冬小麦地埋滴灌试验技术研究

2022-05-17王二英

河北水利 2022年4期

李娟王二英

科技创新

冬小麦地埋滴灌试验技术研究

李娟王二英

华北平原是我国小麦主产区之一，为探索华北平原半湿润易旱区冬小麦高效节水灌溉新模式，开展了不同埋深冬小麦地下滴灌制度及需水量研究，通过对作物耗水量、产量、水分利用率及土壤含水量的分析，结果表明冬小麦地埋滴灌对比现在实施的管灌方式节水效果显著。

冬小麦；地下滴灌；耗水量

地下滴灌技术是将滴灌管（带）埋于地下，通过埋在地下的毛管将水肥直接输送到作物根区，供作物吸收利用并实现灌水量、施肥量精确化的一种灌水方法。近年来，喷灌、滴灌等高效节水灌溉技术已逐步开展向大田作物推广应用。目前在华北平原半湿润易旱区冬小麦滴灌技术，尤其是地下滴灌技术仍处于研究阶段，因此开展华北平原地区冬小麦地下滴灌的研究十分必要。

1.研究内容与项目概况

1.1 研究内容

对地下滴灌冬小麦进行不同灌水量和不同滴管埋置深度的试验，研究不同生育阶段、不同灌水定额情况下地下滴灌冬小麦的耗水量及耗水规律，分析不同灌水量对冬小麦产量的影响，通过试验，确立地下滴灌冬小麦产量与耗水量的关系，确定地下滴灌冬小麦合理的灌溉制度，利用灌溉制度试验场的冬小麦管道地面灌溉试验数据，对比冬小麦地下滴灌的试验数据，从灌溉定额、冬小麦产量两方面入手，通过耗水量、土壤含水量等数据，分析冬小麦地下滴灌的节水效果。

1.2 项目概况

试验在河北省石家庄市的河北省灌溉中心试验站大田试验场进行，共计占地2.23亩，属于温带季风气候，多年平均气温12.8℃，多年平均降水量523.3mm，降水多集中在6—8月份，约占全年的70%。多年平均蒸发量1681.2mm。大于0℃积温4759.5℃，无霜期194d，最大冻土深56cm。年总日照时数为1916.4～2571.2h，其中春夏日照充足，秋冬日照偏少，场内设有自动气象场。试验小区长25m、宽5m，面积125m2，各小区间留2.0m的保护。试验区土壤属粉质土，0～1m土壤容重1.642g/cm3、田间持水量21.54%；耕作层0～20cm，有机质含量1.60%～2.03%。在每个试验小区安装有闸阀和水表，用于计量小区灌水量。

2.试验设计

试验为不同滴灌管埋深下的灌溉制度试验。滴灌管埋深深度设置为20cm、30cm、40cm，3个水平，每个处理设置3个重复，并以管灌处理（CK）为对照试验。冬小麦地下滴灌的灌溉制度设置为灌4水，灌水时期分别是越冬期、孕穗期、抽穗开花期和灌浆期，灌水定额为30m3/亩。具体试验设计方案见表1。

灌溉制度试验结合调查的试验区冬小麦实际种植情况、当地的灌溉经验以及地下滴灌技术特点，地下滴灌管埋深选为30cm，每次灌水定额均为30m3/亩，灌水次数分别设置为2、3、4、5，4个水平，每个处理设置3个重复。具体试验方案见表2。

试验一共涉及18个小区，每个试验小区的尺寸为25×5m。根据地下滴灌系统的布设要求，滴灌管布设间距为0.5m，滴灌管埋深按试验要求进行布置；每个试验小区由水表来控制灌水定额，每个试验小区之间留2.0m的保护区。

试验小区采用随机排列，试验小区分布示意图见图1。

表1 滴灌管埋深深度试验设计

表2 冬小麦地下滴灌灌溉制度试验设计方案

注：P为冬小麦生育期降水量；ET为生育期耗水量。

表4 耗水量与产量关系表

图1 试验小区分布示意图

图2 日耗水强度变化过程线（2014年—2015年）

图3 日耗水强度变化过程线（2015年—2016年）

图4 日耗水强度变化过程线（2016年—2017年）

3.试验数据与分析

3.1 地下滴灌的土壤水分状况

试验开展了地下滴灌不同毛管埋深条件下土壤灌前与灌后的土壤含水量观测，在每个小区滴灌管中部距滴灌管5cm和25cm位置处分别安装一台智墒仪器测定土壤含水量，分析不同滴灌管埋深条件下土壤含水量情况可以看出，滴灌管埋深深度为20cm时，表层土壤0～20cm土层含水率有明显增大，20～40cm土层含水率增加最多；滴灌管埋深30cm时，表层土壤0～20cm土层含水率略有增大，20～40cm土层含水率增加最多；滴灌管埋深40cm时，表层土壤0～20cm土层含水率无明显变化，40～60cm土层含水率增加最多。

3.2 耗水量（蒸发蒸腾量）计算

根据灌溉试验规范，依据蒸发蒸腾量计算公式：

ET1-2=10γH(W1-W2)+M+P

式中：

ET1-2—阶段蒸发蒸腾量（mm）；

γ—土壤容重（g/cm3）；

H—土壤厚度（cm）；

W1—土壤在时段始的含水率（干土重的百分率）；

W2—土壤在时段末的含水率（干土重的百分率）；

M—时段内的灌水量（mm）；

P—时段内的降水量（mm）。

其中10γH(W1-W2)=ΔW，为计算时段始末100cm土层储水量的利用量。根据土壤含水量实际观测数据采用内插法补充在作物各生育阶段和各月份的始末，并计算ΔW，即时段始末100cm土层储水量的利用量。

根据冬小麦生育期灌水量、降水量等资料，参照耗水量公式计算各年度耗水量。2014年—2017年各年度冬小麦全生育期耗水量表见表3。

3.3 耗水规律分析研究

计算冬小麦各生育期耗水强度并绘制日耗水强度过程线见图2～图4，分析研究冬小麦生育期间耗水规律，可以看出：苗期到越冬期耗水强度逐渐增高，但变化不大，主要影响因素是气候条件的变化；返青以后强度增加，随着小麦的逐渐生长和天气变化，气候条件也向着促使水分蒸发的方向变化；到抽穗灌浆时耗水强度达到最大值，生理生态需水均达到高峰；进入成熟阶段耗水强度又开始减小，几乎不需要再供水，此时的耗水主要是棵间蒸发。

3.4 耗水量与产量关系分析

冬小麦全生育期耗水量与产量关系见表4。

通过典型试验区的冬小麦地下滴灌试验资料及灌溉制度管灌试验的分析，灌4水的处理，管灌对照区平均亩产465.2kg，平均耗水量411.0mm（1m土层储水量的利用量53.9mm），水分生产率1.7kg/m3，耗水系数0.34m3/kg；地下滴灌处理平均亩产467.6kg，平均耗水量363.4mm（1m土层储水量的利用量66.7mm），水分生产率1.93kg/m3，耗水系数0.26m3/kg。地下滴灌比管灌每生产1kg粮食少耗水0.09m3，省水25.38%。地下滴灌与管灌比较减少了棵间土壤蒸发，所以省水效果比较明显。