制種玉米精細膜下滴灌技術研究

張保富

(甘肅省張掖市臨澤縣水務局，甘肅 張掖 734200)

隨著現代化規模經營農業的發展，尤其是干旱的甘肅河西走廊農業種植區，推廣節水灌溉技術已是大勢所趨。2011—2015年甘肅省水利科學研究院、西北農林科技大學、蘭州大學等科研院所在甘肅涼州區、甘肅民勤縣等試驗基地開展了噴灌、地膜滴灌、地膜溝灌等節水灌溉技術試驗。其中，制種玉米精細膜下滴灌是以非充分灌溉理論為指導，以參考作物蒸騰蒸發量(ET0)模型為基礎，研究其滴灌技術及經濟效益[1]。本文通過分析制種玉米精細膜下滴灌試驗的關鍵技術指標，比較不同設置的經濟效益，為該技術的推廣提供依據。

1 試驗設計

不同灌水定額設置6個處理，制種玉米精細膜下滴灌試驗設計見表1，休閑期把試驗地深耕、耙耱平整后冬灌[2- 4]，灌水量80m3/畝，試驗地大小為3.0m×13.0m。依靠變頻設備將灌水時水泵流量設定為15m3/h，選用內嵌貼片式滴灌帶，滴頭流量2.0L/h，滴頭間距0.3m。播前深翻、耙耱、平整、覆膜，播種時按1膜4行，1膜2管，膜寬1.45m，其中3行母本，1行父本，按行距35cm，株距25cm，每穴2～3粒種植；所有處理父本的2/3遲于母本5d播種，其余遲于母本7d播種。生育期灌水9次，采用自動控制灌水，電磁閥精確控制灌水量，施肥、中耕，人工除草，防治病蟲害措施同常規膜上灌。

表1 制種玉米精細膜下滴灌試驗設計

2 測試內容及方法

制種玉米成熟后，各小區單打單收，分別計算籽粒產量[3]；氣象資料由試驗區全自動氣象站獲得；在各個小區中隨機選取2處，每處取樣約5株，測定項目為：株高、穗重、穗長、穗粒重、穗粒數、百粒重、總干物質等[3]；分別在苗期、拔節、大喇叭口，抽穗，灌漿期、乳熟期、收獲期測定葉面積指數；分別在出苗后及每個生育期測定干物質量；土層含水量在播種前2d、作物整個生育期內、作物收獲后進行，每隔10d在0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm、100～120cm深度土層中測定，灌水前后進行加測。測定方法用烘干稱重法、TDR水分測定儀測定。

3 試驗結果分析

3.1 土層水分動態

精細溝灌制種玉米土層水分動態如圖1所示。由于試驗區已灌冬水，播種水前含水量保持在15%左右，但表層較低。立苗期不同處理的土層含水量在不同深度(0～20cm、20～40cm、40～60cm)呈增加-減小-再增加的趨勢，且2個拐點出現在30、50cm深處[4]。主要是因為苗期的玉米植株蒸騰作用較弱，土層的水分蒸發植株間，水分散失主要在0～20cm土層，而60cm深處土層水分又有所增加(底墑的保持)[4]。因為該階段植株枝葉茂盛、根系最發達，需水量也大[4]，抽穗期期不同處理土層含水量隨深度增加呈增加再減小的趨勢。綜上所述，膜下滴灌灌水量少，土層0～20cm、20～40cm、40～60cm的含水率在多個時段低于CK處理[4]，各滴灌處理土層水分動態變化起伏不大，相對較為平穩[4]，這與膜下滴灌“次數多，定額小”的灌溉特點是相一致的。

圖1 精細溝灌制種玉米土層水分動態

3.2 生長動態

精細灌溉玉米株高變化都是前期緩慢增長，拔節后快速增長，抽穗后期基本穩定[5]，并且各處理株高均低于常規膜上灌溉如圖2所示。株高在苗期，生長緩慢，拔節-抽穗期生長最快，進入灌漿期以后株高生長速率已很小，營養生長基本停止而轉向生殖生長[6]，株高增長甚微，精細膜下滴灌制種玉米葉面積指數變化如圖3所示。葉面積指數隨生育期的推進，呈現出先增加、后穩定、最后又減小的趨勢，其中CK在生長中后期葉面積指數明顯高于其他處理[6]，只有T5較為接近(圖3)。在出苗-拔節，由于氣溫較低，生長緩慢，干物質積累緩慢，拔節-開花期間，干物質積累快，到成熟期又快速積累[6]。灌水均勻度好的處理(T5)干物質日增長量在成熟期期達到最大且與CK相比，差別小。隨著滴灌濕潤比的提高，玉米生長也加速，進而增加干物質；灌水量小濕潤比下降，作物生長高度不齊，平均干物質積累就會減少[7](見表2—3)。

圖2 精細膜下滴灌制種玉米變化

圖3 精細膜下滴灌制種玉米葉面積指數變化[2]

表2 干物質積累分析[2] 單位：g/m2

表3 干物質日增長量 單位：(g/m2)/d

3.3 作物耗水量測定和計算

(1)耗水量測定

作物耗水量主要受氣象要素、土層不同深度水分含量和作物生長不同階段狀況的影響。本研究是膜下滴灌、常規膜上灌溉條件下的作物耗水量，土層含水量采用烘干法、TDR土壤水分測定儀、土壤墑情監測系統等儀器設備測定，作物蒸發蒸騰量用水量平衡法計算。

(2)耗水量計算

作物耗水量受很多因素的影響，其中主要是氣象因素、土層不同深度水分含量和制種玉米在不同生長階段的狀況。本研究是精細膜下滴灌、常規膜上灌溉條件下的作物耗水量，土層含水量采用烘干法、TDR土層水分測定儀、土層墑情監測系統等儀器設備測定，作物蒸發蒸騰量用水量平衡法計算。作物耗水量用式(1)計算：

(1)

式中，ET1-2—階段耗水量，mm；i—土層次號；n—土層總數；ri—第i層土層干容重，g/cm3；Hi—第i層土層厚度，cm；Wi1—第i層在該段的初始含水量，%；Wi2—第i層在該時段末的含水量，%；M、P、K、—段內灌水量、降雨量、地下水補給量，mm；C—段內土層排水量，mm。

計算中K=0(地下水埋深大于30m)，C=0(滴灌深層滲漏極少)，≤5mm降雨為無效降雨，故式(1)可簡化為：

(2)

(3)棵間蒸發規律

各生育階段棵間土層蒸發量與階段耗水量的比例見表4。

表4 各生育階段棵間土層蒸發占階段耗水量的比例

播種-苗期由于各處理間土層水分存在差異，因此，階段耗水量與棵間土層蒸發量差異較大，土層蒸發量最大為CK，最小為T1。苗期-拔節階段各處理的棵間土層蒸發量占階段耗水量比例明顯減小[8]。各處理棵間土層蒸發耗水量差異較大，CK仍然明顯高于其他處理，這主要是由于CK裸地面積較大，導致棵間蒸發較大[9]。在抽穗期，田間耗水轉向以植物蒸騰耗水為主，各水分處理的棵間土層蒸發量占階段耗水量的比例繼續減小(11.4%～17.2%)[10]。在全生育期，各處理棵間土層蒸發占總耗水量(%)的大小依次為：CK>T2>T1>T3>T4>T5，占比分別為24.2%、13.0%、12.8%、12.7%、12.2%、11.7%[10]。

3.4 灌水均勻度

根據精細膜下滴灌制種玉米各次灌水后土層含水量實測資料，利用公式(2)計算膜下滴灌制種玉米不同處理灌水均勻度見表5。取5次灌水后實測資料為例計算，各處理在各次灌水后均勻度雖然略有所差異，但由于各處理進口壓力、滴頭間距、毛管鋪設長度、鋪設坡度，毛管管徑均一致，因此，各處理間灌水均勻度無明顯差異。將滴灌處理計劃濕潤層取為0.6m，對照處理取為1m，由于各處理灌水定額不同，其濕潤比隨灌水定額大小而變化，灌水定額大，濕潤比就大，作物可利用水量就多，有利于作物生長及產量形成，如T5、T4處理，其平均濕潤比可達到75%～85%，能滿足作物需水的要求。

表5 精細膜下滴灌制種玉米灌水均勻度

3.5 制種玉米效益

制種玉米的生產成本估算及投入產出分析見表6。由表6可以看出，精細滴灌各處理投入大于對照，主要是滴灌帶費及鋪設時所需機械費，由于精細滴灌提高了水分利用率，減少了棵間蒸發。雖然灌水量少，但在適宜灌水定額(T5)下能取得較高產量，幾乎與CK無差別，但凈產值較對照低1452元/hm2。若考慮其節水效益等，其凈產值可大于對照。

表6 精細膜下滴灌制種玉米投入、產出分析

4 制種玉米精細膜下滴灌技術要點

(1)內容：秋耕冬灌+春季深翻覆膜+鋪滴灌帶播種+膜下滴灌[11]。

(2)要求：在前茬作物收獲后，秋耕、冬灌，翌年播種前深翻、耙磨、碾壓，鋪滴灌帶、覆膜的工序完成后，按1膜4行人工播種，灌水定額28m3/畝，生育期采用膜下滴灌[11]，灌水次數為9次。定期監測土層水分，精確控制灌水量。

(3)指標：制種生育期灌水9次(包括安種水1次)，灌水定額28m3/畝。播種時1膜2管，1膜4行，按行距30cm，株距20cm，每穴1～2粒播種。

(4)灌水：灌水時采用管道輸水膜下滴灌，全育期灌水9次，每次灌水量28m3/畝，精確控制灌水定額。依靠變頻設備控制水泵流量，由電磁閥精確控制灌水量[12- 14]。

(5)追肥：分別在大喇叭期、灌漿期分2次結合灌水追施尿素，每次5kg/畝。

5 結論及建議

5.1 結論

(1)1膜4行、1膜2管、全育期灌水9次、每次灌水量28m3/畝的膜下滴灌設置處理(T5)，能取得較高產量和經濟效益。

(2)由于投入較多，凈產值較對照(CK)低1452元/hm2；若考慮其節水效益等，其凈產值可大于對照。

5.2 建議

(1)精細膜下滴灌各處理投入大于對照，主要是滴灌帶及鋪設時所需的費用高；若能提高滴灌帶的質量和重復利用率，可降低精細滴灌節水技術的投入成本。

(2)精細膜下滴灌若第2年都種植制種玉米，會使其發生病、蟲害的概率大大提高，產品產量和質量降低；根據不同經濟作物的市場行情，倒茬種植瓜類、洋蔥、葵花等經濟作物，可提高經濟效益[15]，也有利于精細滴灌技術的推廣。