旱塬区棉花地下微灌补水系统初探

杨苏龙，史俊东，南建福，石跃进，李永山

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

旱作农业区主要是雨养农业，由于降水较少，年际间变率较大，季节间分配不均，常常导致降水与作物生长发育需水相矛盾，造成作物产量低而不稳。近年来，集水和补水技术在旱作农业上得到了迅速发展，利用地头旱井收集田间、道路径流雨水，使用高效的节水设施和技术来灌溉农田，可提高水分利用效率，增加旱作区作物产量[1-5]。传统的漫灌方式，水资源浪费大，水分利用效率低；而采用微灌方式可节省水分，水分利用率较高。但微灌投资大，易堵塞。

本试验旨在研究开发一套成本低、不易堵塞的地下微灌系统，为旱作农业提供切实可行的补水系统。

1 试验区基本情况

试验设在万荣县皇甫乡新寺村，地处晋南黄土高原，土层深厚，地下水位低，十年九旱，年均降雨量为557.4mm，其农业生产主要靠雨水，属典型的雨养农业区[6-8]。试验地头的旱井常年蓄水30～40m3。

2 试验处理

设5个微灌系统和1个常规对照。处理1.大管（内径15 cm。其余处理同）送水，支管分水，支管上套有防堵套，支管长3m，内径为10mm，每隔0.3m设有一直径为1.5mm的水平对孔。处理2.大管送水，支管分水，支管上没有套防堵套，支管长3m，内径为10mm，每隔0.3m设一直径为1.5mm的水平对孔。处理3.大管直接送水，大管处于3m跨度中心线，每隔0.25m设有一直径为6.5mm的水平对孔，底部每0.5m一孔，孔径4.2mm。处理4.大管直接送水，大管处于3m跨度中心线，每隔0.25m有一直径为5.2mm的水平对孔，底部每0.5m一孔，孔径4.2mm。处理5.大管直接送水，大管处于3m跨度中心线，每隔0.25m有一直径为4.2mm的水平对孔，底部每0.5m一孔，孔径4.2mm。对照（CK）为不设置送水管，不浇水，按常规施肥。处理1～5施肥量减半，溶化后随浇水施入。

试验所用的管道均为PVC管，于2003年埋于土壤下层40 cm处，每处理区PVC管要达到水平安装，每小区覆盖60m2。试验采用每小时出水量为2m3的电动自吸泵从旱井来提水、送水。

2003年降雨量达847.9mm，是晋南建国以来第2个丰水年，是典型的涝年，但是1—7月份降雨只有289.3mm，比历年同期平均降雨量（294.6mm）少5.3mm，棉花生育期降水777.6mm，试验分别于6月14日和7月18日对棉田进行2次补灌，每次补水180m3/hm2。2004年全年降雨量为437.8mm，棉花生育期降水354.4mm，比历年同期平均值多降雨75.1mm，是平水年份，试验分别于6月15日和7月6日对棉田补灌2次，每次补水180m3/hm2。2005年全年降雨量为368.8mm，棉花生育期降水330.6mm，是典型的旱年，试验分别于7月4日和7月18日对棉田补灌2次，每次补水180m3/hm2。

3 结果与分析

3.1 不同微灌补水系统对棉花产量和水分生产效率的影响

2003年试验结果表明，各微灌补水系统皮棉产量比对照增产16.8%～55.1%，其中，处理1和处理3分别比对照增产55.1%和51.7%（表1）。各微灌补水系统水分生产效率为0.468～0.622 kg/m3，比对照提高了10.4%～46.7%，其中处理1和处理3的水分生产效率最高；灌溉水生产效率大小依次为处理1＞处理3＞处理2＞处理5＞处理4，其中，处理1比处理4提高了32.84%。

表1 不同微灌系统对棉花产量和灌溉水生产效率的影响（2003）

2004年为平水年，各微灌补水系统皮棉产量比对照增产8.3%～35.6%（表2），其中，处理1和处理2分别比对照增产35.6%和30.8%。各微灌补水系统水分生产效率为0.386～0.481 kg/m3，比对照提高了1.85%～26.91%，其中处理1和处理2的水分生产效率最高；灌溉水生产效率大小依次为处理1＞处理2＞处理4＞处理3＞处理5，其中，处理1和处理2分别比处理5提高了25.00%和20.65%。

表2 不同微灌系统对棉花产量和灌溉水生产效率的影响（2004）

2005年为典型的旱年，各微灌补水系统皮棉产量比对照增产18.7%～50.6%，其中，处理1和处理2分别比对照增产50.6%和38.7%。各微灌补水系统水分生产效率为0.771～0.979 kg/m3，比对照提高4.33%～32.48%，其中处理1的水分生产效率最高；灌溉水生产效率大小依次为处理1＞处理2＞处理3＞处理4＞处理5，其中处理1比处理5提高了27.0%（表3）。

微灌补水系统1从2003年开始使用，试验田棉花生长整齐一致。2005年于试验补水补肥期间，在田间挖出部分主支管，田间渗水均匀一致，说明该系统运行稳定。试验各年度虽然降雨年型差异很大，但补水补肥后，对棉花的增产效果差异不明显。

表3 不同微灌系统对棉花产量和灌溉水生产效率的影响（2005）

3.2 旱地棉田微灌补水的经济效益

按照《农业工程手册》提供的经济效益静态分析方法，对旱地棉田微灌补水经济效益进行分析。分析中水费按1.0元/m3、籽棉按5.6元/kg、塑料管的投资按7.0元/kg计算，装管道人工费用为（45个工 /hm2×20元 /个工）900元 /hm2，微灌管按10年使用进行折旧。

新增产值=处理产值-对照产值

新增投资=用水费用+塑料管投资费用+拆装管道人工费用

新增投资收益率=新增产值/新增投资额×100

新增投资回收期/年=新增投资/新增产值

由表4可知，不同微灌补水系统效益不同，而且与当年雨水年型密切相关。2003年为丰水年，处理1的籽棉产量为4 192.5 kg/hm2，产值为23 478.0 元 /hm2，比对照增收 8 332.8 元 /hm2，新增投资收益率达459.11%，投资回收期为0.22年，新增投资收益率大小依次为处理3＞处理1＞处理2＞处理5＞处理4。2004年为正常年型，处理1的籽棉产量为3 312.0 kg/hm2，产值为18 547.2 元 /hm2，比对照增收 4 872.0 元 /hm2，新增投资收益率268.43%，投资回收期为0.37年，新增投资收益率大小依次为处理1＞处理2＞处理4＞处理3＞处理5。2005年为干旱年型，处理1的籽棉产量为3 588.0 kg/hm2，产值为19 924.8元/hm2，比对照增收6 241.2元/hm2，新增投资收益率343.87%，投资回收期为0.29年，新增投资收益率大小依次为处理1＞处理3＞处理4＞处理2＞处理5。3年平均处理1的效果最好。

表4 不同微灌系统经济效益分析

4 结论与讨论

降水是旱地棉花生长的唯一水源，由于降水时空分布不均，降水变率较大，常与棉花生长发育需水规律不一致，造成棉花大量蕾铃脱落，产量低而不稳。棉田地下微灌补水技术，可根据棉花生长发育需水要求和天气情况，在棉花主要生长发育关键期灵活多变地进行有效补水，使棉花正常生长发育，这是干旱棉区稳产、高产的可靠保证技术。微灌补水是水分高效利用的一种途径，通过地下微灌把水分直接输送到棉花根区土体之内，既避免了表层水分蒸发，又不会形成重力水下渗，且水分利用率比漫灌高。尤其在水资源珍贵的雨养农业区，发展微灌补水，可以使有限水资源在棉花需水关键时期得到大面积有效利用，从而提高旱作农业区的经济效益。试验结果表明，微灌补水系统1的效果最好，在旱塬区可大面积推广应用。

［1］ 李永山，郭创业，解晓红，等.旱地棉花有限补水效应研究[J].棉花学报，1996，8（5）：265-268.

［2］ 牛西午，冯永平，李永山，等.旱地棉田渗灌补水效应研究[J].农业工程学报，2001，17（6）：44-48.

［3］ 牛西午，李永山，冯永平.晋南半干旱地区果树渗灌补水效应研究[J].农业工程学报，2003，19（1）：73-74.

［4］ 杨苏龙，石跃进，史俊东，等.旱塬地集雨节水灌溉的初步研究[J].干旱地区农业研究，2003，21（4）：88-94.

［5］ 李广敏.采取综合技术措施提高节水农业水平 [J].华北农学报，2008，18（院庆专辑）：14-16.

［6］ 王会金，杨苏龙，史俊东，等.旱塬区集雨旱井补水对作物产量的影响[J].山西农业科学，2001，29（3）：41-43.

［7］ 杨苏龙，史俊东，石跃进，等.黄土高原黄河三角洲旱地农业集水补灌的气候学条件与特点 [J].山西农业科学，2004，32（1）：68-71.

［8］ 李南声.山西传统抗旱技术的气象学基础及其现实意义[J].山西农业科学，1997，25（1）：42-46.