不同節水措施下玉米灌溉制度及其產量研究

趙宣　韓霽昌　王歡元　張揚　孫嬰嬰

摘要：通過設置6種不同的灌溉措施，即沙地正常灌溉（T1）、噴灌（T2）、滴灌（T3）、復配土（T4）、復配土+噴灌（T5）、復配土+滴灌（T6），結合玉米不同生長時期需水量的特點，研究不同灌溉方式以及灌溉制度對玉米產量的影響，以期找到可以在陜北沙地大面積推廣的節水灌溉措施。研究結果表明，相對于T1的灌水定額，T2和T3處理分別節水30%和35%；在T4處理下，已經達到滴灌措施下的節水效果；T5和T6處理下的灌水定額分別比T1處理下的減少了54%和58%。T1處理下，該地區灌溉期水資源平衡差為負值，而T2、T3、T4、T5、T6處理下水資源平衡差均為正值，分別為454.95萬、604.95萬、604.95萬、1 204.95萬、1 279.95萬m3/（a·hm2）。從產量來看，T6和T5處理下玉米每公頃產量比T1分別高出4 275 kg和3 825 kg，增產了76%和68%。復配土+噴灌和復配土+滴灌這兩種綜合節水灌溉措施是可以在陜北沙地大面積推廣的。

關鍵詞：灌溉方式；灌溉制度；節水措施；玉米；產量；陜北

陜北沙地地表水資源和地下水資源短缺，氣候干燥少雨，蒸發量大，且降水量在年內分配極不均衡。采用適宜的節水措施，提高水分利用效率，已經成為陜北沙地可持續發展的必要條件。以色列、美國、印度、荷蘭、澳大利亞、埃及等國家主要通過采用管道輸水技術把輸水損失減少到最低、大力開辟新水源、培育節水高產新品種、制定科學的灌溉制度、建立有效的節水灌溉管理系統、建立高標準的水利和防洪設施、建造玻璃溫室、制定發展旱作節水農業的支持政策、建立完備的節水農業立法、實施旱作農業等，達到水資源可持續利用。國內主要采用小塊灌溉、限額灌溉、模式化種植、成膜覆蓋節水、化學節水、生物節水、低壓管道輸水灌溉技術、噴灌和滴灌技術、旱作農業技術推廣等措施，實現水資源可持續利用。

陜北是陜西省的第二大糧倉，為確保陜北沙地可持續利用和農業高產穩產，亟待發展適宜于陜北沙地的高效節水灌溉制度。目前，陜北有大面積的砒砂巖與沙復配土，這種復配土種植作物，可以高產穩產，玉米產量最高可達8 750 kg/hm2。本試驗主要研究基于砒砂巖與沙復配成土沙地整治技術的玉米節水灌溉制度，以期找到可以在陜北沙地大面積推廣的高效節水灌溉措施。

1材料和方法

1.1研究區概況

試驗點設在毛烏素沙地榆林市榆陽區小紀汗鄉大紀汗村。榆陽區位于陜西北部，毛烏素沙地南緣，無定河中游，高程1 206-1 215 m。試驗區屬典型中溫帶半干旱大陸性季風氣候區，降水時空分布不勻，氣候干燥，冬長夏短，四季分明，日照充足，春季多風干旱，秋季溫涼濕潤。年均氣溫8.1℃，≥10℃積溫3 307.5℃，且持續天數為168 d。多年平均無霜期154 d，多年平均降水量413.9 mm，60.9%的降水集中在7-9月，雨熱同期。年極端降水量最大為695.4 mm（1964年），最小為159.6 mm（1965年）；日最大降水量為141.7 mm（1951年8月15日）。年平均日照時數2 879 h。

1.2試驗設計

本試驗于2015年4月10日開始播種。10月8日收獲。設置6個不同處理的小區，分別為沙地正常灌溉、噴灌、滴灌、復配土、復配土+噴灌、復配土+滴灌。每個小區規格為15 m×12 m。沙地正常灌溉下的灌溉制度是指在不考慮任何節水措施、高效節水灌溉制度的前提下，作物在播種前和全生育期進行地面灌溉時所實施的灌溉制度，包括灌溉定額、灌水定額以及灌水次數。根據《陜西省行業用水定額》中陜北地區長城沿線風沙灘區（包括定邊、靖邊、橫山、榆林、神木、府谷）農作物的用水定額，本次試驗考慮干旱期75%保證率情況下作物的灌溉定額，充分灌溉下玉米灌溉定額為3 675 m3/hm2，非充分灌溉下玉米灌溉定額為2 325 m3/hm2，考慮當地水資源情況，本次玉米灌溉定額取兩者的平均值，為3 000 m3/hm2，一個試驗小區的灌溉定額為54 m3。砒砂巖與沙復配土具有保水和節水的特性，保水時間一般為7 d，按照每次15 m3/hm2的水量滴灌，可以利用7 d左右，推算出水量利用系數約為0.86，在復配土種植作物的條件下灌溉定額要乘以折減系數，根據比擬法，計算得到折減系數約為0.65，即復配土的灌溉定額=地面灌溉定額x0.65。

1.3測定項目與方法

測定項目為地上部分干物質量和產量。作物全部收獲后測定其實際產量和干物質量。

2結果和討論

2.1不同節水措施下的灌溉制度

本試驗玉米的生育期分為播種期、幼苗期、拔節期、抽穗期和灌漿期。根據玉米不同生育期需水量的不同，設定不同的灌水定額，詳細的灌溉制度見表1。由表1可知，玉米在灌漿期需水量最大，占整個生育期需水量的43%，而播種期需水量是最小的，僅占整個生育期需水量的8%。在不同的節水灌溉措施下，同一生育期的灌水定額也不同。劉玉潔等認為不同的灌溉定額和灌水時間會影響玉米的生長和產量，當灌溉定額相同時，灌水次數的變化對產量有較大影響；相同的灌水次數下，適當增加灌溉定額在一定程度上可增加作物產量，但灌溉定額超過一定值之后，產量并無顯著提高。劉一龍等認為相同的灌溉定額下，不同的灌溉次數也會對產量有影響，從兼顧產量和節水的角度分析，灌溉定額為600 m3/hm2、灌溉4次的處理是比較適宜的灌溉制度。綜合考慮作物產量、WUE（水分利用率）因素，胡鐵民等認為灌溉定額600m3/hm2、在作物苗期-拔節期、拔節期-抽雄期、抽雄期-灌漿期進行3次灌水的灌溉制度為最優。本試驗研究的重點在于尋找最適宜的節水灌溉措施，對每個處理下的灌溉制度的研究將會是后續研究的重點。

2.2在不同措施下玉米的灌溉定額對比

由表2可知，玉米的灌溉定額在T2和T3處理下分別節水30%和35%，基于砒砂巖與沙復配成土技術處理（T4）下的節水效果與滴灌措施下的節水效果相當，證明采用復配土種植，可以作為一種節水措施，可以在陜北大面積推廣。而基于砒砂巖與沙復配成土技術與噴灌或滴灌措施相結合下的節水效果更顯著，玉米的灌溉定額在T5和T6措施下分別比沙地正常灌溉的灌溉定額減少了54%和58%。

2.3玉米在不同節水措施下的產量對比

本試驗中不同處理措施下的玉米產量見表3。

從表3可知，T6處理下玉米的產量最高，其收獲指數也是最高的。T6和T5處理下的玉米產量比T1處理下的分別增加了76.0%和68.0%。由此可見灌溉方式對玉米的產量有著顯著影響，滴灌處理下玉米產量比噴灌處理下的高，復配土下的產量和滴灌處理下的接近，復配土+噴灌和復配土+滴灌兩種處理下，產量明顯高于其他處理的，說明復配土+噴灌和復配土+滴灌這兩種節水灌溉措施可以在陜北沙地大面積推廣。李漫認為與常規漫灌相比，膜下滴灌和無膜滴灌都可以顯著提高玉米的產量。魏育國等的研究也得出相似結論，滴灌、噴灌和漫灌3種灌溉方式中滴灌最有利于春玉米干物質積累，籽粒重和百粒重呈現為滴灌>噴灌>漫灌，且差異顯著（P<0.05）。王雯等研究了膜下滴灌（MG）、露地滴灌（DG）、溝灌（GA）、交替隔溝灌（JG）、漫灌（cK）5種灌溉方式對春玉米產量的影響，得出膜下滴灌處理的春玉米增產節水效果顯著，其產量和水分生產率均顯著高于其他處理的。本試驗結果與李漫、魏育國、王雯等人的研究結果一致，在各處理下，玉米的收獲指數在0.37～0.42之間，在T6處理下的收獲指數最高，為0.42。

2.4不同節水措施下供需水量平衡分析

采用不同節水措施后，研究區的灌溉需水量大大減小，可以對整個研究區水資源平衡產生積極影響。研究區近60 a灌溉期平均降水量為290.6 mm，可開采量為2 004.60萬m3/（a·hm2），井灌回歸補給量為550.35萬m3/（a·hm2）。對不同節水措施下的水資源平衡情況進行計算，結果見表4。從表4可以看出，沙地正常灌溉措施下，供需平衡差為負值（-445.05萬m3/（a·hm2））。相比沙地正常灌溉措施，各節水措施下灌溉期的供需平衡都變為正值，T2、T3、T4、T5和T6處理下水資源供需平衡差分別為454.95萬、604.95萬、604.95萬、1 204.95萬、1 279.95萬m3/（a·hm2），說明節水灌溉措施對水資源平衡產生了積極的影響。

3結論

（1）基于砒砂巖與沙復配成土技術和現代節水灌溉措施的節水效果顯著。玉米的灌水定額在T2和T3措施下分別比T1節水30%和35%：在基于砒砂巖與沙復配成土技術的T4處理下，節水效果為35%，與滴灌措施下的節水效果相當，證明采用復配土種植可以作為一種節水措施。而基于砒砂巖與沙復配成土技術與噴灌和滴灌措施相結合下的節水效果更為顯著，玉米的灌溉定額在T5和T6措施下分別比T1減小了54%和58%。

（2）從產量來看，T6和T5處理下的玉米產量比T1處理增產76%和68%，說明T6和T5這兩種綜合節水措施不僅可以節約水資源，還可以提高玉米的產量。

（3）以近60 a灌溉期的降水量、可供水量和井灌回歸補給量條件下玉米種植為例，相比沙地正常灌溉措施，各節水措施下灌溉期的水資源供需平衡差均為正值，T2、T3、T4、T5、T6處理下水資源平衡差分別達到了454.95萬、604.95萬、604.95萬、1 204.95萬、1 279.95萬m3/（a·hm2），說明節水灌溉措施對水資源平衡產生了積極的影響，T6和T5這兩種節水灌溉技術可以在陜北廣泛應用。

今后應進一步開展同一種灌溉方式下不同灌溉制度對玉米產量的影響，尤其是在復配土+噴灌、復配土+滴灌這兩種灌溉方式下不同灌溉制度的研究，以及加入不同覆膜方式后這兩種灌溉方式下的不同灌溉制度的研究。