趙菊峰，高燕君

（大同市水利科學(xué)研究所，山西 大同 037004）

1 研究區(qū)概況

大同市平城區(qū)水泊寺鄉(xiāng)東墳村，現(xiàn)有人口1 039 人，現(xiàn)有土地10 hm2，人均耕地不足0.01 hm2。東墳村灌溉系統(tǒng)不完善，節(jié)水設(shè)備配套低，目前仍以大水漫灌為主，總體灌溉水平偏低。為了調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)產(chǎn)品附加值，以村北地塊為試驗(yàn)田，推廣滴灌、管灌等高效節(jié)水系統(tǒng)，以提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，增加農(nóng)民收入。

節(jié)水灌溉試驗(yàn)區(qū)位于大同市平城區(qū)北部馬鋪山前傾斜平原，北依大同市廉政教育基地，東鄰二廣高速，南隔京包鐵路與御東新區(qū)相望，交通十分便利。試驗(yàn)區(qū)離御河干渠較近，農(nóng)業(yè)灌溉水源主要引用干渠地表水?，F(xiàn)有大、小蓄水池各一個(gè)，可用輸水管道將水輸送到田面，以滿(mǎn)足作物用水需求。

2 果園作物灌溉用水量分析

灌溉技術(shù)主要包括取水、輸配水、田間灌水和作物吸收等4 個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的節(jié)水措施，組成完整的節(jié)水灌溉技術(shù)體系。

2.1 作物種植比例

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)種植經(jīng)濟(jì)樹(shù)種大部分為果樹(shù)，以杏樹(shù)、李子樹(shù)、蘋(píng)果樹(shù)為主，其中滴灌3.33 hm2，管灌6.67 hm2共計(jì)10 hm2。結(jié)合當(dāng)?shù)毓喔葘?shí)際調(diào)查,本次果樹(shù)需水量見(jiàn)表1。

表1 果樹(shù)需水量（幼樹(shù)） 單位：m3/hm2

2.2 果樹(shù)生長(zhǎng)期有效雨量及灌溉水用量

試驗(yàn)區(qū)果樹(shù)灌溉保證率P 為85%的凈定額，杏樹(shù)1 425 m3/hm2，李子樹(shù)1 425 m3/hm2，蘋(píng)果樹(shù)1 575 m3/hm2。果樹(shù)生長(zhǎng)期，有效雨利用率，見(jiàn)表2。

表2 降雨量有效利用率表

灌溉時(shí)間安排。本次設(shè)計(jì)采用的是水肥一體化灌溉施肥技術(shù)，可以根據(jù)土壤墑情的數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際情況確定灌溉時(shí)間及次數(shù)。

灌溉水質(zhì)分析。水源來(lái)自于御河干渠河水，水質(zhì)滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)灌溉要求。

3 試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)區(qū)概況

該試驗(yàn)地果樹(shù)種類(lèi)有李、杏、蘋(píng)果、梨、棗五大類(lèi)，為2019 年新移種植果樹(shù)，干徑為1.5～2.0 cm。其中李子樹(shù)面積為4 hm2，長(zhǎng)勢(shì)比較一致，所以選秋紅李為試驗(yàn)品種，管灌試驗(yàn)區(qū)面積0.27 hm2，滴灌試驗(yàn)區(qū)面積0.27 hm2。種植行距3 m，株距2.5 m，每畝大約90 株。

3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.2.1 管灌試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)處理，每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)，共9 個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)三行樹(shù)木，每行5 株，即每小區(qū)15 株樹(shù)木。試驗(yàn)選取無(wú)病蟲(chóng)害、長(zhǎng)勢(shì)一致的李子樹(shù)幼苗為研究對(duì)象，每小區(qū)間設(shè)土埂隔離，在試驗(yàn)區(qū)四周設(shè)置保護(hù)區(qū)，至少兩行樹(shù)寬。每小區(qū)單獨(dú)灌水，蓄水池出水口加裝有水表，管灌的灌水定額為286.5 m3/hm2。實(shí)驗(yàn)對(duì)比設(shè)計(jì)見(jiàn)表3。

3.2.2 滴灌試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)處理同管灌。采用滴灌灌溉，滴頭均勻布置在樹(shù)干周?chē)s10 cm。滴灌毛管的間距S1為3 m，滴頭間距Se為2.5 m，灌水器流量選用10 L/h 的滴頭，每棵樹(shù)干周?chē)粢坏晤^，每小區(qū)單獨(dú)灌水，用水表計(jì)量。灌水定額為81 m3/hm2。

表3 管灌灌溉制度試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

表4 滴灌灌溉制度試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

3.3 調(diào)查項(xiàng)目與方法

土壤含水量和溫度測(cè)量。利用土壤傳感器測(cè)量0～60 cm 深度內(nèi)，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 的土壤含水量和土壤溫度。

土壤養(yǎng)分測(cè)量。利用土壤速測(cè)儀測(cè)量土壤0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 深度內(nèi)的N、P、K 含量。

人工灌溉量測(cè)定。對(duì)輸水管道及出水口安裝水表，對(duì)灌溉水量進(jìn)行觀測(cè)。

樹(shù)體生長(zhǎng)情況調(diào)查。每個(gè)小區(qū)選取有代表性的3 株果樹(shù)觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)，主要調(diào)查干徑粗、當(dāng)年枝條生長(zhǎng)量以及施肥、病蟲(chóng)害防治情況等。枝條的測(cè)定，在試驗(yàn)地（管灌、滴灌）各處理小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的3 株樹(shù)進(jìn)行觀察記錄，包括每株樹(shù)的新生枝條數(shù)量、3 主枝的長(zhǎng)度、基部直徑。樹(shù)干直徑測(cè)定，采用游標(biāo)卡尺定期監(jiān)測(cè)果樹(shù)生育期樹(shù)干直徑的生長(zhǎng)量，每個(gè)處理取3 組重復(fù)平均值作為樹(shù)干直徑值。

3.4 果樹(shù)根系集中分布區(qū)

利用觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出果樹(shù)根系不同深度耗水強(qiáng)度值，從目測(cè)坑內(nèi)斷面根系可以看出果樹(shù)根系生長(zhǎng)具有趨水性，因此試驗(yàn)區(qū)果樹(shù)根系主要吸水層，也是根系集中分布區(qū)，在地下15～25 cm 范圍內(nèi)。

4 試驗(yàn)區(qū)灌溉制度擬定

試驗(yàn)區(qū)北部有50 m3蓄水池一座，位于試驗(yàn)區(qū)最高處，滴灌作物種植區(qū)與蓄水池高差為20 m，利用高差采用自流灌溉的方式，基本滿(mǎn)足滴灌需求。

4.1 灌溉工作制度

設(shè)計(jì)滴灌灌水定額，根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》，設(shè)計(jì)滴灌灌水定額m=8.17 mm=81 m3/hm2。

設(shè)計(jì)管灌灌水定額，根據(jù)《管灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 20203-2017），設(shè)計(jì)管灌灌水定額m=28.7 mm=286.5 m3/hm2。

根據(jù)試驗(yàn)地是2 年生幼樹(shù)，根據(jù)上述計(jì)算滴灌灌水定額為81 m3/hm2，管灌的灌水定額為286.5 m3/hm2。

4.2 灌水時(shí)間

確定果樹(shù)灌水時(shí)間，應(yīng)主要根據(jù)果樹(shù)在生長(zhǎng)期內(nèi)需水要求及當(dāng)時(shí)的土壤含水量而定，應(yīng)抓好催芽水、催梢水、花芽分化水、休眠期灌水等4 個(gè)時(shí)期。

4.3 灌水次數(shù)

果樹(shù)在生長(zhǎng)期內(nèi)的灌水次數(shù)，取決于各個(gè)時(shí)期的降水量和土壤的水分狀況。一般情況，每個(gè)灌水時(shí)期灌水1 次即可，大同地區(qū)果園灌溉一般為4～5 次。

5 管灌與滴灌的果樹(shù)需水及田間耗水強(qiáng)度

5.1 果樹(shù)需水及田間耗水計(jì)算

影響果樹(shù)需水量的因素包括氣象因素、土壤因素以及果樹(shù)本身的生物學(xué)因素。

根據(jù)《灌溉試驗(yàn)規(guī)范》（SL 13-2015）規(guī)定，作物需水量的計(jì)算公式：

式中：ET——階段需水量（耗水強(qiáng)度），mm；

ri——第i 層土壤干容重，g/cm3；

Hi——第i 層土壤厚度，cm；

Qi1、Qi2——第i 層土壤在計(jì)算時(shí)段始末的含水量（干土重之百分比）；

M、P、K、C——分別為時(shí)段內(nèi)灌水量、降雨量、地下水補(bǔ)給量和排泄水量，mm。

根據(jù)觀測(cè)年6 月10 日和6 月19 日實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算得不同灌溉方式下的土壤耗水強(qiáng)度見(jiàn)表5。

表5 不同灌溉方式下的土壤耗水強(qiáng)度 單位：mm/d

從上表中可以看出，表層土壤（0～10 cm)滴灌耗水僅為0.28 mm/d，而管灌表層耗水為0.48 mm/d，滴灌方式下日平均耗水為1.11 mm，管灌方式下日平均耗水1.93 mm，滴灌與管灌相比，每天減少耗水量42%。

5.2 不同深度的水分含量分析

滴灌的灌溉定額為81 m3/hm2，全生育期灌水4 次，灌溉定額為324 m3/hm2；全生育期灌水6 次，灌溉定額為486 m3/hm2；全生育期灌水8 次，灌溉定額為648 m3/hm2。

管灌地灌溉定額為286.5 m3/hm2，全生育期灌水2 次，灌溉定額為573 m3/hm2；全生育期灌水3 次，灌溉定額為859.5 m3/hm2；全生育期灌水4 次，灌溉定額為1 146 m3/hm2。

通過(guò)灌水后4 d 調(diào)查不同深度的水分含量，管灌在相同的時(shí)間內(nèi)水分含量下降快，說(shuō)明管灌后田間蒸發(fā)量大。5 月份的調(diào)查兩者數(shù)據(jù)差別大，6 月份調(diào)查數(shù)據(jù)差別小，因?yàn)? 月份空氣干燥，6 月份開(kāi)始進(jìn)入雨季，蒸發(fā)量變相對(duì)變小。原因是管灌方式破壞了土壤表層結(jié)構(gòu)，使土壤上部水直接與下部毛管水連通，即使松土后切斷了上部毛管水與下部毛管水的通道，受表層蒸發(fā)影響，管灌耗水量仍然比較大。而滴灌方式土壤表層結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變，下部土壤毛管與表層土壤基本不直接連通，減少了下部土壤的蒸發(fā)量。

6 滴灌與管灌方式的比較

6.1 節(jié)水效果比較

2020 年的田間土壤觀測(cè)結(jié)果表明，滴灌日平均耗水值明顯小于管灌，滴灌平均為1.15 mm，管灌平均為1.34 mm，滴灌與管灌相比，每天減少耗水量14.2%。所以同等條件下滴灌比管灌方式節(jié)水。

6.2 三組枝條長(zhǎng)度比較

2020 年試驗(yàn)結(jié)果表明，管灌條件下，樹(shù)體外圍新梢年平均長(zhǎng)度為1.32 m；滴灌條件下，樹(shù)體外圍新梢年平均長(zhǎng)度為1.44 m，滴灌比管灌的年平均長(zhǎng)度增加0.12 m，增長(zhǎng)8.3%。

滴灌區(qū)A、B、C 三個(gè)處理以B 處理枝條生長(zhǎng)量最大，管灌區(qū)E、F、G 三個(gè)處理以F 處理枝條生長(zhǎng)量最大。

6.3 樹(shù)干直徑比較

管灌條件下樹(shù)干徑的增長(zhǎng)率平均為95.5%，滴灌條件下樹(shù)干徑的增長(zhǎng)率平均為90.2%。管灌區(qū)樹(shù)干徑比滴灌區(qū)樹(shù)干徑增長(zhǎng)率平均增加5.9%。果樹(shù)生育期4—10 月份樹(shù)干直徑累計(jì)增長(zhǎng)量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

圖1 樹(shù)干直徑平均月份增長(zhǎng)量

從圖中可以看出，隨著時(shí)間的推移，樹(shù)干直徑累計(jì)增長(zhǎng)量緩慢變大。5—6 月份各處理樹(shù)干直徑累計(jì)增長(zhǎng)量大；7 月增長(zhǎng)量較?。?—9 月份之后各處理增長(zhǎng)加快，9 月中旬后樹(shù)干直徑維持在相對(duì)穩(wěn)定的水平。經(jīng)過(guò)近6 個(gè)月的生長(zhǎng)時(shí)間，李子樹(shù)樹(shù)干直徑的累計(jì)增長(zhǎng)量在12～16.5 mm 之間。

6.4 不同土層氮磷鉀含量的變化

從觀測(cè)年5 月21 日和6 月19 日的調(diào)查結(jié)果，滴灌處理的氮磷鉀含量最高的土層為10～20 cm，而管灌處理的5 月21 日氮磷鉀含量最高土層為20～40 cm，6 月19 日最高土層為40～60 cm，可能是由于試驗(yàn)區(qū)5 月干旱缺雨，6 月10 日—18 日降水量達(dá)到4.5 mm，所以一樣的灌水量，在6 月中旬肥料可以下滲到40～60 cm 土層。

7 結(jié)論

（1）李子樹(shù)根系主要吸水層在地下15～25 cm 范圍內(nèi)，滴灌優(yōu)于管灌。該試驗(yàn)地條件下，滴灌灌水定額為81 m3/hm2，最佳滴灌次數(shù)應(yīng)為6 次，滴灌時(shí)間每次6.1 h。管灌灌水定額為286.5 m3/hm2，最佳次數(shù)應(yīng)為3 次。這樣的灌溉量保證水分和肥料能夠到達(dá)根系密集分布層。

（2）李子樹(shù)的需水量為1 350 m3/hm2。滴灌方式下日平均耗水為1.11 mm，管灌方式下日平均耗水1.93 mm，滴灌與管灌相比，每天減少耗水量42%。全年滴灌比管灌節(jié)水34%（不包括封凍水）。隨著樹(shù)體的生長(zhǎng)，灌水定額也逐年增長(zhǎng)，以滿(mǎn)足樹(shù)體生長(zhǎng)需求，同時(shí)引導(dǎo)根系向土壤深層生長(zhǎng)。

（3）滴灌比管灌新生枝條長(zhǎng)度增長(zhǎng)9.1%，樹(shù)干直徑提高5.9%。

（4）在本試驗(yàn)條件下滴灌和管灌生長(zhǎng)期施肥量最佳均為150 g/株（除秋施基肥），肥料種類(lèi)為水溶性復(fù)合肥，氮磷鉀比例為17∶17∶17。

（5）水肥耦合：滴灌是在灌水定額為81 m3/hm2，每次灌溉6 h，一年灌水6 次，全年肥量為225 kg/hm2的時(shí)候果樹(shù)生長(zhǎng)最好。管灌是在灌水定額為1 350 m3/hm2，一年灌水4 次，施肥量為225kg/hm2時(shí)候果樹(shù)生長(zhǎng)最好。