張保富

(甘肅省張掖市臨澤縣水務(wù)局，甘肅 張掖 734200)

隨著現(xiàn)代化規(guī)模經(jīng)營農(nóng)業(yè)的發(fā)展，尤其是干旱的甘肅河西走廊農(nóng)業(yè)種植區(qū)，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)已是大勢所趨。2011—2015年甘肅省水利科學(xué)研究院、西北農(nóng)林科技大學(xué)、蘭州大學(xué)等科研院所在甘肅涼州區(qū)、甘肅民勤縣等試驗(yàn)基地開展了噴灌、地膜滴灌、地膜溝灌等節(jié)水灌溉技術(shù)試驗(yàn)。其中，制種玉米精細(xì)膜下滴灌是以非充分灌溉理論為指導(dǎo)，以參考作物蒸騰蒸發(fā)量(ET0)模型為基礎(chǔ)，研究其滴灌技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益[1]。本文通過分析制種玉米精細(xì)膜下滴灌試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，比較不同設(shè)置的經(jīng)濟(jì)效益，為該技術(shù)的推廣提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

不同灌水定額設(shè)置6個(gè)處理，制種玉米精細(xì)膜下滴灌試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1，休閑期把試驗(yàn)地深耕、耙耱平整后冬灌[2- 4]，灌水量80m3/畝，試驗(yàn)地大小為3.0m×13.0m。依靠變頻設(shè)備將灌水時(shí)水泵流量設(shè)定為15m3/h，選用內(nèi)嵌貼片式滴灌帶，滴頭流量2.0L/h，滴頭間距0.3m。播前深翻、耙耱、平整、覆膜，播種時(shí)按1膜4行，1膜2管，膜寬1.45m，其中3行母本，1行父本，按行距35cm，株距25cm，每穴2～3粒種植；所有處理父本的2/3遲于母本5d播種，其余遲于母本7d播種。生育期灌水9次，采用自動(dòng)控制灌水，電磁閥精確控制灌水量，施肥、中耕，人工除草，防治病蟲害措施同常規(guī)膜上灌。

表1 制種玉米精細(xì)膜下滴灌試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2 測試內(nèi)容及方法

制種玉米成熟后，各小區(qū)單打單收，分別計(jì)算籽粒產(chǎn)量[3]；氣象資料由試驗(yàn)區(qū)全自動(dòng)氣象站獲得；在各個(gè)小區(qū)中隨機(jī)選取2處，每處取樣約5株，測定項(xiàng)目為：株高、穗重、穗長、穗粒重、穗粒數(shù)、百粒重、總干物質(zhì)等[3]；分別在苗期、拔節(jié)、大喇叭口，抽穗，灌漿期、乳熟期、收獲期測定葉面積指數(shù)；分別在出苗后及每個(gè)生育期測定干物質(zhì)量；土層含水量在播種前2d、作物整個(gè)生育期內(nèi)、作物收獲后進(jìn)行，每隔10d在0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm、100～120cm深度土層中測定，灌水前后進(jìn)行加測。測定方法用烘干稱重法、TDR水分測定儀測定。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 土層水分動(dòng)態(tài)

精細(xì)溝灌制種玉米土層水分動(dòng)態(tài)如圖1所示。由于試驗(yàn)區(qū)已灌冬水，播種水前含水量保持在15%左右，但表層較低。立苗期不同處理的土層含水量在不同深度(0～20cm、20～40cm、40～60cm)呈增加-減小-再增加的趨勢，且2個(gè)拐點(diǎn)出現(xiàn)在30、50cm深處[4]。主要是因?yàn)槊缙诘挠衩字仓暾趄v作用較弱，土層的水分蒸發(fā)植株間，水分散失主要在0～20cm土層，而60cm深處土層水分又有所增加(底墑的保持)[4]。因?yàn)樵撾A段植株枝葉茂盛、根系最發(fā)達(dá)，需水量也大[4]，抽穗期期不同處理土層含水量隨深度增加呈增加再減小的趨勢。綜上所述，膜下滴灌灌水量少，土層0～20cm、20～40cm、40～60cm的含水率在多個(gè)時(shí)段低于CK處理[4]，各滴灌處理土層水分動(dòng)態(tài)變化起伏不大，相對較為平穩(wěn)[4]，這與膜下滴灌“次數(shù)多，定額小”的灌溉特點(diǎn)是相一致的。

圖1 精細(xì)溝灌制種玉米土層水分動(dòng)態(tài)

3.2 生長動(dòng)態(tài)

精細(xì)灌溉玉米株高變化都是前期緩慢增長，拔節(jié)后快速增長，抽穗后期基本穩(wěn)定[5]，并且各處理株高均低于常規(guī)膜上灌溉如圖2所示。株高在苗期，生長緩慢，拔節(jié)-抽穗期生長最快，進(jìn)入灌漿期以后株高生長速率已很小，營養(yǎng)生長基本停止而轉(zhuǎn)向生殖生長[6]，株高增長甚微，精細(xì)膜下滴灌制種玉米葉面積指數(shù)變化如圖3所示。葉面積指數(shù)隨生育期的推進(jìn)，呈現(xiàn)出先增加、后穩(wěn)定、最后又減小的趨勢，其中CK在生長中后期葉面積指數(shù)明顯高于其他處理[6]，只有T5較為接近(圖3)。在出苗-拔節(jié)，由于氣溫較低，生長緩慢，干物質(zhì)積累緩慢，拔節(jié)-開花期間，干物質(zhì)積累快，到成熟期又快速積累[6]。灌水均勻度好的處理(T5)干物質(zhì)日增長量在成熟期期達(dá)到最大且與CK相比，差別小。隨著滴灌濕潤比的提高，玉米生長也加速，進(jìn)而增加干物質(zhì)；灌水量小濕潤比下降，作物生長高度不齊，平均干物質(zhì)積累就會(huì)減少[7](見表2—3)。

圖2 精細(xì)膜下滴灌制種玉米變化

圖3 精細(xì)膜下滴灌制種玉米葉面積指數(shù)變化[2]

表2 干物質(zhì)積累分析[2] 單位：g/m2

表3 干物質(zhì)日增長量 單位：(g/m2)/d

3.3 作物耗水量測定和計(jì)算

(1)耗水量測定

作物耗水量主要受氣象要素、土層不同深度水分含量和作物生長不同階段狀況的影響。本研究是膜下滴灌、常規(guī)膜上灌溉條件下的作物耗水量，土層含水量采用烘干法、TDR土壤水分測定儀、土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)等儀器設(shè)備測定，作物蒸發(fā)蒸騰量用水量平衡法計(jì)算。

(2)耗水量計(jì)算

作物耗水量受很多因素的影響，其中主要是氣象因素、土層不同深度水分含量和制種玉米在不同生長階段的狀況。本研究是精細(xì)膜下滴灌、常規(guī)膜上灌溉條件下的作物耗水量，土層含水量采用烘干法、TDR土層水分測定儀、土層墑情監(jiān)測系統(tǒng)等儀器設(shè)備測定，作物蒸發(fā)蒸騰量用水量平衡法計(jì)算。作物耗水量用式(1)計(jì)算：

(1)

式中，ET1-2—階段耗水量，mm；i—土層次號；n—土層總數(shù)；ri—第i層土層干容重，g/cm3；Hi—第i層土層厚度，cm；Wi1—第i層在該段的初始含水量，%；Wi2—第i層在該時(shí)段末的含水量，%；M、P、K、—段內(nèi)灌水量、降雨量、地下水補(bǔ)給量，mm；C—段內(nèi)土層排水量，mm。

計(jì)算中K=0(地下水埋深大于30m)，C=0(滴灌深層滲漏極少)，≤5mm降雨為無效降雨，故式(1)可簡化為：

(2)

(3)棵間蒸發(fā)規(guī)律

各生育階段棵間土層蒸發(fā)量與階段耗水量的比例見表4。

表4 各生育階段棵間土層蒸發(fā)占階段耗水量的比例

播種-苗期由于各處理間土層水分存在差異，因此，階段耗水量與棵間土層蒸發(fā)量差異較大，土層蒸發(fā)量最大為CK，最小為T1。苗期-拔節(jié)階段各處理的棵間土層蒸發(fā)量占階段耗水量比例明顯減小[8]。各處理棵間土層蒸發(fā)耗水量差異較大，CK仍然明顯高于其他處理，這主要是由于CK裸地面積較大，導(dǎo)致棵間蒸發(fā)較大[9]。在抽穗期，田間耗水轉(zhuǎn)向以植物蒸騰耗水為主，各水分處理的棵間土層蒸發(fā)量占階段耗水量的比例繼續(xù)減小(11.4%～17.2%)[10]。在全生育期，各處理棵間土層蒸發(fā)占總耗水量(%)的大小依次為：CK>T2>T1>T3>T4>T5，占比分別為24.2%、13.0%、12.8%、12.7%、12.2%、11.7%[10]。

3.4 灌水均勻度

根據(jù)精細(xì)膜下滴灌制種玉米各次灌水后土層含水量實(shí)測資料，利用公式(2)計(jì)算膜下滴灌制種玉米不同處理灌水均勻度見表5。取5次灌水后實(shí)測資料為例計(jì)算，各處理在各次灌水后均勻度雖然略有所差異，但由于各處理進(jìn)口壓力、滴頭間距、毛管鋪設(shè)長度、鋪設(shè)坡度，毛管管徑均一致，因此，各處理間灌水均勻度無明顯差異。將滴灌處理計(jì)劃濕潤層取為0.6m，對照處理取為1m，由于各處理灌水定額不同，其濕潤比隨灌水定額大小而變化，灌水定額大，濕潤比就大，作物可利用水量就多，有利于作物生長及產(chǎn)量形成，如T5、T4處理，其平均濕潤比可達(dá)到75%～85%，能滿足作物需水的要求。

表5 精細(xì)膜下滴灌制種玉米灌水均勻度

3.5 制種玉米效益

制種玉米的生產(chǎn)成本估算及投入產(chǎn)出分析見表6。由表6可以看出，精細(xì)滴灌各處理投入大于對照，主要是滴灌帶費(fèi)及鋪設(shè)時(shí)所需機(jī)械費(fèi)，由于精細(xì)滴灌提高了水分利用率，減少了棵間蒸發(fā)。雖然灌水量少，但在適宜灌水定額(T5)下能取得較高產(chǎn)量，幾乎與CK無差別，但凈產(chǎn)值較對照低1452元/hm2。若考慮其節(jié)水效益等，其凈產(chǎn)值可大于對照。

表6 精細(xì)膜下滴灌制種玉米投入、產(chǎn)出分析

4 制種玉米精細(xì)膜下滴灌技術(shù)要點(diǎn)

(1)內(nèi)容：秋耕冬灌+春季深翻覆膜+鋪滴灌帶播種+膜下滴灌[11]。

(2)要求：在前茬作物收獲后，秋耕、冬灌，翌年播種前深翻、耙磨、碾壓，鋪滴灌帶、覆膜的工序完成后，按1膜4行人工播種，灌水定額28m3/畝，生育期采用膜下滴灌[11]，灌水次數(shù)為9次。定期監(jiān)測土層水分，精確控制灌水量。

(3)指標(biāo)：制種生育期灌水9次(包括安種水1次)，灌水定額28m3/畝。播種時(shí)1膜2管，1膜4行，按行距30cm，株距20cm，每穴1～2粒播種。

(4)灌水：灌水時(shí)采用管道輸水膜下滴灌，全育期灌水9次，每次灌水量28m3/畝，精確控制灌水定額。依靠變頻設(shè)備控制水泵流量，由電磁閥精確控制灌水量[12- 14]。

(5)追肥：分別在大喇叭期、灌漿期分2次結(jié)合灌水追施尿素，每次5kg/畝。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

(1)1膜4行、1膜2管、全育期灌水9次、每次灌水量28m3/畝的膜下滴灌設(shè)置處理(T5)，能取得較高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

(2)由于投入較多，凈產(chǎn)值較對照(CK)低1452元/hm2；若考慮其節(jié)水效益等，其凈產(chǎn)值可大于對照。

5.2 建議

(1)精細(xì)膜下滴灌各處理投入大于對照，主要是滴灌帶及鋪設(shè)時(shí)所需的費(fèi)用高；若能提高滴灌帶的質(zhì)量和重復(fù)利用率，可降低精細(xì)滴灌節(jié)水技術(shù)的投入成本。

(2)精細(xì)膜下滴灌若第2年都種植制種玉米，會(huì)使其發(fā)生病、蟲害的概率大大提高，產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量降低；根據(jù)不同經(jīng)濟(jì)作物的市場行情，倒茬種植瓜類、洋蔥、葵花等經(jīng)濟(jì)作物，可提高經(jīng)濟(jì)效益[15]，也有利于精細(xì)滴灌技術(shù)的推廣。