盐池县扬黄灌区玉米滴灌制度的制定

王 文，翟汝伟，刘 平，刘学军,鲍子云

(宁夏水利科学研究院，宁夏 银川 750021)

盐池县扬黄灌区位于宁夏扬黄灌区的中东部，耕地面积19.6万亩,土壤熟化程度低，地力贫乏[1]，有效灌溉玉米种植面积占70%左右。制约灌区发展因素一是水资源相对匮乏，因黄河上游来水持续偏枯，分配给盐池县的灌溉用水指标也逐年减少；二是需水量连年增加，现有泵站和干渠输水能力已满负荷运行，而灌区规模不断扩大，供需矛盾突出[2]；三是种植结构相对单一，玉米漫灌、畦灌等高耗水灌溉时间集中[3]，耗水量偏高[4]，水资源浪费严重[5]，灌溉保证率低[6]，供需水矛盾突出，部分区域为了保证玉米灌溉, 甚至出现其他作物“水田旱种”现象;四是水资源利用效率低，玉米灌溉水生产率仅0.97 kg·m-3。宁夏扬黄灌区已开展了玉米覆膜沟灌[7]、玉米限额补充灌溉[8]、玉米膜下滴灌[9]等研究。宁夏引、扬黄灌区玉米均具有实现15 000 kg·hm-2以上产量水平的潜力[10],但对农牧交错带露地玉米滴灌制度研究很少[11-12]。因此解决盐池县扬黄灌区玉米产量和水资源利用效率低这一问题，研究适宜推广的玉米滴灌制度，确定灌区滴灌玉米总耗水量、生育期灌溉定额、灌水次数和每次的灌水定额，是实现该地区增粮增效的有效途径。

1 试验区概况

试验区位于宁夏盐池县冯记沟乡三墩子村，面积4 733 hm2，属宁夏干旱草原区，主要种植玉米和马铃薯。灌溉水源从宁夏盐环定扬水工程三墩子支渠K18+700处引水至试验区10 000 m3调蓄水池，年用水指标710 000 m3。经泵站加压过滤后滴灌，由于水资源短缺，2016年总种植面积2 333 hm2。

试验区年日照时数2 867.9 h，太阳总辐射141.59 Kcal·cm-2，平均气温8.5℃，≥10℃积温2 944.9℃，无霜期128 d。土壤质地为砂壤土，土壤表层厚积风沙土覆盖原灰钙土表层，有机质含量低。根据2016年玉米播前土壤取样化验结果，有机质含量2.26～3.71 g·kg-1，全盐0.263～0.404 g·kg-1。实测土壤容重1 500 kg·m-3，田间持水量12 %左右。在玉米生育期4—9月，1971—2000年平均降雨量为235.3 mm，2015年、2016年降雨量分别为275.9 mm和213.4 mm。

2 材料与方法

2.1 品种与试验设计

供试玉米品种为陇单9号，4月下旬采取干播湿出，播种后视墒情进行灌溉，墒情较差时灌水255 m3·hm-2。玉米采用宽窄行种植，宽行70 cm,窄行28 cm,株距20～22 cm,理论密度92 805株·hm-2。

试验小区长宽为50 m×7 m,采用单因素施肥水平、多灌水定额组合试验设计，每组试验共9个灌水梯度，每个梯度相差225～300 m3·hm-2,重复2次。玉米生育期每次灌水定额150～450 m3·hm-2，设计灌水11次,因5月中旬降水27.3 mm(>20 mm)，实际共灌水10次，总灌水量2 131～3 847 m3·hm-2，单次灌水时间及灌水量见表1。

设计年施肥总量为675 kg·hm-2，其中N∶P2O5∶K2O=375∶180∶120，玉米播种时施种肥磷酸二铵，N∶P2O5=64.5∶180，追肥采用全水溶尿素和硫酸钾，N∶K2O=310.5∶120，试验区各处理的施肥水平一致，施肥方案见表2。

2.2 指标测定与数据分析

土壤含水量采用PR2土壤剖面水分速测仪测量；降水量利用布设在试验区内的锦州阳光气象站L3型翻斗式自计雨量计测定；每个处理的灌水量通过浪川LXS旋翼式水表计量；选择225、300、375 、450 m3·hm-24个代表性灌水定额在灌后8 h开挖剖面测量土壤湿润范围，用Excel 07绘图。沿试验处理对角线梅花状抽取3个样方测产，每个样方面积3 m2，全部收割测产。

耗水量(Q)=降水量+灌水量-1 m土体水分蓄变量，式中，降水量、灌水量、1 m土体水分蓄变量单位均为m3·hm-2；

1m土体水分蓄变量为生育阶段始、末测定的各土层(W1′～W6′、W1～W6，分别代表灌水前和灌水后0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～100 cm土层土壤重量含水量)重量含水量与对应的土层厚度(m)加权平均之差，除以土壤容重(1 500 kg·m-3)和面积(1 hm2)之积。

水分利用效率(WUE)=产量(G)/耗水量(Q)，其中，产量单位为kg·hm-2，耗水量单位为m3·hm-2,水分利用效率单位为kg·m-3。

耗水强度(Rate)=Q/天数，单位为mm·d-1。

应用SPSS 23进行数据分析。

表1 试验灌水量/(m3·hm-2)

表2 试验施肥量/(kg·hm-2)

3 结果与分析

3.1 不同土层灌水前后土壤含水量的变化

由表3可见，同一个灌水处理下、同一土层深度0～10、10～20、20～30、30～40 cm灌水前和灌水后土壤含水量均有显著差异(P<0.05)，40～60 cm除D2和D4外均没有差异，D2、D4土壤含水量不符合整体趋势，可能与土壤质地有关。说明2 131～3 847 m3·hm-2灌水量对0～40 cm土层土壤含水量有显著影响，对40 cm以下影响较小。

表3 灌水前后不同土层土壤含水量/%

注：表中不同小写字母表示同一灌水处理下、同一土层灌水前和灌水后土壤含水量差异显著(P<0.05)。

Note: The different lowercase letters in the table indicate the significant difference before and after irrigation in the same soil layer under the same irrigation treatment (P<0.05).

3.2 不同灌水定额下土壤水蓄存情况分析

不同灌水定额土壤湿润范围剖面见图1，灌水定额在225、300、375、450 m3·hm-2时，湿润比分别为42%、48%、50%、63%。水平分布上，距滴灌带中心湿润宽度由45 cm增加至60 cm；垂直分布上，湿润深度从45 cm增加至65 cm。供试玉米宽行70 cm,窄行28 cm，窄行中心线距离滴灌带距离为49 cm，从图1可以看出，单次灌水量225～375 m3·hm-2时，最大湿润宽度约50 cm，灌溉水在土壤中得到了有效蓄存，利用率较高；单次灌水量450 m3·hm-2时，最大湿润宽度达到了60 cm，相邻滴灌带湿润宽度最大相互重叠约11 cm，湿润深度达70 cm，湿润深度超过60 cm的水分玉米根系很难利用，合理的灌水定额可减少灌溉水出现深层渗漏和侧渗现象。

3.3 玉米灌水量与产量、水分利用效率的关系

由表4可见，试验处理D1～D9所设定的玉米滴灌水量在2 131～3 847 m3·hm-2之间，其籽粒产量在10 106～14 062 kg·hm-2之间，平均11 950 kg·hm-2；青贮产量在39 735～53 387 kg·hm-2之间，平均47 263 kg·hm-2；水分利用效率在2.01～2.46 kg·m-3之间，平均2.29 kg·m-3。籽粒产量(G)、青贮产量(S)均与灌水量(Q)呈正相关，回归方程分别为G=-0.0016Q2+11.26Q-6 728.9，R2=0.75；S=-0.0064Q2+43.68Q-24 498，R2=0.82，对不同处理差异性分析结果显示：在3 402 m3·hm-2灌水量下，籽粒产量与2 578、2 278、2 131 m3·hm-2灌水量的籽粒产量有显著差异，青贮产量与2 278、2 131 m3·hm-2灌水量的青贮产量有显著差异，总耗水量与3 847、2 278、2 131 m3·hm-2灌水量的总耗水量有显著差异。3 847 m3·hm-2与3 628 m3·hm-2灌水量的水分利用效率有差异。其他灌水量下，籽粒产量、青贮产量、总耗水量、水分利用效率间均没有差异。灌水量在3 402、3 628 m3·hm-2和3 847 m3·hm-2水平时，籽粒和青贮产量均随灌水量增加而减少，说明3 402 m3·hm-2灌水量下玉米经济效益最佳。

3.4 玉米各生育阶段耗水量强度分析

试验小区玉米不同生育期的阶段耗水强度分析结果见表5，处理3生育期耗水量571.6 mm，产量处于较高水平，玉米生育期阶段耗水强度大小依次为：灌浆期>抽雄期>拔节期>成熟期>苗期>播种期。灌浆期、抽雄期、拔节期是玉米生长的关键需水期，需保证灌溉水量。

3.5 玉米滴灌制度的制定

根据不同处理玉米产量多重比较结果，确定玉米滴灌制度见表6，灌水频次10～11次，灌溉定额3 405～3 660 m3·hm-2。播种期墒情较差时灌水255 m3·hm-2,苗期灌水1次，灌水量255 m3·hm-2；拔节期、抽雄期、灌浆期每10 d灌水1次，每次灌水量300～375 m3·hm-2。

4 讨论与结论

宁夏引、扬黄灌区均具有实现15 000 kg·hm-2以上玉米产量的潜力[8,10,13-15],抽雄-吐丝期和吐丝-灌浆期玉米耗水量以及耗水强度均较其他生育期较大，是玉米需水关键期[11]，宁夏扬黄灌区玉米产量与耗水量存在一定的关系，生育期耗水量600～613 mm时，产量总体处于较高水平[8]，这与本研究结论一致。滴灌水肥一体化技术使氮素的淋洗和深层渗透减少[16]，这与本研究合理的灌水定额可减少灌溉水出现深层渗漏和侧渗现象相呼应。宁夏同心县王团镇推荐先玉335生育期灌水11～12次，灌溉定额4 200～4 425 m3·hm-2[14]，灌溉定额与本研究有差异，可能与玉米品种和地域差异有关。通过玉米滴灌灌溉制度试验，在2131～3 847 m3·hm-2灌溉定额情况下，同一个灌水处理、0～40 cm同一土层深度灌水前和灌水后土壤含水量有显著差异、40 cm以下土层土壤含水量没有差异。灌水量与玉米籽粒、青贮产量均呈较强正相关；在灌溉定额为3 402、3 628 m3·hm-2和3 847 m3·hm-2时，产量分别为14 062、11 717、12 889 kg·hm-2，籽粒产量均随灌水量增加而减少，灌溉水生产效率分别为2.46、2.01、2.14 kg·m-3。玉米生长的关键需水期是灌浆期、抽雄期、拔节期，灌水定额不宜超过450 m3·hm-2。灌区适宜滴灌灌溉定额3 405～3 660 m3·hm-2，灌水定额225～375 m3·hm-2，灌水10～11次。

图1 不同灌水定额土壤湿润范围剖面图Fig.1 Soil wetting range profiles under different irrigation

表4 各处理的产量与水分利用效率

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(p<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same column show significant differences between treatments (p<0.05).

表5 玉米各生育阶段耗水量(Q)及耗水强度(Rate)

注：持续天数分别为播种期19 d、苗期35 d、拔节期19 d、抽雄期25 d、灌浆期27 d、成熟期46 d。

Note: The duration days were 19 days for sowing, 35 days for seedling, 19 days for jointing, 25 days for anthesis, 27 days for filling and 46 days for maturity.

表6 玉米滴灌制度