李 娟 王二英

科技創(chuàng)新

冬小麥地埋滴灌試驗(yàn)技術(shù)研究

李 娟 王二英

華北平原是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之一，為探索華北平原半濕潤易旱區(qū)冬小麥高效節(jié)水灌溉新模式，開展了不同埋深冬小麥地下滴灌制度及需水量研究，通過對(duì)作物耗水量、產(chǎn)量、水分利用率及土壤含水量的分析，結(jié)果表明冬小麥地埋滴灌對(duì)比現(xiàn)在實(shí)施的管灌方式節(jié)水效果顯著。

冬小麥；地下滴灌；耗水量

地下滴灌技術(shù)是將滴灌管（帶）埋于地下，通過埋在地下的毛管將水肥直接輸送到作物根區(qū)，供作物吸收利用并實(shí)現(xiàn)灌水量、施肥量精確化的一種灌水方法。近年來，噴灌、滴灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)已逐步開展向大田作物推廣應(yīng)用。目前在華北平原半濕潤易旱區(qū)冬小麥滴灌技術(shù)，尤其是地下滴灌技術(shù)仍處于研究階段，因此開展華北平原地區(qū)冬小麥地下滴灌的研究十分必要。

1.研究內(nèi)容與項(xiàng)目概況

1.1 研究內(nèi)容

對(duì)地下滴灌冬小麥進(jìn)行不同灌水量和不同滴管埋置深度的試驗(yàn)，研究不同生育階段、不同灌水定額情況下地下滴灌冬小麥的耗水量及耗水規(guī)律，分析不同灌水量對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，通過試驗(yàn)，確立地下滴灌冬小麥產(chǎn)量與耗水量的關(guān)系，確定地下滴灌冬小麥合理的灌溉制度，利用灌溉制度試驗(yàn)場(chǎng)的冬小麥管道地面灌溉試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比冬小麥地下滴灌的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從灌溉定額、冬小麥產(chǎn)量兩方面入手，通過耗水量、土壤含水量等數(shù)據(jù)，分析冬小麥地下滴灌的節(jié)水效果。

1.2 項(xiàng)目概況

試驗(yàn)在河北省石家莊市的河北省灌溉中心試驗(yàn)站大田試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，共計(jì)占地2.23畝，屬于溫帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫12.8℃，多年平均降水量523.3mm，降水多集中在6—8月份，約占全年的70%。多年平均蒸發(fā)量1681.2mm。大于0℃積溫4759.5℃，無霜期194d，最大凍土深56cm。年總?cè)照諘r(shí)數(shù)為1916.4～2571.2h，其中春夏日照充足，秋冬日照偏少，場(chǎng)內(nèi)設(shè)有自動(dòng)氣象場(chǎng)。試驗(yàn)小區(qū)長25m、寬5m，面積125m2，各小區(qū)間留2.0m的保護(hù)。試驗(yàn)區(qū)土壤屬粉質(zhì)土，0～1m土壤容重1.642g/cm3、田間持水量21.54%；耕作層0～20cm，有機(jī)質(zhì)含量1.60%～2.03%。在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)安裝有閘閥和水表，用于計(jì)量小區(qū)灌水量。

2.試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為不同滴灌管埋深下的灌溉制度試驗(yàn)。滴灌管埋深深度設(shè)置為20cm、30cm、40cm，3個(gè)水平，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，并以管灌處理（CK）為對(duì)照試驗(yàn)。冬小麥地下滴灌的灌溉制度設(shè)置為灌4水，灌水時(shí)期分別是越冬期、孕穗期、抽穗開花期和灌漿期，灌水定額為30m3/畝。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表1。

灌溉制度試驗(yàn)結(jié)合調(diào)查的試驗(yàn)區(qū)冬小麥實(shí)際種植情況、當(dāng)?shù)氐墓喔冉?jīng)驗(yàn)以及地下滴灌技術(shù)特點(diǎn)，地下滴灌管埋深選為30cm，每次灌水定額均為30m3/畝，灌水次數(shù)分別設(shè)置為2、3、4、5，4個(gè)水平，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。具體試驗(yàn)方案見表2。

試驗(yàn)一共涉及18個(gè)小區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的尺寸為25×5m。根據(jù)地下滴灌系統(tǒng)的布設(shè)要求，滴灌管布設(shè)間距為0.5m，滴灌管埋深按試驗(yàn)要求進(jìn)行布置；每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)由水表來控制灌水定額，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)之間留2.0m的保護(hù)區(qū)。

試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)排列，試驗(yàn)小區(qū)分布示意圖見圖1。

表1 滴灌管埋深深度試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表2 冬小麥地下滴灌灌溉制度試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

注：P為冬小麥生育期降水量；ET為生育期耗水量。

表4 耗水量與產(chǎn)量關(guān)系表

圖1 試驗(yàn)小區(qū)分布示意圖

圖2 日耗水強(qiáng)度變化過程線（2014年—2015年）

圖3 日耗水強(qiáng)度變化過程線（2015年—2016年）

圖4 日耗水強(qiáng)度變化過程線（2016年—2017年）

3.試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

3.1 地下滴灌的土壤水分狀況

試驗(yàn)開展了地下滴灌不同毛管埋深條件下土壤灌前與灌后的土壤含水量觀測(cè)，在每個(gè)小區(qū)滴灌管中部距滴灌管5cm和25cm位置處分別安裝一臺(tái)智墑儀器測(cè)定土壤含水量，分析不同滴灌管埋深條件下土壤含水量情況可以看出，滴灌管埋深深度為20cm時(shí)，表層土壤0～20cm土層含水率有明顯增大，20～40cm土層含水率增加最多；滴灌管埋深30cm時(shí)，表層土壤0～20cm土層含水率略有增大，20～40cm土層含水率增加最多；滴灌管埋深40cm時(shí)，表層土壤0～20cm土層含水率無明顯變化，40～60cm土層含水率增加最多。

3.2 耗水量（蒸發(fā)蒸騰量）計(jì)算

根據(jù)灌溉試驗(yàn)規(guī)范，依據(jù)蒸發(fā)蒸騰量計(jì)算公式：

ET1-2=10γH(W1-W2)+M+P

式中：

ET1-2—階段蒸發(fā)蒸騰量（mm）；

γ—土壤容重（g/cm3）；

H—土壤厚度（cm）；

W1—土壤在時(shí)段始的含水率（干土重的百分率）；

W2—土壤在時(shí)段末的含水率（干土重的百分率）；

M—時(shí)段內(nèi)的灌水量（mm）；

P—時(shí)段內(nèi)的降水量（mm）。

其中10γH(W1-W2)=ΔW，為計(jì)算時(shí)段始末100cm土層儲(chǔ)水量的利用量。根據(jù)土壤含水量實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)采用內(nèi)插法補(bǔ)充在作物各生育階段和各月份的始末，并計(jì)算ΔW，即時(shí)段始末100cm土層儲(chǔ)水量的利用量。

根據(jù)冬小麥生育期灌水量、降水量等資料，參照耗水量公式計(jì)算各年度耗水量。2014年—2017年各年度冬小麥全生育期耗水量表見表3。

3.3 耗水規(guī)律分析研究

計(jì)算冬小麥各生育期耗水強(qiáng)度并繪制日耗水強(qiáng)度過程線見圖2～圖4，分析研究冬小麥生育期間耗水規(guī)律，可以看出：苗期到越冬期耗水強(qiáng)度逐漸增高，但變化不大，主要影響因素是氣候條件的變化；返青以后強(qiáng)度增加，隨著小麥的逐漸生長和天氣變化，氣候條件也向著促使水分蒸發(fā)的方向變化；到抽穗灌漿時(shí)耗水強(qiáng)度達(dá)到最大值，生理生態(tài)需水均達(dá)到高峰；進(jìn)入成熟階段耗水強(qiáng)度又開始減小，幾乎不需要再供水，此時(shí)的耗水主要是棵間蒸發(fā)。

3.4 耗水量與產(chǎn)量關(guān)系分析

冬小麥全生育期耗水量與產(chǎn)量關(guān)系見表4。

通過典型試驗(yàn)區(qū)的冬小麥地下滴灌試驗(yàn)資料及灌溉制度管灌試驗(yàn)的分析，灌4水的處理，管灌對(duì)照區(qū)平均畝產(chǎn)465.2kg，平均耗水量411.0mm（1m土層儲(chǔ)水量的利用量53.9mm），水分生產(chǎn)率1.7kg/m3，耗水系數(shù)0.34m3/kg；地下滴灌處理平均畝產(chǎn)467.6kg，平均耗水量363.4mm（1m土層儲(chǔ)水量的利用量66.7mm），水分生產(chǎn)率1.93kg/m3，耗水系數(shù)0.26m3/kg。地下滴灌比管灌每生產(chǎn)1kg糧食少耗水0.09m3，省水25.38%。地下滴灌與管灌比較減少了棵間土壤蒸發(fā)，所以省水效果比較明顯。

4.取得結(jié)論

通過分析冬小麥地下滴灌不同埋深深度條件下，土壤不同土層含水率的變化規(guī)律及土壤水分再分布情況，可知埋深深度為30cm是華北地區(qū)冬小麥地下滴灌的較好埋深。

不同年度適宜灌溉制度分析，合理的灌溉制度為：一是灌水定額30m3/畝，二是灌水時(shí)期分別是越冬、拔節(jié)、孕穗、抽穗開花4個(gè)時(shí)期，三是灌水次數(shù)為4次，四是灌溉定額120m3/畝。

地下滴灌與管灌相比減少了棵間土壤蒸發(fā)，所以省水效果比較明顯。通過典型試驗(yàn)區(qū)的調(diào)查及分析結(jié)果可知，同是灌4水的處理，地下滴灌比管灌節(jié)水25%。

2022-04-07

李 娟，女，漢族，河北省水資源研究與水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，高級(jí)工程師。

王二英，女，漢族，河北省水資源研究與水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，正高級(jí)工程師。