规模化节水滴灌对灌水量和植株性状影响的分析与研究

何 幸，陈小强，马显莹，卢晓鹏，李 靖

(1.云南农业大学资源与环境学院， 昆明 650201；2.云南省水利水电科学研究院， 昆明 650032；3.云南农业大学城乡规划设计研究院，昆明 650201)

我国是全世界水资源极其短缺的国家之一，人均只有2 100 m3，仅为世界平均水平的28%，水资源匮乏严重制约着我过经济社会的可持续发展。据统计，截至2013年底，全国有效灌溉面积0.63亿hm2，其中节水灌溉工程面积0.27亿hm2，占有效灌溉面积的43%。高效节水灌溉面积0.14 亿hm2，占有效灌溉面积的 22%，其中低压管道输水0.07亿hm2、喷灌0.03亿hm2、微灌0.04亿hm2[1]。回顾我国高效节水技术发展的历程，较其他节水发达国家晚了很多，1970年左右开始采用喷灌节水技术，直到1989年末才开始采用滴灌技术。农业灌溉用水量约占总水资源的65%，灌溉水利用系数较低，水资源浪费严重[2]。因此，采用高效节水灌溉技术对我国水资源的可持续发展和利用至关重要。本课题组结合国内外近期研究成果，以蔬菜和核桃为研究对象，采用滴灌灌溉方式，深入探讨和对比采用滴灌和漫灌时蔬菜和核桃的灌溉用水量及其节水效益，为规模化节水灌溉方式选择和节水效益分析研究作进一步的补充，更好地完善节水灌溉功能的评价。

1 材料与方法

试验于2014年1月至2015年1月在云南省姚安县太平镇和光禄镇进行。

1.1 试验地概述

试验地位于云南省楚雄州姚安县太平镇和光禄镇。太平镇试验地的中心地理坐标为N 25°25′18.30″，E 101°14′31.50″，海拔2 051 m，土壤质地为沙质红壤。光禄镇试验地的中心地理坐标为N 25°35′47.41″，E 101°13′52.86″，海拔1 866 m，土壤为沙质红壤。姚安县多年平均气温15.3 ℃，多年平均最高气温20.9 ℃，多年平均最低气温8.6℃，年平均降雨量770.4 mm，年平均蒸发量为2 453.4 mm。太平镇和光禄镇试验地土壤基本理化性质分别见表1和表2。

表1 太平镇供试土壤基本理化性质

表2 光禄镇供试土壤基本理化性质

1.2 供试植物

太平镇选用植物为核桃，在姚安盛辉林业有限公司的核桃基地划定试验区域，选取生长了2 a的漾濞核桃植株作供试植株，挂果时长为8 a。光禄镇选用豌豆，生长周期为120 d。在云南姚安青美农业科技发展有限公司蔬菜种植基地划定试验区域。

1.3 试验设计

试验共设置了2种姚安县当地种植规模较大的经济作物植株类型(核桃和豌豆)，在滴灌工程实施的区域和未实施区域对试验项目进行观测。其中，在太平镇的核桃区域，选取5条毛管上共68株和未布设滴灌工程的68株核桃作本试验核桃测试项目的观测对象。在光禄镇的种植蔬菜区域，在实施滴灌和未实施滴灌(采用浇灌方式)区域各选取了0.133 hm2(2 亩)豌豆种植地块作本试验蔬菜测试项目的观测对象。在试验过程中，均按照滴灌区企业和浇灌区农民的实际灌水量做好每次灌水记录，在测试项目中，均严格按照2种灌溉方式的观测项目同步进行。

1.4 测定项目与测定方法

(1)气象资料。本试验借助云南省水利水电科学研究院在光禄镇田间安装的涡动系统观测试验期内的降雨及其他气象指标。

(2)灌水量测定。试验共对核桃和豌豆2种植株选定观测区域，在选定的太平镇核桃测试区和光禄镇的豌豆测试区滴灌的末级5条毛管上各安装B级DN-32型计量水表，计量精度为0.000 1 m3，以观测在滴灌条件下2种植株的年灌溉水量。由于试验区旁仍有滴灌工程未实施区域，故在未布设滴灌设施的地块外(采用浇灌的灌溉方式)选择面积和种植植株种类及株数相同的地块，通过在每次灌溉前用计量桶记录每种植株的灌溉水量，年末时把年内各次灌溉水量相加得出年灌溉水量。

(3)植株性状指标。本试验以核桃和豌豆为测试对象，在2014年1月5日至2015年1月1日观测期内，对定点68株核桃的株高、胸径、叶片总数及叶片总质量进行滴灌和浇灌的横向对比观测与记录。对豌豆的生物量进行滴灌与浇灌的对比观测和记录，研究2种灌溉条件下植株生长状况。对豌豆每季收获前，选定6株带回实验室，将豌豆的植株和根系洗净晾干后称其鲜重，再放进烘箱105 ℃杀青0.5 h，然后在65～70 ℃烘干至恒重，测定干重[3]，然后根据公式(根系密度=活根干重/取样器体积) 将其转化为根系密度。

(4)土壤含水率和土壤温度。本试验采用仪器直接测定土壤含水量和土壤温度。土壤含水量和土壤温度分别采用Delta-T针式土壤水分仪(ML-2X)和DIGITAL-Thermometer温度计直接测定。核桃观测深度为0～10、10～20、20～30和30～60 cm，豌豆观测深度为0～10、10～20、20～30 cm。在每次降雨或灌水事件后第2天早上9∶00对每个小区的选定点位进行测定，在测定土壤含水率的同时，测定该土层深度的土壤温度。

1.5 数据处理

试验所得数据用Microsoft Excel 2007、SPSS 19.0等计算机软件进行计算、整理和统计分析。

2 结果分析

2.1 降雨情况

2014年1月5日至2015年1月1日观测期内共计降雨79次，降雨867.4 mm，具体降雨情况见表3。由表3可知，观测期内6月、7月和8月份占总观测期降雨量的72.37%，而其余月份降雨量则明显偏少，植株对灌溉要求迫切。

2.2 不同灌溉方式下植株灌水量

(1)不同灌溉方式下核桃灌水量。在2014年1月5日至2015年1月1日试验期内，核桃试验区核桃灌水情况见表4。数据表明，采用滴灌灌溉方式是人工浇灌时单次灌水量的1/3，灌溉次数较人工浇灌少了11次，单株年用水量和试验区年总用水量较人工浇灌减少了76.58%。这说明，采用滴灌的灌溉方式，对灌溉用水缺少的姚安县而言，既能减少灌溉用水的使用量，又能保证植株正常生长，是当地适宜采用的高效节水灌溉方式。

表3 2014年1月至2015年1月试验期内降雨特征

表4 试验期内太平镇核桃植株灌水情况

(2)不同灌溉方式下豌豆灌水量。在与核桃试验区相同时间段的试验期内，对光禄镇豌豆试验区的灌水情况见表5。数据表明，试验期内不同灌溉方式的作物种植次数相同，均为3次，0.133 hm2(2 亩)试验区滴灌比人工浇灌灌溉方式的灌水量减少了78.67%。由于采用滴灌的灌溉方式，可以根据田块实际土壤含水率，适时适宜地对植株进行灌溉，在不影响植株生长的情况下，提高了灌溉水利用效率，节约水资源。

表5 试验期内光禄镇豌豆植株灌水情况

2.3 不同灌溉方式下植株性状

(1)不同灌溉方式下核桃植株性状。核桃植株在试验期内植株性状表见表6。数据表明，采用不同的灌水方式，植株生长状况不尽一致。从2014年1月5日至2015年1月1日，在株高指标中，滴灌灌溉方式下增加了12.3 cm，人工浇灌方式下增加了11.0 cm；在胸径指标中，滴灌灌溉方式下增加了2.8 cm，人工浇灌的增加了2.6 cm；在节距指标中，在植株定点观测点位，滴灌灌溉方式下增加了0.9 cm，人工浇灌下增加了0.8 cm；在叶片数指标中，2种灌溉中采用人工浇灌的灌溉方式较滴灌在峰值时多了5片叶片。说明采用滴灌灌溉方式，核桃植株在科学合理的灌溉制度指导下，更有利于核桃植株的生长和发育。

表6 试验期内太平镇核桃植株性状

注：表中数值为不同灌溉方式下68株核桃在每次试验下观测值的平均值。

(2)不同灌溉方式下豌豆植株生物量。试验期内共计种植了3季豌豆，每季收获前取6株带回实验室测定结果见表7。数据表明，在根系指标中，采用滴灌灌溉下根系密度较人工浇灌增加了4.67%；在地上生物量指标中，滴灌条件下均比人工浇灌大，鲜重和干重分别较人工浇灌提高了9.23%和6.42%，在地下生物量指标中，采用滴灌灌溉方式鲜重和干重指标较人工浇灌增加了7.80%和5.70%。由于根系是植株汲取土壤养分和水分的重要器官，采用滴灌灌溉方式，能有效增加植株根系密度，促进植株生长，增加植株生物量。

表7 试验期内光禄镇豌豆植株生物量表

注：表中数值为不同灌溉方式下3季豌豆在每次收获前各取6株观测值的平均值±标准差。

2.4 不同灌溉方式下土壤含水量和土壤温度

对核桃和豌豆试验区在试验期内各次观测的土壤含水量和土壤温度值汇总见表8。数据表明，在核桃和豌豆试验区，采用2种灌溉方式，各土层深度处土壤含水量和土壤温度差异不大。说明采用不同灌溉方式，最终到达植株根部附近的水量相当，而土壤温度亦是如此，结合2.2节灌溉水量的相差悬殊，进一步证明滴灌在减少灌水量的同时，而实际最终被植株吸收和利用的水量不会因为灌溉方式的不同而产生影响。

表8 试验期内核桃豌豆试验区土壤含水量和土壤温度

3 结 论

(1)在灌溉水量上，据表2可知，在核桃试验区，采用滴灌灌溉方式是人工浇灌时单次灌水量的1/3，灌溉次数较人工浇灌少了11次，单株年用水量和试验区年总用水量较人工浇灌减少了76.58%。在豌豆试验区，试验期内不同灌溉方式的作物种植次数相同，均为3次，0.133 hm2试验区滴灌比人工浇灌灌溉方式的灌水量减少了78.67%。滴灌较落后的人工浇灌而言，极大节约了紧缺的水资源。针对节水灌溉，很多学者已经作了大量研究：王玉明[4]等人通过对马铃薯膜下滴灌的研究，表明采用更高效的膜下滴灌比露地滴灌马铃薯平均增产26%，水分利用提高28.5%，灌水的平均生产效率提高26%；苏荟[5]通过研究新疆地区采用的高效节水灌溉技术，用计量和模型的方法评价了新疆兵团和新疆地方农业节水灌溉技术选择的绩效，系统阐述了作为我国高效节水灌溉技术利用最全面的新疆在近几十年来所取得成效与经验；贺城[6]等人对现阶段我国范围内的灌溉技术体系现状进行了系统性的总结和概括。

(2)在植株性状上，据表4和表5，在植株品种和苗龄一致的情况下，采用滴灌的灌溉方式较人工浇灌有明显优势。滴灌灌溉方式下核桃株高增加了12.3 cm，人工浇灌方式下增加了11.0 cm；在胸径指标中，滴灌灌溉方式下增加了2.8 cm，人工浇灌的增加了2.6 cm；对豌豆而言，采用滴灌灌溉下根系密度较人工浇灌增加了4.67%，地上生物量指标中，鲜重和干重分别较人工浇灌提高了9.23%和6.42%，在地下生物量指标中，采用滴灌灌溉方式在鲜重和干重指标较人工浇灌增加了7.80% 和5.70%，滴灌较传统人工浇灌有明显的种植优势。

对于不同灌溉方式对植株生长的影响，前人已通过各种研究方法取得了很多研究成果：杜太生[7]和Kang S Z[8]通过对根区研究了对植株产量和生长性状的研究，表明根区交替滴灌技术可以使棉籽产量比常规滴灌处理提高21.1%，总水分利用效率和灌溉水利用效率分别提高17.9%和20.9%；苏永中[9]等人在不同土壤条件下研究了节水灌溉对棉花产量和灌溉水生产力的影响；张耗[10]等人通过研究节水灌溉对抗旱水稻品种产量的影响和生理基础的影响，表明节水灌溉条件下较好的根系性能和地上部植株较强的生理活性是其高产与水分高效利用的重要生理基础。

(3)在土壤含水量和土壤温度指标上，表8数据表明，核桃和豌豆植株种植试验区各土层深度处土壤含水量和土壤温度差异不大。笔者认为，虽然人工浇灌较滴灌灌溉水量大很多，但实际表征出在植株根系附近，2种灌溉方式并无太多差异。

综上表明，在缺水型地区采用滴灌的灌溉方式有助于节约水资源。然而，由于节水灌溉技术实施难度大，资金投入高，管理维护成本高，单纯依靠农民或个别企业资金能力，难以大面积成规模发挥节水灌溉具有的巨大潜力，国家应从政策、资金、管理等方面对节水灌溉进行适当倾斜，才能使节水灌溉技术惠及更多老百姓和小企业。

[1] 许 晴. 大力推进节水灌溉产品创新和深度研发[J].中国农村科技，2014，(11)：25-26.

[2] 陈瀚翔. 节水灌溉系统研究现状及发展对策[J].农机化研究，2014，(9)：265-268.

[3] 黄瑞冬. 植物根系研究方法的发展[J].沈阳农业大学学报,1991,(2):164-168.

[4] 王玉明，张子义，樊明寿. 马铃薯膜下滴灌节水及生产效率的初步研究[J].中国马铃薯，2009，23(3)：148-151.

[5] 苏 荟. 新疆农业高效节水灌溉技术选择研究[D].新疆石河子：石河子大学，2013：6-9.

[6] 贺 城，廖 娜. 我国节水灌溉技术体系概述[J].农业工程，2014，4(2)：39-43.

[7] 杜太生，康绍忠，胡笑涛，等. 根系分区交替滴灌对棉花产量和水分利用效率的影响[J].中国农业科学，2005，38(10)：2 061-2 068.

[8] Kang S Z，Zhang J H. Controlled alternate partial rootzone irigation:its physiological consequences and impact on water use efficiency[J].Journal of Experimental Botany，2004，55(407)：2 437-2 445.

[9] 苏永中，杨 荣，杨 晓，等. 不同土壤条件下节水灌溉对棉花产量和灌溉水生产力的影响[J].土壤学报，2014，51(6)：1 192-1 199.

[10] 张 耗，剧成欣，陈婷婷，等. 节水灌溉对节水抗旱水稻品种产量的影响及生理基础[J].中国农业科学，2012，45(23)：4 782-4 793.