王旭晨，李應(yīng)海，2，3，李金澤

(1.寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川 750021；3.教育部旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用工程研究中心，寧夏 銀川 750021；4.寧夏回族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750021)

1 引言

近50年來寧夏回族自治區(qū)氣候經(jīng)歷了一個由濕潤向干旱的變化過程，尤其是寧夏中部干旱帶近年來年平均氣溫是在波動中逐漸升高[1，2],逐漸加劇的高溫和干旱導(dǎo)致該地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量損失嚴(yán)重，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重影響[3]。為了應(yīng)對這個問題，寧夏引入了具有耐瘠、抗旱、食藥價值、投入少、產(chǎn)量高、脫鹽改土等特點(diǎn)黃花菜[4]，并發(fā)展成為了當(dāng)?shù)氐奶厣a(chǎn)業(yè)。但當(dāng)?shù)厮Y源利用效率低，且沒有形成完善的黃花菜灌溉制度，因此引進(jìn)滴灌水肥一體化技術(shù)來探究當(dāng)?shù)攸S花菜種植最優(yōu)灌水量，從而進(jìn)一步完善黃花菜灌溉制度。

滴灌水肥一體化技術(shù)具有節(jié)水、增產(chǎn)、省力的作用，能夠?qū)⑺头蕼?zhǔn)確地送至植物的根區(qū)，能有效保證作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[5]；近年來滴灌水肥一體化技術(shù)在玉米、枸杞、棉花、小麥、葡萄等作物上應(yīng)用廣泛[6～14]，但在黃花菜上卻鮮有研究。韓志平[15]提出黃花菜在NaCl 250 mmol/L的高鹽脅迫下仍能存活；在150 mmol/L混合鹽下任可存活，但200 mmol/L混合鹽是其致死量。高嘉寧等[16]提出適量的氮、磷、鉀配施對黃花菜產(chǎn)量影響顯著，且氮、磷、鉀肥的施用對黃花菜產(chǎn)量影響的大小順序?yàn)榈?磷>鉀。劉金郎等[17]通過田間正交試驗(yàn)和氮、磷肥單因素試驗(yàn)探究出黃花菜最佳施肥時期為3月下旬，黃花菜最佳施肥量為600 kg/hm2等結(jié)論。尹新彥等[18]研究發(fā)現(xiàn)GA3、6-BA兩種植物生長調(diào)節(jié)劑對黃花菜外觀指標(biāo)(花長、單花重)和花數(shù)有促進(jìn)作用，從而達(dá)到增產(chǎn)效果；NAA雖會增加花鮮重，但花數(shù)減少，且花蕾會畸形。黃花菜屬于多年生作物，4 a生黃花菜屬于盛產(chǎn)期，而相關(guān)研究只探究了肥料及生長調(diào)節(jié)劑等對黃花菜的影響，并沒有探明滴灌水肥一體化條件下盛產(chǎn)期黃花菜具體灌水需求量。因此，本文主要探究盛產(chǎn)期黃花菜滴灌水肥一體化技術(shù)下灌水量需求情況，為當(dāng)?shù)攸S花菜產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)支撐。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)基地位于寧夏回族自治區(qū)吳忠市鹽池縣花馬池鎮(zhèn)盈徳村，地理位置處在東經(jīng)107°40′54.11″，北緯37°78′42″，位于半干旱區(qū)與干旱區(qū)的過渡地帶，屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，當(dāng)?shù)厝照諘r間長，晝夜溫差大，光能豐富，熱量偏少，降雨分布在夏秋兩季，年際變化大，氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均蒸發(fā)量是年均降雨量的6～7倍[19]。試驗(yàn)區(qū)依托寧夏鹽池縣黃花及蔬菜新品種引進(jìn)試驗(yàn)示范基地，試驗(yàn)基地在花馬池鎮(zhèn)盈德村已建成高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)，灌溉水源為鹽環(huán)定管理處揚(yáng)黃水。試驗(yàn)區(qū)土壤為砂質(zhì)土，土壤pH值、全鹽含量等指標(biāo)檢測結(jié)果見表1(2018年縣農(nóng)業(yè)局測土配方施肥數(shù)據(jù))。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤pH值、全鹽含量等指標(biāo)檢測結(jié)果

黃花菜主要需水期為每年的4～9月份，因此主要分析這5個月降雨量。表2中是黃花菜生育期5個月的降雨量數(shù)據(jù)，用距平(多年均值)百分率法可近似確定試驗(yàn)區(qū)2021年黃花菜生育期的豐平枯情況。采用《水文情報預(yù)報規(guī)范》(GB/T22482-2008)中的距平百分率 P 作為劃分徑流豐平枯的標(biāo)準(zhǔn)，計算公式如下：

表2 試驗(yàn)區(qū)降水量檢測 mm

一般情況P<-25%為枯水年；-25%25%為豐水年。代入數(shù)據(jù)計算可得P=5.1%,近似認(rèn)為2021年黃花菜生育期間屬于平水年。

2.2 試驗(yàn)方案

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計方法，設(shè)置水量5個水平。在調(diào)查研究基礎(chǔ)上，設(shè)定的灌水量5個水平分別為：2550 m3/hm2(W1)，3000 m3/hm2(W2)，3450 m3/hm2(W3)，4050 m3/hm2(W4)，4500 m3/hm2(W5)，施肥量為675 kg/hm2(水分11次灌，肥分6次施)，具體見表3；按當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶灌水量(3450 m3/hm2)、施肥量(675 kg/hm2)及灌溉方式作為CK組(表3)。試驗(yàn)共6個處理，每個處理重復(fù)3次，共18個試驗(yàn)區(qū)。每個小區(qū)長寬為37 m×4 m，試驗(yàn)作物為4 a齡大烏嘴黃花菜，試驗(yàn)區(qū)黃花菜栽植行距140 cm，穴距40 cm，穴規(guī)格為：長10 cm，寬10 cm，深18 cm。每穴栽植4株，栽于穴的4角，黃花菜的種苗栽植密度為4764株/畝。本次試驗(yàn)選用耐特菲姆生產(chǎn)的薄壁滴灌帶De16，壁厚0.2 mm，滴頭間距0.3 m，滴頭流量為3.0 L/h。

表3 黃花菜灌水量試驗(yàn)設(shè)計

2.2.2 檢測內(nèi)容及方法

2.2.2.1 土壤含水率

試驗(yàn)前使用環(huán)刀法測得試驗(yàn)區(qū)田間持水量為20.56%。試驗(yàn)期間使用取土器取W1～W5深度為10～20,30～40，50～60，60～80，80～100 cm的土壤，分別放在各個鋁盒中，立刻帶回，用烘干器烘干，測得含水率。生育期內(nèi)灌水前、后及降雨(>5 mm)后分別測土壤含水率，并在灌水后每隔2 d測一次直至第二次灌水。

2.2.2.2 產(chǎn)量、外觀指標(biāo)、干鮮比測定

花期時每處理小區(qū)隨機(jī)選取一行5 m長度的黃花菜采樣區(qū)域，萌蕾開花期(6月下旬至8月上旬)約36 d，每天早上按各小區(qū)劃定的采樣區(qū)采樣并稱重，待采樣期結(jié)束后累加并換算為每公頃產(chǎn)量；在采收的前、中、后期各選5 d選取其中5朵測定其單花重、花長、花粗；從不同灌水量處理組的3個重復(fù)試驗(yàn)小區(qū)中各隨機(jī)選取50朵黃花菜，測量其鮮重和干重，算得干鮮比，重復(fù)3次。

2.2.2.3 凈收益

凈收益使用公式如下：

S=G-M-N-L

(1)

式(1)中:S為凈收益(元/hm2)，G為總收入(元/hm2)：黃花菜產(chǎn)量×收購單價，M為黃花菜水肥投入費(fèi)用(元/hm2)，N為黃花菜采摘費(fèi)和管理費(fèi)，L為其他投入費(fèi)用[20]。2021年黃花菜鮮重收購單價為5元/kg。

2.2.2.4 灌溉水利用效率

灌溉水利用效率使用公式如下：

(2)

式(2)中：IWUE為作物灌溉水利用效率(kg/m3)，Y為黃花菜鮮重(kg/hm2)，W為灌溉用水量。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016、IBM SPSS Statistics 26和Origin2018軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，并用Origin2018進(jìn)行繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同灌水量下灌水前后不同深度土壤含水率差值變化情況

當(dāng)?shù)貧夂蚋珊?，土壤為沙壤土，且存在滲漏現(xiàn)象，因此研究當(dāng)?shù)攸S花菜在不同灌水量情況下土壤含水率情況，進(jìn)而了解黃花菜最優(yōu)需水量。因黃花菜萌蕾開花期耗水量最大，選擇該時期測定的土壤含水率最具代表性。黃花菜萌蕾開花期為2021年7月1日至2021年8月10日，共灌水4次，選擇其中一次0～100 cm范圍內(nèi)不同灌水量下不同深度土壤灌水前后土壤含水率差值進(jìn)行作圖分析。從圖1中可以看出，W1、W2在40 cm土層以上灌水前后含水率差值和W3、W4、W5相近，但到了40 cm以下土層中，W3、W4、W5灌水前后含水率差值明顯高于W1、W2，而W3到了80 cm以下土層時灌水前后含水率差值明顯低于W4、W5。表明灌水量小于3000 m3/hm2時(W1、W2)，停止灌溉后灌溉水主要保持在0～40 cm土層中；當(dāng)灌水量為3450 m3/hm2時，停止灌溉后灌溉水主要保持在0～80 cm土層中；而灌水量大于3450 m3/hm2時(W4、W5)，水分會下滲到80 cm以下。說明當(dāng)?shù)赝寥涝诘喂鄷r，灌水量越大，會使水在重力作用下下滲的深度越深，致使灌水儲存在土壤不同的深度。而盛產(chǎn)期黃花菜根系為50～60 cm長，當(dāng)灌溉水過大，入滲到80 cm以下時，則不利于黃花菜利用，且當(dāng)?shù)赝寥罏樯百|(zhì)土壤，存在滲漏現(xiàn)象，會造成灌溉水流失(圖1)。

圖1 不同灌水量下不同深度土壤灌水前后土壤含水率差值變化

3.2 不同灌水量對黃花菜產(chǎn)量、外觀指標(biāo)的影響

產(chǎn)量和外觀指標(biāo)是黃花菜生長情況各評價指標(biāo)中的兩個重要指標(biāo)，且黃花菜外觀指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)效益有著重要聯(lián)系，外觀指標(biāo)越好(個大條長)市場價值越高；同樣產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益也有著直接的聯(lián)系。因此研究這兩項(xiàng)指標(biāo)具有重要意義。外觀指標(biāo)分花長、花粗和單花鮮重，產(chǎn)量為鮮花產(chǎn)量；表4表示不同灌水量實(shí)驗(yàn)對黃花菜產(chǎn)量和外觀指標(biāo)的差異性分析。結(jié)果表明，灌水量對黃花菜產(chǎn)量極顯著(P<0.01)。其中黃花菜鮮重介于18205～20333 kg/hm2之間，產(chǎn)量最高的W3組相對最低水平W5組提高11.68%，表明表明一味地高水并不能帶來高產(chǎn)。W3組產(chǎn)量較CK(15049 kg/hm2)組提高35.11%，表明滴灌水肥一體化灌溉方式能夠顯著提高黃花菜產(chǎn)量。表中灌水量和施肥量對黃花菜外觀指標(biāo)沒有顯著影響(P>0.05)，但其中花長最大為W1、W3(11.8 cm)處理組，花粗較大的為W2、W3(8.52 mm、8.52 mm)處理組，單花重較大的為W3(3.49 g)處理組。

表4 不同水處理對黃花菜外觀指標(biāo)和產(chǎn)量的影響

3.3 不同灌水量對黃花菜干鮮比及灌溉水利用效率影響

圖2表示了從不同灌水量下黃花菜干鮮比變化圖，圖中隨著灌水量的遞增，黃花菜干鮮比都呈現(xiàn)上升趨勢，表明灌水量有助于黃花菜對肥料營養(yǎng)成分吸收，促進(jìn)黃花菜營養(yǎng)物質(zhì)積累。圖3顯示不同灌水量下灌溉水利用效率變化圖，隨著灌水量遞增，灌溉水利用效率呈現(xiàn)下降趨勢，表明灌水量越多，黃花菜對水利用效率越差，綜合黃花菜產(chǎn)量變化情況，當(dāng)灌水量為3450 m3/hm2時較為適宜。

圖2 不同灌水量下黃花菜干鮮比變化

圖3 不同灌水量下灌溉水利用效率(IWUE)變化

3.4 不同水肥處理對凈收益的影響

目前，寧夏黃花菜平均每公頃收益在4～5.8萬元之間。不同水處理和肥處理對凈收益影響見表5，其中凈收益最高為W3處理組，其凈收益分別為66057元/hm2，較W5和CK處理組分別高出12.19%和36.30%，表明適當(dāng)灌水量和滴灌水肥一體化灌溉方式直接影響黃花菜產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

表5 盛產(chǎn)期黃花菜不同水肥處理的收益與支出

3.5 不同水肥處理對鮮重產(chǎn)量、凈收益的回歸分析

以灌水量(W)為自變量，黃花菜鮮重(Y)及凈收益(S)為因變量，通過SPSS軟件建立一元二次回歸方程。從表6可以得出，黃花菜鮮重產(chǎn)量和凈收益水灌水量和施肥量遞增呈現(xiàn)拋物線形式變化。其中產(chǎn)量和凈收益R2均大于0.8，表明該研究建立的數(shù)學(xué)模型對黃花菜產(chǎn)量和凈收益擬合程度較高，能夠較準(zhǔn)確的反映該實(shí)驗(yàn)寧夏鹽池縣花馬池鎮(zhèn)黃花菜試驗(yàn)園區(qū)其產(chǎn)量及凈收益情況。經(jīng)計算，水量實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭絮r重最大(19587 kg/hm2)所需水肥為3470 m3/hm2、675 kg/hm2，凈收益最大(78914元/hm2)所需水肥為3346 m3/hm2、675kg/hm2。

表6 不同水量投入與產(chǎn)量、凈收益的回歸模型

4 結(jié)論

(1)灌水量不同，灌溉水在土壤中儲存的深度不同，當(dāng)灌水量小于3000 m3/hm2時，灌水主要儲存在0～40 cm土層中；當(dāng)灌水量為3450 m3/hm2時，灌溉水主要儲存在0～80 cm土層中；當(dāng)灌水量大于3450 m3/hm2時，灌溉水會下滲到100 cm及以下土層中，不能被黃花菜利用，造成灌溉水流失。

(2)通過方差分析得出，灌水量對產(chǎn)量有顯著影響，但對黃花菜的外觀指標(biāo)沒有顯著影響；通過回歸分析得出，黃花菜產(chǎn)量和凈收益都隨水肥遞增呈現(xiàn)拋物線形式變化。綜合灌水量對黃花菜外觀指標(biāo)、產(chǎn)量、干鮮比、灌溉水利用效率和凈收益等指標(biāo)的影響，本實(shí)驗(yàn)條件下，最優(yōu)水肥量為3450 m3/hm2，灌水次數(shù)為11次。通過回歸分析得出，適宜的灌水量范圍為3346～3470 m3/hm2。