低压微喷对小麦、玉米产量和水分利用效率的影响

梁哲军，王玉香，董鹏，张冬梅，杨印斌，南雪琴，齐宏立，赵海祯，席天元

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

低压微喷对小麦、玉米产量和水分利用效率的影响

梁哲军，王玉香，董鹏，张冬梅，杨印斌，南雪琴，齐宏立，赵海祯，席天元

（山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000）

在大田条件下，设置小麦、玉米不同灌溉量和灌溉时期的组合模式，对低压微喷条件下冬小麦、夏玉米产量、周年水分利用效率、经济效益进行分析。结果表明，与传统漫灌相比，低压微喷灌溉可以提高水分利用效率、灌溉水分利用效率和作物千粒质量，延缓灌浆后期叶片SPAD值的下降速度；测墒补灌结合低压微喷模式（S3）作物周年产量与对照间差异不显著（P＞0.05），但水分利用效率较对照显著提高32.8%（P＜0.05），灌溉水分生产效率较对照显著提高54.8%（P＜0.05），经济效益比对照提高10.5%。在此试验条件下，测墒补灌结合低压微喷（S3）为最优灌溉模式。

低压微喷；测墒补灌；周年；水分利用效率

微喷灌溉技术具有投资低、节水、安装使用简单、抗堵塞能力强等优势，在果园、设施农业中逐渐被推广使用[1-3]。在高密度作物小麦的应用中，通过选择适宜喷射角度[4]、微喷带长度[5]、微喷频率[6]，可以提高灌水均匀性，提高小麦千粒质量和产量[7]，提高水分利用效率和灌溉水分利用效率[4-8]。有研究表明，喷灌可以改善农田小气候[8]、延缓叶片衰老[6]、降低叶片蒸腾速率[9-10]、提高小麦叶片光合效率[11]；喷灌可以提高玉米水分利用效率[12-13]、降低土壤水分变化幅度，提高20～60 cm土层土壤含水量[14]。目前，在山西南部小麦、玉米一年两作区，传统漫灌模式需要灌溉5～6次，灌水总量为8000～10000 m3/hm2，水资源消耗量较大。而且近几年来，人工劳动成本提高，增加了作物生产成本。采用微喷水肥一体化技术可以实现水、肥精量控制，降低作物生产成本。

本试验研究了在冬小麦、夏玉米轮作体系中，综合考虑土壤墒情和作物不同生育时期对土壤水分需求条件下，结合测墒补灌技术的最优微喷灌溉制度，以期为微喷灌溉技术的推广提供理论支持。

1 材料和方法

1.1 试验概况

试验于2014年10月至2015年10月在山西省农业科学院棉花研究所杨包试验农场进行。试验区年降雨量平均为532.6 mm，主要分布在7—9月；2014年10月至2015年10月共降雨433.4 mm（图1）。

供试土壤为黏土，播前测定0～40 cm土层养分含量，有机质28.1 g/kg，全氮0.72 g/kg，碱解氮42.5 mg/kg，速效磷68.1 mg/kg，速效钾214.6 mg/kg。灌溉使用井灌，出水量为45.1 m3/h，输水主管道PVC管埋于地下60 cm，田间每隔35 m留2个出水口。

1.2 试验材料

小麦供试品种为舜麦1718，玉米供试品种为郑单958。

1.3 试验设计

试验共设4个处理：以运城地区小麦、玉米现行漫灌制度平均年灌溉量9 000 m3/hm2作为微喷足额灌溉S1，S2为微喷减量灌溉，S3为微喷测墒补水灌溉（作物不同生育时期测土深度及补灌标准如表1所示），CK为漫灌。灌溉量为实际灌溉量，4次重复，小区面积为35.0 m×2.5 m，各小区随机排列，每个小区安装水表与阀门控制灌溉量。具体试验设计如表2所示。

表1 小麦、玉米不同生育期土壤含水量补灌标准

表2 不同处理灌溉量m3/hm2

冬小麦于2014年10月16日播种，播量统一为150 kg/hm2，采用等行种植，每小区10行，6月11日收获。冬小麦小区正中间放置一根微喷带，喷射角度为80°，喷射高度为1.2 m，喷辐为1.5 m，支管压力为0.4 MPa，毛管压力为0.02 MPa。

夏玉米于2015年6月15日播种，采用宽窄行种植（60 cm＋80 cm），五叶期统一留苗6万株/hm2，10月12日收获。微喷带放置于宽行中，喷射角度为60°，喷射高度为0.8 m，喷辐为1.0 m，支管压力为0.4 MPa，毛管压力为0.01 MPa。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤水分及补充灌溉量计算根据作物生育时期灌溉指标所需测定土层深度，土钻取每30 cm土层混合均匀后取样，采用烘干法计算土壤含水量，灌溉量用水表控制。

灌水量mi（mm）＝ρbH（βi－βj）[15]（1）

式中，H为第i土层计划灌溉土层深度（cm），ρb为土层平均容重（g/cm3），βi为设计田间含水量，βj为灌溉前土壤含水量。

1.4.2 生物量及产量于小麦收获期每小区随机选取5点，每点收获1 m2地上部分，测定干物质量及穗数、穗粒数、穗行数、千粒质量。

于玉米收获期每小区随机选取5点，每点收获连续10株地上部分，测定干物质积累量及穗数、穗粒数、穗行数、千粒质量。

1.4.3 水分利用效率全生育期耗水量ET（mm）＝播前土壤储水量（mm）＋生育期间自然降水量P（mm）＋灌水量（mm）－收获期土壤储水量（mm）；水分生产效率（Water UseEfficiency，WUE，kg/（m3· hm2））＝籽粒产量/全生育期耗水量；灌溉水分生产效率（Irrigation water use efficiency，IWUE，kg/（m3· hm2））＝籽粒产量/灌水量。

1.5 数据处理

采用SPSS 18.0统计分析软件分析处理，用Microsoft Excel 2010软件进行数据计算和绘图。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉模式对作物产量、产量结构、收获指数的影响

不同灌溉处理对作物产量、产量结构、地上部生物量影响结果不同（表3），其中，小麦微喷模式中，S1（足额微喷）、S3（测墒补灌）处理与传统漫灌模式穗粒数差异不显著，S2穗粒数显著低于CK；S1，S3处理千粒质量显著高于CK，S2千粒质量则显著低于CK；S1，S3处理单位面积穗数与CK间差异不显著，S2处理单位面积穗数显著降低；4个处理中，S1处理籽粒产量比CK增产4.4%，S3比CK增产0.2%（P＞0.05），S2则较CK显著降低。

玉米生长季中，S2穗粒数显著低于其他3个处理，主要是由于行粒数显著降低的缘故；S1产量比CK增加10.0%（P＜0.05），S3产量与CK间差异不显著（P＞0.05），S2比CK减产37.2%（P＜0.05）；4个处理中，S1玉米千粒质量显著高于其他3个处理，S3与CK间差异不显著；收获时4个处理间单位面积有效穗数差异不显著。

从表3还可以看出，微喷灌溉模式下小麦、玉米收获指数均显著高于漫灌模式。

表3 不同灌溉处理对小麦、玉米产量及地上部生物量的影响

2.2 不同灌溉模式对水分利用效率的影响

对小麦生长季、玉米生长季周年WUE进行分析，结果如图2所示。由图2可知，在小麦生长季4个处理中，微喷测墒补灌模式（S3）WUE显著高于其他3个处理，S3的WUE较CK提高42.3%（P＜0.05）；S1，S2的WUE分别较CK提高25.6%（P＜0.05）和22.5%（P＜0.05）。在玉米生长季中，S3模式WUE仍显著高于其他3个处理（P＜0.05），但S2模式WUE比CK降低了4.33%（P＞0.05），可能是由于亏缺灌溉导致产量显著下降的缘故。在周年作物生产中，微喷测墒补灌模式（S3）WUE显著高于其他3种模式，比传统漫灌模式（CK）提高32.8%（P＜0.05 ）。

对小麦生长季、玉米生长季周年IWUE进行分析表明，3种低压微喷模式均显著高于传统漫灌模式。在小麦生长季中，S1，S2，S3的IWUE分别比CK提高33.3%，64.4%，74.4%；在玉米生长季中，S1，S2，S3的IWUE分别比CK提高18.6%，35.3%，44.7%；周年IWUE，S3比CK提高54.8%（P＜0.05）（图2）。

2.3 不同灌溉模式对叶片叶绿素含量的影响

从4月30日开始，每隔7 d测定一次不同灌溉模式小麦旗叶的SPAD值（图3）。由图3可知，漫灌模式CK在5月14日（灌浆中期5月18日）旗叶SPAD值与S1，S3模式之间差异不显著，在5月21日显著下降，分别比S1，S3下降50.6%（P＜0.05），38.4%（P＜0.05）；由于水分胁迫原因，S2模式小麦旗叶SPAD值不同时期均低于其他几个处理，其变化趋势与CK模式相同（灌浆中期后快速下降）；S1，S3模式旗叶SPAD值快速下降期滞后于CK和S2，5月28日测定时，S1，S3模式小麦旗叶SPAD值与CK间差异不显著（P＞0.05）。

不同灌溉模式玉米灌浆后穗位叶SPAD值变化趋势与小麦基本相同，其中，S1，S3模式穗位叶SPAD值快速下降期滞后于CK和S2。

以上分析表明，S1，S3低压微喷模式可以延缓灌浆后期小麦旗叶、玉米穗位叶SPAD下降趋势。

2.4 不同灌溉模式下的效益分析

对不同处理周年效益进行分析表明，S1，S3处理与CK总收入差异不显著（P＞0.05）（图4），S2显著低于CK。去除灌溉成本收入，S1，S3处理显著高于CK，主要是由于漫灌成本高达9 535.1元/hm2，分别比S1，S3处理高34.3%，22.4%；S2处理尽管灌溉成本仅为4 880.0元/hm2，但由于周年粮食产量较低，导致总收入和去除灌溉成本收入显著低于CK；低压微喷S1，S3处理分别比CK去除灌溉成本收入增收4 669.5，2 756.2元/hm2。

对灌溉成本进行分析，低压微喷模式S1，S2，S3灌水费用比传统漫灌分别降低了15.1%，49.0%，30.3%，人工费用分别降低了57.5%，74.5%，65.1%，灌溉成本分别降低了22.4%，48.8%，34.3%。

综合经济效益和节能降耗2个方面的因素得出，S3模式（测墒补灌+低压微喷）具有较好的应用前景。

3 结论与讨论

低压软带微喷在目前农业生产中具有投资小、易操作、节水、省工等诸多优点。本研究在2014—2015年试验中，将小麦、玉米周年生产土壤水资源作为一个整体考虑，结合测墒补水技术，使土壤水库和降雨资源得到更有效利用。其中，S3土壤水分利用效率（WUE）分别比漫灌（CK）和微喷充分灌溉（S1）提高32.8%，10.4%。

在本研究中，低压微喷模式可以延缓灌浆后期小麦旗叶、玉米穗位叶SPAD下降趋势，与前人研究结果一致[6-7]。

本研究同时也发现，低压软带微喷模式在一年两季生产区，小麦、玉米对微喷的喷射角度、幅度要求不同。在出水量为40 m3/h左右的传统井灌区，输水主管道压力达到0.4 MPa，支管压力为0.02 MPa，小麦要求喷射仰角70°～80°，喷辐为1.5 m，喷射最高点达到1.2～1.5 m，支管铺设长度≤50 m，基本可保证灌溉均匀度。夏玉米要求喷射仰角50°～60°，喷辐为1.5 m，喷射最高点达到0.8～1.0 m，支管铺设长度≤50 m，基本可保证灌溉均匀度。

采用微喷技术主要是实现微灌水肥一体化，因此，下一步研究将主要集中在微灌模式下水肥周年高效利用与作物产量形成方面。

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Effects of Low Pressure Micro-sprinkling Irrigation on Yield of Winter Wheat and Summer Maize and Water Use Efficiency

LIANGZhejun，WANGYuxiang，DONGPeng，ZHANGDongmei，YANGYinbin，NANXueqin，QI Hongli，ZHAOHaizhen，XI Tianyuan
（Institute ofCotton，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Yuncheng044000，China）

The field experiments with low pressure micro-sprinkling irrigation（LSPMSI）were conducted to evaluate the annual grain yield,water use efficiency and benefits under winter wheat and summer maize rotating system.In 2014-2015,different micro-sprinkling irrigation water applied at different stage of winter wheat and summer maize.The results showed that LSPMSI could improve water use efficiency（WUE）and irrigation water use efficiency（IWUE）,increase thousand grain quality and delay the SPAD value decreased rate in late filling stage,compared with the flooding irrigation（CK）.There was no significant difference（P＞0.05）in grain yield between S3（combination technique of supplement irrigation based on testing soil moisture）with MSI and CK.However,the WUE and IWUE of S3 were higher 32.8%（P＜0.05）and 54.8%（P＜0.05）than CK,respectively,the economic benefit of S3 enhanced 10.5%than CK.The S3 was optimized irrigation model in this experimental condition.

micro-sprinklingirrigation;supplement irrigation based on testingsoil moisture;annual;WUE

S275.5

A

1002-2481（2016）09-1272-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.09.10

2016-04-15

国家公益性行业（农业）科研专项（201203031）；山西省科技攻关项目（20150311002-6）；山西省回国留学人员科研资助项目（2015-115）

梁哲军（1973-），男，山西临猗人，副研究员，博士，主要从事抗旱节水及农业资源高效利用研究工作。