xiàn)象。

各試驗(yàn)小區(qū)灌溉定額與對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量見表3。由表3 可知：多年生痕量灌溉枸杞平均灌水定額1 625 m3/hm2，對(duì)應(yīng)平均產(chǎn)量1 518.99 kg/hm2；1 年新移栽枸杞痕量灌溉平均灌水定額1 658.75 m3/hm2，對(duì)應(yīng)平均產(chǎn)量1 342.36 kg/hm2；多年生滴灌枸杞平均灌水定額2 031.81 m3/hm2，對(duì)應(yīng)平均產(chǎn)量1 631.09 kg/hm2。經(jīng)計(jì)算，多年生枸杞痕量灌溉與多年生枸杞滴灌在同等產(chǎn)量水平情況下，痕量灌溉較滴灌減少灌水量16%左右。

表3 各試驗(yàn)小區(qū)實(shí)際灌水量監(jiān)測(cè)表

圖3 不同灌水處理灌水量與產(chǎn)量關(guān)系

由枸杞痕量灌溉定額與產(chǎn)量關(guān)系曲線（圖4）可知，隨著灌溉定額的增加，產(chǎn)量相應(yīng)增加，灌溉定額與產(chǎn)量具有較好的相關(guān)性。多年生枸杞隨著灌溉定額的增加，產(chǎn)量出現(xiàn)峰值，灌溉定額達(dá)到1 800 m3/hm2時(shí)，產(chǎn)量基本處于最高值。由此可推薦：菊花臺(tái)種植區(qū)枸杞痕量灌溉全年灌水8～11 次，灌溉定額2 250～2 775 m3/hm2，生育期灌溉定額1 650～2 175 m3/hm2；其中，春天第一水灌水300 m3/hm2，冬灌600 m3/hm2，生育期灌水7～10 次，單次灌水定額120～240 m3/hm2。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)痕量灌溉管埋深25 cm 時(shí)，土壤縱向濕潤土體范圍在20～60 cm，橫向濕潤土體范圍為50 cm寬，與枸杞植株根系生長范圍相吻合；與滴灌相比，痕量灌溉能夠較好地補(bǔ)充枸杞生長所需的水分，盡可能減少土壤蒸發(fā)和深層滲漏，達(dá)到節(jié)水目標(biāo)。

（2）通過對(duì)痕量灌溉與滴灌土壤含水率時(shí)空變化規(guī)律分析可知，灌溉后滴灌最大含水率發(fā)生在表層0～20 cm 土層范圍內(nèi)，痕量灌溉最大含水率發(fā)生在20～60 cm 土層范圍內(nèi)，痕量灌溉能夠直接減少表層土壤水分蒸發(fā)，增加灌溉水有效利用率。

（3）在痕量灌溉系統(tǒng)運(yùn)行正常情況下，痕量灌溉灌水量與產(chǎn)量具有顯著的線性關(guān)系，隨著灌溉定額的提高，產(chǎn)量增加，當(dāng)灌溉定額達(dá)到一定值后，產(chǎn)量維持在一個(gè)較高水平。痕量灌溉對(duì)作物生長、產(chǎn)量的影響與滴灌相似，而在保持產(chǎn)量相同水平情況下，能夠減少用水量16%左右。

（4）枸杞痕量灌溉制度推薦結(jié)論：全年灌水8～11 次，灌溉定額2 250～2 775 m3/hm2，其中生育期灌溉定額1 650～2 175 m3/hm2。

圖4 多年生、一年生枸杞痕量灌溉灌水量與產(chǎn)量的關(guān)系