規模化節水滴灌對灌水量和植株性狀影響的分析與研究

何 幸，陳小強，馬顯瑩，盧曉鵬，李 靖

(1.云南農業大學資源與環境學院， 昆明 650201；2.云南省水利水電科學研究院， 昆明 650032；3.云南農業大學城鄉規劃設計研究院，昆明 650201)

我國是全世界水資源極其短缺的國家之一，人均只有2 100 m3，僅為世界平均水平的28%，水資源匱乏嚴重制約著我過經濟社會的可持續發展。據統計，截至2013年底，全國有效灌溉面積0.63億hm2，其中節水灌溉工程面積0.27億hm2，占有效灌溉面積的43%。高效節水灌溉面積0.14 億hm2，占有效灌溉面積的 22%，其中低壓管道輸水0.07億hm2、噴灌0.03億hm2、微灌0.04億hm2[1]。回顧我國高效節水技術發展的歷程，較其他節水發達國家晚了很多，1970年左右開始采用噴灌節水技術，直到1989年末才開始采用滴灌技術。農業灌溉用水量約占總水資源的65%，灌溉水利用系數較低，水資源浪費嚴重[2]。因此，采用高效節水灌溉技術對我國水資源的可持續發展和利用至關重要。本課題組結合國內外近期研究成果，以蔬菜和核桃為研究對象，采用滴灌灌溉方式，深入探討和對比采用滴灌和漫灌時蔬菜和核桃的灌溉用水量及其節水效益，為規模化節水灌溉方式選擇和節水效益分析研究作進一步的補充，更好地完善節水灌溉功能的評價。

1 材料與方法

試驗于2014年1月至2015年1月在云南省姚安縣太平鎮和光祿鎮進行。

1.1 試驗地概述

試驗地位于云南省楚雄州姚安縣太平鎮和光祿鎮。太平鎮試驗地的中心地理坐標為N 25°25′18.30″，E 101°14′31.50″，海拔2 051 m，土壤質地為沙質紅壤。光祿鎮試驗地的中心地理坐標為N 25°35′47.41″，E 101°13′52.86″，海拔1 866 m，土壤為沙質紅壤。姚安縣多年平均氣溫15.3 ℃，多年平均最高氣溫20.9 ℃，多年平均最低氣溫8.6℃，年平均降雨量770.4 mm，年平均蒸發量為2 453.4 mm。太平鎮和光祿鎮試驗地土壤基本理化性質分別見表1和表2。

表1 太平鎮供試土壤基本理化性質

表2 光祿鎮供試土壤基本理化性質

1.2 供試植物

太平鎮選用植物為核桃，在姚安盛輝林業有限公司的核桃基地劃定試驗區域，選取生長了2 a的漾濞核桃植株作供試植株，掛果時長為8 a。光祿鎮選用豌豆，生長周期為120 d。在云南姚安青美農業科技發展有限公司蔬菜種植基地劃定試驗區域。

1.3 試驗設計

試驗共設置了2種姚安縣當地種植規模較大的經濟作物植株類型(核桃和豌豆)，在滴灌工程實施的區域和未實施區域對試驗項目進行觀測。其中，在太平鎮的核桃區域，選取5條毛管上共68株和未布設滴灌工程的68株核桃作本試驗核桃測試項目的觀測對象。在光祿鎮的種植蔬菜區域，在實施滴灌和未實施滴灌(采用澆灌方式)區域各選取了0.133 hm2(2 畝)豌豆種植地塊作本試驗蔬菜測試項目的觀測對象。在試驗過程中，均按照滴灌區企業和澆灌區農民的實際灌水量做好每次灌水記錄，在測試項目中，均嚴格按照2種灌溉方式的觀測項目同步進行。

1.4 測定項目與測定方法

(1)氣象資料。本試驗借助云南省水利水電科學研究院在光祿鎮田間安裝的渦動系統觀測試驗期內的降雨及其他氣象指標。

(2)灌水量測定。試驗共對核桃和豌豆2種植株選定觀測區域，在選定的太平鎮核桃測試區和光祿鎮的豌豆測試區滴灌的末級5條毛管上各安裝B級DN-32型計量水表，計量精度為0.000 1 m3，以觀測在滴灌條件下2種植株的年灌溉水量。由于試驗區旁仍有滴灌工程未實施區域，故在未布設滴灌設施的地塊外(采用澆灌的灌溉方式)選擇面積和種植植株種類及株數相同的地塊，通過在每次灌溉前用計量桶記錄每種植株的灌溉水量，年末時把年內各次灌溉水量相加得出年灌溉水量。

(3)植株性狀指標。本試驗以核桃和豌豆為測試對象，在2014年1月5日至2015年1月1日觀測期內，對定點68株核桃的株高、胸徑、葉片總數及葉片總質量進行滴灌和澆灌的橫向對比觀測與記錄。對豌豆的生物量進行滴灌與澆灌的對比觀測和記錄，研究2種灌溉條件下植株生長狀況。對豌豆每季收獲前，選定6株帶回實驗室，將豌豆的植株和根系洗凈晾干后稱其鮮重，再放進烘箱105 ℃殺青0.5 h，然后在65～70 ℃烘干至恒重，測定干重[3]，然后根據公式(根系密度=活根干重/取樣器體積) 將其轉化為根系密度。

(4)土壤含水率和土壤溫度。本試驗采用儀器直接測定土壤含水量和土壤溫度。土壤含水量和土壤溫度分別采用Delta-T針式土壤水分儀(ML-2X)和DIGITAL-Thermometer溫度計直接測定。核桃觀測深度為0～10、10～20、20～30和30～60 cm，豌豆觀測深度為0～10、10～20、20～30 cm。在每次降雨或灌水事件后第2天早上9∶00對每個小區的選定點位進行測定，在測定土壤含水率的同時，測定該土層深度的土壤溫度。

1.5 數據處理

試驗所得數據用Microsoft Excel 2007、SPSS 19.0等計算機軟件進行計算、整理和統計分析。

2 結果分析

2.1 降雨情況

2014年1月5日至2015年1月1日觀測期內共計降雨79次，降雨867.4 mm，具體降雨情況見表3。由表3可知，觀測期內6月、7月和8月份占總觀測期降雨量的72.37%，而其余月份降雨量則明顯偏少，植株對灌溉要求迫切。

2.2 不同灌溉方式下植株灌水量

(1)不同灌溉方式下核桃灌水量。在2014年1月5日至2015年1月1日試驗期內，核桃試驗區核桃灌水情況見表4。數據表明，采用滴灌灌溉方式是人工澆灌時單次灌水量的1/3，灌溉次數較人工澆灌少了11次，單株年用水量和試驗區年總用水量較人工澆灌減少了76.58%。這說明，采用滴灌的灌溉方式，對灌溉用水缺少的姚安縣而言，既能減少灌溉用水的使用量，又能保證植株正常生長，是當地適宜采用的高效節水灌溉方式。

表3 2014年1月至2015年1月試驗期內降雨特征

表4 試驗期內太平鎮核桃植株灌水情況

(2)不同灌溉方式下豌豆灌水量。在與核桃試驗區相同時間段的試驗期內，對光祿鎮豌豆試驗區的灌水情況見表5。數據表明，試驗期內不同灌溉方式的作物種植次數相同，均為3次，0.133 hm2(2 畝)試驗區滴灌比人工澆灌灌溉方式的灌水量減少了78.67%。由于采用滴灌的灌溉方式，可以根據田塊實際土壤含水率，適時適宜地對植株進行灌溉，在不影響植株生長的情況下，提高了灌溉水利用效率，節約水資源。

表5 試驗期內光祿鎮豌豆植株灌水情況

2.3 不同灌溉方式下植株性狀

(1)不同灌溉方式下核桃植株性狀。核桃植株在試驗期內植株性狀表見表6。數據表明，采用不同的灌水方式，植株生長狀況不盡一致。從2014年1月5日至2015年1月1日，在株高指標中，滴灌灌溉方式下增加了12.3 cm，人工澆灌方式下增加了11.0 cm；在胸徑指標中，滴灌灌溉方式下增加了2.8 cm，人工澆灌的增加了2.6 cm；在節距指標中，在植株定點觀測點位，滴灌灌溉方式下增加了0.9 cm，人工澆灌下增加了0.8 cm；在葉片數指標中，2種灌溉中采用人工澆灌的灌溉方式較滴灌在峰值時多了5片葉片。說明采用滴灌灌溉方式，核桃植株在科學合理的灌溉制度指導下，更有利于核桃植株的生長和發育。

表6 試驗期內太平鎮核桃植株性狀

注：表中數值為不同灌溉方式下68株核桃在每次試驗下觀測值的平均值。

(2)不同灌溉方式下豌豆植株生物量。試驗期內共計種植了3季豌豆，每季收獲前取6株帶回實驗室測定結果見表7。數據表明，在根系指標中，采用滴灌灌溉下根系密度較人工澆灌增加了4.67%；在地上生物量指標中，滴灌條件下均比人工澆灌大，鮮重和干重分別較人工澆灌提高了9.23%和6.42%，在地下生物量指標中，采用滴灌灌溉方式鮮重和干重指標較人工澆灌增加了7.80%和5.70%。由于根系是植株汲取土壤養分和水分的重要器官，采用滴灌灌溉方式，能有效增加植株根系密度，促進植株生長，增加植株生物量。

表7 試驗期內光祿鎮豌豆植株生物量表

注：表中數值為不同灌溉方式下3季豌豆在每次收獲前各取6株觀測值的平均值±標準差。

2.4 不同灌溉方式下土壤含水量和土壤溫度

對核桃和豌豆試驗區在試驗期內各次觀測的土壤含水量和土壤溫度值匯總見表8。數據表明，在核桃和豌豆試驗區，采用2種灌溉方式，各土層深度處土壤含水量和土壤溫度差異不大。說明采用不同灌溉方式，最終到達植株根部附近的水量相當，而土壤溫度亦是如此，結合2.2節灌溉水量的相差懸殊，進一步證明滴灌在減少灌水量的同時，而實際最終被植株吸收和利用的水量不會因為灌溉方式的不同而產生影響。

表8 試驗期內核桃豌豆試驗區土壤含水量和土壤溫度

3 結 論

(1)在灌溉水量上，據表2可知，在核桃試驗區，采用滴灌灌溉方式是人工澆灌時單次灌水量的1/3，灌溉次數較人工澆灌少了11次，單株年用水量和試驗區年總用水量較人工澆灌減少了76.58%。在豌豆試驗區，試驗期內不同灌溉方式的作物種植次數相同，均為3次，0.133 hm2試驗區滴灌比人工澆灌灌溉方式的灌水量減少了78.67%。滴灌較落后的人工澆灌而言，極大節約了緊缺的水資源。針對節水灌溉，很多學者已經作了大量研究：王玉明[4]等人通過對馬鈴薯膜下滴灌的研究，表明采用更高效的膜下滴灌比露地滴灌馬鈴薯平均增產26%，水分利用提高28.5%，灌水的平均生產效率提高26%；蘇薈[5]通過研究新疆地區采用的高效節水灌溉技術，用計量和模型的方法評價了新疆兵團和新疆地方農業節水灌溉技術選擇的績效，系統闡述了作為我國高效節水灌溉技術利用最全面的新疆在近幾十年來所取得成效與經驗；賀城[6]等人對現階段我國范圍內的灌溉技術體系現狀進行了系統性的總結和概括。

(2)在植株性狀上，據表4和表5，在植株品種和苗齡一致的情況下，采用滴灌的灌溉方式較人工澆灌有明顯優勢。滴灌灌溉方式下核桃株高增加了12.3 cm，人工澆灌方式下增加了11.0 cm；在胸徑指標中，滴灌灌溉方式下增加了2.8 cm，人工澆灌的增加了2.6 cm；對豌豆而言，采用滴灌灌溉下根系密度較人工澆灌增加了4.67%，地上生物量指標中，鮮重和干重分別較人工澆灌提高了9.23%和6.42%，在地下生物量指標中，采用滴灌灌溉方式在鮮重和干重指標較人工澆灌增加了7.80% 和5.70%，滴灌較傳統人工澆灌有明顯的種植優勢。

對于不同灌溉方式對植株生長的影響，前人已通過各種研究方法取得了很多研究成果：杜太生[7]和Kang S Z[8]通過對根區研究了對植株產量和生長性狀的研究，表明根區交替滴灌技術可以使棉籽產量比常規滴灌處理提高21.1%，總水分利用效率和灌溉水利用效率分別提高17.9%和20.9%；蘇永中[9]等人在不同土壤條件下研究了節水灌溉對棉花產量和灌溉水生產力的影響；張耗[10]等人通過研究節水灌溉對抗旱水稻品種產量的影響和生理基礎的影響，表明節水灌溉條件下較好的根系性能和地上部植株較強的生理活性是其高產與水分高效利用的重要生理基礎。

(3)在土壤含水量和土壤溫度指標上，表8數據表明，核桃和豌豆植株種植試驗區各土層深度處土壤含水量和土壤溫度差異不大。筆者認為，雖然人工澆灌較滴灌灌溉水量大很多，但實際表征出在植株根系附近，2種灌溉方式并無太多差異。

綜上表明，在缺水型地區采用滴灌的灌溉方式有助于節約水資源。然而，由于節水灌溉技術實施難度大，資金投入高，管理維護成本高，單純依靠農民或個別企業資金能力，難以大面積成規模發揮節水灌溉具有的巨大潛力，國家應從政策、資金、管理等方面對節水灌溉進行適當傾斜，才能使節水灌溉技術惠及更多老百姓和小企業。

[1] 許 晴. 大力推進節水灌溉產品創新和深度研發[J].中國農村科技，2014，(11)：25-26.

[2] 陳瀚翔. 節水灌溉系統研究現狀及發展對策[J].農機化研究，2014，(9)：265-268.

[3] 黃瑞冬. 植物根系研究方法的發展[J].沈陽農業大學學報,1991,(2):164-168.

[4] 王玉明，張子義，樊明壽. 馬鈴薯膜下滴灌節水及生產效率的初步研究[J].中國馬鈴薯，2009，23(3)：148-151.

[5] 蘇 薈. 新疆農業高效節水灌溉技術選擇研究[D].新疆石河子：石河子大學，2013：6-9.

[6] 賀 城，廖 娜. 我國節水灌溉技術體系概述[J].農業工程，2014，4(2)：39-43.

[7] 杜太生，康紹忠，胡笑濤，等. 根系分區交替滴灌對棉花產量和水分利用效率的影響[J].中國農業科學，2005，38(10)：2 061-2 068.

[8] Kang S Z，Zhang J H. Controlled alternate partial rootzone irigation:its physiological consequences and impact on water use efficiency[J].Journal of Experimental Botany，2004，55(407)：2 437-2 445.

[9] 蘇永中，楊 榮，楊 曉，等. 不同土壤條件下節水灌溉對棉花產量和灌溉水生產力的影響[J].土壤學報，2014，51(6)：1 192-1 199.

[10] 張 耗，劇成欣，陳婷婷，等. 節水灌溉對節水抗旱水稻品種產量的影響及生理基礎[J].中國農業科學，2012，45(23)：4 782-4 793.