楊庭瑞，趙經(jīng)華，龐 毅，周和平

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，烏魯木齊 830052；2.新疆維吾爾自治區(qū)水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總站，烏魯木齊 830000；3.新疆水利管理總站，烏魯木齊 830000)

地下滴灌是通過地埋式的毛管或灌水器，將水肥精準輸送至作物根部土壤的地下局部灌溉技術[1]。與地表滴灌相比，其具有減少地表蒸發(fā)、消除地表徑流、節(jié)約用水、抑制雜草生長、提高作物產(chǎn)量等優(yōu)點[2, 3]。地下滴灌因其有別于地表滴灌鋪設及灌水的特殊性與復雜性，且應用土壤和作物種類的不同，地下滴灌用于不同土質(zhì)和作物的農(nóng)田技術要素亟待研究[4]。有研究表明作物生長發(fā)育的關鍵在于其種子萌發(fā)及幼苗生長[5]。適宜的土壤水分有利于作物干物質(zhì)量的積累，從而提高產(chǎn)量[6]。近些年來，地下滴灌技術逐漸被大量研究應用。許多學者對地下滴灌灌溉條件下的玉米[7, 8]、苜蓿[9-11]、棉花[12]等作物進行了大量研究。對于北方主要的糧食作物小麥來說，孫章浩[13]等人認為地下滴灌灌水下限80%田間持水量，灌水器流量為小流量0.9 L/h對田間土壤水分及冬小麥生長發(fā)育影響較好。對于此節(jié)水技術的研究，學者們大多集中在地下滴灌技術要素對作物灌溉制度、生長指標及生理指標的研究，對于地下滴灌技術要素對作物萌發(fā)出苗研究報道甚少[14]。

基于地下滴灌條件下的作物深播種對作物出苗及生長的影響有待進一步探究的研究現(xiàn)狀，本研究采用播種深度、毛管埋深、灌水定額及灌水次數(shù)4因素3水平的正交田間試驗，探究地下滴灌深播種小麥出苗及生長指標的變化情況。農(nóng)田節(jié)水灌溉技術的目的在于使之廣泛且高效的應用于實際大田中，本研究旨在為地下滴灌技術發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于新疆灌溉中心試驗站進行，址在昌吉市濱湖鎮(zhèn)13戶村(44°01′N ，87°18′E，海拔600 m)，試區(qū)為天山北坡沖擊、洪擊平原地帶，該區(qū)屬于典型內(nèi)陸干旱性氣候，日照時數(shù)約為7.8 h，年均氣溫約13.1 ℃。該區(qū)降水量稀少，年降水量僅約為181.7 mm；但蒸發(fā)量較大，年蒸發(fā)量高達1 730 mm以上。地下水位在3 m以下。該區(qū)土壤為中、輕壤土質(zhì)地，0～100 cm土層土壤干容重1.38～1.54 g/cm3；0～100 cm土層田間持水量為18%～24%；試驗區(qū)土壤質(zhì)地、土壤結構及肥力均勻性較好。灌溉試驗基地環(huán)境良好，試驗場地農(nóng)田灌溉水利設施配套齊全，具備試驗觀測儀器設備。

1.2 正交試驗設計

本次試驗于2019年進行，試驗小麥采用播種機條播“一管四行”的種植模式，小麥行距0.15 m，小麥播量為375 kg/hm2。田間灌溉工作壓力150 kPa。地下滴灌帶采用甘肅省大禹節(jié)水灌溉公司生產(chǎn)的地埋內(nèi)鑲式滴灌帶，可滿足地下滴灌灌水要求，毛管間距0.6 m，滴頭間距0.25 m，滴頭流量2.8 L/h，毛管埋深20～30 cm。對照地表滴灌CK采用迷宮式出流滴灌帶，毛管間距0.6 m，滴頭間距0.25 m，滴頭流量2.8 L/h。試驗采用正交試驗，9個地下滴灌處理和1個對照地表滴灌處理，共10個處理，每組兩個重復；20個試驗小區(qū)隨機布置，各小區(qū)面積60 m2(1.2 m×50 m)。作物灌水時間根據(jù)作物不同生育期需水要求和關鍵期需水特點，確定各生育期灌水次數(shù)及時間。作物在生育期內(nèi)根據(jù)當?shù)卮筇锷a(chǎn)管理施用尿素及水溶鉀肥，噴霧施農(nóng)藥三碌異氰尿酸、甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽。

地下滴灌的技術要素主要包括其毛管埋深和灌水定額等；毛管的埋深主要取決于土壤質(zhì)地、作物種類、耕作情況等因素，應使灌溉水分能依靠毛細管作用上升濕潤表層土壤，而深層滲漏小。本次試驗充分考慮作物、耕作及毛管各方面影響，采用正交試驗設計試驗方案。正交試驗以均衡分散、整齊可比的試驗設計原則利用標準化正交表可以進行多因素多水平的試驗研究，用較少的試驗次數(shù)反映全面試驗的結果，找出各個因素對試驗結果的影響程度[15]。本試驗選取播種深度(A)、毛管埋深(B)、灌水定額(C)、灌水次數(shù)(D)為影響因素，另設地表滴灌CK對照，建立4因素3水平L9(34)正交試驗表，因素水平設計見表1，正交試驗設計表見表2。

表1 因素水平表Tab.1 Factor level table

表2 正交試驗設計表L9(34)Tab.2 Orthogonal test design table L9(34)

1.3 測定指標

試驗測定指標包括株高、葉綠素含量。具體測量方法如下。

(1)出苗率：小麥采用播種機播種，在各試驗小區(qū)不同行定點選取1 m長距離，根據(jù)其播種數(shù)及其出苗數(shù)，采用公式(出苗率=(出苗數(shù)/ 播種數(shù))× 100%)計算，并取平均值。

(2)株高：株高采用卷尺測量(0.1 cm)，抽穗前，取地面至最高葉尖的高度；抽穗后，取地面至最高穗頂?shù)母叨?。每個處理小區(qū)不同行隨機選取3株小麥測量其平均株高。

(3)葉綠素含量(SPAD)：在測定葉面積時，每個小區(qū)內(nèi)隨機選取20片長勢良好的旗葉葉片。使用SPAD-502Plus便攜式葉綠素指數(shù)儀在取樣葉片的上中下部分別測量SPAD值并取均值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

正交試驗效果分析使用正交試驗直觀分析法。根據(jù)分析原則，試驗因素對觀測指標無影響時，其k1、k2、k3值應該相等，反之則表明有一定影響?？筛鶕?jù)其值來判斷試驗因素對觀測指標的影響。根據(jù)極差R判斷試驗因素對觀測指標的影響程度大小，得到試驗因素對觀測指標的影響主次順序。

使用Origin軟件進行數(shù)據(jù)處理及圖形繪制，用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行LSD顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 地下滴灌小麥出苗情況分析

在本試驗設計實施中，全面考慮了作物本身和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理技術措施，因此在試驗設計中選取了不同深度的毛管埋深及播種深度，觀測小麥在地下滴灌深播情況下小麥的出苗的情況(如表3)。小麥在各類地面灌溉條件下適宜的播種深度在3～5 cm，低于3 cm不利于播后覆土，裸子較多；深于5 cm后，小麥出苗率在不同程度上下降[17-19]。試驗過程中，7、8、9為播種深度20 cm處理，其最初出苗率極低，因此對該3個處理進行了補苗處理，補苗后3個處理出苗率均達95%，降低由于補苗帶來的正交試驗直觀分析法計算中的誤差影響。正交試驗直觀分析發(fā)現(xiàn)：播種深度對小麥的出苗影響最大，灌水次數(shù)次之，其次是灌水定額，最后是毛管埋深。播種深度隨10、15、20 cm深度增大，小麥出苗率有明顯的降低，在播種深度10 cm時小麥出苗率平均達77%，約為播種深度15 cm時小麥平均出苗率的1.9倍，差異顯著(P<0.05)。對照試驗CK處理為播種深度5 cm的地表滴灌，其出苗率達到99.8%，相比地下滴灌播種深度10、15 cm高出29.6%和43.1%，顯著性分析表明播種深度10 cm、15 cm與CK處理出苗率差異顯著(P<0.05)。作物的出苗率高低與出苗水分和播種深度兩個主要因素相關。從出苗水分來看，地下滴灌與地表滴灌水分浸潤土壤的方式有所不同，地表滴灌是一種以水滴的形式自上而下的浸潤土壤的局部灌溉方式，可為種子提供充足的出苗水分；地下滴灌由于灌水器(滴頭)埋于地下一定深度，灌溉水分以土壤毛細管作用及重力作用浸潤土壤。在本次試驗中，地下滴灌條件下小麥種子播種深度較深，地下滴灌灌水可為深播小麥種子提供出苗水分。但從播種深度來看，CK處理出苗時間為8 d，地下滴灌播種深度10、15、20 cm處理出苗時間分別為13、17、20 d；播種深度的加深，出苗時間也隨之增加，小麥的播種深度較深，種子上被覆土層較厚，小麥種子發(fā)芽及破土能力降低，導致出苗率下降。

表3 正交試驗小麥出苗結果統(tǒng)計分析Tab.3 Statistical analysis of wheat seedling emergence results in orthogonal test

2.2 地下滴灌小麥株高的變化

試驗各處理小麥出苗情況雖略有不同，但不同處理下全生育期出苗后小麥的平均株高的變化基本一致，均呈現(xiàn)單增的趨勢(如圖1)。各處理從苗期至拔節(jié)期小麥株高增長較為緩慢，拔節(jié)期后株高迅速增長，在灌漿期小麥植株高度基本定型。拔節(jié)期至抽穗期地下滴灌小麥平均株高增長幅度較大，較前一生育期末株高增長了62.3%；抽穗期至開花期株高增長速率變慢，較前一生育期末增長了33.3%。CK處理與地下滴灌小麥在拔節(jié)期至開花期小麥株高增長趨勢一致，拔節(jié)期至抽穗期和抽穗期至開花期分別較前一生育期末株高增長55%和38%。從試驗結果發(fā)現(xiàn)，播種深度10 cm處理小麥成熟期末株高總體高于播種深度20 cm和30 cm處理，高于播種深度30 cm處理最大達12.5 cm。CK處理成熟期末株高總體高于地下滴灌各處理，株高達到63.6 cm；試驗數(shù)據(jù)顯著性分析表明CK與播種深度10 cm各處理株高差異不顯著(P>0.05)，與播種深度20 cm和30 cm差異顯著(P<0.05)?？傮w而言，地下滴灌與CK處理小麥株高變化情況一致，但由于播種深度較深的情況以及灌水量的差異對小麥株高影響較大。

圖1 不同處理下小麥株高變化趨勢圖Fig.1 Variation trend line of wheat plant height under different treatments

2.3 地下滴灌小麥SPAD值的變化

從圖2可以發(fā)現(xiàn)不同試驗處理的SPAD值呈先增后降的趨勢。地下滴灌各處理與CK處理變化趨勢一致。從苗期至開花期增加，在開花期各處理SPAD值基本達到峰值，而處理5的SPAD值最大為56.5。開花期至成熟期隨著小麥葉片的逐漸衰老，SPAD值逐漸降低，這是由于水分較大程度的影響小麥的葉綠素含量，在灌漿期至成熟期灌水量減少，致使SPAD值大幅下降。試驗數(shù)據(jù)顯著性分析表明各處理間SPAD值無顯著性差異(P>0.05)?？傮w來看，地下滴灌與CK處理雖灌溉方式有所變化，但兩者對葉綠素含量影響表現(xiàn)情況相近。

圖2 不同處理下小麥葉綠素含量變化趨勢線Fig.2 Variation trend line of wheat chlorophyll content under different treatments

3 討 論

小麥的適宜播種深度在3～5 cm，播種深度過深或過淺都會不同程度影響其出苗、株高、產(chǎn)量等生長和生理特性[20]。種子深播，所覆蓋土壤會加大種子萌發(fā)的阻力，出苗耗時增加及出苗率下降。在干旱土壤播種時，種子深播又可以作為提高出苗率的措施，小麥種子適宜深播可以使其充分利用土壤水分，易于萌發(fā)出苗，但需選取耐深播品種[21]。胚芽鞘與地中莖的長度與種子是否耐深播有密切的關系，作物是否耐深播具有復雜的遺傳特性[22, 23]。地下滴灌作為一種新型的節(jié)水灌溉技術，其毛管、灌水器鋪設及灌溉水分運移機理有別于地表滴灌等灌溉方式。種子深播增加了種子與地下滴灌灌溉水的接觸機會來促進出苗[24]?？紤]到地下滴灌播種深度、毛管埋深及灌水等技術要素，在本試驗通過小麥播種深度為10、15、20 cm，分析可以發(fā)現(xiàn)小麥的出苗率隨播種深度增加有明顯降低，相比CK處理出苗率差異顯著。在試驗過程中，由于播種深度20 cm小麥出苗率過低，對其進行了補苗，且對小麥產(chǎn)量結果產(chǎn)生了較大影響，因此未對產(chǎn)量結果進行對比分析，僅對比分析生長指標變化情況。作物的出苗及生長受種子品質(zhì)、播種深度、秸稈、土壤質(zhì)地、地溫、土壤水分肥力等諸多因素的影響[25-28]。地面灌條件下作物出苗及生長狀況前人做了許多研究[29-31]；對于地下滴灌條件下的研究較少。通過本次試驗發(fā)現(xiàn)選擇當?shù)卮筇镄←溒贩N，播種深度10 cm小麥出苗率可達77%；地下滴灌各處理小麥生長指標略低于地表滴灌CK，但全生育期生長趨勢相近。地下滴灌作為新型的節(jié)水灌溉技術，其管道鋪設方式、灌水要素及管理措施等不同于地表滴灌，而地下滴灌作物出苗問題是制約其發(fā)展的重要因素之一，地下滴灌與作物種子深播相結合可以為種子萌發(fā)出苗提供水分，但需對深播種作物品種進行篩選。若地下滴灌技術大面積推廣應用，那么地下滴灌條件下作物深播種子品種挑選、播種深度參數(shù)優(yōu)選及其與農(nóng)業(yè)管理措施的研究亟待探究。

4 結 論

地下滴灌小麥的株高、葉綠素含量與地表滴灌CK處理的變化趨勢相似。地下滴灌深播小麥播種深度為20 cm、30 cm的株高比播種深度10 cm株高較小，但與CK 處理株高差異顯著(P<0.05)。地下滴灌各處理與CK處理的葉綠素含量差異不顯著(P>0.05)。總體而言，地下滴灌各處理與CK處理對小麥的葉綠素含量變化影響不大，但地下滴灌播種深度對小麥株高影響較大。

正交試驗結果分析表明：4種試驗因素對觀測指標深播小麥出苗率的影響主次順序為播種深度>灌水次數(shù)>灌水定額>毛管埋深。深播小麥隨播種深度增加較大程度的影響其出苗率，播種深度10 cm出苗率較其他處理更高，但仍需要選擇耐深播小麥品種對地下滴灌深播小麥播種深度細化參數(shù)進行研究。