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        灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的實踐與發(fā)展建議

        2024-06-28 21:01:25盛金奇
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2024年3期

        收稿日期:2023-11-30

        作者簡介:盛金奇(1986—),男,甘肅高臺人,工程師,研究方向為農(nóng)村人飲工程及灌溉用水運行管理。

        摘 要:以灌區(qū)農(nóng)業(yè)為背景,通過細致的試驗布置、物候觀測、水平衡和氮平衡要素的觀測與分析,全面剖析了灌溉對水循環(huán)、氮素循環(huán)和作物生長的影響。研究主要集中在灌溉水分生產(chǎn)率和氮平衡要素上,通過灌水、排水、滲漏、田間耗水和蒸騰等多方面數(shù)據(jù)的收集,深入揭示了不同管理策略下的效果,可為研究為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提供科學(xué)依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉;試區(qū)布置;田間處理設(shè)計

        中圖分類號:S274.3 文獻標識碼:B文章編號:2095–3305(2024)03–0-03

        隨著全球氣候變化和人口增長,灌區(qū)農(nóng)業(yè)面臨著日益加劇的水資源壓力[1-2]。有效利用水資源、提高農(nóng)業(yè)水分利用效率成為刻不容緩的任務(wù)[3-4]。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的引入和實踐對于解決灌區(qū)水資源問題至關(guān)重要[5]。通過試驗區(qū)的布置和田間處理設(shè)計,結(jié)合多種觀測手段,系統(tǒng)探討了農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的實踐經(jīng)驗,并為今后的發(fā)展提出建議。

        1 試驗區(qū)布置

        將某水稻田間小區(qū)作為試驗對象,試驗小區(qū)長8 m,

        寬3.5 m,田埂高度80 cm,臨近排水溝開排水出口,排水田埂采用塑料膜進行覆蓋并隔離,避免不同田間小區(qū)之間出現(xiàn)串水情況[6]。鋪設(shè)灌水管及計量水表,設(shè)置好測滲筒和鐵釬。

        2 田間處理設(shè)計

        采取傳統(tǒng)淹水灌溉A0、間歇灌溉A12種不同的灌溉方式,不施氮B0、減量施氮B1和常規(guī)施氮B2的施肥水平,受到試驗小區(qū)場地限制,每個小區(qū)為隨機區(qū)組排列,保證與所在區(qū)域田間管理采用相同的措施,不同水氮組合方式和不同灌溉方式下田間水層控制如表1、表2所示。

        3 試驗觀測內(nèi)容與方法

        3.1 物候及氣象要素觀測

        通過詳細觀測植株的生理指標,如葉面積指數(shù)(LAI)、蒸騰速率、光合速率等,了解作物在不同生長階段的生理狀況。對氮肥利用率進行計算,通過氮素的吸收利用率和氮素收獲指數(shù)進行評價,評估作物對施加的氮肥的利用效率,為精準的氮素管理提供數(shù)據(jù)支持。記錄多項氣象要素,對降雨量進行測量以評估降水對土壤水分的補給情況,對最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫的觀測,研究溫度對作物生長的影響。監(jiān)測相對濕度、日照時數(shù)、風(fēng)速和大氣壓強,從而深入了解環(huán)境對作物生理過程的影響機制。

        3.2 氮素濕沉降觀測

        收集降雨樣本,取樣頻次根據(jù)相關(guān)標準執(zhí)行,采集樣品于24 h內(nèi)進行分析,若無法分析則置于4 ℃以下進行保存,存儲時間不得超過7 d,樣品經(jīng)過0.45 μm濾膜,再采用分光光度法對總氮、氨氮和硝氮進行測定,用于評估水體中氮素含量的變化趨勢,為灌區(qū)水體管理提供科學(xué)依據(jù)。

        3.3 水平衡要素觀測

        試驗區(qū)域內(nèi)的灌水量測量,通過在灌溉系統(tǒng)中安裝流量計或使用其他先進的灌溉水量監(jiān)測設(shè)備,實時監(jiān)測和記錄每次灌水的數(shù)量。排水量觀測通過設(shè)置了排水設(shè)施,并在排水口安裝了流量計以準確測量排水量。滲漏量觀測通過監(jiān)測試驗區(qū)域的土壤滲透性,計算出土壤中的水分滲漏量,評估土壤的水分持久性和滲漏損失。田間耗水量觀測通過監(jiān)測土壤含水量的變化和作物的生長狀況,計算出作物在不同生育階段的耗水量,包括作物根系吸收的水分和蒸騰過程中失去的水分。蒸騰是植物通過氣孔釋放水分的過程,是水平衡中的重要過程,蒸騰量觀測通過環(huán)境監(jiān)測設(shè)備對試驗區(qū)域的蒸騰量進行觀測[7-8]?;谥参锷韰?shù)和氣象條件,采用蒸騰計算模型進行計算。

        3.4 灌溉水分的生產(chǎn)率

        灌溉水分生產(chǎn)率是評價農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉效果的重要指標,它反映了單位用水量下農(nóng)田所生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的能力[9-10]。灌溉水分的生產(chǎn)率為作物產(chǎn)量與灌溉水分的比值,計算公式為:

        灌溉水分的生產(chǎn)率=(1)

        式中,作物產(chǎn)量表示單位面積內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量,灌溉水分量則表示實際灌溉的水量,此計算方法能夠直觀地反映出單位水分下所獲得的產(chǎn)量。

        3.5 氮平衡要素觀測

        氮平衡是評價農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)氮素利用效率的指

        標[11-12],土壤氮素監(jiān)測在試驗區(qū)隨機選擇3個取樣點,共采集約500 g土樣,將土樣風(fēng)干、混合、過篩后對其總氮、氨氮、硝氮進行化驗。植株氮素觀測選擇3蔸植株樣,采用凱氏定氮儀法測定全氮含量[13]。

        4 數(shù)據(jù)處理

        統(tǒng)計水量平衡要素、氮素等數(shù)據(jù),采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,對水平衡要素、氮素輸入輸出要素和產(chǎn)量進行主成分分析。

        5 水氮調(diào)控對水循環(huán)和作物生長的影響

        5.1 對水量平衡的影響

        (1)不同水氮處理對水量平衡要素的影響。2019—2021稻田水量平衡要素計算和數(shù)據(jù)顯著性分析,相對誤差控制在20%左右,可以達到精度要求。表明排水量、耗水量和騰發(fā)量等要素存在統(tǒng)計差異,不同年份降水和溫度等氣象條件存在差異。2020年排水量超過其他年份,因該年稻季降水量大,降水集中了現(xiàn)在返青期及分蘗期,添加水層大于設(shè)計上限,導(dǎo)致排水頻次和排水量變大。若降水量小且分布均勻,水層沒有超過上限而排水量保持較低水平。

        對數(shù)據(jù)進行顯著性分析可以看出,灌溉模式為對水量平衡要素產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素,3年灌水量可達到顯著影響(P<0.05);對2019—2020年排水量產(chǎn)生顯著影響(P<0.05);對2020—2021年滲漏量產(chǎn)生顯著影響(P<0.05);施氮水平在2021年份對滲漏水量產(chǎn)生影響,水肥結(jié)合水量平衡要素不存在顯著影響(P<0.05)。采用間歇灌溉條件下,3年平均灌水量及滲漏量都低于淹水灌溉方式,田間灌水量、排水量和滲漏量都存在一定程度的降低,降低比為25.76%、16.05%和8.52%。

        (2)不同水氮處理對降雨灌溉效率產(chǎn)生的影響。田間排水量與降雨量的比值為降雨灌溉效率,用于表現(xiàn)田間對降雨的容納能力,數(shù)值高則表明越差的容納能力。提升降雨灌溉效率可以降低灌水量及排水量,減少水資源浪費和氮素損失。2019—2021年的降雨灌溉效率如表3所示,從統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以看出,間歇灌溉的降雨灌溉效率要低于淹水灌溉,2021年的降雨量最大,降雨灌溉卻低于2019年,降雨量并沒有對降雨灌溉效率產(chǎn)生決定性影響,還與降雨時間分布及田間水層控制有關(guān)。

        5.2 對作物產(chǎn)量和構(gòu)成要素的影響

        水稻產(chǎn)量與田間水肥關(guān)系有著直接聯(lián)系[14],不同水氮處理條件下稻田產(chǎn)量和構(gòu)成要素如表4和表5所示。相同灌溉模式下,3年水稻產(chǎn)量都體現(xiàn)出施氮肥處理顯著超過不施肥處理模式,施氮量的高低情況并不會對產(chǎn)量產(chǎn)生顯著差異,高施氮處理下的產(chǎn)量要超過低施氮量,增施氮肥量有利于提升稻田產(chǎn)量,間歇灌溉條件下高施氮可比低施氮處理的產(chǎn)量提升4.21%,淹水灌溉模式下高施氮比低施氮的產(chǎn)量提升0.48%,相同灌溉模式下產(chǎn)量構(gòu)成要素在3年試驗中并沒有呈現(xiàn)出規(guī)律變化,提升施氮量有助于提高結(jié)實率、穗長和穗數(shù)。相同施氮條件下,3年水稻試驗產(chǎn)量統(tǒng)計中,除了B0施氮條件下,A1產(chǎn)量超過A2產(chǎn)量,其他施氮條件下產(chǎn)量都是間歇灌溉超過淹水灌溉,水稻產(chǎn)量可提長6.4%,應(yīng)用間歇灌溉可提升水稻產(chǎn)量。應(yīng)用間歇灌溉可助于水稻根系生長和提升根系活力,避免出現(xiàn)水稻早衰和抑制無效分蘗。

        分析2019—2021年不同水氮處理條件下的水稻產(chǎn)量和顯著性可以發(fā)現(xiàn),施肥水平及交互對水稻產(chǎn)量具有顯著性表現(xiàn),施氮會顯著提升產(chǎn)量,B1和B2要比B0有著更為顯著的差異,灌溉對產(chǎn)量影響在2020年達到最高水平,相同施氮條件下產(chǎn)量構(gòu)成規(guī)律并不相同,但對2021年的結(jié)實率具有顯著影響。從水稻高產(chǎn)角度來分析,可采用間歇灌溉與高施氮相結(jié)合的方式,比常規(guī)淹水灌溉與高施氮方式提升9.32%的水稻產(chǎn)量。

        5.3 對水分生產(chǎn)率的影響

        水分生產(chǎn)率可用于評價單位灌溉水量下糧食產(chǎn)量,

        是對水分利用率的具體反映[15-16]。從表6可以看出,不同水氮處理條件下灌溉水分生產(chǎn)率存在著差異,相同灌溉模式下施氮肥處理要優(yōu)化不施氮肥產(chǎn)量。相同施氮條件下,間歇灌溉條件下水分生產(chǎn)率優(yōu)于淹水方式,灌水量小于淹水灌溉而產(chǎn)量差異并不顯著,不同施氮條件下比淹水灌溉下3年均提升30。11%、28,32和30。25%,A1B1及A1B2方式下灌當(dāng)水分生產(chǎn)率達到高值,灌溉水分生產(chǎn)率比采用傳統(tǒng)的A0B2處理均提升40.35%與43.35%。

        6 結(jié)束語

        通過對灌區(qū)農(nóng)業(yè)的綜合試驗與觀測,深入探討了節(jié)水灌溉對水循環(huán)、氮素循環(huán)和作物生長的影響。進行試驗布置、物候觀測、水平衡、氮平衡等多方面數(shù)據(jù)的收集與分析,揭示了不同管理策略下的效果,著重關(guān)注了灌溉水分生產(chǎn)率和氮平衡要素,不僅為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提供了科學(xué)依據(jù),也為提高水分和氮素利用效率提供了實用策略,可推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水資源管理領(lǐng)域的進一步研究。

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