壟作溝灌栽培技術的研究進展

薛亮 馬忠明 呂曉東 唐文雪 連彩云 王智琦 馮守疆

摘要：綜述了河西走廊綠洲灌區壟作溝灌栽培技術對土壤和作物的影響及節水效益，指出在壟作溝灌技術主要技術參數、壟作溝灌條件下作物生理反應、壟作溝灌技術條件下的水肥耦合模式、壟作溝灌對土壤養分損失的影響等方面還需深入研究。

關鍵詞：壟作溝灌；節水；栽培；效益；河西走廊

中圖分類號：S318 文獻標志碼：A 文章編號：1001-1463（2019）03-0078-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.（2019）03.016

Abstract：This article reviewed the affection of the technology of ridge tillage with ditch irrigation on soil and crop and the water-saving benefits in the oasis irrigation area of Hexi Corridor. It was pointed out that the key technical parameters of ridge tillage with ditch irrigation techniques， the physiological responses of crops and the coupling model of water and fertilizer under ridge tillage with ditch irrigation conditions， and the effects of ridge tillage with ditch irrigation on soil nutrient losses， were the fields necessarily to be studied further.

Key words：Ridge tillage with ditch irrigation；Water saving；Cultivation；Benefit；Hexi Corridor

河西走廊綠洲灌區地處我國西北干旱區，水資源短缺是制約該區域農業可持續發展的首要問題。2017年區內總耗水量達到51.3億m3，其中農田灌溉耗水占76.8%，實際缺水6.69億m3，缺水程度達到8.3%[1 ]。由于缺乏適宜的節水新技術，農業生產中尚采用大水漫灌等落后的灌溉方式，灌水次數多、灌溉量大，進一步加劇了水資源短缺危機。針對區域現狀，眾多專家和學者在挖掘有限水資源、降低損耗、提升利用率等方面做了大量的研究工作，在傳統灌溉模式基礎上，從地面灌溉、地膜覆蓋、渠系防滲水等方面探索新的節水技術[2 ]，然而這些方法仍然只是從用水方式、水利修整等角度加以改進，沒有深入研究水分供給與作物、土壤的關系。馬忠明等[3 - 4 ]將作物傳統的大田平作改為起壟栽培，以壟溝內小水滲灌取代大水漫灌，提出了適宜河西灌區主要作物栽培的壟作溝灌技術。壟作溝灌技術增加了土壤表面積和光熱的截獲能力，改善了透光條件，減少田間實際灌溉面積，加大灌溉水的田間流速，降低灌溉后的深層滲漏和無效蒸發，提高了作物水分利用效率[5 ]。與滴灌、噴灌等技術相比，壟作溝灌技術簡單易掌握、投入成本低、效果顯現快，在大田大面積應用中具有明顯的實用前景，是綠洲灌區持續發展節水農業的新模式。

1 壟作溝灌栽培對土壤性狀和作物發育的影響

1.1 改善了作物根際土壤物理性狀

地面形態的改變引起土壤質量的變化，根際土壤的物理性狀變化尤為明顯。壟作溝灌模式的土壤堅實度明顯低于平作，0～20 cm土層，壟作溝灌栽培容重較平作降低1.20%，10～20 cm土層較平作降低3.55%，0～20 cm土層平均較平作降低2.52%[6 ]。質地較輕的土壤有利于形成疏松的壟床，促進作物根系下扎和灌溉水的側滲，同時0～40 cm土層也是春小麥、啤酒大麥、制種玉米等作物根系分布的主要層次，土壤疏松透氣，有利于促進作物對土壤水分和養分的轉化和利用。

1.2 壟作溝灌栽培模式對土壤水熱效應的影響

溝灌改變了水分的入滲方式，水分垂向和側向的入滲同時存在，并且受到溝內斷面性狀、土壤質地和特性的影響，使得溝灌的土壤水分運動過程發生改變[7 ]。較好的土壤結構能夠提高土壤中的水分貯存量，相對于平作，壟作溝灌模式土壤含水量在0～10、10～20、20～40 cm的土壤深度分別提高了25.95%、2.59%、2.01%[6 ]。壟作栽培使土壤表面由平面型改變為波浪型，擴大了土壤表面積，有利于吸收太陽輻射，增加土壤對光能的截獲量，提高耕層土壤溫度[8 ]。春小麥和啤酒大麥采用壟作溝灌栽培技術后，對土壤溫度具有明顯的影響。從春小麥播種后連續17 d（4月 4 — 20日）土壤溫度測定結果可以看出，壟作溝灌栽培后5～10 cm土層日均溫度均 高于平作，最高較平作提高2.15 ℃，最低較平作提高0.65 ℃，平均較平作提高 1.41 ℃[9 ]。

1.3 壟作溝灌栽培技術具有明顯的邊行優勢

采用壟作溝灌栽培技術后，田間通風透光得到改善，再加上壟作的增溫效應，使作物個體發育條件更加優化，表現很強的邊行優勢[10 ]。與平作處理比較，壟作溝灌春小麥邊行和中行平均穗粒數增加3.8粒，增幅為10.35%；千粒重增加2.52 g，增幅為5.05%。壟作溝灌栽培啤酒大麥平均穗粒數增加0.7～7.4粒，平均千粒重增加2.1～5.4 g，分別增加2.83%～41.11%、4.93%～12.5%。明顯的邊行優勢是促使壟作溝灌春小麥和啤酒大麥增產的主要原 因[4 ]。

1.4 壟作溝灌模式促進了作物生長

壟作模式使土壤的熟化層增加了10 cm，土壤與大氣的接觸面增加了38%，從而增加了作物根系空間，促進了根系生 長[11 ]。與平作相比，小麥壟作條件下0～20、20～50、50～100 cm土層內根長分別增加39.21%～40.60%、26.99%～27.58%、39.43%～59.49%[12 ]。根系生長推動了地上部器官的發育，壟作模式下葉面積系數較平作增加0.22～1.16，地上部分干物質積累量增加9.56%～42.68%，株高降低6.41 cm[12 ]。戴德等[13 ]研究發現，壟作栽培小麥旗葉的葉綠素含量始終高于平作，且隨著生育進程的推進，后期衰減速率明顯低于平作，說明壟作有利于延緩植株衰老，延長葉片功能期，從而延長籽粒灌漿時間，增加產量。任德昌等[14 ]研究表明，壟作栽培使冬小麥基部第一、二節間分別較對照短1.86、0.67 cm，莖粗分別增加0.14、0.11 mm，莖壁厚度兩節均增加0.14 mm，增加了植株抗倒伏能力。

2 壟作溝灌栽的節水增產效應

壟作溝灌模式降低了土壤容重，提高了入滲水頭高度和土壤初始含水率，壟體容重的降低增加了濕周長度、濕潤鋒側向入滲距離、濕潤鋒運移速度和土壤入滲速率。在相同水平側滲距離條件下，隨著入滲水頭高度的升高，垂向入滲距離顯著減少，灌水定額明顯減少；隨著土壤初始含水率的增加，濕周長度、濕潤鋒垂向入滲距離、濕潤鋒運移速度、相鄰兩條濕潤鋒間隔距離、土壤入滲速率均呈增大趨勢，到達穩定入滲速率所用時間縮短，從而總體上減少了灌水量[15 ]。此外，壟作溝灌相對于平作其節水效應還表現在中后期耗水量的減少方面，與平作相比，在抽穗-灌漿中期階段和灌漿中期-成熟階段，在較高灌溉定額（3 750 m3/hm2）條件下，春小麥日均耗水量低于平作栽培，比平作分別低1.28、1.36 mm/d[12 ]。河西灌區春小麥、制種玉米和啤酒大麥三種作物在壟作溝灌模式下水分利用效率可提高1.84～3.38 kg/（mm·hm2），節水750～1 800 m3/hm2，同時產量增加了6.86%～34.97%[5 ]。李升東等[16 ]研究表明，與傳統平作相比，冬小麥壟作栽培后可節水40%。趙蕊等[17 ]在張掖市對比了不同種植方式對制種玉米的影響，結果表明，全膜壟作溝灌模式較傳統平作方式增產13.55%，水分生產效率提高了0.79 kg/（mm·hm2），節水2 850 m3/hm2。在經濟作物種植中，壟作溝灌模式也具有顯著的節水效應。大田番茄每次灌水量可較平作減少225 m3/hm2，全生育期總節水1 350 m3/hm2，節水接近20%，節約水費405元/hm2；番茄平均產量可達到9.3萬kg/hm2，產值達4.65萬元/hm2，較傳統地膜番茄增產1.05萬kg/hm2，增加產值12.7%。食用向日葵在采用全膜壟作溝灌時產量達到6 396 kg/hm2，增產12.27%；單方水效益為4.84元/m3，均較常規條膜覆蓋平作節水13.2%[18 ]。在馬鈴薯上的研究發現，壟作溝灌模式使幼苗的自然出頂率達到95%以上，提前成熟15～20 d，可以增產30%以上，節水1 500～2 250 m3/hm2[19 ]。同時采用間作模式后，作物水分利用率提升更為明顯。玉米間作豌豆條件下，2種作物的混合產量為16 895.3 kg/hm2，增產達14.97%，水分利用效率為26.61 kg/（hm2·mm），節水1 268.4 m3/hm2[20 ]。趙繼榮等[21 ]對壟作條件下金盞花的土壤水分變化進行了研究，認為同大田的平作漫灌相比，壟作溝灌在各生育期各個土層中保持了較高的水分，水分利用效率提高了41.15%，可增產25%。

3 壟作溝灌栽培技術配套農機具的研發

壟作溝灌栽培是一項新的地面灌溉技術[22 ]，現有的農機具已不能滿足進一步挖掘作物生產潛力的需要，為此，相關研發單位在引進、消化吸收的基礎上，開發研制了3代小麥/啤酒大麥壟作播種機和2代玉米/制種玉米起壟覆膜機。適合18～30馬力拖拉機作業的第三代2BL-4小麥/啤酒大麥壟作播種機工作性能更加優化、穩定，播種質量顯著提高，能夠適應春小麥、啤酒大麥等密植作物的壟作溝灌栽培技術要求，作業后壟幅75 cm，壟寬50 cm，壟高20 cm，溝寬25 cm，開溝、起壟、播種、鎮壓等作業工序一次性完成，降低了生產成本，提高了工作效率，為春小麥、啤酒大麥壟作溝灌技術的大面積推廣應用提供了強有力的機具支撐[23 ]。改進完成的BFM-2玉米/制種玉米起壟覆膜機，能按玉米及制種玉米壟膜溝灌栽培的種植要求一次性完成開溝、起壟、鎮壓、覆膜作業，起壟覆膜規范，起壟壟幅100 cm，壟寬60 cm，溝寬40 cm，壟高20 cm，起壟覆膜后壟面平整，壓膜嚴實，壟體具有一定的堅實度，增強了起壟后的保墑效果，提高了播種質量。起壟覆膜工作效率大幅度提高，節約了玉米/制種玉米壟膜溝灌節水栽培的生產成本，為該項技術的應用提供了強有力的機具支撐[24 - 25 ]。

4 壟作溝灌技術尚需進一步研究和解決的問題

壟作溝灌技術革新了傳統的平作模式，將灌水和施肥集中供給，優化了水肥管理方案，并與覆膜技術有機結合，促進了作物早熟，突破了大田玉米和制種玉米的適種海拔上限，并通過配套農機具實現了一次性完成作物起壟、覆膜、播種作業，有效的推動了河西綠洲灌區農業發展。但由于開展的試驗研究相對較少，研究的適宜作物種類較少，距離實際的生產要求尚有不少差距，需要在諸多方面進行深入研究。

4.1 壟作溝灌技術的主要技術參數

在改變現有耕作模式的情況下，土壤結構發生了巨大的改變，水分的流動、入滲方式隨之改變，灌水濕潤方式的改變或對作物的栽培規格有新的要求。因而有必要進一步研究壟作溝灌模式下土壤水分的入滲規律、土壤中養分運移累效應，并根據相應的變化細化壟、溝的精準尺寸、作物的種植密度、灌水的合理流量和頻率，以及相應的肥料施用方案等。

4.2 壟作溝灌條件下作物生理反應

將傳統的漫灌改變為溝灌后勢必會引起時間和空間上部分作物的階段性水分虧缺或盈余，作物個體或群體的棵間土壤蒸發和作物蒸騰較漫灌發生改變。探求壟作溝灌栽培對作物田間小氣候條件（光、溫、水、氣等）的影響，壟作栽培中作物的需（耗）水規律、需肥規律，以及光能利用率的變化規律，建立綜合判斷作物需水模型，是進一步深化技術理論的要求，也是加快推廣應用的需要。

4.3 壟作溝灌技術條件下的水肥耦合模式

大田土體結構的變化在引起水分管理方式改變的同時也使作物對養分的吸收、運轉和累積過程產生變化。在進一步減少化肥施用量的外界動力和作物在新栽培模式下養分需求發生改變的內部要求下，研究壟作溝灌條件下的水肥耦合作用，尋找不同作物養分合理配比和優化組合，形成一系列針對性的水肥管理方案，既能有效補充和發展壟作溝灌技術，也是生產實踐的急迫希求。

4.4 壟作溝灌對土壤養分損失的影響

立地條件的變化勢必會對作物吸收肥料養分產生影響，并使土壤中養分的運移和再分布呈現不同的規律。掌握農田生態系統中化肥尤其是氮素的吸收、淋洗、轉化、揮發等效應，能夠正確的評價壟作溝灌模式下溫室氣體的溫室效應，合理判斷該項技術在優化農田土壤環境中的作用。

參考文獻：

[1] 甘肅省水利廳. 2017年甘肅省水資源公報[EB/OL]. （2018-11-02）[2018-12-10]. http：//www. gssl. gov. cn/xxgk/gkml/nbgb/szygb/20181

1/t20181102_11 3548.html.

[2] 馬忠明. 北方灌區農田節水技術研究現狀[J]. 甘肅農業科技，1993（5）：30-31.

[3] 馬忠明. 河西綠洲灌區不同壟作方式和灌水量對春小麥產量效應的研究[C]//中國作物協會. 中國作物學會2006年學術年會論文集. 北京：[出版者不詳]，2006.

[4] 張立勤，馬忠明，俄勝哲. 壟膜溝灌栽培對制種玉米產量和水分利用效率的影響[J]. 西北農業學報，2007（4）：83-86.

[5] 邊金霞，馬忠明. 河西綠洲灌區3種作物壟作溝灌節水效果及栽培技術[J]. 甘肅農業科技，2007（11）：47-50.

[6] 唐文雪，馬忠明，張立勤，等. 綠洲灌區壟作溝灌栽培對土壤物理性狀和春小麥產量的影響[J]. 西北農業學報，2012，21（8）：84-88.

[7] 呂曉東，馬忠明. 不同耕作方式對春小麥田土壤水分過程的影響[J]. 核農學報，2015，29（11）：2184-2191.

[8] 王生撼. 春玉米覆膜壟作溝灌條件下土壤水熱效應及對產量的影響[J]. 農業與技術，2018，38（22）：58.

[9] 潘艷花，馬忠明，呂曉東，等. 河西綠洲灌區不同耕作方式對春小麥土壤水分和產量的影響[J]. 西北農業學報，2012，21（11）：53-59.

[10] 柏立超，邵運輝，岳俊芹，等. 壟作模式下冬小麥邊際效應研究[J]. 河南農業科學，2009（6）：42-44；48.

[11] 高 明，車福才，魏朝富，等. 壟作免耕稻田水稻根系生長狀況的研究[J]. 土壤通報，1998，29（5）：236-238.

[12] 馬忠明，連彩云，張立勤. 綠洲灌區壟作溝灌栽培對春小麥生長和產量的影響[J]. 麥類作物學報，2012，32（2）：315-319.

[13] 戴 德. 高寒山區冷浸田水稻半旱式免耕壟作技術的增產機理[J]. 農業科技通訊，1998（8）：26-27.

[14] 任德昌，王法宏，王旭清，等. 冬小麥壟作高產栽培技術增產效應及增產機理[J]. 耕作與栽培，2000（5）：10-12.

[15] 張 銳. 壟作溝灌土壤水分入滲規律的試驗研究[D]. 哈爾濱：東北農業大學，2016.

[16] 李升東，王法宏，司紀升，等. 節水灌溉對小麥旗葉主要光合參數和水分利用效率的影響[J]. 干旱地區農業研究，2011，29（4）：19-22；28.

[17] 趙 蕊，毛 濤，周 俊. 張掖市制種玉米不同種植模式對比試驗[J]. 甘肅農業科技，2014（3）：43-45.

[18] 侯政權，謝宗祥. 食用向日葵不同栽培方式的節水效果[J]. 甘肅農業科技，2012（9）：25-27.

[19] 柴武高，馬慶融，巴蘭清. 河西沿山冷涼區馬鈴薯壟膜溝灌高效節水栽培技術[J]. 中國馬鈴薯，2014，28（4）：208-209.

[20] 唐文雪，馬忠明，連彩云，等. 綠洲灌區壟作溝灌栽培對玉米間作豌豆產量及水分利用效率的影響[J]. 甘肅農業科技，2013（7）：5-8.

[21] 趙繼榮，雒淑珍，張肖凌，等. 金盞花高效節水栽培技術[J]. 北方園藝，2010（17）：85-86.

[22] 康紹忠，李永杰. 21世紀我國節水農業發展趨勢及其對策[J]. 農業工程學報，1997，13（4）：1-7.

[23] 鄒建忠，高自成. 2BFMG-5型麥類壟作溝灌播種機的研制[J]. 農機科技推廣，2012（12）：50-51.

[24] 鄒建忠. 2BFMG-5型麥類壟作溝灌播種機研制與試驗[J]. 農業機械，2012（2）：52-54.

[25] 陶凱元. 機械化壟作溝灌節水技術[J]. 農業機械，2010（14）：68.

（本文責編：陳 偉）