覆膜畦灌条件下不同灌溉方式对油葵产量及水分效率的影响

吕 婷

(1.武威市水利科技推广中心,甘肃 武威 733000;2.武威市中心灌溉实验站,甘肃 武威 733000)

甘肃河西走廊光照充沛,昼夜温差大,光热资源丰富,有益于油粒脂肪的合成和积攒,适宜种植油葵[1]。但该区属于典型的干旱荒漠气候,水资源极度匮乏,当地农业用水占比大,大多数仍采用传统的粗放灌溉管理模式,地下水超采严重,水分利用效率不高,紧缺的水资源已不能满足日益增长的生产用水需要,因此如何提高本地区油葵水分利用效率亟须研究解决。目前,关于油葵的研究大多集中在良种选育、种植技术、咸水灌溉[2-5]等方面,而对于油葵畦灌的优化灌溉制度研究较少,为坚持以水定产原则,进一步优化区域特色经济作物可持续发展,有效促进作物节水高产,本文通过探讨西北干旱地区覆膜畦灌条件下油葵的需水规律、产量及其构成要素和水分利用效率,制定最优灌溉制度,为真正落实“节水优先”方针,因地制宜发展油葵高效节水灌溉提供技术支撑和科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年4—10月在甘肃省武威市中心灌溉试验站(东经102°50′,北纬37°52′)进行,该站位于河西走廊东部,海拔1580m,地处杂木灌区下游,多年平均年降雨量164mm,7—9月的降雨量占全年降雨量的65%,年蒸发量2020mm,日照时数在2968h以上,地下水埋深48m,是典型的荒漠绿洲灌溉农业区。试验地土壤以灰钙质粉质壤土为主,氮、磷、钾含量较为丰富,土壤物理属性为偏碱性,土壤通透性好,孔隙率为52%,田间持水率为32%,供试土壤各土层容重见表1。

表1 供试土壤各土层容重

1.2 试验设计

供试油葵品种为“矮大头”,采用覆膜方式种植,地膜幅宽选用140cm,于2018年5月5日播种,8月26日收获,生育期共114天。播种行距30cm,株距30cm。在播种前,对上层土壤进行翻耕,利用激光平地装置对土地进行平整。试验设置3个不同的灌溉定额,以常规畦灌作为对照处理(CK)(见表2),每处理重复3次,共12个小区,小区面积为45m2(3m×15m),在油葵播种前,施加基肥量硫酸钾复合肥240kg/hm2和磷酸二胺300kg/hm2,在现蕾开花期各小区均追肥尿素150kg/hm2,为保证油葵出苗和各处理土壤初始含水率基本相同,油葵播后充分灌水60mm。利用试验站内机井灌溉,灌水量通过水表读数控制,其他农艺措施与当地传统经验一致。

表2 畦灌油葵灌溉设计方案

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水率测定

采用EM50数据采集器自动监测收集数据,传感器每30min自动测定1次数据,测定土层深度为100cm,间隔20cm。用烘干法进行校核。

1.3.2 农艺性状及干物质测定

在作物苗期、现蕾期、开花期、灌浆成熟期,于各小区随机选取长势均匀、具有代表性的油葵3株,用卷尺测量叶面积、株高,用游标卡尺测量茎粗,并按器官分开,取叶片、茎秆、花盘,先于105℃杀青30min后,再85℃烘干至恒重,称取干物质量,计算结果取3次重复的均值。

1.3.3 产量测定

待收获时,随机选取靠近小区中间的3株进行室内考种,测量盘茎(cm)、单盘籽粒重(g)、单株蕾重(g)、百粒重(g)及空壳率(%)。同时每小区平均取选10株油葵进行脱粒,风干后测定标准含水量(14%)下籽粒产量,将同处理数据求平均值,参考小区株数,折算出整个小区实际产量。

1.3.4 气象数据

通过设立于试验小区附近位置的TRM-ZS3全自动气象站,观测试验区内降水、温度、风速等气象因素。

1.4 数据处理与方法

1.4.1 作物耗水量的测定

作物生育期间耗水量采用水量平衡方法计算,本研究区地下水埋深大,因此地下水对作物的补给量可忽略不计,无地表径流与深层渗漏。由此计算单位面积作物耗水量ETc(mm)为

ETc=I+P+ΔW

(1)

式中:I为生育阶段内灌水量,mm;P为生育阶段内有效降雨量,mm;ΔW为0～100cm深度土壤储水量的变化,mm。

1.4.2 水分利用效率计算

油葵水分利用效率WUE[kg/(mm·hm2)]为

WUE=Y/ETc

(2)

式中:Y为单位面积油葵产量,kg/hm2;ETc为单位面积油葵耗水量,mm。

节水效率SW(%)为

SW=(Wi-WCK)/WCK×100%

(3)

式中:Wi为第i个处理的灌水量,mm;WCK为对照处理的灌水量,mm。

采用Excel 2016和SPSS 22.0进行数据的统计和显著性差异分析(LSD法,P<0.05),用Origin2016 Pro进行绘图。

2 结果分析

2.1 土壤水分季节动态变化

将不同处理油葵土壤水分随时间的动态变化情况绘于图1。可知,在0～20cm土层,自苗期始,各处理土壤水分随时间变化规律出现差异。该土层各处理平均土壤水分为CK>T3>T2>T1。在20～40cm土层,自现蕾期始,各处理土壤水分随时间变化规律出现波动。该土层土壤水分为CK>T3>T2>T1。在40～60cm土层,自现蕾期始,各处理土壤水分随时间变化规律出现波动。该土层土壤水分为CK>T1>T3>T2。在小于60cm的土层,开花期各处理土壤水分出现较大波动,可能是由于此时各处理受灌水、降雨、蒸发及作物蒸腾等因素作用强烈。在60～80cm的土层,T1在整个生育期内处于较低水平,为16.37%,表明在较小灌水处理下,该土层土壤水分被消耗后不能得到及时的补充和恢复。该土层各处理土壤水分差异较小,土壤水分为T3>CK>T2>T1。在80～100cm土层,各处理间土壤水分波动较其他土层进一步变缓,CK土壤水分处于较高水平,为16.99%。作物进入灌浆期后,土壤水分受降雨及蒸散发影响较小,T1,T2,T3处理间差异很小,水分保持在13.82%左右。总体来看,每次灌水后,表层土壤含水率升高形成峰值,随后逐渐回落,前期峰值出现的时间与灌水时间相一致,后期降水较多,气温升高,受其影响较大,还与降水蒸发蒸腾有关。同时,地膜覆盖可增加表层土壤温度,抑制水分蒸发,蒸发的水汽在上层凝结,对表层土壤水分有提墒作用[6-8]。

图1 不同土层土壤水分随时间变化情况

2.2 土壤温度季节动态变化

将各处理土壤温度在0～20cm和20～40cm两个土层的变化特征列于图2,可知,就不同土层深度而言,各处理地温全生育期变化趋势基本一致,土壤0～20cm温度总体较20～40cm土壤温度高,分别为21.39℃,21.21℃,分析原因可能是0～20cm土层温度受大气温度和覆膜影响明显,而20～40cm土层温度还受土壤水分影响[9]。作物出苗前,各处理土壤温度基本相同,在灌水处理后,土壤温度差异逐渐明显,总体来看两个土层T1处理土壤温度较其他处理高,对照CK土壤温度较低,分析原因主要与灌水量有关,夏季灌溉有降温作用,灌水量大造成土壤湿度偏高,地温低。在灌浆成熟期,各处理由于没有进行灌水处理,土壤温度在两个土层差距不明显,说明灌水期不同的灌水量与油葵生长期土壤温度关系紧密。

2.3 不同灌溉制度下油葵耗水量变化规律

根据水量平衡法对不同灌溉制度下油葵各生育阶段的耗水量进行计算,结果见表3。结合土壤墒情,播后各处理都进行了灌溉,播种—苗期,阶段耗水量很小,苗期进入耗水量增长阶段,随着灌溉定额的增加,油葵耗水量也逐渐增加,表现为T1

表3 不同处理下油葵耗水规律

2.4 不同灌溉制度下油葵产量及其水分利用效率分析

覆膜畦灌条件下油葵产量及其构成要素和水分利用效率见表4。就株高来看,除CK外,其他处理间差异不显著;就茎粗来看,各处理间无显著性差异;就盘直径来看,除T1外,其他处理间差异不显著;就单盘籽粒重、百粒质量来看,产量最低的T1单盘籽粒重和百粒质量都表现为最低,分别为38.91g/盘和4.25g;产量最高的T3具有最高的单盘籽粒重,为78.52g/盘,百粒质量也最高,为6.09g,T3百粒质量较T1、T2、CK分别提高30.21%、4.93%、6.24%;就产量来看,T3处理较CK增产2.42%,T1、T2处理较CK减产,分别为24.53%、11.64%,从节水率来看,各处理较CK均有节水效益,分别为24.2%、19.7%和10.1%;灌溉定额最数据后小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

表4 不同处理下油葵产量及其水分利用效率

高的CK处理水分利用效率较低,为1.31,T3处理水分利用效率最高,为1.49,表明在一定范围内,适当减少灌水量可以提高水分利用效率。研究结果表明,从节水增产角度而言,T3处理灌溉制度最优。

3 讨 论

研究结果表明,水分亏缺对油葵产量影响明显,各处理单盘籽粒重和百粒重随灌溉量的增加而增加,单盘籽粒重和百粒重差异明显大于株高、茎粗,为提高油葵产量,应该抓住单盘籽粒重和百粒重等主要性状进行水分调控,同时兼顾株高、茎粗等其他性状,本研究结论与梁春波等人研究结果相一致[9-10]。针对灌水量,有许多研究表明并不是产量随灌水量的增大而增大[11-15]。本研究也表明在一定程度内,油葵产量随着灌水量的增加而增加,但过量灌溉反而会致使产量下降,这可能由于过量灌溉降低土壤温度,使油葵物候期延长,营养生长过快,进而导致籽粒干物质快速累积持续时间短,影响油葵产量[16-18]。油葵根系较浅,适宜的土壤水分有利于油葵根系生长[19]。油葵在现蕾—灌浆期要保证比较充分的灌溉,在苗期—现蕾期可进行适当控水。

4 结 语

a.不同水分处理下,油葵生育期土壤水分随时间变化趋势基本一致,均呈先增加后降低趋势,峰值出现在灌水后1～2天,峰值出现的次数与灌水次数基本一致。在油葵生育期,土壤温度变化幅度起伏不大,有利于油葵生长。

b.不同灌溉定额对油葵耗水量影响明显,随灌水量增大而增大,各处理总耗水量表现为T1

c.不同处理对油葵产量的响应不同,T3处理较CK增产2.42%,T1、T2处理较CK减产,分别为24.53%、11.64%;从节水率来看,各处理较CK均有节水效益,分别为24.2%、19.7%、10.1%。

本文分析了不同灌水对油葵节水高产的影响,结果表明,并非灌水越多产量越高,过去单纯依靠水达到增产增收的传统农业生产模式急需改变,高效节水农业生产模式是贯彻落实“节水优先”,坚持量水而行,以水定地、以水定产,加快绿色发展的必由之路。综合考虑油葵的产量及其构成要素、耗水量、水分利用效率和节水效率,灌溉定额180mm,各生育期灌水定额分别为播后60mm,苗期40mm,现蕾期40mm,开花期40mm,为油葵最佳灌溉制度,此灌溉模式能够提高油葵水分效率,达到节水高产目标,是一种经济可行、易于推广的节水方法。该研究可为西北旱区畦灌油葵灌溉制度的制定提供理论依据。