疏勒河流域洋葱膜下滴灌耗水规律及灌溉过程控制研究

李 斌

(甘肃省水利科学研究院，兰州 730000)

0 引 言

疏勒河流域是甘肃省河西走廊的重要组成部分，是中国青藏高原重要的生态保护线[1]。然而，由于疏勒河流域经济社会发展对水资源需求急剧增长，致使下游生态水量锐减，地下水位下降，月牙泉几近干涸，库姆塔格沙漠东侵，莫高窟受到风沙侵害，敦煌绿洲的生态安全遭受到极其严峻的威胁[2]，对河西走廊甚至全西北五省的自然环境生态安全都有着直接或间接的影响。疏勒河流域水资源消耗主要为农业用水，占总用水量的88%以上[3]，而当地农田灌溉的传统方式为大水漫灌，高效节水技术推广应用率较低(2012年全流域现状节水灌溉率仅为32.41%)，水资源浪费严重。此外，疏勒河流域缺乏新兴作物节水灌溉制度，尤其是针对规模化集约高效农业的节水灌溉模式和种植结构模式，如不能科学有效地解决此类问题，随着流域开发的不断深入，水资源短缺的局面将进一步加剧，流域生态风险将逐步加大。

节水灌溉模式包括科学合理的利用水土资源、调整农业种植结构及开展用水管理体制改革、保护流域生态环境等[4,5]。姚娟等人研究了30多年来我国高效节水灌溉技术从无到有、从模仿到自主开发的发展历程，开展了高效节水灌溉技术适应区域评价和灌溉模式研究[7]，杜秀文分析了我国高效节水技术与发达国家之间的差距，黄修桥、李英能等人论述高效节水技术与现代化农业可持续发展的关系[8,9]；肖娟、雷廷武等分别从滴灌条件下土壤湿润体、水分运移规律、水流推进速度等方面研究了滴灌、沟灌、畦灌等灌水技术要素及不同作物耗用水指标[10,11]；李敏敏等人研究发现覆膜可以有效降低土壤水分蒸发，增加农田储水量[12]；韩万海在武威地区开展了膜下滴灌洋葱水分动态变化和耗水量研究[13]，买自珍等人在宁夏开展了喷灌条件下的洋葱灌溉制度研究[14]，郑建华等人在石羊河流域开展了洋葱膜下滴灌试验，建立了洋葱水分生产函数，并对其灌溉制度进行了优化[15]。以上学者的研究对国内节水灌溉模式的发展提供了良好的指导作用，但研究主要集中在新疆、陕西、内蒙等地，在甘肃的河西地区，尤其是疏勒河流域开展的相关工作较少。因此，针对疏勒河流域节水灌溉模式及过程控制的研究尤为迫切。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

试验于2015年4月29日-9月20日在疏勒河流域水资源管理局试验站进行。该区多年平均降水量为39.7～63.5 mm，多年平均蒸发量为2 469.5～2 869.3 mm，平均气温6.94～9.43 ℃，年日照时间3 033～3 246 h，属大陆荒漠干旱型气候。

1.2 试验设计

试验按灌水定额设3个处理(表1)，每个处理设3次重复，共9个小区。小区长3 m、宽20 m，四周设宽度1 m的保护带。全生育期灌水12次，葱苗移栽前5天灌安种水90 mm，移栽后灌定苗水75 mm，之后采用膜下滴灌灌水10次，滴灌带滴头流量2.0 L/h，水泵流量15 m3/h。试验地农田移栽前耙耱、覆膜，种植时采用1膜3管9行，膜宽145 cm，洋葱按行距10 cm、株距10 cm、每穴1株移栽。

此外，按疏勒河流域农户现状灌溉制度设置对照一个(CK)，全生育期灌水12次，移栽前一周浇安种水135 mm，移栽完后3天浇定苗水105 mm，以后每隔12 d浇一次水，共灌水10次，灌水定额为120 mm，总灌溉水量约为1 440 mm。

表1 洋葱膜下滴灌节水型灌溉制度试验设计

1.3 试验观测

(1)观测并记录全生育期温度、降雨(雪)、蒸发、风速等气象因素，记载洋葱的生长发育过程，观察、记录洋葱各个重要生育时期的特征和该时期高峰出现的时间。

(2)土壤含水量。洋葱种植前及种植后每隔10 d采用烘干法测定作物根区土壤水分含量，灌水前后加测1次。测定深度在0～100 cm，每隔10 cm取样一次。

(3)考种、测产。于洋葱出苗后及重要生育期在每个小区中随机选取洋葱5株，测定鲜重、直径及干物质(80 ℃烘干48 h)；作物收获时每个小区任意选择两处1 m2区域进行测产。

2 结果与分析

2.1 土壤水分动态变化规律

图1是滴灌洋葱立苗期(5月19日，灌水前1天)不同水分处理下土壤水分变化，可以看出，常规灌溉CK各层土壤含水量均高于其他处理。各处理的土壤含水量以50、70 cm处的两个转折点为界，呈现出先减小，后增大，再减小的趋势。其原因是洋葱在立苗期植株低、叶面积小，导致蒸腾作用弱，同时土壤蒸发强烈，因此土壤水分损失集中在0～30 cm土层，同时由于铺覆了地膜，起到了良好的保墒效果，棵间蒸发所引起的水分散失比不铺地膜的种植方式小得多，故膜下滴灌上层0～30 cm含水量较大，中层30～50 cm含水量较小；50～70 cm土层含水量增大是由于前期土壤底墒水分保持较高水平所致，70～90 cm土层含水量维持在一个较为接近的水平，说明洋葱根系较浅，作物生长对深层水分变化影响不大。利用多点采样求平均值方法，计算得出洋葱立苗期各处理根系层平均土壤含水率分别为17.08%、19.12%、20.46%、21.66%。

图1 立苗期不同处理土壤水分分布图

图2 旺长期不同处理土壤水分分布图

图2是滴灌洋葱旺长期(6月17日，灌水前1天)不同水分处理下土壤水分变化。可以看出，各处理的土壤含水量随着灌溉水量的增加而增加，以30、50、70 cm处的三个转折点为界，呈现出先增大，后减小，再增大，再减小的变化趋势。这主要是因为旺长期作物生长发育快，同时根系较为集中，水分被大量吸收，故上层0～20 cm土壤含水量小；旺长期植株蒸腾作用较强，促使中层30～50 cm土壤水分上移，导致30 cm处土壤含水量出现第一个高峰值，50 cm处土壤含水量出现低峰值；50～70 cm土层含水量增大是由于前期土壤底墒水分保持较高水平所致，70～90 cm土层含水量维持在一个较为接近的水平，说明洋葱根系较浅，作物生长对深层水分变化影响不大，与立苗期土壤水分变化结果相一致。利用多点采样求平均值方法，计算得出洋葱旺长期各处理根系层平均土壤含水率分别为15.20%、16.74%、20.30%、22.38%。

图3是滴灌洋葱鳞茎膨大期(7月25日，灌水前1天)不同水分处理下土壤水分变化，可以看出，不同处理各土层土壤含水量变化趋势与旺长期基本一致，以30、50、70 cm处的三个转折点为界，呈现出先增大，后减小，再增大，再减小的变化趋势。同时，各处理10～50 cm土壤含水量与旺长期相比均有不同程度的减少，0～20 cm段土壤含水量变幅最大，DG1、DG2、DG3、CK四个处理含水量分别降低0.58%、0.74%、3.06%、5.84%，原因是该生育期是洋葱枝叶茂盛、根系最发达的生长发育阶段，是关键期，对水分需求量增大，是洋葱耗水量最大的生育阶段。70～90 cm土层含水量维持在一个较为接近的水平，变化趋势与立苗期、鳞茎旺长期基本一致。利用多点采样求平均值方法，计算得出洋葱鳞茎膨大期各处理根系层平均土壤含水率分别为15.95%、17.49%、19.48%、21.08%。

图4是滴灌洋葱鳞茎盛膨大期(8月27日，灌水前1天)不同水分处理下土壤水分变化。可以看出，各处理土壤含水量以50、70 cm两处转折点为界，呈现出先增大，后减小，再增大的变化趋势，同时10～50 cm土壤含水量与旺长期相比均有不同程度的增加，这主要是鳞茎盛膨大期洋葱生长发育放缓，植株蒸腾作用减少，作物需水量降低的原因。70～90 cm土层含水量维持在一个较为接近的水平，说明洋葱根系较浅，作物生长对深层水分变化影响不大，与立苗期、旺长期、鳞茎膨大期土壤水分变化趋势相一致。利用多点采样求平均值方法，计算得出洋葱鳞茎盛膨大期各处理根系层平均土壤含水率分别为17.17%、18.87%、21.24%、22.99%。

图3 鳞茎膨大期不同处理土壤水分分布图

图4 鳞茎盛膨大期不同处理土壤水分分布图

2.2 洋葱耗水规律

由于试验区常年平均地下水位约为15 m，故计算作物耗水量时不考虑地下水补给量和田间排水量。考虑到疏勒河流域蒸发大、降雨少的气候特点，一般只将≥5 mm的降雨作为有效降雨。

2.2.1 生育期降水分析

图5是2015年洋葱生育期降雨分布图。洋葱全生育期总降水量为25.90 mm，仅占疏勒河流域多年平均降水量57.50 mm的45.04%。其中9月份没有降水，7月份降水2.00 mm，5月、6月分别降水4.70 mm和5.20 mm(占全生育期降水量的18.15%和20.08%)，8月份降水最多，为14.00 mm，占全生育期降水量的54.05%。

洋葱全生育期内有效降水仅有一次，为8月21日，降水量7.90 mm，占全生育期降水量的30.50%，其余降水均小于5 mm，为无效降水。

图5 生育期降雨分布图

2.2.2 生育期耗水量分析

通过田间土壤含水量测定，利用水量平衡方程公式计算洋葱膜下滴灌不同处理各个阶段和全生育期的耗水量及其耗水特性，结果详见表2和图6。

由表2和图6可知，洋葱不同生育阶段需水量明显不同，耗水量随灌溉水量的增大而增大，且CK与膜下滴灌各处理之间均存在显著性差异。在立苗期，洋葱植株较小，水量消耗以棵间蒸发为主。在旺长期，耗水量与立苗期相比，有着明显增加，原因是洋葱叶面生长到了顶点，处于营养发育强烈的阶段，同时该阶段温度升高，洋葱生长所消耗的水分也越来越多，水量消耗以植株蒸腾作用为主，此时增加灌溉水量有利于作物发育。在鳞茎膨大期，各处理之间耗水量差异最大，随着洋葱到达生长发育高峰期和气温的逐渐升高，耗水量也达到全生育期的最高峰值，此阶段是洋葱生长的关键时期，也是作物生理需水最强的时期，此时增加灌水量对洋葱产量有着显著提升的作用。在鳞茎盛膨大期，也就是洋葱的生长后期，随着作物营养生长的逐渐减弱，耗水量比鳞茎膨大期有所下降，但由于该生育期时段较长，气温较高，阶段需水量达到第二个高峰值。

表2 不同灌水处理下洋葱耗水特性表

图6 不同处理下洋葱膜下滴灌生育期耗水规律

2.2.3 生育期耗水强度分析

由表2和图7可以看出，旺长期洋葱各处理日耗水强度最大，鳞茎膨大期日耗水强度与旺长期接近，相差不大，这是因为旺长期与鳞茎膨大期均属于洋葱生长发育强烈的阶段，同时气温较高，植株蒸腾与地面蒸发作用强烈，耗水强度大；立苗期洋葱各处理日耗水强度最小，这是因为立苗期洋葱发育缓慢，同时气温较低，植株蒸腾与地面蒸发作用弱，耗水强度小。

图7 不同处理下洋葱膜下滴灌日耗水强度变化

2.2.4 生育期耗水模数分析

由表2和图8可知，鳞茎膨大期各处理耗水模数最大，均在30%以上，这是因为该阶段是洋葱鳞茎体积和重量生长关键时期，作物处于营养生殖的活跃阶段的缘故；鳞茎盛膨大期各处理耗水模数次之，该阶段洋葱基本上已停止发育，需水量较小，但由于该生育期时间较长，故耗水模数较大，均高于25%；旺长期各处理耗水模数稍大于立苗期，两者均在20%左右，原因是旺长期虽然处于洋葱株高、茎粗生长发育的关键期，但该阶段温度较低，时间较短，而立苗期水分只是满足洋葱根系发育和光合速率的提高，作物生长发育缓慢， 故两个生育期各处理耗水模数最低。

图8 不同处理下洋葱膜下滴灌各生育期耗水模数变化

2.3 产量及水分利用效率

2.3.1 洋葱产量

由表3可知，洋葱膜下滴灌试验各处理随着灌水量的增大，产量呈现先增大后减小的变化趋势。处理DG2灌水定额36 mm、灌溉定额525 mm时，产量最高，为112 560 kg/hm2，与农户种植方式CK相比，产量提高23.62%，且节水优势明显。

表3 膜下滴灌条件下不同处理洋葱产量特性表

2.3.2 水分利用效率

由表3可知，洋葱水分利用效率呈单峰曲线，并且各试验处理之间的水分利用效率存在着较大的差异。洋葱膜下滴灌试验处理水分利用效率最高达到了21.44 kg/m3，是DG2试验处理；最低为6.32 kg/m3，是常规灌溉CK试验处理。

2.4 节水型灌溉制度

根据洋葱各生育阶段的耗水规律及产量、水分利用效率等试验结果，考虑流域实际情况以及农户接受程度，制定膜下滴灌方式下的洋葱节水型灌溉制度，详见表4。

表4 疏勒河流域滴灌条件下洋葱节水型灌溉制度

3 洋葱规模化集约高效灌溉过程控制技术

3.1 品种选择与农艺过程控制

(1)品种选择。经过比较优选，在疏勒河流域推荐种植长日型洋葱品种，属于大球型品种，综合性状优良，具有色亮、皮薄、形状好的特点，抗病虫害能力强，适合长期贮存，运输过程中不易掉皮，最主要的是产量高，品质好。经调查研究，结合疏勒河流域种植习惯，推荐福星、富农、金帝等品种作为流域种植的第一选择。

(2)土壤标准。洋葱种植对土壤的要求较高，要选择符合无公害标准，土质肥沃、疏松的中性土壤为宜，同时应具备地势平顺、灌水方便等条件。考虑作物倒茬的影响，应选择在2～3年间没有种植过葱蒜类作物的农田。洋葱种植前要清除农田内的枯枝残叶，精耕细耙，有条件的可施农家肥75 m3/hm2，或者施磷酸二铵35 kg左右。定植前根据土壤实际情况，若墒情较差，可提前5天浅浇水1次，每公顷约900 m3左右。

(3)壮苗标准。移栽葱苗标准以株高15～20 cm为宜，葱苗假茎粗6～8 mm，有3～4片叶，重4～6 g，苗龄在55～70 d。为了使葱苗定植以后尽早生根发芽，一般采取的措施为喷施磷酸二氢钾叶面肥，时间约在葱苗移栽前15 d左右。

(4)覆膜。铺覆地膜之前，要先浇水，保证农田有足够的墒情，待农田表面没有积水时喷施33%除草通，用量一般为1 500 mL/hm2，均匀的喷施到农田后再开始铺覆地膜，可有效防止杂草生长。铺覆地膜时用力要均匀，速度适中，不宜过快，确保将地膜压土覆平。(注意：在铺地膜时要选择无风的天气进行，否则会因为刮风而导致地膜破裂，影响作物生长。)

3.2 灌溉技术与灌溉制度过程控制

(1)灌溉技术选择。根据国家政策发展方向、支持力度、增产效果、节水量，结合流域实际情况及农户接受程度，推荐膜下滴灌作为流域洋葱首选灌溉技术。在一些生产条件薄弱，财政困难，农户接受程度低的地区可根据实际情况考虑覆膜管灌技术。

(2)膜下滴灌灌溉过程控制。洋葱膜下滴灌种植方式下，休闲期农田要深耕，同时为保证来年墒情，考虑农户种植习惯，结合疏勒河流域气候因素，农田要进行冬灌，灌水量为150 mm。葱苗移栽前5天灌安种水90 mm，移栽后灌定苗水75 mm，试验地农田移栽前需耙耱、覆膜，选用水泵流量为15 m3/h，滴头流量2.0 L/h。洋葱膜下滴灌生长期灌水10次，灌水定额为36 mm，时间分别为立苗期2次，旺长期2次，鳞茎膨大期3次，鳞茎盛膨大期3次。全生育期灌水共12次，灌溉定额为525 mm。

3.3 追肥措施与病虫害防治过程控制

(1)追肥措施。洋葱是一种喜肥的作物，但其根系吸收肥料的能力却比较弱，因此需要根据长势和种植经验适量追肥。膜下滴灌可考虑使用有机液体肥，推荐使用新疆汇通生产的旱地龙液体生态肥。洋葱生育期追肥4次，立苗期、旺长期、鳞茎膨大期、鳞茎盛膨大期各施液体肥一次，用量为150 kg/hm2(半桶)，经测算产量，液体肥增产效果明显。

(2)病害防治措施。紫斑病、霜霉病和软腐病是洋葱常见的几种病害。防治软腐病，要及时发现，在病害初期选用77%可杀得可湿性粉剂500～600倍液喷雾等，每间隔4～7 d喷药一次，连续喷2～3次即可有效防治洋葱软腐病。霜霉病和紫斑病在病害初期就需要及时预防，可使用75%百菌清可湿性粉剂500～600倍液，每隔7～10 d就进行一次喷药，连续喷2～4次即可有效防治霜霉病和紫斑病。

(3)虫害防治措施。洋葱的虫害主要是葱蓟马和葱蝇。防治葱蓟马，要在幼虫发生期就高度重视，可使用十三唑灵10 g加上致胜180 g，勾兑60kg水融化后喷洒到葱苗上，一般需要喷2～3次，每次间隔时间8 d左右。葱蝇的防治与葱蓟马的防治有所不同，可在成虫羽化盛期，使用2.5%的溴氰菊酯乳油喷雾到葱苗上；还可以使用3%地虫杀星颗粒剂，一般用量为15 kg/hm2，浇水灌溉时推散到农田，每隔10 d灌一次，连续2次即可有效防治葱蝇。

3.4 收获、保存与销售过程控制

洋葱成熟期一般在9月，根据经验，成熟的洋葱有如下特点：一是洋葱基部的叶片已经枯黄，但上部的叶片仍呈现绿色；二是洋葱假茎失水松软，地上部倒伏；三是洋葱外层的鳞片呈角质化。

洋葱收获过早容易腐烂，这是因为其鳞茎部分尚未完全成熟，含水量较高而导致的；收获过晚，叶面干枯，同时洋葱在地下时间过长，容易引起茎盘腐烂和裂球。为采收方便，洋葱收获前10 d尽量不要浇水灌溉。采收应选择天气晴朗的日子，拔出整株，保持洋葱品相完整，抖落干净泥土，有条件的可以在晾晒场原地晾晒，一天后待鳞茎表皮干燥，剪掉假茎上部的茎叶，然后根据大小、品相分级分类，一般装入尼龙袋，码垛整齐后待售或放入冷库贮藏。

4 结 语

本研究通过对膜下滴灌条件下洋葱生育期耗水强度、耗水模数、耗水规律及产量、水分利用效率分析研究，得出的洋葱膜下滴灌节水型灌溉制度合理高效，符合流域实际情况，与当地农户种植模式相比，节水效果、增产效益显著；同时考虑农业因素，配套作物品种选择、种植技术等农艺措施，采用新型施肥、喷药技术等，结合节水型灌溉制度等水利因素，提出了科学合理的、适合流域发展需要的规模化高效集约农业灌溉过程控制技术体系，结合国家实施的《敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划》，可以有效指导当地农户进行种植实践，一可增产增收，提高农户收入水平，二来节约的水量可补偿生态用水，改善日益脆弱的生态环境，保护下游的敦煌绿洲，促进人与自然和谐相处。

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