棉花膜下滴灌技术在晋南地区的试验研究

2013-10-29王红江孙新忠

山西水利科技 2013年3期

王红江孙新忠

（1.太原理工大学山西太原030024；2.山西省运城市水利科学研究所山西运城044000）

膜下滴灌技术是一项节水效果十分显著的高效节水灌溉技术，尤其适用在棉花、玉米等大田宽行作物中推广[1]。其利用管道系统供水，使灌溉水成滴状、缓慢、均匀、定时、定量地浸润作物根系发育区域，使作物主要根系区的土壤始终保持在最优含水状态，地膜覆盖则进一步起到了增加地温、促进作物早发并减少了作物棵间水分的蒸发。两者优势进行互补，从而形成了膜下滴灌技术，这项技术在新疆生产建设兵团已广泛应用，取得良好的节水效果，能否在山西干旱半干旱区应用成功，是否与当地的种植和气候条件相适应需要进行试验，为此，山西省运城市夹马口灌区试验站进行了棉花膜下滴灌节水实验。

1 材料与方法

1.1 试验田基本情况

试验田位于山西省临猗县临晋镇张留村，年平均气温13.5℃，多年平均降雨量505.2mm，蒸发量2008mm，地下水埋深10.0m以下，无霜期220d左右。土壤质地中壤，干容重1.32g/cm3，田间持水量21.6%，孔隙度47.0%，有机质含量中等。

1.2 试验小区设计与处理

试验共设计7个小区，2004-2006年三次重复，每个小区长60m，宽2.7m，折合面积162m2，1#～5#小区膜下滴灌，6#小区旱地试验对照，7#小区采用大田地面灌对照，灌溉水采用井水，地面坡度1/400，见图1。

图1 膜下滴灌试验小区布置

1.3 田间耕作及滴管带的铺设

播前黄河水浇地，灌水量600m3/hm2，旋耕机犁地深度20cm，机播深4cm左右，播量60～75kg/hm2，品种中棉17号，温水浸泡下种，行距40cm，株距25cm，每公顷留苗60000株左右，播期4月4日—4月15日，6月下旬施尿素150～165kg/hm2，滴管带每畦两条，塑料膜宽80cm，滴灌带间隔1.6m，滴灌孔距30cm。见图2。

图2 滴灌带布置

1.4 水源及管带安装

水源采用深井水，水带输送至蓄水池内，蓄水池容积65m3，蓄水池内安装潜水泵，通过Ф50PE塑料管输送至小区地头，接阀门、水表和压力表，压力控制在0.1MPa。

1.5 测定项目及方法

气象条件：由站内气象站同期观测棉花生长期内水面蒸发量（20cm蒸发器）、地温（地表、-5cm、-10cm、-15cm、-20cm）、气温、日照等。

土壤水分：观测到100cm，每隔20cm一层，用土钻取土，放入铝盒内，用天平称重，揭开盒盖，放在盒底下，置于已预热的烤箱内，烘干称重，灌前和灌后分别测墒，田间测墒深度100cm，按各生育期进行，灌水前、灌水后加测，计算含水量。

2 试验结果与分析

2.1 耗水量和灌水量对比

灌溉时间及灌溉定额如下：2004年膜下滴灌两次6月29日和7月12日，每次37.5mm，灌溉定额75mm，对照试验大田地面灌三次，6月20日60mm，7月10日75mm，8月10日45mm，灌溉定额180mm；2005年膜下滴灌三次，6月22日，7月8日，8月11日，每次37.5mm，灌溉定额112.5mm，大田地面灌三次，6月21日，7月18日，8月1日，每次60mm，灌溉定额180mm；2006年膜下滴灌三次，7月13日，8月8日，8月20日，每次37.5mm，灌溉定额112.5mm，大田地面灌三次，6月19日75mm，7月15日60mm，8月7日60mm，灌溉定额195mm。

由灌溉试验规范[2]知:

ET1-2=10γH(θ1-θ2)+M+P+K-C

式中：ET1-2—计算时段内作物田间耗水量，mm；

γ、—土壤干容重，g/cm3

H—计划湿润层厚度，cm；

θ1、θ2—土壤在时段初和时段末的含水率（干土重的百分比）；

M—时段内灌水量或灌水定额，mm；

P—时段内降雨量，mm；

K—时段内地下水补给，mm；

c—时段内排水量，mm。

其中θ1和θ2不能超出作物各生育阶段的适宜土壤含水率上、下限。膜下滴管棉花各生育期适宜含水率下限θmin为（相对田间持水率）：苗期55%，蕾期60%，花铃期70%，絮期55%，上限θmax为95%（相对田间持水率）[3]。

试验区地下水埋深10m以下，地下水补给k=0，根据实验数据可知，试验时段内没有向下渗漏，c=0。2004年4月14日-10月12日，全期182d，日照总时长1285.8 h，降雨299.5mm，蒸发量1220.6mm；2005年4月10日-10月10日，全期184d，日照总时长1514.8 h，降雨336.7mm，蒸发量1222.4mm，2006年4月4日-10月5日，全期185d，日照总时长1417.7h，降雨351.3mm，蒸发量1444.7mm。

棉花膜下滴灌各生育期日均耗水量和累计耗水量结果见表1。

表1 棉花各生育期日均耗水量和累计耗水量

图3、图4、图5是根据表1结果绘制的棉花耗水规律分析图。

从图3～图5可以看出，棉花生育阶段的耗水量与外部生长环境和植株形态呈正相关。在棉花播种出苗期，正值清明前后气温较低，耗水量株间蒸发和植株蒸腾都较小，日均耗水量在0.4～2.2mm/d之间，均值1.1mm/d；进入苗期，4月下旬-6月中旬，气温逐渐升高，日均耗水量在1.5～3.0mm/d之间，均值1.9mm/d；棉花耗水高峰期主要在蕾期和花铃期两个生长期，时间在6月中旬-9月初，这时营养生长和生殖生长都达到旺期，气温也达到最高，地面蒸发和植物蒸腾作用最大，耗水量最大，耗水量占到整个生育期耗水量的57%以上。其中蕾期日均耗水量在3.7～8.3mm/d区间，均值5.5mm/d，花铃期日均耗水量在2.5-5.5mm/d之间，均值3.6mm/d；进入吐絮期，植株已不再增长，作物蒸腾减少，耗水量逐渐减少，日均耗水量在0.8～2.7mm/d之间，均值1.7mm/d。

2.2 渗透范围及均匀度

图3 2004年棉花耗水分析图

图5 2006年棉花耗水规律图

根据观测，滴灌孔水平入渗半径25cm，垂直入渗30～40cm，棉花在0-40cm土层根重占总根重的91.5%[4]，因此能够满足棉花根系的吸收作用。滴水的均匀度，60m长的滴管带首、中部、末端出水流量基本均匀，滴灌管带首出水量75滴/min，中部出水量78滴/min，末端出水量稍大，84滴/min，滴灌带末端比中部出水量高7.7%。

2.3 产量及植株生殖生理分析

膜下滴灌处理及对比处理的产量效益分析见表2。

籽棉平均产量膜下滴灌3806.5kg/hm2，旱地1199.5kg/hm2，大田地面灌4066.5kg/hm2，膜下滴管比旱地增产2607kg/hm2，比大田少260kg/hm2，平均比大田节水1050m3/hm2，单方水生产率膜下滴灌4.0kg/m3，大田地面灌2.2kg/m3，膜下滴灌比大田单方水生产率高82%以上，节水效果明显。