晋北地区膜下滴灌玉米田水盐分布及产量研究

牛 永 华

(山西省水利水电科学研究院, 太原 030002)

山西省粮食作物以玉米为主，2016年其播种面积和产量分别约占50%和67%[1]，然而70%以上的玉米种植在干旱半干旱地区，干旱缺水是限制玉米生产的一个主要因素，采用高效节水技术是解决这一难题的一个重要手段。膜下滴灌技术集成了地膜和滴灌的优点，对于新疆农业生产的大力发展起到了重要作用，2017年已推广到全国29个省市，中亚和非洲的17个国家，在70多种作物上成功应用。2013年以来受强农惠农政策引导，膜下滴灌技术拟在山西省内推广。为使膜下滴灌技术发挥最大优势，在各地应用时有必要结合当地的气候条件、水资源状况、作物栽培模式等条件进行技术参数的优化调整。

适宜的滴灌制度能够保证作物高产、节水，并缓解土壤盐渍化[2-4]。孙贯芳等[5]研究表明，河套灌区膜下滴灌玉米营养生长阶段控制灌水下限-30 kPa有利于土壤温度积累；威迎龙[6]建议松辽平原玉米滴灌灌水202～210 mm为适宜的灌水量；刘强东等[7]表明石河子地区420 mm的灌溉定额可以保证较高的产量和水分利用效率；张昊等[8]表明膜下滴灌玉米土壤水分以20 cm土层内变化最明显，赤峰地区以150～180 mm较适宜；徐建等[9]表明阿尔泰地区玉米高产节水的适宜灌水量为525 mm。除了灌溉制度的研究，膜下滴灌水盐运移研究也较多。孙贯芳等[5]研究表明控制灌水下限为-10 kPa可有效淋滤0～100 cm土壤盐分，秋浇灌黄河水180 mm后，次年春播前0～100 cm土壤盐分平均下降10.86%～26.14%；李文昊等[10]对膜下滴灌6 a的棉田水盐运移状况进行了分析，表明长期应用膜下滴灌技术后盐碱土可能有氯化物-硫酸盐盐土转化为硫酸盐盐土，绿洲碱灌区现行灌溉制度下膜下滴灌棉田土壤盐分向着有利于棉花生长的方向发展。

尽管膜下滴灌水盐运移及产量方面研究较多，但尚无定论，且在玉米上的研究较少，在山西膜下滴灌的研究更少。故在黄土高原东北部典型干旱冷凉区进行田间试验，研究灌溉制度对膜下滴灌玉米地水盐分布及玉米生长及产量的影响，以期为膜下滴灌技术在山西干旱地区的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

2015年在山西省大同市阳高县北徐屯乡南徐屯村进行试验(113°29′～114°6′E，39°50′～ 40°31′N，海拔1017～1 030 m)。试验基地处于黄土高原丘陵区的冲洪积倾斜平原区，坡度小于1°，属典型季风大陆性气候。试验农田为耕种硫酸盐盐化草甸土，以沙壤土和轻壤土为主，0～30 cm土壤理化性状如下：有机质含量13.9 g/kg，全氮0.67 g/kg，碱解氮165 mg/kg，有效磷5.4 mg/kg，速效钾85 mg/kg，容重1.4 g/cm3，pH值8.1。试验田地力均匀，地势平坦，肥力水平较低。2013 年开始，该灌区农田灌溉方式从漫灌转变为膜下滴灌。地下水埋深>2 m。试验田安装有自动雨量站(DWSZ-A，中环天仪股份有限公司)，对降雨量进行动态监测。研究期(4月6日-9月28日)试验地气温及降水情况见图1。2015年玉米生育期内降水量为373.9 mm、最低气温为-0.4 ℃。

图1 2015年膜下滴灌玉米生育期间日均气温及降水量分布

1.2 试验设计与方法

参考当地灌溉传统及其他地方玉米膜下滴灌灌水量，按照灌溉方式和灌水量设计3个处理，如表1所示。小区面积90 m2，每个处理设3个重复，以未灌溉作为对照，共12个小区。周围布置保护区，每小区配备独立安装水表，以测定灌水量。

表1 玉米生育期灌溉制度

试验开始前，试验地在3 月采用大水漫灌的形式进行一次春灌，灌溉量为750 m3/hm2左右。膜下滴灌玉米品种为利民33号，采用起垄种植。垄顶宽90 cm，垄底宽140 cm，垄高12 cm，玉米在垄上种植，1垄2行玉米，垄上玉米行距为40 cm，滴灌带铺在玉米中间，膜间距为50 cm，玉米种植密度为8.25 万株/hm2。滴头流量2.31 L/h，滴头间距0.2 m，内径16 mm。玉米4月6日开始播种，播种时统一施底肥磷酸二氢钾450 kg/hm2，出苗后各处理除灌溉制度不同外，施肥、打药、除草等田间管理措施均同当地习惯。

1.3 试验指标测定及计算

(1)土壤含水率测定计算。采用Star-S406土壤水分观测仪(中国电子科技集团公司27研究所)自动连续测定土壤10、20、30、40、50、60、80 cm 深度处土壤含水率，并采用烘干法进行标定。水分测定探头埋设同温度探头，分别在各小区膜下株间、膜下滴头附近、膜间3个观测点，取其平均值作为该生育期的代表值。

(2)土壤电导率测定。在玉米各生育期内灌水前后采集各膜下株间、膜下滴头附近、膜间3个观测点0～10、10～20、20～30、30～50、50～80、80～100、100～150 cm处的土样。风干后过2 mm筛，称取20 g 土样，按照5∶1水土比配制混合液，振荡和静置各30 min 后取其上清液，以3 000 r/min 的转速离心30 min，采用电导率仪(DDS-11A，上海雷磁仪器厂)测定其电导率。

(3)玉米生长指标及产量测定。各小区标记5株玉米，在各生育期采用常规方法进行株高、叶面积测定，并计算叶面积指数。同时，随机采集5株玉米进行干物质测定。玉米成熟后实收计产，并计算灌溉水水分利用效率(Irrigation Water Use Efficiency，IWUE)，即玉米产量与灌溉定额的比值。

1.4 数据分析

采用 SPSS 18.0软件进行数据统计分析，连续变量以平均值±标准误(mean±SE)的形式表示，用单因素方差分析(one-way ANOVA)及LSD方法进行均数间的多重比较(α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉处理对玉米生长及产量的影响

图2给出玉米生育期各处理的地上部分干物质质量、株高、叶面积指数的变化。由图2可知，随着生育期的推进，各生长指标呈抛物线型增长趋势，这可能与玉米生长所需积温有关。株高能反映玉米营养生长状况[12]。刘洋等[11]认为，随着玉米生育期推进，有效积温不断增加，株高和叶面积随积温增加而增加，当有效积温达到880～1 000 ℃时，达最大值，之后进入了生殖生长阶段，株高不再增加，而叶面积指数降低。图2还表明，不同灌溉处理对玉米株高、叶面积指数和干物质重影响差异较大。玉米生长指标随灌水量增加而明显改善，但处理DI-1125与DI-900差异不大，在各测定时间的株高、叶面积指数和干物质重均超过其他处理，而CK处理生长最慢，各指标均低于其他处理。这与徐剑等[7,9]研究结果一致，当灌水量低于某一临界值时，灌水量不再是玉米生长的主要影响因子，因而随着灌水增加株高不会再明显增加。徐剑等[7]表明临界值为630 m3/hm2，本文表明临界值为900 m3/hm2，这可能与研究地点不同有关。图2(d)表明，随着灌水量增加到900 m3/hm2时，玉米产量显著增加，但当灌水量大于900 m3/hm2时，产量不再显著增加。与CK相比，灌水量为900 m3/hm2时，产量增加了63%(P<0.05)。与产量变化趋势不同，IWUE随着灌水量增加而降低，DI-675、DI-900和DI-1200处理IWUE分别为12.66、10.84、8.33 kg/m3。可见产量与水分利用效率不能同时达到最优，这与王军等[13]的研究结果一致。综合考虑产量和节水效应，建议900 m3/hm2(灌溉4次、灌水定额为225 m3/hm2)为玉米膜下滴灌适宜灌水量。

图2 不同灌溉制度下玉米生育期生长指标动态变化及产量

2.2 不同灌溉制度对土壤含水率的影响

图3为玉米不同生育期0～100 cm土壤水分平均值的变化。由图3可知，玉米生育期内4个处理土壤水分在剖面的分布规律基本一致，即土壤含水率随土壤深度的增加而增加后基本保持稳定，在0～40 cm内随着灌水量增加土壤含水率呈增加趋势，而>40 cm深处各处理间土壤水分无明显差异。苗期土壤棵间蒸发占优势，4个处理均为覆膜处理，覆膜可减少土壤蒸发量，减少土壤水分的损耗[11]，因而灌水量高的处理土壤含水率较高。进入拔节期后，0～40 cm内土壤含水率差异开始有明显差异，CK处理的含水率明显低于灌水处理。王增丽等[14]的研究也表明，拔节期在棵间蒸发和作物蒸腾共同作用下，40 cm土层内含水率减少明显。抽雄期是玉米生长的关键时期，需水量大，根系活动范围最大[13,14]，40 cm土层内各灌水处理间差异减小。灌浆期水分支撑玉米籽粒生长，尽管后期降水较多，但研究期蒸发也大，加上蒸腾量大，土壤水分消耗也较大，故土壤水分整体也较低。

图3 不同生育期玉米田0～100 cm土壤剖面水分变化

2.3 不同灌溉制度对0～150 cm土壤盐分的影响

玉米收获后土壤EC值在土壤剖面的分布如图4所示。由图4可知，表层土壤盐分明显低于深层，在40～60 cm处有盐分累积现象，这符合盐随水走的规律。各处理中，灌水量最大的处理，盐分最少，可见灌溉对盐分有一定的淋洗作用。土壤0～10、10～20、20～30、30～50、50～80、80～100、100～150 cm土层初始EC值分别为0.833、0.803、0.711、1.189、0.803、1.164、2.368 dS/m。与之相比，玉米收获后CK的EC值无显著差异，但灌水处理土壤表层(0～50 cm)EC均有一定程度的降低，灌水量为900和1 125 m3/hm2时，EC值分别降低14%和28%(P<0.05)。孙贯芳等[5]研究表明，滴灌会湿润土壤表层，少量的灌溉水不足以将盐分冲到地下水中起淋洗盐分作用。因而，本研究中土壤EC值仅在表层体现出了降低的趋势，且在40～60 cm处有盐分累积现象，在土壤深层基本没有多大的变化。可见，长期的膜下滴灌可能不利于农业可持续发展，有必要对膜下滴灌盐分运移进行长期的定位观测，进行深入的探讨，拟定合理的应对措施，使膜下滴灌技术能够长期保持其技术优势。

图4 玉米收获后土壤剖面EC值分布

3 结 语

对不同灌溉处理下山西干旱冷凉区玉米田水盐分布及玉米生长和产量进行分析，结果表明：①不同处理下土壤水分在剖面的分布规律基本一致，随土壤深度的增加先增加后稳定，在40 cm土层内受灌水量影响较大，但随着生育期玉米耗水增加，这种差异逐渐减小。服从盐随水走的规律，盐分约50 cm内有明显的降低趋势，但在40～60 cm处有盐分累积现象。滴灌仅湿润土壤表层，不能将土壤盐分淋洗出土壤，土壤深层盐分变化不大。②玉米株高、叶面积指数和干物质重随灌水量增加而增加，但灌水量大于900 m3/hm2时差异不再明显。灌水量900与1 125 m3/hm2的产量差异不显著，均高于其他处理。与CK相比，灌水量为900 m3/hm2时，产量增加了63%(P<0.05)。与产量趋势相反，IWUE随灌水量增加而降低。综合考虑产量和节水效应，建议900 m3/hm2(灌溉4次、灌水定额为225 m3/hm2)为山西干旱冷凉区玉米膜下滴灌适宜灌水量。本文仅通过1 a试验获得了一些初步结论，有必要进行长期的定位研究，深入了解膜下滴灌对玉米田盐分的影响，并积极采取应对措施，确保该技术能够可持续地发挥最好的效果。