滴灌水盐调控施肥灌溉对青海油菜产量及水肥利用的影响

汪 然，万书勤，康跃虎，刘士平，张 洋

(1.中国科学院地理科学与资源研究所 陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 100101； 2.中国科学院大学，北京 100049；3.青海省农林科学院土壤肥料研究所，西宁 810016

0 引 言

油菜是青海省特色资源之一，油菜生产已成为当地农业增效、农牧民增收的主要渠道之一[1]。但是近年来青海地区气温的不断升高，加重了油菜生育期内的旱情，致使油菜种植的风险提高[2]。滴灌技术可精确地控制灌溉时间、灌溉量、施肥时间和施肥量，提高水肥利用效率，达到高产高效的目标[3-5]。因此，采用滴灌技术进行油菜的水肥管理，可显著增强油菜生产的抗风险能力，但目前该方面的研究在青海省尚少。

另外，在干旱半干旱区，尤其是在利用咸水/微咸水灌溉时，滴灌农田土壤中的盐分、灌溉水和肥料带入的盐分，在灌水过程中会随灌溉水向湿润峰外围迁移，如果这些盐分得不到有效淋洗，就会在土壤中积累，造成土壤盐渍化。青海属高寒干旱地区，年均降雨量小，蒸发损失量大，因此在制定滴灌灌溉制度时，必须考虑盐分淋洗水量，以避免土壤发生次生盐渍化。

本文通过在青海省柴达木盆地开展滴灌水盐调控施肥灌溉对油菜生长、产量及水肥利用等影响的田间试验研究，以期为青海地区油菜的滴灌安全高效生产提供技术支持。

1 研究区及研究方法

1.1 试验区概况

试验于2013年在青海省海西州乌兰县进行。该地区为典型大陆性高原气候，以高寒干旱为总特征，年均气温3.8 ℃，年降水量在 100～200 mm之间，以6、7、8月降水最多，年蒸发量在2 070～2 440 mm之间。试验区土壤类型为棕钙土，0～0.2 m土层田间持水量为20.4%，0～0.4 m土层土壤平均容重为1.4 g/cm3，土壤碱解氮含量平均为103.0 mg/kg，速效磷含量平均为20.7 mg/kg，速效钾含量平均为218.0 mg/kg，当地土壤基础肥力较好，适宜作物生长。土壤全盐含量为2.35 g/kg，pH为8.2，属于轻度盐渍土。灌溉水为地下水，化学类型为Cl-、Na+型，pH平均为8.4，灌溉水电导率平均为2.4 dS/m(矿化度平均为1.5 g/L)，为微咸水。

1.2 试验设计

康跃虎发现滴头正下方0.2 m深度土壤基质势能很好地反映大部分作物根系分布层的土壤水分状况，对于番茄、黄瓜、马铃薯和萝卜等大部分经济作物，只要该深度处的土壤基质势控制在-25～-35 kPa范围内，就能保证高产稳产[6]。陈明、康跃虎等发现，华北半湿润地区咸水滴灌条件下，控制滴头正下方0.2 m处土壤基质势不低于-20 kPa时，可有效地维持土壤中的盐分平衡，不产生盐分持续积累的问题[7,8]。贾俊姝等研究发现，在宁夏干旱区当滴头正下方0.2 m深度土壤基质势下限控制在-20 kPa以上时，距离滴头水平0.5 m远、0～1.2 m深度土体内土壤盐分含量显著降低，盐分淋洗效果好[9]。王若水等指出在新疆干旱区滴灌棉田，当滴头正下方0.2 m深度土壤基质势降低到-20 kPa开始灌溉，0～0.8 m土体中的盐分可以得到有效淋洗[10]。基于上述研究成果，本试验采用负压计控制土壤基质势阈值来指导油菜的施肥灌溉，并且通过控制滴头正下方0.2 m深度土壤基质势下限在-20 kPa进行水盐调控。

试验以当地油菜(品种：青杂7号)的施肥量(N 182 kg/hm2、P2O5155 kg/hm2、K2O 38 kg/hm2)为对照(CK，100%)，设计5个滴灌施肥灌溉处理，施肥量分别为对照施肥量的10%、30%、50%，70%、90%。每个处理重复3次，共15个试验小区。小区长6 m，宽6 m，小区面积36 m2。整个油菜试验区共540 m2。

参考当地油菜的施肥模式，其中磷肥采用磷酸二铵(含氮18%磷46%)，全部作为底肥，将计算好的磷酸二铵(表1)均匀撒在土表后，浅耕与土混匀再播种。氮肥和钾肥，分别用尿素和硫酸钾，全部采用滴灌施肥灌溉进行追肥，假设每天进行施肥灌溉，整个生育期油菜施肥灌溉天数按平均80 d计算，往肥料罐中加入的肥料为尿素和硫酸钾。油菜定苗后，开始施肥灌溉，每次灌溉前将计算好的尿素和硫酸钾(表1)溶解在肥料罐中，随水进行施肥。到油菜终花期以后不再进行施肥灌溉，以促进成熟。

表1 油菜不同滴灌施肥灌溉处理的施肥量 kg/hm2

1.3 农艺措施

每个试验小区有10条滴灌带，每条滴灌带长6 m，两条滴灌带间距0.6 m。油菜播种在滴灌带两侧，距离滴灌带0.15 m远，即为0.3 m+0.3 m+0.3 m 等行距播；油菜的株距为0.15 m，定苗密度为22.2万株/hm2。

每个滴灌施肥灌溉处理(包括3个重复)由一个滴灌系统控制，包括球阀、水表、压力表、闸阀、网式过滤器、压差式施肥罐。滴灌带滴头间距0.3 m，0.1 MPa工作压力下滴头流量为2.7 L/h。每个滴灌系统控制的灌溉面积为108 m2。

油菜4月10日播种。5月19日80%油菜出苗后，进行第一次滴灌灌溉，灌水量为40 mm，第一次灌溉不施肥。油菜出苗-定苗期间根据种子周边墒情，统一进行适时适量灌溉。6月10日油菜定苗，6月16日施肥灌溉处理开始，当土壤基质势降低到-20 kPa时开始施肥灌溉，土壤基质势升高到-15 kPa以上时停止灌溉，每次灌水量15 mm左右。

2 测定项目及方法

2.1 降雨与蒸发

在试验区中心位置安装雨量桶和直径为0.2 m标准蒸发皿，测定降雨量和每天水面蒸发量。

2.2 土壤基质势

每个处理在第二重复的中间行上滴头正下方0.2 m深度埋设一支负压计，来测定土壤基质势。每天8∶30、14∶30观测负压计读数，用来指导灌溉。

2.3 土壤盐分与土壤有效速效养分

在滴灌施肥灌溉前(5月4日)、油菜开花期(7月21日)、油菜收获后(9月18日，停止灌溉24天)用土钻取土。取样点垂直于滴灌带，距离滴头水平距离分别为0、0.1、0.2、0.3 m，共4个点位；取样深度分别为0～0.1、0.1～0.2、0.2～0.3、0.3～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8、0.8～1、1～1.2 m。土样风干，碾细过 1 mm孔径筛，装入密闭自封袋备用。

土壤调制成饱和泥浆，然后离心(4 000 rpm，30 min)获得提取液。土壤盐分用于电导率仪( DDS-11A 中核仪表有限公司)测定土壤饱和提取液电导率(Electrical conductivity of saturated paste extract，ECe)表示。

植物吸收的养分主要是溶解在土壤溶液中的养分。当采用传统化学提取方法提取土壤中养分时，会把土壤固相中固定的、对植物并非有效的养分提取出来。配制土壤饱和泥浆时，由于加入的水量与田间实际土壤水分状况最为接近，因此测定土壤饱和泥浆提取液中的养分含量，更能够反映土壤的真实养分状况，反映植物能吸收利用的养分含量。基于此思想(已申请发明专利)，本研究测定土壤饱和泥浆提取液中的养分，其中硝态氮(mg/L)：紫外分光光度计(上海元析仪器有限公司)测定；铵态氮(mg/L)：紫外分光光度计(上海元析仪器有限公司)测定；速效磷和速效钾(mg/L)：ICP-ASE法测定。

2.4 灌溉水利用效率

灌溉水利用效率[11]计算公式如下：

IWUE=Y/I

式中：Y为油菜产量，kg/hm2；I为灌水量，m3。

2.5 肥料偏生产力

肥料偏生产力[12-15](Partial factor productivity from applied fertilizer，PFP)计算公式如下：

PFP=Y/F

式中：Y为油菜产量，kg/hm2；F为所施肥料的养分量，即N+P2O5+K2O的养分量，kg/hm2。

2.6 数据处理及分析

实验数据采用Excel 2010、Origin 8.6对数据进行处理和绘图。由于取样在垂直方向上间隔距离不一样，在分析数据时采用加权平均值。加权平均值=Σ(样品含量×取样深度/分析深度)，文中平均值均指加权平均值。

3 结果分析

3.1 油菜生长季内蒸发、降雨及灌溉量

4月10日-9月5日油菜生长季的累积降雨量为88 mm，其中80%的雨量分布在7月份之前；累积降雨量明显小于当地4-9月多年平均降雨量(144 mm)，为缺水年；累计蒸发量高达923 mm，为累计降雨量的10.5倍。

油菜萌发出苗阶段因为土壤墒情适宜，没有进行灌溉；5月19日开始第一次灌溉，7月8日之前所有处理灌水一致，5～7 d灌溉一次，共灌溉5次；7月8日之后，油菜进入营养生长和生殖生长的旺盛阶段，需水量明显增加，灌溉频率增加到1～3 d一次，但不同施肥灌溉处理的灌溉频率没有明显差异。8月25日，所有处理停止滴灌施肥灌溉，以促进荚果成熟。

不同施肥灌溉处理随着总施肥量从低到高，灌溉量分别为492.6、489.8、542.6、527.8和510.2 mm，平均为512.6 mm；50%处理的灌水量较多，这与埋设负压计点的土壤空间变异等有关。总体上，不同施肥处理油菜的灌水量无明显差异。

图1 油菜生长季降雨、蒸发及灌溉量

3.2 不同滴灌施肥灌溉处理土壤水分状况

油菜生育期不同施肥灌溉处理土壤基质势变化如图2所示。除了在油菜生长旺盛阶段，因油菜耗水量大、灌溉不及时，导致个别处理在个别时间土壤基质势低于灌溉阈值外，所有处理在油菜施肥灌溉阶段的大部分时间内，土壤基质势都保持在-20 kPa之上。8月25日停止施肥灌溉后，所有处理的土壤基质势逐渐降低。

图2 油菜生育期不同施肥灌溉处理土壤基质势变化

图3表示油菜开花期高频灌溉阶段(7月21日)不同施肥灌溉处理整个剖面的土壤水分状况。由图3可知所有处理的土壤含水量随着深度的增加而降低，0～0.4 m深度油菜根系分布范围内土壤含水率均高于16%，约为田间持水量的80%。

图3 7月21日油菜开花期高频灌溉阶段 不同施肥灌溉处理土壤剖面水分分布状况

由此可以知道，当控制滴头正下方0.2 m处土壤基质势下限在-20 kPa之上时，在油菜的大部分生长发育阶段，所有处理油菜根系分布范围内的土壤水分状况良好，即油菜生长不会受到水分胁迫。

3.3 不同滴灌施肥灌溉处理下土壤盐分状况

图4分别是不同施肥灌溉处理滴灌施肥灌溉前(5月4日)、油菜开花期(7月21日)和油菜收获后(9月18日)的土壤剖面上盐分(土壤ECe)分布状况。

图4 油菜生长不同时期土壤剖面上盐分分布

由图4可知道：①5月4日滴灌施肥灌溉前，表层0～0.4 m土壤ECe(2.0 dS/m)明显高于0.6～1.2 m深度土壤ECe(1.4dS/m)，土壤盐分表聚现象明显。②与5月4日的土壤ECe相比，7月21日油菜开花期高频灌溉阶段不同施肥灌溉处理0～0.4 m深度土壤ECe显著降低，平均降低了0.5 dS/m；0.6～1.2 m深度土壤ECe也略有降低，平均降低了0.1 dS/m；总体上所有处理0～1.2 m深度土壤ECe平均降低了0.2 dS/m，且不同处理之间没有明显的差异。③与5月4日的土壤ECe相比，9月18日油菜收获、停止灌溉24 d后，由于土面蒸发作用，所有处理0～0.2 m表层土壤盐分明显增加了，随着总施肥量从低到高，不同施肥灌溉处理土壤ECe分别增加了1.3、0.2、0.2、0.6、0.8 dS/m；除70%处理外，其他处理0.3～1.2 m土层土壤ECe基本没有变化，可有效维持盐分平衡。70%处理0.3～1.2 m土层土壤ECe增加，这同土壤盐分空间变异有关，另外同施肥灌溉土壤中养分含量增加也有关系。

总之，在油菜滴灌施肥灌溉阶段，由于滴灌的不断淋洗，0～0.4 m土层呈显著脱盐状态，为油菜生长提供了一个适宜的低盐环境；0.6～1.2 m深度土壤盐分含量也在降低，说明土壤盐分总体向下运动，已经运动到了1.2 m深度以下。这与焦艳平[16]、Wan[17]等的研究结果一致，焦艳平、Wan等人利用垄作覆膜滴灌技术在重度盐碱荒地上种植作物，发现当控制土壤基质势下限阈值在-25 kPa以上时，在滴灌灌溉阶段0～1.2 m土层土壤盐分得到了很好的淋洗，土壤总盐量显著降低。

施肥灌溉结束后，在油菜蒸腾耗水和土面蒸发作用下，土壤盐分在表层聚集；与试验初期相比，土体中盐分有增加趋势，这与试验区灌溉水矿化度较高(1.5 g/L，电导率平均为2.4 dS/m)有关，即随灌溉带入土壤中的盐分并没有被淋洗到土壤下层进入地下水随地下水运动排走，而仅是被淋洗到土层1.2 m深度以下，当灌溉停止之后，在农田蒸发力的作用下，又进入到1.2 m深度以上的土体内。

王若水等在新疆克拉玛依滴灌棉田(灌溉水的电导率为0.3 dS/m)的研究发现，当滴头正下方0.2 m深度土壤基质势阈值控制在-10 kPa以上，0～1.2 m土体整体脱盐；而当土壤基质势阈值控制在-20 kPa以上，0～0.8 m土体整体脱盐，但盐分在0.8～1.2 m积累。因此，在高寒干旱地区，尤其是用微咸水/咸水灌溉时，土壤基质势是否需要控制在-10 kPa或更高时，以防止土壤发生次生盐渍化，还需进一步研究。

3.4 不同滴灌施肥对土壤速效养分的影响

表2是油菜不同时期不同施肥处理不同深度土壤养分含量，从表2中可以知道：

(1)尽管不同施肥处理浅耕(0～0.4m深度)施入底肥磷酸二铵的含量不一样，但5月滴灌施肥灌溉前不同处理0～0.4 m深度土壤饱和泥浆提取液中速效磷含量同施肥比例没有明显关系，而铵态氮、速效钾随着施肥比例的增加而增加，这说明磷酸二铵中氮的释放速度相对磷更快；0～0.4 m深度速效钾随着施肥比例的增加而增加，这可能是因为肥料磷酸二铵是含钾型的。不同处理0.5～1.2 m深度速效养分含量的差异，与土壤养分的空间变异性有关，总体上0.5～1.2 m深度各处理间速效养分差异不大，变异系数平均为22%。

(2)因为滴灌每次灌溉都施入了尿素和硝酸钾，与5月份的值相比，开花期各处理(除90%处理外)0～1.2 m深度土壤饱和泥浆提取液中速效钾、铵态氮和硝态氮的含量都显著增加了，且各处理间养分含量值没有显著差异；90%处理土壤中速效钾和硝态氮的含量明显较其他4个处理以及5月份的值低，这主要是因为该处理取土样时正好处于下一次施肥灌溉之前，土壤溶液中大部分的速效钾和硝态氮已被油菜吸收了。由此也说明，滴灌每次灌溉施肥可以及时补充作物可吸收的速效养分。尽管滴灌施肥灌溉没有施入磷肥，但开花期各处理速效磷含量显著增多，这主要是因为滴灌条件下土壤水分状况良好，底肥磷酸二铵中磷不断地释放。

(3)9月油菜收获后，由于滴灌施肥已经停止较长时间(22 d)，所有施肥处理的0～1.2 m深度土壤饱和泥浆提取液中速效磷、铵态氮和硝态氮均较7月份开花期的值显著降低，尤其是硝态氮的值比5月份的水平还低，这说明油菜在生育后期还在不断地吸收硝态氮。与5月份的值相比，试验结束后30%处理土壤饱和泥浆提取液中速效养分含量增加了，而90%处理的值减少，这很可能是因为30%处理油菜营养生长相对较差、消耗的养分少，施肥量足以补充油菜生长发育吸收的养分，而90%处理油菜营养生长旺盛、消耗的养分多，施肥量不足以补充油菜生长发育吸收的养分。

表2 油菜不同时期不同施肥处理不同深度土壤养分含量mg/L

3.5 不同滴灌施肥处理对油菜产量及水肥利用效率的影响

不同处理10%～90%施肥比例油菜的产量为3 527.8、3 498.1、3 649.1、3 712.0和3 672.2 kg/hm2，平均为3 611.9 kg/hm2，当相对施肥量为70%时，油菜产量最高，但各处理之间产量方差分析无显著性差异(P<0.05)。随着施肥比例的增加，肥料偏生产力迅速降低，当施肥比例大于50%时，肥料偏生产力的降低率变缓(图5)。不同处理10%～90%施肥比例灌溉水利用效率在6.72～7.20 kg/mm2，总体上灌溉水利用效率与施肥比例的关系不大(图5)。

图5 肥料偏生产力及灌溉水利用效率

张亚丽和陈占全[18]在西宁市油菜滴灌水肥高效利用研究中推荐滴灌春油菜最佳的施肥量为: N 74. 2 kg/hm2、P2O565. 0 kg/hm2、K2O 31. 2 kg/hm2，该施肥量下油菜最高产量可达2 863. 6 kg/hm2，为本试验平均油菜产量的79%。如果换算成本研究成果平均油菜产量水平3 611.9 kg/hm2，张亚丽和陈占全推荐施肥量N、P2O5、K2O分别为本研究100%对照N、P、K施肥量的51%、53%和105%。因此，参考张亚丽和陈占全的推荐施肥量、结合本试验不同施肥灌溉处理油菜产量和肥料偏生产力，可以知道当滴灌施肥比例为当地油菜推荐施肥量的50%左右(N 91 kg/hm2、P2O578 kg/hm2、K2O 19 kg/hm2)时，就可以获得高的油菜产量(3 611.9 kg/hm2)和较高的肥料偏生产力。

张洋[19]在同一时期、同一研究区、100%对照施肥量(N 186.3 kg/hm2，P2O5158.7 kg/hm2，K2O 18.75 kg/hm2)、相同播幅(30+30+30等行距播幅)条件下，滴灌施肥灌溉油菜的产量和灌溉水利用效率分别为2 940和0.56 kg/m3，分别为本试验平均油菜产量和灌溉水利用效率的81.4%和79.4%。这两个试验的主要区别在于本试验是按照负压计指导油菜进行施肥灌溉，灌溉频率高，油菜整个生育期平均施肥灌溉33次。由此可以知道，滴灌高频施肥灌溉可以显著提高油菜的产量、肥料利用效率和灌溉水利用效率。

4 结 论

(1)在高寒干旱区、灌溉水为微咸水(平均电导率为2.4 dS/m)时，当滴头正下方0.2 m深度土壤基质势控制在-20 kPa以上，滴灌施肥灌溉阶段0～0.4 m油菜根系分布范围内土壤水分、盐分、养分状况良好，并且土体中盐分总体向下运动；但是当停止滴灌一段时间后，土壤速效养分含量降低，并且在作物生长耗水和强烈的土面蒸发作用下，0～0.2 m土壤盐分升高，但0.3～1.2 m土层土壤盐分基本不变，可有效维持盐分平衡。

(2)10%～90%不同滴灌施肥比例下土壤盐分和速效养分没有显著差异，油菜的产量、灌水量、灌溉水利用效率也没有显著差异，肥料偏生产力随着施肥比例的增大显著降低。当施肥比例为当地油菜施肥量的50%左右时，油菜产量高、肥料偏生产力较高。

鉴于这仅是一年的试验，研究结论还有待于进一步验证。

[1] 马寿福, 刁治民, 吴保锋. 青海省油菜产业化现状及发展对策[J]. 安徽农业科学, 2006,34(11):2 568-2 571.

[2] 米根生. 气候变化对青海油菜种植的影响[J]. 统计与管理, 2013,(5):36-37.

[3] Hebbar S S, Ramachandrappa B K, Nanjappa H V, et al. Studies on NPK drip fertigation in field grown tomato (Lycopersicon esculentum Mill.)[J]. European Journal of Agronomy, 2004,21(1):117-127..

[4] 樊兆博, 刘美菊, 张晓曼, 等. 滴灌施肥对设施番茄产量和氮素表观平衡的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2011,17(4):970-976.

[5] 宋 娜, 王凤新, 杨晨飞, 等. 水氮耦合对膜下滴灌马铃薯产量, 品质及水分利用的影响[J]. 农业工程学报, 2013,29(13):98-105.

[6] 康跃虎. 实用型滴灌灌溉计划制定方法[J]. 节水灌溉,2004,(3):11-12,15.

[7] Chen M, Kang Y, Wan S, Liu SP, Drip irrigation with saline water for oleic sunflower (Helianthus annuus L.) [J]. Agricultural water management, 2009,96:1 766-1 772.

[8] Kang Y, Chen M, Wan S. Effects of drip irrigation with saline water on waxy maize (Zea mays L. var. ceratina Kulesh) in North China Plain [J]. Agricultural Water Management, 2010,97:1 303-1 309.

[9] 贾俊姝, 康跃虎, 万书勤, 等. 不同土壤基质势对滴灌枸杞生长的影响研究[J]. 灌溉排水学报, 2011,(6):018.

[10] 王若水,康跃虎,万书勤,孙甲霞. 水分调控对盐碱地土壤盐分与养分含量及分布的影响[J]. 农业工程学报,2014,(14):96-104.

[11] 王会肖, 刘昌明. 作物水分利用效率内涵及研究进展 α[J]. 水科学进展, 2000,11(1).

[12] 彭少兵,黄见良,钟旭华,等. 提高中国稻田氮肥利用率的研究策略[J]. 中国农业科学,2002,(9):1 095-1 103.

[13] 刘润梅,范茂攀,汤 利,等. 云南省水稻生产中的肥料偏生产力分析[J]. 云南农业大学学报(自然科学),2012,(1):117-122.

[14] Ierna A, Pandino G, Lombardo S, et al. Tuber yield, water and fertilizer productivity in early potato as affected by a combination of irrigation and fertilization[J]. Agricultural water management, 2011,101(1):35-41.

[15] 吴立峰, 张富仓, 周罕觅, 等. 不同滴灌施肥水平对北疆棉花水分利用率和产量的影响[J]. 农业工程学报, 2014,30(20):137-146.

[16] 焦艳平，康跃虎，万书勤, 等．干旱区盐碱地覆膜滴灌土壤基质势对土壤盐分分布的影响[J]．农业工程学报, 2008,24(6):53-59.

[17] Wan S Q, Jiao Y P, Kang Y, et al. Growth and yield of oleic sunflower (Helianthus annuus L.) under drip irrigation in very strongly saline soils[J]. Irrigation Science, 2013,31:943-957.

[18] 张亚丽, 陈占全. 滴灌春油菜水肥高效利用技术研究[J]. 青海大学学报: 自然科学版, 2014,32(2):5-9.

[19] 张 洋. 滴灌条件下不同播幅对春油菜生长和产量的影响[J]. 安徽农学通报, 2015,21(1):37-39.