風沙土玉米地下滴灌毛管適宜埋深試驗研究

竇超銀 孟維忠 佟威 陳偉 延瑋辰

摘要：為了探索風沙土地下滴灌毛管布置的適宜埋設深度，以雨養無灌溉作為對照處理，通過田間試驗研究了不同毛管埋深（20、30、40cm）對土壤水分分布、玉米生長和產量以及水分利用效率的影響。結果表明：與無灌溉相比，地下滴灌改善了土壤水分條件，玉米長勢良好，WUE、產量及其構成均顯著提高；與毛管埋深20cm和40cm相比，毛管埋深30cm有利于土壤水分的合理分布，并獲得最高產量和WUE，分別為8.1t/hm2和2.1kg/m3，但不同毛管埋深處理之間，玉米長勢接近，產量構成、產量和WUE的差異均未達到顯著水平，因此毛管埋深在20～40cm范圍內均是可行的，但綜合考慮農業生產實際和經濟性，在風沙土地區，玉米地下滴灌毛管適宜埋深建議為30cm左右。

關鍵詞：地下滴灌；毛管埋深；水分利用效率；玉米；產量；風沙土

中圖分類號：S274.1 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.05.033

在地下滴灌系統中，毛管埋深的確定是影響系統運行效果的關鍵。毛管埋深直接影響水分、養分在土壤中的運移和分布，如研究表明盡管不同毛管埋深條件下土壤水分在中下部土層均呈連續的層狀聚集分布，但多次滴灌后，埋深越淺層狀聚集分布范圍和表層土壤含水量越大[1]。水分入滲寬度和深度隨毛管埋深減小分別增大和減小[2]，在距滴頭一定距離內，土壤含水率隨著滴灌帶埋深增大而增大等[3]。表層土壤氮素含量隨著毛管埋深增大而增大，在土壤剖面上，毛管埋深將增大氮素含量隨土層深度增加而減小的幅度[4]；磷的空間分布與氮素相似，但從滴灌帶的鋪設位置以下土壤速效磷含量會急劇下降[5]。毛管埋深對水分養分分布的影響進一步作用于作物根系對水肥的吸收，從而影響到作物生長和產量等，如：毛管適宜埋深有利于增加春玉米籽粒和鮮穗產量提高[1]；在小麥生育早期抑制地上部分營養生長，促進蹲苗，中后期促進生殖生長，提高產量和水分利用效率[6]；促進草地生長速度和地上生物量[3]；提高番茄品質，產量和水分利用效率[7]；增加馬鈴薯產量和塊莖質量等[8]。

根據大量試驗結果，毛管埋深總的來說應滿足兩個條件：足夠深，以避免耕作或其他設備破壞；或足夠淺，能夠濕潤根區，但又避免表土濕潤[9]。作物種類是確定毛管埋深的主要因素，根系越深，毛管埋設越深，如：草地和馬鈴薯毛管埋深以20cm為宜[3，8]，玉米、番茄和豌豆毛管埋深以30cm為宜[1，7，10]，果樹和小麥毛管埋深以40cm為宜[2，6]。隨著研究的深入，發現土壤特性對地下滴灌毛管埋深同樣影響顯著，如：層狀土壤增加了土壤水分的橫向擴散[11]，沙質土地下灌水器流量對土壤容重和土壤含水率變化敏感等[12]。而目前在地下滴灌技術應用時，不同類型土壤地下滴灌的毛管適宜埋深缺乏參考依據，需要通過試驗確定。本研究以風沙土為研究對象，通過研究不同毛管埋深對作物生長和產量的影響，確定風沙土地下滴灌毛管適宜埋深，從而為地下滴灌的應用提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在遼寧省水科院阿爾鄉沙漠生態園內進行，該生態園位于遼寧省彰武縣北甸子村（東經122°23′，北緯42°50′），地處科爾沁沙地南緣，屬于溫帶半干旱季風氣候區，其主要特征是干燥、風沙大。多年平均降水量412mm，降水量年內分布不均，夏季降水量占全年降水量的60%～70%；多年平均蒸發能力1781mm；年平均氣溫6.1℃，平均風速3.7～4.2m/s，最大瞬時風速達24m/s，沙塵暴天氣10～15d；植物生長期145～150d，無霜期154d。試驗區土壤主要為流動風沙土，干容重1.69g/cm3，田間持水量為6.3%，凋萎含水量為1.7%。0～20cm土層土壤顆粒粒徑主要分布在0.075～2mm之間，其中：<0.075mm占1.8%，0.075～0.25mm占69.7%，0.25～0.5mm占28.3%，0.5～2mm占0.2%。有機質含量為0.66g/kg。

1.2 供試材料與試驗設計

試驗于2015年5-9月進行，采用大田小區試驗，設20、30、40cm三個地下滴灌毛管埋深處理（分別記為SD20、SD30、SD40），同時以當地傳統種植方式，即雨養不灌溉為對照（CK），每個處理設3個重復，共12個小區，采用隨機布置方式。小區南北方向長40m，東西方向以林帶為隔斷，寬8.4m，面積336m2。玉米品種選用“遼單1211”，寬窄行種植，寬行距0.8m，窄行距0.4m，株距 0.3m。地下滴灌處理中，先犁出淺溝，然后人工整修溝底，鋪設滴灌帶，然后回填，滴灌帶間距為1.2m，玉米種植在滴灌帶兩側。滴灌帶滴頭流量為1.38L/h，滴頭間距為0.3m，系統工作壓力為0.1MPa。

1.3 田間管理

播種前種子進行晾曬處理，各處理均在春播前翻地，平整土地，施農家肥（雞糞）1.5t/hm2、底肥磷酸二銨225kg/hm2、玉米復合肥225kg/hm2。5～6葉期定苗，拔節期中耕除草，噴施農藥甲胺磷一次，防治蟲害。灌溉管理結合氣象條件和試驗站前期試驗結果而定[13]，在無降雨時，灌溉頻率為9d一次，單次灌水定額為30mm。

1.4 測定指標

降雨量和蒸發量利用試驗站內的小型氣象站測定，每天8：00測量記錄一次。灌溉水量通過水表控制。土壤含水量用管式TDR測量，TDR測管埋設在小區中部同一行相鄰兩株玉米中間位置，埋深1m，每7d測一次，測深1m，每0.2m為一測定深度。玉米株高、莖粗和單株全部展開葉的葉面積等每2周測1次；按長×寬×系數法測量葉面積，葉面積指數（LAI）通過葉面積與單位土地面積折算求得；收獲時在各小區隨機取樣10株，收獲后室內考種，成熟時各小區單獨收獲考種、脫粒、曬干并計產，每個處理的玉米產量為處理各小區的實際產量；生育期耗水量采用土壤水量平衡法進行計算，水分生產效率（WUE）為玉米產量與耗水量的比值。

常規數據整理利用Excel 2010完成，單因素方差分析利用SPSS 20.0完成。

2 試驗結果與分析

2.1 降水和蒸發

2015年玉米生育期內蒸發、降雨量見圖1，降雨21次，累計降雨量295.7mm。玉米播種后，即開始降雨，苗期和拔節期累計降雨191.1mm，約占全生育期降雨量的2/3；進入抽雄期后，玉米需水量增加，這一階段缺少降雨，僅在抽雄后期出現一次集中降雨，不利于玉米生長；灌漿期雖然歷時較短，但降雨4次，累計降雨31.6mm，基本滿足玉米需水要求；乳熟期后，降雨3次，累計降雨 31.7mm。玉米生育期內累計蒸發量898.8mm，苗期一拔節期多風，蒸發較強，平均日蒸發6.9mm；7-8月，受高溫影響，日蒸發約6.5mm，成熟期蒸發減弱，日均3.9mm。根據降雨分布特點，2015年玉米主要受伏旱影響，因此地下滴灌處理進行了補充灌溉，灌溉3次，分別在7月17日、7月24日和8月11日，單次灌水30mm，累計灌水90mm。

2.2 土壤含水量

不同處理土壤含水量在玉米生育期內的時空變化見圖2和圖3。CK處理無灌溉，進入7月中旬后，玉米生長期內土壤含水量一直低于5%，抽雄期土壤含水量甚至低于2%，而地下滴灌處理土壤含水量保持在6%以上，毛管不同埋深引起的差異較小，SD30處理均值略高于SD20和SD40處理的。在空間分布上，CK處理土壤含水量隨著土層深度增加而增大，均值在2%～4%之間，遠低于地下滴灌處理；灌溉處理土壤含水量隨土層深度增加先增大后減小，SD20和SD30處理最大值出現在30cm附近，SD40處理最大值在50cm附近。在0～40cm土層，土壤含水量均值大小順序為SD30>SD20>SD40；40cm以下土層，SD20和SD30均值相近，均小于SD40處理的。即在風沙土土壤中，當毛管鋪設接近地表時，毛管上層土壤水分容易蒸發散失；當鋪設較深時，水分主要分布在毛管下方，不利于土壤水分上行；毛管埋深在 30cm時有利于水分在土壤中蓄持和合理分布。

2.3 株高、莖粗和LAI

不同處理玉米株高在生育期內總體變化趨勢相同，生育期內株高持續增大，拔節期和抽雄期株高增加最為迅速，灌漿期后，株高相對穩定（見圖4）。不同處理玉米進入拔節期后長勢均較好，最終穩定在210～230cm，毛管埋深對株高生長無明顯影響；CK處理在7月受到長時間干旱脅迫，植株矮小，生長緩慢，后期降雨未能發揮補償效應，株高穩定在140cm。即灌溉是影響玉米株高的主要因素，地下滴灌使根層土壤長期保持良好的水分條件，為玉米的持續生長創造了有利條件。

玉米生育期內莖粗的變化見圖5。隨著玉米的生長，玉米莖粗逐漸增大，抽雄一灌漿期莖粗相對穩定。不同處理玉米莖粗在整個生育期內相近，其原因可能是玉米莖粗的增加主要在抽雄期前，伏旱對莖粗影響較小。

玉米生育期內各處理LAI隨著玉米的生長，均先增大后減小，在灌漿期LAI達到峰值（見圖6）。不同處理之間，在灌溉前LAI相近；進入7月中旬后，CK處理長期受旱產生不可逆的破壞，LAI在7月18日達到2.3后不再增大；地下滴灌處理在補充灌溉后LAI持續增大，各處理間差異較小，進人生長后期，SD40處理LAI增加緩慢，LAI小于SD20和SD40處理的，且成熟期SD40處理LAI減幅較大，在生育期結束時分別較SD30和SD20處理的小19.5%和17.2%。說明灌溉是影響玉米LAI的主要因素，毛管淺埋有利于獲得較大的LAI，深埋不利于后期LAI提高，同時易導致葉片衰老。

2.4 玉米產量構成、產量和WUE

各處理考種結果見表1。灌溉處理各考種指標均顯著高于CK處理的；灌溉處理中，SD30處理各項指標高于SD20和SD40處理的，SD20處理穗粒數多于SD40處理的，但百粒重低于SD40處理的；方差分析表明不同埋深之間差異均未達到顯著水平。即灌溉是影響玉米產量構成的主要因素，灌溉處理各指標均明顯優于不灌溉處理；毛管埋深對產量構成影響較小，淺埋有利于增加行粒數和穗行數、獲取更多粒數，深埋有利于形成飽滿籽粒。

產量受穗粒數和百粒質量交互影響，從表1中可以看出，受伏旱影響，雨養無灌溉的CK處理產量最低，僅為3.3t/hm2；SD30處理產量最高，為8.1t/hm2；SD20和SD40處理產量均為7.5t/hm2，較SD30處理低7.4%，較CK處理高127.3%。方差分析表明，地下滴灌各處理產量均顯著高于CK處理的，但埋深差異對產量的影響并不顯著。不同處理之間WUE差異與產量相似，CK處理WUE最低，僅為1.1kg/m3；SD30處理最高，為2.1kg/m3，其次為SD40和SD20處理，分別較SD30下降7.4%和8.1%。不同毛管埋深處理之間WUE差異不顯著，但均顯著高于CK處理的。即灌溉處理雖然增加了玉米耗水量，但通過增產提高了水分生產效率，而毛管埋深對WUE的影響不顯著。

3 結論

（1）采用地下滴灌技術灌溉，可有效進行補充灌溉，玉米全生育期根系主要分布層土壤含水量一般為6%～8%，接近風沙土田間持水量，土壤水分有效性高，有利于作物生長。土壤含水量隨時間的變化主要受降雨和灌溉影響，毛管埋深對土壤水分空間分布有一定影響，淺埋易產生蒸發散失，深埋不利于水分上行，毛管埋深為30cm時有利于土壤水分的合理分布。

（2）地下滴灌為玉米生長提供了保障。灌溉是影響玉米生長的主要因素，毛管埋深對玉米營養生長和生殖生長的影響相對較小。

（3）地下滴灌玉米產量為7.5～8.1t/hm2，WUE為1.9～2.1kg/m3，毛管埋深為30cm時產量和WUE最大，但不同埋深處理之間產量和WUE的差異均未達到顯著水平；與當地傳統雨養無灌溉種植相比，地下滴灌顯著提高了玉米產量和WUE。

灌溉是風沙土作物種植的基礎，而毛管埋深對玉米生長和產量影響較小。根據方差分析結果，毛管埋深在20-40cm范圍內均是可行的，在實際農業生產中，如果將地下滴灌與保護性耕作相結合，第二年實施免耕，可將滴灌帶淺埋在20cm深處；如果采用旋耕淺翻，滴灌帶應埋到30cm深處；地埋深度40cm雖有利于延長使用年限，但灌溉效果下降，且目前地埋深度40cm相對費工，對土壤擾動較大，因此毛管埋深以30cm左右為宜。

參考文獻：

[1]李蓓，李久生.滴灌帶埋深對田間土壤水氮分布及春玉米產量的影響[Jl.中國水利水電科學研究院學報，2009，7（3）：222-226.

[2]馬孝義，康紹忠，王鳳翔，等.果樹地下滴灌灌水技術田間試驗研究[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2000，28（1）：57-61.

[3]莊千燕，蘇德榮，宋雪楓，等.滴頭埋設深度對土壤水分運移及草坪草生長的影響[J].草地學報，2010，18（3）；435-440.

[4]劉玉春，李久生.毛管埋深和土壤層狀質地對地下滴灌番茄根區水氮動態和根系分布的影響[J].水利學報，2009，40（7）：782-790.

[5]黃玉芬，姜益娟，鄭德明.新疆棉田地下滴灌方式下土壤速效磷空間分布規律的研究[J].新疆農業科學，2008，45（3）：428-432.

[6]何華，康紹忠，曹紅霞.地下滴灌埋管深度對冬小麥根冠生長及水分利用效率的影響[J].農業工程學報，2001，17（6）：31-33.

[7]蔣樹芳，萬書勤，馮棣，等.地下滴灌不同埋深對番茄產量和灌溉水利用效率的影響[J].節水灌溉，2015（8）：26-28.

[8]劉曉菲，萬書勤，馮棣，等.地下滴灌帶不同埋深對馬鈴薯產量和灌溉水利用效率的影響[J].灌溉排水學報，2015，34（5）：63-66.

[9]任杰，溫新明，王振華，等.地下滴灌毛管適宜埋深及間距研究進展[J].水資源與水工程學報，2007，18（6）：48-51.

[10]姜志水，吳普特，汪有科.香花豌豆地下滴灌毛管埋設深度試驗研究[J].人民黃河，2008，30（6）；60-61.

[11]李久生，楊風艷，栗巖峰.層狀土壤質地對地下滴灌水氮分布的影響[J].農業工程學報，2009，25（7）：25-31.

[12]李剛，王曉愚，白丹.土壤物理特性對地下滴灌毛管灌水質量的影響[J].農業工程學報，2010，26（9）：14-19.

[13]竇超銀，孟維忠，伶威，等.風沙土玉米膜下滴灌適宜灌溉頻率試驗研究[J].灌溉排水學報，2016，35（2）：13-17.