灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的實(shí)踐與發(fā)展建議

收稿日期：2023-11-30

作者簡介：盛金奇（1986—），男，甘肅高臺(tái)人，工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)村人飲工程及灌溉用水運(yùn)行管理。

摘 要：以灌區(qū)農(nóng)業(yè)為背景，通過細(xì)致的試驗(yàn)布置、物候觀測、水平衡和氮平衡要素的觀測與分析，全面剖析了灌溉對(duì)水循環(huán)、氮素循環(huán)和作物生長的影響。研究主要集中在灌溉水分生產(chǎn)率和氮平衡要素上，通過灌水、排水、滲漏、田間耗水和蒸騰等多方面數(shù)據(jù)的收集，深入揭示了不同管理策略下的效果，可為研究為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉；試區(qū)布置；田間處理設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：S274.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：2095–3305（2024）03–0-03

隨著全球氣候變化和人口增長，灌區(qū)農(nóng)業(yè)面臨著日益加劇的水資源壓力[1-2]。有效利用水資源、提高農(nóng)業(yè)水分利用效率成為刻不容緩的任務(wù)[3-4]。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的引入和實(shí)踐對(duì)于解決灌區(qū)水資源問題至關(guān)重要[5]。通過試驗(yàn)區(qū)的布置和田間處理設(shè)計(jì)，結(jié)合多種觀測手段，系統(tǒng)探討了農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并為今后的發(fā)展提出建議。

1 試驗(yàn)區(qū)布置

將某水稻田間小區(qū)作為試驗(yàn)對(duì)象，試驗(yàn)小區(qū)長8 m，

寬3.5 m，田埂高度80 cm，臨近排水溝開排水出口，排水田埂采用塑料膜進(jìn)行覆蓋并隔離，避免不同田間小區(qū)之間出現(xiàn)串水情況[6]。鋪設(shè)灌水管及計(jì)量水表，設(shè)置好測滲筒和鐵釬。

2 田間處理設(shè)計(jì)

采取傳統(tǒng)淹水灌溉A0、間歇灌溉A12種不同的灌溉方式，不施氮B0、減量施氮B1和常規(guī)施氮B2的施肥水平，受到試驗(yàn)小區(qū)場地限制，每個(gè)小區(qū)為隨機(jī)區(qū)組排列，保證與所在區(qū)域田間管理采用相同的措施，不同水氮組合方式和不同灌溉方式下田間水層控制如表1、表2所示。

3 試驗(yàn)觀測內(nèi)容與方法

3.1 物候及氣象要素觀測

通過詳細(xì)觀測植株的生理指標(biāo)，如葉面積指數(shù)（LAI）、蒸騰速率、光合速率等，了解作物在不同生長階段的生理狀況。對(duì)氮肥利用率進(jìn)行計(jì)算，通過氮素的吸收利用率和氮素收獲指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)估作物對(duì)施加的氮肥的利用效率，為精準(zhǔn)的氮素管理提供數(shù)據(jù)支持。記錄多項(xiàng)氣象要素，對(duì)降雨量進(jìn)行測量以評(píng)估降水對(duì)土壤水分的補(bǔ)給情況，對(duì)最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫的觀測，研究溫度對(duì)作物生長的影響。監(jiān)測相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速和大氣壓強(qiáng)，從而深入了解環(huán)境對(duì)作物生理過程的影響機(jī)制。

3.2 氮素濕沉降觀測

收集降雨樣本，取樣頻次根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，采集樣品于24 h內(nèi)進(jìn)行分析，若無法分析則置于4 ℃以下進(jìn)行保存，存儲(chǔ)時(shí)間不得超過7 d，樣品經(jīng)過0.45 μm濾膜，再采用分光光度法對(duì)總氮、氨氮和硝氮進(jìn)行測定，用于評(píng)估水體中氮素含量的變化趨勢，為灌區(qū)水體管理提供科學(xué)依據(jù)。

3.3 水平衡要素觀測

試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的灌水量測量，通過在灌溉系統(tǒng)中安裝流量計(jì)或使用其他先進(jìn)的灌溉水量監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄每次灌水的數(shù)量。排水量觀測通過設(shè)置了排水設(shè)施，并在排水口安裝了流量計(jì)以準(zhǔn)確測量排水量。滲漏量觀測通過監(jiān)測試驗(yàn)區(qū)域的土壤滲透性，計(jì)算出土壤中的水分滲漏量，評(píng)估土壤的水分持久性和滲漏損失。田間耗水量觀測通過監(jiān)測土壤含水量的變化和作物的生長狀況，計(jì)算出作物在不同生育階段的耗水量，包括作物根系吸收的水分和蒸騰過程中失去的水分。蒸騰是植物通過氣孔釋放水分的過程，是水平衡中的重要過程，蒸騰量觀測通過環(huán)境監(jiān)測設(shè)備對(duì)試驗(yàn)區(qū)域的蒸騰量進(jìn)行觀測[7-8]。基于植物生理參數(shù)和氣象條件，采用蒸騰計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算。

3.4 灌溉水分的生產(chǎn)率

灌溉水分生產(chǎn)率是評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉效果的重要指標(biāo)，它反映了單位用水量下農(nóng)田所生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的能力[9-10]。灌溉水分的生產(chǎn)率為作物產(chǎn)量與灌溉水分的比值，計(jì)算公式為：

灌溉水分的生產(chǎn)率=（1）

式中，作物產(chǎn)量表示單位面積內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，灌溉水分量則表示實(shí)際灌溉的水量，此計(jì)算方法能夠直觀地反映出單位水分下所獲得的產(chǎn)量。

3.5 氮平衡要素觀測

氮平衡是評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)氮素利用效率的指

標(biāo)[11-12]，土壤氮素監(jiān)測在試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)選擇3個(gè)取樣點(diǎn)，共采集約500 g土樣，將土樣風(fēng)干、混合、過篩后對(duì)其總氮、氨氮、硝氮進(jìn)行化驗(yàn)。植株氮素觀測選擇3蔸植株樣，采用凱氏定氮儀法測定全氮含量[13]。

4 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)水量平衡要素、氮素等數(shù)據(jù)，采用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)水平衡要素、氮素輸入輸出要素和產(chǎn)量進(jìn)行主成分分析。

5 水氮調(diào)控對(duì)水循環(huán)和作物生長的影響

5.1 對(duì)水量平衡的影響

（1）不同水氮處理對(duì)水量平衡要素的影響。2019—2021稻田水量平衡要素計(jì)算和數(shù)據(jù)顯著性分析，相對(duì)誤差控制在20%左右，可以達(dá)到精度要求。表明排水量、耗水量和騰發(fā)量等要素存在統(tǒng)計(jì)差異，不同年份降水和溫度等氣象條件存在差異。2020年排水量超過其他年份，因該年稻季降水量大，降水集中了現(xiàn)在返青期及分蘗期，添加水層大于設(shè)計(jì)上限，導(dǎo)致排水頻次和排水量變大。若降水量小且分布均勻，水層沒有超過上限而排水量保持較低水平。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析可以看出，灌溉模式為對(duì)水量平衡要素產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素，3年灌水量可達(dá)到顯著影響（P＜0.05）；對(duì)2019—2020年排水量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）；對(duì)2020—2021年滲漏量產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）；施氮水平在2021年份對(duì)滲漏水量產(chǎn)生影響，水肥結(jié)合水量平衡要素不存在顯著影響（P＜0.05）。采用間歇灌溉條件下，3年平均灌水量及滲漏量都低于淹水灌溉方式，田間灌水量、排水量和滲漏量都存在一定程度的降低，降低比為25.76%、16.05%和8.52%。

（2）不同水氮處理對(duì)降雨灌溉效率產(chǎn)生的影響。田間排水量與降雨量的比值為降雨灌溉效率，用于表現(xiàn)田間對(duì)降雨的容納能力，數(shù)值高則表明越差的容納能力。提升降雨灌溉效率可以降低灌水量及排水量，減少水資源浪費(fèi)和氮素?fù)p失。2019—2021年的降雨灌溉效率如表3所示，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出，間歇灌溉的降雨灌溉效率要低于淹水灌溉，2021年的降雨量最大，降雨灌溉卻低于2019年，降雨量并沒有對(duì)降雨灌溉效率產(chǎn)生決定性影響，還與降雨時(shí)間分布及田間水層控制有關(guān)。

5.2 對(duì)作物產(chǎn)量和構(gòu)成要素的影響

水稻產(chǎn)量與田間水肥關(guān)系有著直接聯(lián)系[14]，不同水氮處理?xiàng)l件下稻田產(chǎn)量和構(gòu)成要素如表4和表5所示。相同灌溉模式下，3年水稻產(chǎn)量都體現(xiàn)出施氮肥處理顯著超過不施肥處理模式，施氮量的高低情況并不會(huì)對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生顯著差異，高施氮處理下的產(chǎn)量要超過低施氮量，增施氮肥量有利于提升稻田產(chǎn)量，間歇灌溉條件下高施氮可比低施氮處理的產(chǎn)量提升4.21%，淹水灌溉模式下高施氮比低施氮的產(chǎn)量提升0.48%，相同灌溉模式下產(chǎn)量構(gòu)成要素在3年試驗(yàn)中并沒有呈現(xiàn)出規(guī)律變化，提升施氮量有助于提高結(jié)實(shí)率、穗長和穗數(shù)。相同施氮條件下，3年水稻試驗(yàn)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)中，除了B0施氮條件下，A1產(chǎn)量超過A2產(chǎn)量，其他施氮條件下產(chǎn)量都是間歇灌溉超過淹水灌溉，水稻產(chǎn)量可提長6.4%，應(yīng)用間歇灌溉可提升水稻產(chǎn)量。應(yīng)用間歇灌溉可助于水稻根系生長和提升根系活力，避免出現(xiàn)水稻早衰和抑制無效分蘗。

分析2019—2021年不同水氮處理?xiàng)l件下的水稻產(chǎn)量和顯著性可以發(fā)現(xiàn)，施肥水平及交互對(duì)水稻產(chǎn)量具有顯著性表現(xiàn)，施氮會(huì)顯著提升產(chǎn)量，B1和B2要比B0有著更為顯著的差異，灌溉對(duì)產(chǎn)量影響在2020年達(dá)到最高水平，相同施氮條件下產(chǎn)量構(gòu)成規(guī)律并不相同，但對(duì)2021年的結(jié)實(shí)率具有顯著影響。從水稻高產(chǎn)角度來分析，可采用間歇灌溉與高施氮相結(jié)合的方式，比常規(guī)淹水灌溉與高施氮方式提升9.32%的水稻產(chǎn)量。

5.3 對(duì)水分生產(chǎn)率的影響

水分生產(chǎn)率可用于評(píng)價(jià)單位灌溉水量下糧食產(chǎn)量，

是對(duì)水分利用率的具體反映[15-16]。從表6可以看出，不同水氮處理?xiàng)l件下灌溉水分生產(chǎn)率存在著差異，相同灌溉模式下施氮肥處理要優(yōu)化不施氮肥產(chǎn)量。相同施氮條件下，間歇灌溉條件下水分生產(chǎn)率優(yōu)于淹水方式，灌水量小于淹水灌溉而產(chǎn)量差異并不顯著，不同施氮條件下比淹水灌溉下3年均提升30。11%、28，32和30。25%，A1B1及A1B2方式下灌當(dāng)水分生產(chǎn)率達(dá)到高值，灌溉水分生產(chǎn)率比采用傳統(tǒng)的A0B2處理均提升40.35%與43.35%。

6 結(jié)束語

通過對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)的綜合試驗(yàn)與觀測，深入探討了節(jié)水灌溉對(duì)水循環(huán)、氮素循環(huán)和作物生長的影響。進(jìn)行試驗(yàn)布置、物候觀測、水平衡、氮平衡等多方面數(shù)據(jù)的收集與分析，揭示了不同管理策略下的效果，著重關(guān)注了灌溉水分生產(chǎn)率和氮平衡要素，不僅為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提供了科學(xué)依據(jù)，也為提高水分和氮素利用效率提供了實(shí)用策略，可推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水資源管理領(lǐng)域的進(jìn)一步研究。

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