疏勒河流域洋蔥膜下滴灌耗水規律及灌溉過程控制研究

李 斌

(甘肅省水利科學研究院，蘭州 730000)

0 引 言

疏勒河流域是甘肅省河西走廊的重要組成部分，是中國青藏高原重要的生態保護線[1]。然而，由于疏勒河流域經濟社會發展對水資源需求急劇增長，致使下游生態水量銳減，地下水位下降，月牙泉幾近干涸，庫姆塔格沙漠東侵，莫高窟受到風沙侵害，敦煌綠洲的生態安全遭受到極其嚴峻的威脅[2]，對河西走廊甚至全西北五省的自然環境生態安全都有著直接或間接的影響。疏勒河流域水資源消耗主要為農業用水，占總用水量的88%以上[3]，而當地農田灌溉的傳統方式為大水漫灌，高效節水技術推廣應用率較低(2012年全流域現狀節水灌溉率僅為32.41%)，水資源浪費嚴重。此外，疏勒河流域缺乏新興作物節水灌溉制度，尤其是針對規模化集約高效農業的節水灌溉模式和種植結構模式，如不能科學有效地解決此類問題，隨著流域開發的不斷深入，水資源短缺的局面將進一步加劇，流域生態風險將逐步加大。

節水灌溉模式包括科學合理的利用水土資源、調整農業種植結構及開展用水管理體制改革、保護流域生態環境等[4,5]。姚娟等人研究了30多年來我國高效節水灌溉技術從無到有、從模仿到自主開發的發展歷程，開展了高效節水灌溉技術適應區域評價和灌溉模式研究[7]，杜秀文分析了我國高效節水技術與發達國家之間的差距，黃修橋、李英能等人論述高效節水技術與現代化農業可持續發展的關系[8,9]；肖娟、雷廷武等分別從滴灌條件下土壤濕潤體、水分運移規律、水流推進速度等方面研究了滴灌、溝灌、畦灌等灌水技術要素及不同作物耗用水指標[10,11]；李敏敏等人研究發現覆膜可以有效降低土壤水分蒸發，增加農田儲水量[12]；韓萬海在武威地區開展了膜下滴灌洋蔥水分動態變化和耗水量研究[13]，買自珍等人在寧夏開展了噴灌條件下的洋蔥灌溉制度研究[14]，鄭建華等人在石羊河流域開展了洋蔥膜下滴灌試驗，建立了洋蔥水分生產函數，并對其灌溉制度進行了優化[15]。以上學者的研究對國內節水灌溉模式的發展提供了良好的指導作用，但研究主要集中在新疆、陜西、內蒙等地，在甘肅的河西地區，尤其是疏勒河流域開展的相關工作較少。因此，針對疏勒河流域節水灌溉模式及過程控制的研究尤為迫切。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

試驗于2015年4月29日-9月20日在疏勒河流域水資源管理局試驗站進行。該區多年平均降水量為39.7～63.5 mm，多年平均蒸發量為2 469.5～2 869.3 mm，平均氣溫6.94～9.43 ℃，年日照時間3 033～3 246 h，屬大陸荒漠干旱型氣候。

1.2 試驗設計

試驗按灌水定額設3個處理(表1)，每個處理設3次重復，共9個小區。小區長3 m、寬20 m，四周設寬度1 m的保護帶。全生育期灌水12次，蔥苗移栽前5天灌安種水90 mm，移栽后灌定苗水75 mm，之后采用膜下滴灌灌水10次，滴灌帶滴頭流量2.0 L/h，水泵流量15 m3/h。試驗地農田移栽前耙耱、覆膜，種植時采用1膜3管9行，膜寬145 cm，洋蔥按行距10 cm、株距10 cm、每穴1株移栽。

此外，按疏勒河流域農戶現狀灌溉制度設置對照一個(CK)，全生育期灌水12次，移栽前一周澆安種水135 mm，移栽完后3天澆定苗水105 mm，以后每隔12 d澆一次水，共灌水10次，灌水定額為120 mm，總灌溉水量約為1 440 mm。

表1 洋蔥膜下滴灌節水型灌溉制度試驗設計

1.3 試驗觀測

(1)觀測并記錄全生育期溫度、降雨(雪)、蒸發、風速等氣象因素，記載洋蔥的生長發育過程，觀察、記錄洋蔥各個重要生育時期的特征和該時期高峰出現的時間。

(2)土壤含水量。洋蔥種植前及種植后每隔10 d采用烘干法測定作物根區土壤水分含量，灌水前后加測1次。測定深度在0～100 cm，每隔10 cm取樣一次。

(3)考種、測產。于洋蔥出苗后及重要生育期在每個小區中隨機選取洋蔥5株，測定鮮重、直徑及干物質(80 ℃烘干48 h)；作物收獲時每個小區任意選擇兩處1 m2區域進行測產。

2 結果與分析

2.1 土壤水分動態變化規律

圖1是滴灌洋蔥立苗期(5月19日，灌水前1天)不同水分處理下土壤水分變化，可以看出，常規灌溉CK各層土壤含水量均高于其他處理。各處理的土壤含水量以50、70 cm處的兩個轉折點為界，呈現出先減小，后增大，再減小的趨勢。其原因是洋蔥在立苗期植株低、葉面積小，導致蒸騰作用弱，同時土壤蒸發強烈，因此土壤水分損失集中在0～30 cm土層，同時由于鋪覆了地膜，起到了良好的保墑效果，棵間蒸發所引起的水分散失比不鋪地膜的種植方式小得多，故膜下滴灌上層0～30 cm含水量較大，中層30～50 cm含水量較小；50～70 cm土層含水量增大是由于前期土壤底墑水分保持較高水平所致，70～90 cm土層含水量維持在一個較為接近的水平，說明洋蔥根系較淺，作物生長對深層水分變化影響不大。利用多點采樣求平均值方法，計算得出洋蔥立苗期各處理根系層平均土壤含水率分別為17.08%、19.12%、20.46%、21.66%。

圖1 立苗期不同處理土壤水分分布圖

圖2 旺長期不同處理土壤水分分布圖

圖2是滴灌洋蔥旺長期(6月17日，灌水前1天)不同水分處理下土壤水分變化。可以看出，各處理的土壤含水量隨著灌溉水量的增加而增加，以30、50、70 cm處的三個轉折點為界，呈現出先增大，后減小，再增大，再減小的變化趨勢。這主要是因為旺長期作物生長發育快，同時根系較為集中，水分被大量吸收，故上層0～20 cm土壤含水量小；旺長期植株蒸騰作用較強，促使中層30～50 cm土壤水分上移，導致30 cm處土壤含水量出現第一個高峰值，50 cm處土壤含水量出現低峰值；50～70 cm土層含水量增大是由于前期土壤底墑水分保持較高水平所致，70～90 cm土層含水量維持在一個較為接近的水平，說明洋蔥根系較淺，作物生長對深層水分變化影響不大，與立苗期土壤水分變化結果相一致。利用多點采樣求平均值方法，計算得出洋蔥旺長期各處理根系層平均土壤含水率分別為15.20%、16.74%、20.30%、22.38%。

圖3是滴灌洋蔥鱗莖膨大期(7月25日，灌水前1天)不同水分處理下土壤水分變化，可以看出，不同處理各土層土壤含水量變化趨勢與旺長期基本一致，以30、50、70 cm處的三個轉折點為界，呈現出先增大，后減小，再增大，再減小的變化趨勢。同時，各處理10～50 cm土壤含水量與旺長期相比均有不同程度的減少，0～20 cm段土壤含水量變幅最大，DG1、DG2、DG3、CK四個處理含水量分別降低0.58%、0.74%、3.06%、5.84%，原因是該生育期是洋蔥枝葉茂盛、根系最發達的生長發育階段，是關鍵期，對水分需求量增大，是洋蔥耗水量最大的生育階段。70～90 cm土層含水量維持在一個較為接近的水平，變化趨勢與立苗期、鱗莖旺長期基本一致。利用多點采樣求平均值方法，計算得出洋蔥鱗莖膨大期各處理根系層平均土壤含水率分別為15.95%、17.49%、19.48%、21.08%。

圖4是滴灌洋蔥鱗莖盛膨大期(8月27日，灌水前1天)不同水分處理下土壤水分變化。可以看出，各處理土壤含水量以50、70 cm兩處轉折點為界，呈現出先增大，后減小，再增大的變化趨勢，同時10～50 cm土壤含水量與旺長期相比均有不同程度的增加，這主要是鱗莖盛膨大期洋蔥生長發育放緩，植株蒸騰作用減少，作物需水量降低的原因。70～90 cm土層含水量維持在一個較為接近的水平，說明洋蔥根系較淺，作物生長對深層水分變化影響不大，與立苗期、旺長期、鱗莖膨大期土壤水分變化趨勢相一致。利用多點采樣求平均值方法，計算得出洋蔥鱗莖盛膨大期各處理根系層平均土壤含水率分別為17.17%、18.87%、21.24%、22.99%。

圖3 鱗莖膨大期不同處理土壤水分分布圖

圖4 鱗莖盛膨大期不同處理土壤水分分布圖

2.2 洋蔥耗水規律

由于試驗區常年平均地下水位約為15 m，故計算作物耗水量時不考慮地下水補給量和田間排水量。考慮到疏勒河流域蒸發大、降雨少的氣候特點，一般只將≥5 mm的降雨作為有效降雨。

2.2.1 生育期降水分析

圖5是2015年洋蔥生育期降雨分布圖。洋蔥全生育期總降水量為25.90 mm，僅占疏勒河流域多年平均降水量57.50 mm的45.04%。其中9月份沒有降水，7月份降水2.00 mm，5月、6月分別降水4.70 mm和5.20 mm(占全生育期降水量的18.15%和20.08%)，8月份降水最多，為14.00 mm，占全生育期降水量的54.05%。

洋蔥全生育期內有效降水僅有一次，為8月21日，降水量7.90 mm，占全生育期降水量的30.50%，其余降水均小于5 mm，為無效降水。

圖5 生育期降雨分布圖

2.2.2 生育期耗水量分析

通過田間土壤含水量測定，利用水量平衡方程公式計算洋蔥膜下滴灌不同處理各個階段和全生育期的耗水量及其耗水特性，結果詳見表2和圖6。

由表2和圖6可知，洋蔥不同生育階段需水量明顯不同，耗水量隨灌溉水量的增大而增大，且CK與膜下滴灌各處理之間均存在顯著性差異。在立苗期，洋蔥植株較小，水量消耗以棵間蒸發為主。在旺長期，耗水量與立苗期相比，有著明顯增加，原因是洋蔥葉面生長到了頂點，處于營養發育強烈的階段，同時該階段溫度升高，洋蔥生長所消耗的水分也越來越多，水量消耗以植株蒸騰作用為主，此時增加灌溉水量有利于作物發育。在鱗莖膨大期，各處理之間耗水量差異最大，隨著洋蔥到達生長發育高峰期和氣溫的逐漸升高，耗水量也達到全生育期的最高峰值，此階段是洋蔥生長的關鍵時期，也是作物生理需水最強的時期，此時增加灌水量對洋蔥產量有著顯著提升的作用。在鱗莖盛膨大期，也就是洋蔥的生長后期，隨著作物營養生長的逐漸減弱，耗水量比鱗莖膨大期有所下降，但由于該生育期時段較長，氣溫較高，階段需水量達到第二個高峰值。

表2 不同灌水處理下洋蔥耗水特性表

圖6 不同處理下洋蔥膜下滴灌生育期耗水規律

2.2.3 生育期耗水強度分析

由表2和圖7可以看出，旺長期洋蔥各處理日耗水強度最大，鱗莖膨大期日耗水強度與旺長期接近，相差不大，這是因為旺長期與鱗莖膨大期均屬于洋蔥生長發育強烈的階段，同時氣溫較高，植株蒸騰與地面蒸發作用強烈，耗水強度大；立苗期洋蔥各處理日耗水強度最小，這是因為立苗期洋蔥發育緩慢，同時氣溫較低，植株蒸騰與地面蒸發作用弱，耗水強度小。

圖7 不同處理下洋蔥膜下滴灌日耗水強度變化

2.2.4 生育期耗水模數分析

由表2和圖8可知，鱗莖膨大期各處理耗水模數最大，均在30%以上，這是因為該階段是洋蔥鱗莖體積和重量生長關鍵時期，作物處于營養生殖的活躍階段的緣故；鱗莖盛膨大期各處理耗水模數次之，該階段洋蔥基本上已停止發育，需水量較小，但由于該生育期時間較長，故耗水模數較大，均高于25%；旺長期各處理耗水模數稍大于立苗期，兩者均在20%左右，原因是旺長期雖然處于洋蔥株高、莖粗生長發育的關鍵期，但該階段溫度較低，時間較短，而立苗期水分只是滿足洋蔥根系發育和光合速率的提高，作物生長發育緩慢， 故兩個生育期各處理耗水模數最低。

圖8 不同處理下洋蔥膜下滴灌各生育期耗水模數變化

2.3 產量及水分利用效率

2.3.1 洋蔥產量

由表3可知，洋蔥膜下滴灌試驗各處理隨著灌水量的增大，產量呈現先增大后減小的變化趨勢。處理DG2灌水定額36 mm、灌溉定額525 mm時，產量最高，為112 560 kg/hm2，與農戶種植方式CK相比，產量提高23.62%，且節水優勢明顯。

表3 膜下滴灌條件下不同處理洋蔥產量特性表

2.3.2 水分利用效率

由表3可知，洋蔥水分利用效率呈單峰曲線，并且各試驗處理之間的水分利用效率存在著較大的差異。洋蔥膜下滴灌試驗處理水分利用效率最高達到了21.44 kg/m3，是DG2試驗處理；最低為6.32 kg/m3，是常規灌溉CK試驗處理。

2.4 節水型灌溉制度

根據洋蔥各生育階段的耗水規律及產量、水分利用效率等試驗結果，考慮流域實際情況以及農戶接受程度，制定膜下滴灌方式下的洋蔥節水型灌溉制度，詳見表4。

表4 疏勒河流域滴灌條件下洋蔥節水型灌溉制度

3 洋蔥規模化集約高效灌溉過程控制技術

3.1 品種選擇與農藝過程控制

(1)品種選擇。經過比較優選，在疏勒河流域推薦種植長日型洋蔥品種，屬于大球型品種，綜合性狀優良，具有色亮、皮薄、形狀好的特點，抗病蟲害能力強，適合長期貯存，運輸過程中不易掉皮，最主要的是產量高，品質好。經調查研究，結合疏勒河流域種植習慣，推薦福星、富農、金帝等品種作為流域種植的第一選擇。

(2)土壤標準。洋蔥種植對土壤的要求較高，要選擇符合無公害標準，土質肥沃、疏松的中性土壤為宜，同時應具備地勢平順、灌水方便等條件。考慮作物倒茬的影響，應選擇在2～3年間沒有種植過蔥蒜類作物的農田。洋蔥種植前要清除農田內的枯枝殘葉，精耕細耙，有條件的可施農家肥75 m3/hm2，或者施磷酸二銨35 kg左右。定植前根據土壤實際情況，若墑情較差，可提前5天淺澆水1次，每公頃約900 m3左右。

(3)壯苗標準。移栽蔥苗標準以株高15～20 cm為宜，蔥苗假莖粗6～8 mm，有3～4片葉，重4～6 g，苗齡在55～70 d。為了使蔥苗定植以后盡早生根發芽，一般采取的措施為噴施磷酸二氫鉀葉面肥，時間約在蔥苗移栽前15 d左右。

(4)覆膜。鋪覆地膜之前，要先澆水，保證農田有足夠的墑情，待農田表面沒有積水時噴施33%除草通，用量一般為1 500 mL/hm2，均勻的噴施到農田后再開始鋪覆地膜，可有效防止雜草生長。鋪覆地膜時用力要均勻，速度適中，不宜過快，確保將地膜壓土覆平。(注意：在鋪地膜時要選擇無風的天氣進行，否則會因為刮風而導致地膜破裂，影響作物生長。)

3.2 灌溉技術與灌溉制度過程控制

(1)灌溉技術選擇。根據國家政策發展方向、支持力度、增產效果、節水量，結合流域實際情況及農戶接受程度，推薦膜下滴灌作為流域洋蔥首選灌溉技術。在一些生產條件薄弱，財政困難，農戶接受程度低的地區可根據實際情況考慮覆膜管灌技術。

(2)膜下滴灌灌溉過程控制。洋蔥膜下滴灌種植方式下，休閑期農田要深耕，同時為保證來年墑情，考慮農戶種植習慣，結合疏勒河流域氣候因素，農田要進行冬灌，灌水量為150 mm。蔥苗移栽前5天灌安種水90 mm，移栽后灌定苗水75 mm，試驗地農田移栽前需耙耱、覆膜，選用水泵流量為15 m3/h，滴頭流量2.0 L/h。洋蔥膜下滴灌生長期灌水10次，灌水定額為36 mm，時間分別為立苗期2次，旺長期2次，鱗莖膨大期3次，鱗莖盛膨大期3次。全生育期灌水共12次，灌溉定額為525 mm。

3.3 追肥措施與病蟲害防治過程控制

(1)追肥措施。洋蔥是一種喜肥的作物，但其根系吸收肥料的能力卻比較弱，因此需要根據長勢和種植經驗適量追肥。膜下滴灌可考慮使用有機液體肥，推薦使用新疆匯通生產的旱地龍液體生態肥。洋蔥生育期追肥4次，立苗期、旺長期、鱗莖膨大期、鱗莖盛膨大期各施液體肥一次，用量為150 kg/hm2(半桶)，經測算產量，液體肥增產效果明顯。

(2)病害防治措施。紫斑病、霜霉病和軟腐病是洋蔥常見的幾種病害。防治軟腐病，要及時發現，在病害初期選用77%可殺得可濕性粉劑500～600倍液噴霧等，每間隔4～7 d噴藥一次，連續噴2～3次即可有效防治洋蔥軟腐病。霜霉病和紫斑病在病害初期就需要及時預防，可使用75%百菌清可濕性粉劑500～600倍液，每隔7～10 d就進行一次噴藥，連續噴2～4次即可有效防治霜霉病和紫斑病。

(3)蟲害防治措施。洋蔥的蟲害主要是蔥薊馬和蔥蠅。防治蔥薊馬，要在幼蟲發生期就高度重視，可使用十三唑靈10 g加上致勝180 g，勾兌60kg水融化后噴灑到蔥苗上，一般需要噴2～3次，每次間隔時間8 d左右。蔥蠅的防治與蔥薊馬的防治有所不同，可在成蟲羽化盛期，使用2.5%的溴氰菊酯乳油噴霧到蔥苗上；還可以使用3%地蟲殺星顆粒劑，一般用量為15 kg/hm2，澆水灌溉時推散到農田，每隔10 d灌一次，連續2次即可有效防治蔥蠅。

3.4 收獲、保存與銷售過程控制

洋蔥成熟期一般在9月，根據經驗，成熟的洋蔥有如下特點：一是洋蔥基部的葉片已經枯黃，但上部的葉片仍呈現綠色；二是洋蔥假莖失水松軟，地上部倒伏；三是洋蔥外層的鱗片呈角質化。

洋蔥收獲過早容易腐爛，這是因為其鱗莖部分尚未完全成熟，含水量較高而導致的；收獲過晚，葉面干枯，同時洋蔥在地下時間過長，容易引起莖盤腐爛和裂球。為采收方便，洋蔥收獲前10 d盡量不要澆水灌溉。采收應選擇天氣晴朗的日子，拔出整株，保持洋蔥品相完整，抖落干凈泥土，有條件的可以在晾曬場原地晾曬，一天后待鱗莖表皮干燥，剪掉假莖上部的莖葉，然后根據大小、品相分級分類，一般裝入尼龍袋，碼垛整齊后待售或放入冷庫貯藏。

4 結 語

本研究通過對膜下滴灌條件下洋蔥生育期耗水強度、耗水模數、耗水規律及產量、水分利用效率分析研究，得出的洋蔥膜下滴灌節水型灌溉制度合理高效，符合流域實際情況，與當地農戶種植模式相比，節水效果、增產效益顯著；同時考慮農業因素，配套作物品種選擇、種植技術等農藝措施，采用新型施肥、噴藥技術等，結合節水型灌溉制度等水利因素，提出了科學合理的、適合流域發展需要的規模化高效集約農業灌溉過程控制技術體系，結合國家實施的《敦煌水資源合理利用與生態保護綜合規劃》，可以有效指導當地農戶進行種植實踐，一可增產增收，提高農戶收入水平，二來節約的水量可補償生態用水，改善日益脆弱的生態環境，保護下游的敦煌綠洲，促進人與自然和諧相處。

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