宁夏中部干旱带枸杞痕量灌溉试验研究

2021-05-10武慧芳刘学军陆立国顾靖超

宁夏工程技术 2021年1期

武慧芳，刘学军，陆立国，顾靖超

（宁夏水利科学研究院，宁夏银川 750021）

痕量灌溉技术是一种将毛管埋藏于作物根系附近土壤，水分直接近距离输送至作物根系周围，从而减少地面棵间蒸发的新型高效节水技术，具有灌溉水有效利用率高、灌水均匀度高、抗泥沙性能强、单根毛管铺设长度大等优点，同时痕量管埋于地下对除杂草、施肥、培土等农事操作不会造成影响[1—5]。痕量灌溉技术自问世以来，国内外众多节水专家针对痕量灌溉技术开展了一系列研究[6—9]，2013 年科技部将“痕量灌溉关键技术与装备”列入“十二五国家科技支撑”计划，在西北、华北、中部、西南等地区进行了试验与推广[10—11]。痕量灌溉技术在宁夏地区已有一定的研究成果。2012 年，宁夏水利科学研究院刘学军等首次将痕量灌溉技术应用于葡萄种植中，提出了葡萄痕量灌溉制度[12]。随后宁夏大学农学院沈富、宁夏水利科学研究院汤英等分别将痕量灌溉技术应用于温室黄瓜、西葫芦、辣椒、番茄等蔬菜的种植中，对作物生长、产量等分别进行了研究[13—16]。但上述研究大多将痕量灌溉技术应用于温室大棚小面积种植，采用规范化管理，而在室外大田作物的种植研究较少。

枸杞产业作为宁夏战略主导性农业特色优势产业，截至2015 年底，宁夏枸杞种植面积已达5.67 万hm2，约占全国枸杞种植面积的45%[17]。但宁夏枸杞主要分布区域在水资源极为匮乏的中部干旱带，随着枸杞种植面积的不断扩大，逐渐增加的用水需求将使这一区域的水资源更为短缺，加之长期存在的水资源利用效率不高等问题，严重影响着宁夏枸杞产业的进一步发展[18—19]。同心县作为宁夏中部干旱带典型地区，年均降雨量不足300 mm，多年平均蒸发量高达2 300 mm 左右，地下水埋藏深，水资源极度匮乏，加之同心县位于红寺堡扬水灌区稍段，黄河供水保障低，因此必须通过发展高效节水灌溉以满足当地农业用水需求。基于国家和自治区大力推进农业特色优势产业发展和新型节水灌溉技术的引进与推广战略，本文首次将痕量灌溉技术应用于枸杞经济作物大田大面积种植中，对大田枸杞痕量灌溉制度、土壤含水规律、作物产量进行试验研究，为痕量灌溉技术在枸杞等相似作物大面积种植方面提供技术借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

种植区位于宁夏同心县河西镇菊花台村宁夏菊花台庄园枸杞种植有限公司，距同心县城约7.4 km，总种植面积409 hm2，其中采用痕量灌溉技术种植的面积100 hm2，种植作物为枸杞，树龄为1～5 年生不等，株行距1 m×3 m，痕量管设置0.2，0.25，0.3 m 多种规格埋深，管道铺设长度50～200 m 不等、壁厚0.45 mm、直径16 mm，滴头流量0.9 L/h、间距33 cm。

对试验区多年生、一年生枸杞种植区土质进行化验，结果见表1。根据农田土壤肥力分级标准，试验示范区土壤碱解氮质量比均小于60 mg/kg，处于较低水平，土壤有效磷质量比多小于5 mg/kg，处于较低水平，土壤速效钾质量比多高于50 mg/kg，处于中高水平，土壤肥力整体评价为较低水平。

表1 土壤检测结果

1.2 试验设计

试验时间为2018 年4 月至10 月，在种植区选取16 行作为试验区，开展多年生、一年生枸杞痕量灌溉同多年生枸杞滴灌对比试验。其中多年生枸杞树龄为4 年，枸杞品种全部为宁杞7 号，痕量管埋深选取0.25 m，铺设长度60 m 左右，距树干水平距离25 cm左右。多年生枸杞痕量灌溉设计3 个处理，每个处理设计2 个重复，编号为T1-1、T1-2、T2-1、T2-2、T3-1、T3-2，设计灌水量依次为1 500 m3/hm2、1 575 m3/hm2、1 725 m3/hm2；一年生枸杞痕量灌溉设计4 个处理，每个处理设计2 个重复，编号为C1-1、C1-2、C2-1、C2-2、C3-1、C3-2、C4-1、C4-2，设计灌水量依次为1 500，1 575，1 725，1 800 m3/hm2；多年生枸杞滴灌设计1 个处理，2 个重复，编号为N1-1、N1-2，设计灌水量为2 025 m3/hm2，详见表2。监测内容如下：

（1）灌水量监测：每个试验小区管网首部安装一个水表，监测各试验小区的实际灌水量。

（2）土壤水分监测：在枸杞种植行提前预埋TRIME 土壤水分速测探测管，其中多年生枸杞痕量灌溉试验小区T1-1、T2-1、T3-1 安装TDR 土壤水分观测管，每个试验小区在同一剖面上距离毛管（滴灌管）5，20，35，50 cm 位置各安装1 根，每行共安装4 根；一年生枸杞痕量灌溉试验小区C1-1、C2-1、C3-1、C4-1 与多年生枸杞滴灌试验小区N1-1、N1-2 各安装1 根土壤水分观测管。土壤水分观测深度为0～100 cm。

（3）作物产量监测：试验区选取相同长度枸杞种植行进行多次产量统计，最后按试验区每个枸杞种植行实测长度进行比例折合计算。

2 结果与分析

2.1 距离痕量管不同位置处土壤含水空间变化特征分析

对处理T1-1、T2-1、T3-1 不同灌水量处理下，距离毛管（滴灌管）不同位置（5，20，35，50 cm）处土壤含水率进行同步监测，绘制土壤剖面空间含水率三维线框图，见图1。不同处理土壤含水率空间分布规律相似，在土层深度方向：0～10 cm 土层土壤含水率较低，10～50 cm 土壤含水率较高，超过50 cm土层后随着土层深度的增加含水率逐步降低，在痕量灌溉管以上10 cm 以下20 cm 范围土层内土壤含水率最高。距离痕量管单侧不同位置方向：土壤单侧的最大湿润宽度50 cm，从深度10 cm 左右开始，随着土层深度的增加，湿润的宽度增加，在土层深度30～40 cm 处出现最大宽度，单侧最大宽度50 cm，随着土层深度的继续增加，土壤的湿润宽度逐步减小。

表2 试验区灌溉处理设计

枸杞植株根系分布在纵向30 cm、横向50 cm范围内，与痕量灌溉湿润土体空间范围分布基本一致，说明痕量灌溉在满足出水量的前提下水分能够最大程度地被植株作物根系所吸收。

2.2 痕量灌溉条件下枸杞根区土壤水分时空变化规律分析

由各处理土壤含水率变化曲线（图2）可知：痕量灌溉区域不同灌水量试验、不同生育期、不同监测点位的土壤含水率均呈现与滴灌土壤含水率相似的变化规律，在每次灌溉后，各测点土壤含水率提高，随着作物生长对土壤水分的消耗，土壤含水率逐步降低，下一次灌水后，土壤含水率再次升高。

图1 土壤含水率分布三维线框图

图2 不同埋深痕量灌溉及滴灌土壤含水率变化规律

痕量灌溉与滴灌土壤时空含水率变化也存在一定的差异。一是灌水后痕量灌溉含水率最高分布在20～60 cm 土层范围内，而滴灌最大含水率明显分布在0～20 cm 土层范围内，分析原因与毛管的铺设位置有直接的关系，痕量灌溉毛管埋设于距离表层土壤25 cm 土体内部，而滴灌管直接铺设于表层土壤。二是痕量灌溉0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 各土层土壤含水率时空变化曲线相互交叉重叠，数值相近；而滴灌0～20 cm 土层含水率曲线明显位居最高处，60～80 cm 土层含水率变化曲线最低，20～40 cm、40～60 cm 两个土层含水率相近。根据枸杞植株根系分布再次证明，痕量灌溉湿润土体范围对枸杞植株生长有极大的促进作用。

2.3 灌水量及产量分析

对各处理生育期灌水量与产量进行监测，结果见表3；绘制灌水量与产量关系图，见图3。可以看出，随着灌水量的增加，枸杞产量总体呈上升趋势，但产量并未达到稳定的数值，说明在同心县菊花台种植区，整体上枸杞灌溉受到供水量的限制，呈现灌水不足的现象。

各试验小区灌溉定额与对应的产量见表3。由表3 可知：多年生痕量灌溉枸杞平均灌水定额1 625 m3/hm2，对应平均产量1 518.99 kg/hm2；1 年新移栽枸杞痕量灌溉平均灌水定额1 658.75 m3/hm2，对应平均产量1 342.36 kg/hm2；多年生滴灌枸杞平均灌水定额2 031.81 m3/hm2，对应平均产量1 631.09 kg/hm2。经计算，多年生枸杞痕量灌溉与多年生枸杞滴灌在同等产量水平情况下，痕量灌溉较滴灌减少灌水量16%左右。

表3 各试验小区实际灌水量监测表

图3 不同灌水处理灌水量与产量关系

由枸杞痕量灌溉定额与产量关系曲线（图4）可知，随着灌溉定额的增加，产量相应增加，灌溉定额与产量具有较好的相关性。多年生枸杞随着灌溉定额的增加，产量出现峰值，灌溉定额达到1 800 m3/hm2时，产量基本处于最高值。由此可推荐：菊花台种植区枸杞痕量灌溉全年灌水8～11 次，灌溉定额2 250～2 775 m3/hm2，生育期灌溉定额1 650～2 175 m3/hm2；其中，春天第一水灌水300 m3/hm2，冬灌600 m3/hm2，生育期灌水7～10 次，单次灌水定额120～240 m3/hm2。