不同节水措施下玉米灌溉制度及其产量研究

赵宣　韩霁昌　王欢元　张扬　孙婴婴

摘要：通过设置6种不同的灌溉措施，即沙地正常灌溉（T1）、喷灌（T2）、滴灌（T3）、复配土（T4）、復配土+喷灌（T5）、复配土+滴灌（T6），结合玉米不同生长时期需水量的特点，研究不同灌溉方式以及灌溉制度对玉米产量的影响，以期找到可以在陕北沙地大面积推广的节水灌溉措施。研究结果表明，相对于T1的灌水定额，T2和T3处理分别节水30%和35%；在T4处理下，已经达到滴灌措施下的节水效果；T5和T6处理下的灌水定额分别比T1处理下的减少了54%和58%。T1处理下，该地区灌溉期水资源平衡差为负值，而T2、T3、T4、T5、T6处理下水资源平衡差均为正值，分别为454.95万、604.95万、604.95万、1 204.95万、1 279.95万m3/（a·hm2）。从产量来看，T6和T5处理下玉米每公顷产量比T1分别高出4 275 kg和3 825 kg，增产了76%和68%。复配土+喷灌和复配土+滴灌这两种综合节水灌溉措施是可以在陕北沙地大面积推广的。

关键词：灌溉方式；灌溉制度；节水措施；玉米；产量；陕北

陕北沙地地表水资源和地下水资源短缺，气候干燥少雨，蒸发量大，且降水量在年内分配极不均衡。采用适宜的节水措施，提高水分利用效率，已经成为陕北沙地可持续发展的必要条件。以色列、美国、印度、荷兰、澳大利亚、埃及等国家主要通过采用管道输水技术把输水损失减少到最低、大力开辟新水源、培育节水高产新品种、制定科学的灌溉制度、建立有效的节水灌溉管理系统、建立高标准的水利和防洪设施、建造玻璃温室、制定发展旱作节水农业的支持政策、建立完备的节水农业立法、实施旱作农业等，达到水资源可持续利用。国内主要采用小块灌溉、限额灌溉、模式化种植、成膜覆盖节水、化学节水、生物节水、低压管道输水灌溉技术、喷灌和滴灌技术、旱作农业技术推广等措施，实现水资源可持续利用。

陕北是陕西省的第二大粮仓，为确保陕北沙地可持续利用和农业高产稳产，亟待发展适宜于陕北沙地的高效节水灌溉制度。目前，陕北有大面积的砒砂岩与沙复配土，这种复配土种植作物，可以高产稳产，玉米产量最高可达8 750 kg/hm2。本试验主要研究基于砒砂岩与沙复配成土沙地整治技术的玉米节水灌溉制度，以期找到可以在陕北沙地大面积推广的高效节水灌溉措施。

1材料和方法

1.1研究区概况

试验点设在毛乌素沙地榆林市榆阳区小纪汗乡大纪汗村。榆阳区位于陕西北部，毛乌素沙地南缘，无定河中游，高程1 206-1 215 m。试验区属典型中温带半干旱大陆性季风气候区，降水时空分布不匀，气候干燥，冬长夏短，四季分明，日照充足，春季多风干旱，秋季温凉湿润。年均气温8.1℃，≥10℃积温3 307.5℃，且持续天数为168 d。多年平均无霜期154 d，多年平均降水量413.9 mm，60.9%的降水集中在7-9月，雨热同期。年极端降水量最大为695.4 mm（1964年），最小为159.6 mm（1965年）；日最大降水量为141.7 mm（1951年8月15日）。年平均日照时数2 879 h。

1.2试验设计

本试验于2015年4月10日开始播种。10月8日收获。设置6个不同处理的小区，分别为沙地正常灌溉、喷灌、滴灌、复配土、复配土+喷灌、复配土+滴灌。每个小区规格为15 m×12 m。沙地正常灌溉下的灌溉制度是指在不考虑任何节水措施、高效节水灌溉制度的前提下，作物在播种前和全生育期进行地面灌溉时所实施的灌溉制度，包括灌溉定额、灌水定额以及灌水次数。根据《陕西省行业用水定额》中陕北地区长城沿线风沙滩区（包括定边、靖边、横山、榆林、神木、府谷）农作物的用水定额，本次试验考虑干旱期75%保证率情况下作物的灌溉定额，充分灌溉下玉米灌溉定额为3 675 m3/hm2，非充分灌溉下玉米灌溉定额为2 325 m3/hm2，考虑当地水资源情况，本次玉米灌溉定额取两者的平均值，为3 000 m3/hm2，一个试验小区的灌溉定额为54 m3。砒砂岩与沙复配土具有保水和节水的特性，保水时间一般为7 d，按照每次15 m3/hm2的水量滴灌，可以利用7 d左右，推算出水量利用系数约为0.86，在复配土种植作物的条件下灌溉定额要乘以折减系数，根据比拟法，计算得到折减系数约为0.65，即复配土的灌溉定额=地面灌溉定额x0.65。

1.3测定项目与方法

测定项目为地上部分干物质量和产量。作物全部收获后测定其实际产量和干物质量。

2结果和讨论

2.1不同节水措施下的灌溉制度

本试验玉米的生育期分为播种期、幼苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期。根据玉米不同生育期需水量的不同，设定不同的灌水定额，详细的灌溉制度见表1。由表1可知，玉米在灌浆期需水量最大，占整个生育期需水量的43%，而播种期需水量是最小的，仅占整个生育期需水量的8%。在不同的节水灌溉措施下，同一生育期的灌水定额也不同。刘玉洁等认为不同的灌溉定额和灌水时间会影响玉米的生长和产量，当灌溉定额相同时，灌水次数的变化对产量有较大影响；相同的灌水次数下，适当增加灌溉定额在一定程度上可增加作物产量，但灌溉定额超过一定值之后，产量并无显著提高。刘一龙等认为相同的灌溉定额下，不同的灌溉次数也会对产量有影响，从兼顾产量和节水的角度分析，灌溉定额为600 m3/hm2、灌溉4次的处理是比较适宜的灌溉制度。综合考虑作物产量、WUE（水分利用率）因素，胡铁民等认为灌溉定额600m3/hm2、在作物苗期-拔节期、拔节期-抽雄期、抽雄期-灌浆期进行3次灌水的灌溉制度为最优。本试验研究的重点在于寻找最适宜的节水灌溉措施，对每个处理下的灌溉制度的研究将会是后续研究的重点。

2.2在不同措施下玉米的灌溉定额对比

由表2可知，玉米的灌溉定额在T2和T3处理下分别节水30%和35%，基于砒砂岩与沙复配成土技术处理（T4）下的节水效果与滴灌措施下的节水效果相当，证明采用复配土种植，可以作为一种节水措施，可以在陕北大面积推广。而基于砒砂岩与沙复配成土技术与喷灌或滴灌措施相结合下的节水效果更显著，玉米的灌溉定额在T5和T6措施下分别比沙地正常灌溉的灌溉定额减少了54%和58%。

2.3玉米在不同节水措施下的产量对比

本试验中不同处理措施下的玉米产量见表3。

从表3可知，T6处理下玉米的产量最高，其收获指数也是最高的。T6和T5处理下的玉米产量比T1处理下的分别增加了76.0%和68.0%。由此可见灌溉方式对玉米的产量有着显著影响，滴灌处理下玉米产量比喷灌处理下的高，复配土下的产量和滴灌处理下的接近，复配土+喷灌和复配土+滴灌两种处理下，产量明显高于其他处理的，说明复配土+喷灌和复配土+滴灌这两种节水灌溉措施可以在陕北沙地大面积推广。李漫认为与常规漫灌相比，膜下滴灌和无膜滴灌都可以显著提高玉米的产量。魏育国等的研究也得出相似结论，滴灌、喷灌和漫灌3种灌溉方式中滴灌最有利于春玉米干物质积累，籽粒重和百粒重呈现为滴灌>喷灌>漫灌，且差异显著（P<0.05）。王雯等研究了膜下滴灌（MG）、露地滴灌（DG）、沟灌（GA）、交替隔沟灌（JG）、漫灌（cK）5种灌溉方式对春玉米产量的影响，得出膜下滴灌处理的春玉米增产节水效果显著，其产量和水分生产率均显著高于其他处理的。本试验结果与李漫、魏育国、王雯等人的研究结果一致，在各处理下，玉米的收获指数在0.37～0.42之间，在T6处理下的收获指数最高，为0.42。

2.4不同节水措施下供需水量平衡分析

采用不同节水措施后，研究区的灌溉需水量大大减小，可以对整个研究区水资源平衡产生积极影响。研究区近60 a灌溉期平均降水量为290.6 mm，可开采量为2 004.60万m3/（a·hm2），井灌回归补给量为550.35万m3/（a·hm2）。对不同节水措施下的水资源平衡情况进行计算，结果见表4。从表4可以看出，沙地正常灌溉措施下，供需平衡差为负值（-445.05万m3/（a·hm2））。相比沙地正常灌溉措施，各节水措施下灌溉期的供需平衡都变为正值，T2、T3、T4、T5和T6处理下水资源供需平衡差分别为454.95万、604.95万、604.95万、1 204.95万、1 279.95万m3/（a·hm2），说明节水灌溉措施对水资源平衡产生了积极的影响。

3结论

（1）基于砒砂岩与沙复配成土技术和现代节水灌溉措施的节水效果显著。玉米的灌水定额在T2和T3措施下分别比T1节水30%和35%：在基于砒砂岩与沙复配成土技术的T4处理下，節水效果为35%，与滴灌措施下的节水效果相当，证明采用复配土种植可以作为一种节水措施。而基于砒砂岩与沙复配成土技术与喷灌和滴灌措施相结合下的节水效果更为显著，玉米的灌溉定额在T5和T6措施下分别比T1减小了54%和58%。

（2）从产量来看，T6和T5处理下的玉米产量比T1处理增产76%和68%，说明T6和T5这两种综合节水措施不仅可以节约水资源，还可以提高玉米的产量。

（3）以近60 a灌溉期的降水量、可供水量和井灌回归补给量条件下玉米种植为例，相比沙地正常灌溉措施，各节水措施下灌溉期的水资源供需平衡差均为正值，T2、T3、T4、T5、T6处理下水资源平衡差分别达到了454.95万、604.95万、604.95万、1 204.95万、1 279.95万m3/（a·hm2），说明节水灌溉措施对水资源平衡产生了积极的影响，T6和T5这两种节水灌溉技术可以在陕北广泛应用。

今后应进一步开展同一种灌溉方式下不同灌溉制度对玉米产量的影响，尤其是在复配土+喷灌、复配土+滴灌这两种灌溉方式下不同灌溉制度的研究，以及加入不同覆膜方式后这两种灌溉方式下的不同灌溉制度的研究。