王亞竹,丁 林, 王文娟, 田生宏

(甘肅省水利科學研究院, 蘭州 730000 )

全膜壟作溝播栽培技術是旱作農業(yè)上的一項突破性的耕作栽培創(chuàng)新技術，它克服傳統(tǒng)栽培(平作)許多不利因素[1]。壟作溝播改變了地表形狀，改善了土壤水、肥、氣、熱狀況[2]。壟作溝播通過覆蓋抑蒸、膜面集水、壟溝種植技術為一體，使地面蒸發(fā)降到最低，在保蓄灌溉水、收集天然降水的同時還能使灌溉水和降水集中入滲于作物根部，被作物有效利用[3-6]。實現了保墑、集水、抗旱，促進作物生長，提高作物產量[7-10]的目的，該技術及其模式已在我國北方旱作農業(yè)區(qū)大量推廣應用。而噴灌技術節(jié)水增產效果顯著，且技術較為成熟，早已大面積推廣應用[11-12]。在壟作溝播噴灌方面，已有學者就其可行性及其發(fā)展優(yōu)勢、土壤水分變化等方面開展了部分嘗試性的研究，表明壟作溝播噴灌技術改善了作物生長環(huán)境與農田小氣候，對水分利用有積極影響[13-15]。還有學者就模擬降雨情況下壟溝的蓄水及集水效應進行了研究，認為壟溝對模擬降水具有保蓄作用，可提高產流效率[16-18]。本文針對石羊河流域水資源短缺、用水效率低下等問題，以提高水分利用及效益為目標，根據壟作溝播噴灌技術的特點及適宜種植作物，研究葵花在壟作溝播噴灌條件下的生理特征、產量、灌溉水利用率等指標，對提高作物水分高效利用、解決缺水問題及新型節(jié)水栽培技術的推廣都具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2018年4月—2019年9月連續(xù)兩年在甘肅省水利科學研究院民勤灌溉試驗站進行。試驗區(qū)地處民勤綠洲和騰格里沙漠交界地帶，地理坐標東經130°05′，北緯38°37′，屬典型的大陸性荒漠氣候。研究區(qū)氣候干燥，降水稀少，蒸發(fā)量大，風沙多。多年平均氣溫7.8℃，多年平均降水110 mm，多年平均蒸發(fā)量2 644 mm。試驗區(qū)土質0—60 cm為黏壤土，60 cm以下逐漸由黏壤土變?yōu)樯橙劳?，土壤平均容重?.54 g/cm3，灌溉水為地下水，礦化度0.91 g/L。

1.2 試驗設計

試驗以油葵(品種為矮大頭)為研究作物，以不同灌水定額各設4個處理，以常規(guī)覆膜噴灌為對照，每個處理重復3次，各小區(qū)隨機布置，共計15個試驗小區(qū)。各處理依據少量多次原則及作物生育期持續(xù)時間設置灌水次數為5次。田間噴灌工程為半固定式噴灌，噴頭布置方式采用正方形布置，每個小區(qū)面積6.5 m×6.5 m，噴頭噴嘴流量為1.0 m3/h，射程為6.5 m，噴頭間距8.0 m，噴頭工作壓力0.25 MPa。試驗區(qū)壟溝規(guī)格為大小壟，大壟寬70 cm，小壟寬40 cm，溝深15 cm，用雙壟溝播機完成起壟覆膜，作物種植行距均為大小行，大行距70 cm，小行距40 cm。種子播在壟溝內，每穴1～2粒，株距20 cm，每穴留苗1株，理論保苗(7.50～8.25)萬株/hm2。2018年4月25日播種，5月3日出苗，8月20日收獲；2019年4月19日播種，4月28日出苗，8月12日收獲。各處理用300 kg/hm2的P2O5， 165 kg/hm2的N做底肥，在開花期和灌漿期與灌水同步各追施N 69 kg/hm2。試驗采用壟溝規(guī)格及作物種植模式見圖1，試驗小區(qū)灌水技術參數設計見表1(各處理灌溉定額均不包括冬季儲水灌溉定額120 mm)。

圖1 雙壟溝播噴灌壟溝模式及栽培示意圖

表1 各試驗處理灌水參數設計

1.3 測定指標與方法

土壤含水率：用HD2土壤水分速測儀結合土鉆取土烘干法測定土壤含水率，深度為0—100 cm的土層中每20 cm為1層測定，整個生育期內每隔8～10 d測定1次，降水及灌水前后進行加測，每個處理分別在距離噴頭4 m處的壟頂和壟溝內埋設測管，每個處理重復3次。

灌水量：采用管道輸水，壓力由變頻設備控制，每個試驗小區(qū)用獨立閘閥控制灌溉，灌水量由水表精確量測。

作物指標：株高在生育期每隔10 d用卷尺測定；莖粗在生育期每隔10 d用游標卡尺測定；干物質在每個生育期每小區(qū)取5株自然晾干后測定，根據種植密度計算單位面積干物質；葉面積從苗期開始，在各個生育期取5株油葵，將每株葉片完整剪下，用葉面積儀(北京雅欣理儀科技有限公司1241型葉面積儀)測定每片葉子面積，將5株葉面積平均后根據作物密度計算葉面積指數。

作物產量：收獲期在每個小區(qū)中隨機選取兩點，每點取樣5～10株，將兩個點的樣品合成一個樣，進行考種；收獲時按各小區(qū)單收，計算各小區(qū)產量。

灌溉水分利用效率：指油葵每消耗單位灌溉水量生產籽粒產量的量(kg/m3)。

水分生產力：指消耗單位灌溉水量生產籽粒產生的經濟價值(元/m3)。

1.4 數據分析及處理方法

用Excel 2016進行數據處理和制圖，用DPS(v6.05)統(tǒng)計軟件做相關分析。

2 結果與分析

2.1 株高生長動態(tài)

株高可直觀看出作物生長情況，從各處理株高曲線(圖2)可以看出，兩年試驗中各處理株高變化趨勢一致，都是苗期緩慢增長，拔節(jié)后快速增長，開花后期基本穩(wěn)定，生育末期略有下降。株高快速生長期均出現在6月份，其中2018年日增長量最大的為T3處理的3.54 cm/d，最小的為T1處理的2.89 cm/d；2019年日增長量最大的為T4處理的3.73 cm/d，最小的為T1處理的3.28 cm/d。各處理間株高變化在拔節(jié)期以前差別較小，隨后逐漸增大，到盛花期達到最大，這與各處理灌水定額大小有很大關系，灌水定額大，水分相對充足，油葵長勢就好，其中2018年各處理株高最大值為T3處理的166.0 cm，其次為T4的158.0 cm，最小為T1處理的132.0 cm，二者分別相差34.0，26.0 cm，相差在19.7%以上；2019年各處理株高最大值為T3處理的161.3 cm，其次為T4的157.7 cm，最小為T1處理的136.7 cm，二者分別相差24.6，21.0 cm，相差在15.4%以上。從兩年株高數據來看，在相同灌水次數情況下，對照處理雖然灌水較多，但其最大株高與T3，T4處理仍有一定差距，其中2018年CK較T3，T4分別降低14.7，6.7 cm，2019年CK較T3，T4分別降低10.0，6.3 cm，這主要是覆膜平作在噴灌條件下地面蒸發(fā)較大，水分利用不高所致。

圖2 油葵全生育期株高變化

2.2 莖粗生長動態(tài)

莖粗是判斷作物生長是否旺盛的主要指標之一，從各處理全生育期莖粗曲線可以看出(圖3)，在整個油葵生長過程中，各處理莖粗變化趨勢一致，呈單峰曲線。各處理莖粗在生育前期快速增長，達到高峰后隨作物逐漸成熟莖干水分不斷流失而略有下降，且莖粗的變化隨灌水定額大小而變化，灌水定額較小的處理始終處于水分虧缺狀態(tài)，影響了莖粗的生長。通過兩年數據分析可知，在各處理間均是T3處理莖粗最大，而T1處理莖粗最小，在開花盛期差距達到最大，其中2018年T3較T1增加0.60 cm，2019年T3較T1增加0.73 cm。雖然T4灌水定額大于T3處理，但兩者莖粗卻差別不大；對照處理灌水定額較大，與T4處理一致，但其莖粗明顯小于T3，T4處理，其中2018年開花盛期T3，T4莖粗較CK分別增加0.45，0.15 cm；2019年開花盛期T3，T4莖粗較CK分別增加0.51，0.18 cm。從莖粗后期下降趨勢來看，生育旺盛期莖粗越大，生育后期下降越大，如T3處理兩年分別下降0.55，0.58 cm，而T1處理則分別下降0.39，0.15 cm。

圖3 油葵全生育期莖粗變化

2.3 葉面積生長動態(tài)

群體葉面積是反映作物生長發(fā)育及光合作用及光合產物形成的重要基礎，如圖4所示，各處理油葵葉面積指數在全生育期均呈單峰變化，兩年變化趨勢均一致。葉面積指數與作物生長快慢有較大關系，作物快速生長期葉面積指數也迅速增加，到生育旺盛期基本穩(wěn)定，生育后期隨下部葉片枯黃逐漸減小。在油葵拔節(jié)到盛花前期葉面積增長速率均較大，其中2018年日增長量為0.08～0.13，2019年日增長量為0.09～0.16，且T3，T4處理均處于較高值，日增加量達到了0.11以上。兩年葉面積指數最大值均出現在7月中旬，兩年中較大值均為T3，T4處理，其值分別為2018年的4.90，4.89，2019年的5.15，4.98；而最小值均為T1，兩年分別為3.78，3.89，二者分別相差1.12，1.11，1.26，1.09。造成這一結果均是由于灌水量不一致及水分利用效率不一致引起，灌水量適宜且水分利用效率較高的處理生長旺盛、葉片較大，葉面積指數相對較高，而相對缺水處理明顯較低。

圖4 油葵全生育期葉面積指數變化

2.4 干物質生長動態(tài)及分配

作物生長過程中光合產物的累積量是水分高效利用及光合產物形成的重要基礎，而光合產物在不同器官中的合理分配是轉化為經濟產品的關鍵。研究不同灌水及種植模式下光合產物的累積特征是探索和篩選高效節(jié)水灌溉技術的重要依據。由表2可知，在壟作溝播噴灌不同灌水定額下，灌水定額大的處理干物質積累要多，其中干物質積累量較大的處理為T3和T4，2018年成熟期干物質積累量分別為426.20，418.86 g/m2，與T1，T2處理均有極顯著差異；2019年成熟期其干物質積累量分別為399.58，387.08 g/m2，與T1處理均有顯著差異，其余生育期T3和T4干物質積累與T1，T2處理比較均有顯著或極顯著差異。壟作溝播處理與對照處理相比可知，雖然對照處理灌水定額較大，但其干物質積累量卻不是最大的，在各個生育期CK干物質積累量只與T1處理有顯著差異(2018年成熟期與T1處理有極顯著差異)，而與其他處理幾乎無差異。

灌溉方式與種植模式等因素可影響光合產物的積累和分配，不同處理間干物質在各個器官間分配的比例和增重的趨勢也不同。就成熟期地上部分干物質而言，在葉、莖、盤3部分的分配直接影響產量的高低，從成熟期分配比例來看(圖5)，呈現盤>莖>葉。在各個處理間葉、莖、盤分配比例基本無差異，葉分配比例2018年為19.74%～21.48%，2019年為20.44%～22.40%；莖分配比例2018年為28.90%～34.15%，2019年為30.20%～34.12%；盤分配比例2018年為45.79%～51.36%，2019年為44.83%～49.36%。雖然在成熟期T1處理盤分配比例較高，兩年都在50%左右，但其整體地上部分干物質量較少，對提高產量作用不大；而T3，T4等處理成熟期盤分配比例均在45%左右，但其整體干物質量較大，在提高產量的同時，光合副產品也相對較多。

表2 油葵各生育期干物質積累變化 g/m2

圖5 油葵收獲期各器官占地上部分干物重的百分比

2.5 油葵產量及其構成因素

油葵不同噴灌處理下產量及其構成要素見表3。就花盤重、花盤直徑、籽粒數及百粒重來看，各處理之間兩年均無顯著或極顯著差異。雖然各處理籽粒數無差異，但其單盤籽粒重則存在差異，其中2018年T3與T1，T2有極顯著差異，T4與T1有極顯著差異，與T2有顯著差異；2019年T3，T4與T1，T2有極顯著差異；對照CK處理2018年與T1有極顯著差異，2019年與T1有顯著差異。在產量方面，產量最高的為T3處理，其兩年產量分別為8 590.23，8 413.54 kg/hm2，它與T1處理均有顯著差異，與其他處理差異不顯著，其產量較T1分別增加1 791.10，1 466.60 kg/hm2。雖然T3處理產量與T4，CK及T2處理無差異，但數值上卻有所增加，其中2018年分別增加144.28，335.95，530.37 kg/hm2，2019年分別增加274.01，672.87，767.59 kg/hm2。由此可見，水分處理及種植模式明顯影響了油葵營養(yǎng)生長，溝播噴灌處理單盤籽粒重隨著灌溉量的增加而增加，也就是說單盤籽粒重對水分反應敏感，由于各處理種植密度均一致，因此平均單盤籽粒重即可代表油葵產量高低。比較各處理產量可得，T3，T4處理較對照是增產的，兩年分別增加4.07%，8.70%；其他處理較對照是減產的，其中T1減產最大，兩年減產率分別為18.62%，10.26%。

表3 油葵產量及其構成因素

2.6 油葵灌溉水利用效率

水分利用效率是灌溉水、土壤水及降水是否高效、合理利用的標志。從圖6可以看出，油葵灌溉水利用效率隨灌溉定額的多少而變化，灌溉定額越大，水分利用效率越低，從而不能達到高效利用的目的。在相同灌溉定額條件下，種植模式會影響水分利用，如T4和CK處理設計灌水定額相同，實際灌溉定額無差別，但T4處理兩年的灌溉水利用效率均大于CK處理，較CK分別高出0.15，0.11 kg/m3。在各處理間，T1處理灌溉水利用效率最高，兩年分別為4.68，4.64 kg/m3；T3處理灌水量適中，其灌溉水利用效率也不低，較CK分別提高21.1%，22.1%，水分生產力達9.0元/m3以上；對照處理灌溉水利用效率最低，兩年分別為3.49，3.29 kg/m3。由此表明在一定范圍內，適當減小灌水定額可以提高水分利用效率。從整個生育期來看，灌溉水利用效率呈線性曲線，隨灌水量增加呈現減小的趨勢。另外適宜的灌水技術可充分利用有限的水分，減少無效蒸發(fā)與滲漏，也可提高灌溉水利用效率。

圖6 油葵灌溉量及灌溉水利用效率

3 結論與討論

本文通過研究壟作溝播噴灌條件下油葵的生長特征、產量、水分利用等指標，并根據栽培特點篩選出了適宜的壟作溝播噴灌節(jié)水高產栽培與灌溉模式。相關結論如下：(1) 適宜壟作溝播噴灌(T3處理)條件可使油葵全生育期生長旺盛，其株高、莖粗、葉面積指數、干物質積累均處于較高值。(2) 在適宜的灌水定額下壟作溝播噴灌處理(T3處理)在促進油葵生長的同時還可提高產量，兩年產量較對照(CK)分別增加4.07%，8.70%，這與胡想全等[11]的研究結論是一致的。(3) 壟作溝播噴灌處理水分利用效率普遍較高，能實現灌溉水的疊加利用，減少蒸發(fā)損失，適宜處理(T3)較對照處理兩年分別節(jié)水11.0%，14.1%，水分利用效率分別提高21.1%，22.1%，水分生產力達9.0元/m3以上，達到了節(jié)水高產高效的目的。(4) 在適宜區(qū)域壟作溝播噴灌油葵推薦采用灌溉制度為總灌溉定額1 800 m3/hm2，灌水定額36 mm，全生育期灌水5次，不同區(qū)域可根據實際情況適當調整。

由于本研究結合了壟作溝播與噴灌的優(yōu)點，利用壟溝集水作用，將落地水量及作物莖稈下流水量充分利用，較常規(guī)覆膜平作噴灌可減少灌水量，并且可改善農田小氣候及作物根系分布區(qū)水分狀況，對作物生長及提高作物產量有益。由于試驗在民勤綠洲開展，受氣候、水質及土壤等影響，得出的研究結論中的指標與數據不能完全應用于類似地區(qū)，但總體結果及變化趨勢應有一定的指導意義。另外壟作溝播噴灌條件下灌溉水分的運移特征及高效利用機理，水肥耦合效應、不同作物適宜噴灌定額與灌溉制度等還要根據作物種植區(qū)水資源狀況、土壤和氣候特點、作物栽培特點開展進一步的研究與探索，促進該技術的大面積推廣應用。