壟作溝灌條件下灌溉定額對土壤水鹽分布和制種玉米耗水的影響

王增麗，朱興平，溫廣貴，殷慶德

(1.甘肅省武威市中心灌溉試驗站， 甘肅 武威 733000；

2.甘肅省武威市水利技術綜合服務中心， 甘肅 武威 733000； 3.甘肅省武威職業學院， 甘肅 武威 733000)

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壟作溝灌條件下灌溉定額對土壤水鹽分布和制種玉米耗水的影響

王增麗1，朱興平2，溫廣貴3，殷慶德2

(1.甘肅省武威市中心灌溉試驗站， 甘肅 武威 733000；

2.甘肅省武威市水利技術綜合服務中心， 甘肅 武威 733000； 3.甘肅省武威職業學院， 甘肅 武威 733000)

摘要：通過田間試驗對壟膜溝灌條件下，不同灌溉定額對土壤水鹽分布及制種玉米產量和水分利用效率的影響進行了研究。結果表明：灌溉定額對壟頂和溝底0～100 cm土層水鹽分布具有不同的影響，隨著灌水定額的增加，壟頂土層鹽分累積效應明顯高于溝底土層，深層土壤水分含量高于淺層土壤水分含量；灌水階段，表層土壤脫鹽量隨著灌水定額的增加而增大，土壤蒸發階段，灌水定額大的處理表層土壤鹽分累積效應明顯；作物耗水量及土壤的儲水能力受灌溉定額影響顯著，當灌水定額大于400 m3·hm-2時能顯著增加溝底土壤水分的垂直運動，促進水分在深層土壤中儲存；隨著灌溉定額的增加，制種玉米的穗長、穗行數、行粒數呈增加的趨勢。從節水增產角度考慮，制種玉米全生育期灌水5次(播后、拔節期、大喇叭口期、抽穗期、灌漿期)，灌水定額為500 m3·hm-2，灌溉定額為2 500 m3·hm-2，土壤鹽分累積效應最低且作物水分利用效率(0.825 kg·m-3)和產量效應(4 219.91 kg·hm-2)最優。

關鍵詞：制種玉米；壟作溝灌；灌溉定額；水鹽運移；產量

Effects of irrigation quota on distribution characteristics of

甘肅省石羊河流域屬內陸干旱地區，由于地表水資源嚴重短缺，地下水成為該區農業灌溉的重要水源。高礦化度的地下水灌溉和強烈的蒸發蒸騰作用使該區耕地大面積出現積鹽現象，灌溉農業的可持續發展面臨巨大的挑戰[1]。相對于傳統的灌溉形式，溝灌灌溉方式具有提高玉米等寬行作物產量和水分利用效率的作用[2]。自20世紀90年代初，全國玉米雜交制種基地逐漸西移，河西灌區成為60多個玉米高產品種的制種基地[3]，針對壟膜溝灌條件下對制種玉米產量和水分利用效率的影響有一定的研究[4-6]，但灌溉定額對制種玉米農田水鹽分布影響方面的研究鮮有報道。基于此，本試驗進一步探討不同灌溉定額對土壤剖面水鹽分布特征及制種玉米產量的影響，旨在為制種玉米生產提供技術指導和理論依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗在武威市中心灌溉試驗站進行，試驗站海拔1 582 m，東經102°50′，北緯37°52′。地處騰格里沙漠邊緣，為典型的干旱荒漠區。多年平均降水量163.2 mm，多年平均蒸發量2 019.9 mm。土壤全氮含量0.44 g·kg-1，有機質含量6.74 g·kg-1。土壤質地為粉質壤土，平均土壤密度1.45 g·cm-3，田間持水率32%，飽和含水量42%，地下水埋深48 m。

1.2試驗材料及測定方法

供試制種玉米品種為富農963，于2013年4月24日種植，9月10日收獲，全生育期140 d。采用玉米穴播機進行播種，播種量30 kg·hm-2，株距20 cm，行距50 cm，基肥量尿素262.5 kg·hm-2，磷酸二氫銨525 kg·hm-2。

壟溝設計標準：壟高20 cm，壟頂寬50 cm，壟底寬80 cm，溝底寬20 cm。制種玉米生育期追肥措施隨拔節期灌水進行，追肥量200 kg·hm-2。各種農藝措施參照當地經驗。試驗采用隨機區組排列，重復3次，小區面積32 m2(4 m×8 m)，周圍布置保護區，試驗處理設置見表1。

表1　各處理灌溉方案/(m3·hm-2)

1.3測定項目與方法

在制種玉米播種前、收獲后以及每次灌水前后(降雨前后加測)，對壟頂、溝底分層(0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)進行取樣，采用烘干法測定土壤水分。利用SG-3型電導率儀測定電導率EC1∶5(土水質量比為1∶5)，根據文獻[7]計算土壤全鹽含量。作物收獲后對產量及產量性狀進行考種，并計算水分利用效率。

1.4數據處理

利用SPSS16.0對試驗數據進行方差分析和顯著性檢驗，采用Surfer8.0軟件進行制圖。

2結果與分析

2.1土壤剖面鹽分動態變化

不同處理制種玉米生育期壟頂、溝底土層鹽分變化見圖1。由圖1可知，各處理壟頂、溝底0～100 cm土層土壤鹽分變化受灌水定額和根系吸水等因素的影響。在苗期，各處理壟頂、溝底土壤剖面鹽分變化規律基本一致：各處理壟頂剖面各層鹽分含量較溝底各對應土層呈增加的趨勢。在苗期(播后26 d)，T2、T3處理壟頂0～10 cm土層含鹽量較T1處理分別降低23.08%、49.81%，溝底土壤含鹽量較T1處理分別提高17.52%、4.36%。此外，各處理壟頂脫鹽土層深度也不相同。T1處理40～60 cm土層發生脫鹽現象，T2處理60～80 cm土層發生脫鹽現象，T3處理80～100 cm土層發生脫鹽現象。在灌漿期(播后99 d)，T2、T3處理壟頂0～10 cm土壤含鹽量較T1處理分別降低50.08%、58.11%。溝底土壤含鹽量較T1處理分別提高47.06%、66.96%。T1、T2處理40～60 cm土層發生脫鹽現象，T3處理60～80 cm土層發生脫鹽現象。

注：A圖為壟頂剖面土壤含鹽量變化，B圖為溝底剖面土壤含鹽量變化。下同。

Note: A and B represented soil salinity changes in ridge top and ditch layers respectively, and hereinafter.

圖1不同處理制種玉米生育期壟頂、溝底土壤含鹽量剖面圖

Fig.1Distribution of soil salinity at ridge and furrow during maize seed production

研究結果表明，隨著灌水定額的增加，壟頂表層土壤鹽分含量較溝底表層鹽分變化劇烈，在灌水階段，表層土壤脫鹽量隨著灌水定額的增加而增加，在土壤蒸發階段，隨灌水定額的增加表層土壤鹽分的累積效益增強。分析原因為灌水定額對土壤水分的縱向和橫向運移產生影響，水分在土壤中入滲的深度不同。在土壤水分蒸發過程中，土壤鹽分隨著水分逐漸上移，土壤表層發生積鹽現象，土壤中層發生脫鹽現象。

2.2土壤剖面水分動態變化

由圖2可知，在制種玉米生育期內，各處理土壤水分含量隨著土壤深度變化的趨勢基本一致。在苗期，各處理壟頂0～20 cm土層土壤含水量為10.33%～11.07%，溝底0～20 cm土層土壤含水量為12.51%～14.13%，在80～100 cm土層內土壤含水量為18.70%～24.32%。處理間壟頂、溝底各對應土層土壤水分含量差異不大。

進入拔節期，在棵間蒸發和作物蒸騰的雙重作用下，各處理壟頂、溝底0～100 cm土層土壤蓄水量明顯較苗期減少。其中壟頂0～20 cm土層土壤含水量為6.89%～8.54%，溝底0～20 cm土層土壤含水量為9.66%～9.87%，處理間無顯著性差異。溝底60～80 cm土層T1、T2、T3各處理土壤含水量依次為11.47%、13.85%、15.33%，T2、T3與T1差異顯著。在抽穗期、灌漿期各處理土壤含水量分布特征基本一致。在乳熟期，各處理壟頂0～20 cm土層土壤含水量為10.33%～11.07%，溝底0～20 cm土層土壤含水量為12.51%～14.13%，在80～100 cm土層內各處理土壤含水量為18.70%～24.32%。壟頂、溝底土壤水分差異不大。在乳熟期，壟頂、溝底0～60 cm各土層土壤水分差異不大。T1、T2、T3處理溝底60～80 cm土層土壤含水量分別為7.37%、7.39%、11.51%，T3與T1、T2差異顯著。作物收獲后，各處理壟頂0～20 cm土層土壤含水量為4.25%～7.00%，溝底0～20 cm土層土壤含水量為5.76%～8.77%，處理間差異減小。其中，T3處理0～100 cm土層內壟頂、溝底土壤含水量明顯高于其他處理各對應值。

圖2不同處理制種玉米生育期壟頂、溝底土壤水分含量剖面圖

Fig.2Distribution of soil moisture at ridge and furrow during maize seed production

研究結果表明，壟作耕作方式改變了土壤水分的橫向運動，進而改變了土壤水分分布特征。當灌水定額大于400 m3·hm-2時能顯著促進制種玉米大喇叭口期溝底土壤水分的垂直運動。當灌水定額大于500 m3·hm-2時能顯著促進制種玉米灌漿期、乳熟期溝底土壤水分的垂直運動。

2.3作物產量及水分利用效率分析

制種玉米不同生育期耗水量及耗水系數見表2。由表可知，各處理耗水總量隨灌溉定額的增加呈增加的趨勢。T1、T2、T3處理生育期耗水總量分別為378.4、476.2、511.5 mm，其中T2、T3處理生育期耗水總量與T1處理差異顯著。各處理耗水系數為0.119～0.140，大小依次為T1>T3>T2，其中T2、T3處理生育期耗水與T1處理差異顯著。

不同處理制種玉米產量性狀及水分利用效率見表3。由表可知，隨著灌溉定額和施肥量的增加，制種玉米的穗長、穗行數、行粒數呈增加的趨勢。T1、T2、T3處理產量依次為2 704.14、3 987.71、4 219.91 kg·hm-2，其中T2、T3處理產量與T1處理差異顯著。結合WUE結果分析，T3處理較T2處理WUE僅降低1.43%，但制種玉米產量增產幅度5.82%。因此，從節水增產角度而言，T3處理灌溉制度最優。

表2　制種玉米不同生育期耗水量、耗水系數分析

注：同列相同字母表示差異不顯著(P<0.05)，下同。

Note: Same letters in the same column meant no significant difference (P<0.05), and hereinafter.

表3　制種玉米產量性狀及水分利用效率

3討論

有研究表明，農田土壤的水鹽動態受灌溉和降雨影響的短期波動和受季節更替影響的長期波動[8]，且作物的產量與灌溉定額和土壤鹽分積累程度密切相關[9]。較強的蒸發蒸騰作用會導致土壤鹽分積累，產生的滲透勢影響作物根系吸水[10-11]。特別是在氣溫較高且蒸發強烈時，對作物進行過量灌水不僅不利于壓鹽，反而促進深層土壤鹽分向上運移和累積[12]。在灌水量一定的情況下，延長灌水周期也能達到抑制土壤返鹽的目的[13-14]。壟膜溝灌條件下，壟頂表層土壤鹽分含量較溝底表層鹽分變化劇烈。在灌水階段，表層土壤脫鹽量隨著灌水定額的增加而增加，在土壤蒸發階段，隨灌水定額的增加表層土壤鹽分的累積效益增強，且壟面土壤鹽分累積周期先于溝底，這與袁成福[15]的研究結果相一致。由于土壤水分的垂向運動優于橫向運動，因此，灌溉定額對溝底土壤剖面水分含量的變化影響高于對壟面土壤剖面水分含量的影響，且隨著土壤深度的加深，灌溉定額對土壤水分含量的影響越大，這與蔣靜等[16]的研究結果相一致。

4結論

壟作溝灌條件下，在灌水階段，壟頂表層土壤脫鹽量隨著灌水定額的增加而增大；在蒸發階段，壟頂土層鹽分累積效應明顯高于溝底對應土層。隨灌溉定額的增加，土壤剖面的脫鹽深度呈增加的趨勢。

當灌水定額大于400 m3·hm-2時，制種玉米大喇叭口期溝底土壤水分的垂直運動顯著，促進土壤水分在深層土壤中儲存。在制種玉米灌漿期～乳熟期，當灌水定額大于500 m3·hm-2時溝底土壤水分垂直運動劇烈。

石羊河流域制種玉米壟膜溝灌條件下，全生育期5次灌水(分別在播后、拔節期、大喇叭口期、抽穗期、灌漿期)，灌水定額為500 m3·hm-2，灌溉定額總量為2 500 kg·hm-2，耕層土壤鹽分累積效應最低，作物水分利用效率和產量效應最優。

參 考 文 獻：

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soil water-salt and water consumption during maize seed

production under ridge and furrow farming

WANG Zeng-li1, ZHU Xing-ping2, WEN Guang-gui3, YIN Qing-de2

(1.KeyIrrigationExperimentalStationinWuwei,Wuwei,Gansu733000,China;

2.TheIntegratedServiceCentreonWaterConservancyTechnologies,Wuwei,Gansu733000,China;

3.WuweiOccupationalCollege,Wuwei,Gansu733000,China)

Abstract：A field experiment was conducted to study the effects of irrigation quota on distribution of water and salt in soil, yield and water use efficiency during maize seed production under ridge and furrow farming. The results showed that the distributions characteristics of water and salt in soil of the ridges were different from those of furrows at the 0～100 cm soil layer. With the increase of quota, salt was accumulated in ridge soil, exhibiting more significant consequence than in the furrow. Soil moisture content in the deep soil layer was higher than that in the top soil. The desalination of the shallow soil was elevated with the increase of irrigation quota at the irrigation stage. At the evapotranspiration stage, salt was evidently accumulated in shallow soil with the treatment of large irrigation quota. The irrigation quota had an apparent influence on crop evapotranspiration and soil water storage capacity. When irrigating water quota was above 400 m3·hm-2, the vertical movement of soil moisture was significantly higher than horizontal movement, promoting water storage capacity in the deep soil. With the elevation of irrigation quota, fruit length, ear row number and kernel seeds per row of maize became increased. In conclusion, for water-saving and yield improvement, irrigation schedule with irrigation quota of 2 500 m3·hm-2(at seeding, jointing, late jointing, heading and filling stages) was thereby recommended as the optimal practice to increase WUE (0.825 kg·m-3), preventing soil salt from moving up and increasing yield of maize seed production (4 219.91 kg·hm-2).

Keywords:maize seed production; ridge farming; furrow irrigation; irrigation quota; water-salt transport; yield

中圖分類號：S274; S513

文獻標志碼：A

作者簡介：王增麗(1974—)，女，山西祁縣人，博士，高級工程師，主要從事農業水土資源保護與利用研究。 E-mail：wangzengli1201@163.com。

基金項目：水利部公益性項目(201201003);甘肅省水利科研推廣項目

收稿日期：2014-12-27

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.08

文章編號：1000-7601(2016)01-0050-05