大同市平城区农业节水灌溉技术研究

赵菊峰，高燕君

（大同市水利科学研究所，山西 大同 037004）

1 研究区概况

大同市平城区水泊寺乡东坟村，现有人口1 039 人，现有土地10 hm2，人均耕地不足0.01 hm2。东坟村灌溉系统不完善，节水设备配套低，目前仍以大水漫灌为主，总体灌溉水平偏低。为了调整种植结构，增加农产品附加值，以村北地块为试验田，推广滴灌、管灌等高效节水系统，以提升农业生产效率，增加农民收入。

节水灌溉试验区位于大同市平城区北部马铺山前倾斜平原，北依大同市廉政教育基地，东邻二广高速，南隔京包铁路与御东新区相望，交通十分便利。试验区离御河干渠较近，农业灌溉水源主要引用干渠地表水。现有大、小蓄水池各一个，可用输水管道将水输送到田面，以满足作物用水需求。

2 果园作物灌溉用水量分析

灌溉技术主要包括取水、输配水、田间灌水和作物吸收等4 个环节，各环节采取相应的节水措施，组成完整的节水灌溉技术体系。

2.1 作物种植比例

试验区内种植经济树种大部分为果树，以杏树、李子树、苹果树为主，其中滴灌3.33 hm2，管灌6.67 hm2共计10 hm2。结合当地灌溉实际调查,本次果树需水量见表1。

表1 果树需水量（幼树） 单位：m3/hm2

2.2 果树生长期有效雨量及灌溉水用量

试验区果树灌溉保证率P 为85%的净定额，杏树1 425 m3/hm2，李子树1 425 m3/hm2，苹果树1 575 m3/hm2。果树生长期，有效雨利用率，见表2。

表2 降雨量有效利用率表

灌溉时间安排。本次设计采用的是水肥一体化灌溉施肥技术，可以根据土壤墒情的数据，结合实际情况确定灌溉时间及次数。

灌溉水质分析。水源来自于御河干渠河水，水质满足农业灌溉要求。

3 试验方案

3.1 试验区概况

该试验地果树种类有李、杏、苹果、梨、枣五大类，为2019 年新移种植果树，干径为1.5～2.0 cm。其中李子树面积为4 hm2，长势比较一致，所以选秋红李为试验品种，管灌试验区面积0.27 hm2，滴灌试验区面积0.27 hm2。种植行距3 m，株距2.5 m，每亩大约90 株。

3.2 试验设计

3.2.1 管灌试验

试验设3 个处理，每个处理3 个重复，共9 个小区。每个小区三行树木，每行5 株，即每小区15 株树木。试验选取无病虫害、长势一致的李子树幼苗为研究对象，每小区间设土埂隔离，在试验区四周设置保护区，至少两行树宽。每小区单独灌水，蓄水池出水口加装有水表，管灌的灌水定额为286.5 m3/hm2。实验对比设计见表3。

3.2.2 滴灌试验

试验设处理同管灌。采用滴灌灌溉，滴头均匀布置在树干周围约10 cm。滴灌毛管的间距S1为3 m，滴头间距Se为2.5 m，灌水器流量选用10 L/h 的滴头，每棵树干周围留一滴头，每小区单独灌水，用水表计量。灌水定额为81 m3/hm2。

表3 管灌灌溉制度试验处理设计

表4 滴灌灌溉制度试验处理设计

3.3 调查项目与方法

土壤含水量和温度测量。利用土壤传感器测量0～60 cm 深度内，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 的土壤含水量和土壤温度。

土壤养分测量。利用土壤速测仪测量土壤0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 深度内的N、P、K 含量。

人工灌溉量测定。对输水管道及出水口安装水表，对灌溉水量进行观测。

树体生长情况调查。每个小区选取有代表性的3 株果树观测记录数据，主要调查干径粗、当年枝条生长量以及施肥、病虫害防治情况等。枝条的测定，在试验地（管灌、滴灌）各处理小区选取长势均匀的3 株树进行观察记录，包括每株树的新生枝条数量、3 主枝的长度、基部直径。树干直径测定，采用游标卡尺定期监测果树生育期树干直径的生长量，每个处理取3 组重复平均值作为树干直径值。

3.4 果树根系集中分布区

利用观测数据，计算出果树根系不同深度耗水强度值，从目测坑内断面根系可以看出果树根系生长具有趋水性，因此试验区果树根系主要吸水层，也是根系集中分布区，在地下15～25 cm 范围内。

4 试验区灌溉制度拟定

试验区北部有50 m3蓄水池一座，位于试验区最高处，滴灌作物种植区与蓄水池高差为20 m，利用高差采用自流灌溉的方式，基本满足滴灌需求。

4.1 灌溉工作制度

设计滴灌灌水定额，根据《微灌工程技术规范》，设计滴灌灌水定额m=8.17 mm=81 m3/hm2。

设计管灌灌水定额，根据《管灌工程技术规范》（GB/T 20203-2017），设计管灌灌水定额m=28.7 mm=286.5 m3/hm2。

根据试验地是2 年生幼树，根据上述计算滴灌灌水定额为81 m3/hm2，管灌的灌水定额为286.5 m3/hm2。

4.2 灌水时间

确定果树灌水时间，应主要根据果树在生长期内需水要求及当时的土壤含水量而定，应抓好催芽水、催梢水、花芽分化水、休眠期灌水等4 个时期。

4.3 灌水次数

果树在生长期内的灌水次数，取决于各个时期的降水量和土壤的水分状况。一般情况，每个灌水时期灌水1 次即可，大同地区果园灌溉一般为4～5 次。

5 管灌与滴灌的果树需水及田间耗水强度

5.1 果树需水及田间耗水计算

影响果树需水量的因素包括气象因素、土壤因素以及果树本身的生物学因素。

根据《灌溉试验规范》（SL 13-2015）规定，作物需水量的计算公式：

式中：ET——阶段需水量（耗水强度），mm；

ri——第i 层土壤干容重，g/cm3；

Hi——第i 层土壤厚度，cm；

Qi1、Qi2——第i 层土壤在计算时段始末的含水量（干土重之百分比）；

M、P、K、C——分别为时段内灌水量、降雨量、地下水补给量和排泄水量，mm。

根据观测年6 月10 日和6 月19 日实测数据，通过计算得不同灌溉方式下的土壤耗水强度见表5。

表5 不同灌溉方式下的土壤耗水强度 单位：mm/d

从上表中可以看出，表层土壤（0～10 cm)滴灌耗水仅为0.28 mm/d，而管灌表层耗水为0.48 mm/d，滴灌方式下日平均耗水为1.11 mm，管灌方式下日平均耗水1.93 mm，滴灌与管灌相比，每天减少耗水量42%。

5.2 不同深度的水分含量分析

滴灌的灌溉定额为81 m3/hm2，全生育期灌水4 次，灌溉定额为324 m3/hm2；全生育期灌水6 次，灌溉定额为486 m3/hm2；全生育期灌水8 次，灌溉定额为648 m3/hm2。

管灌地灌溉定额为286.5 m3/hm2，全生育期灌水2 次，灌溉定额为573 m3/hm2；全生育期灌水3 次，灌溉定额为859.5 m3/hm2；全生育期灌水4 次，灌溉定额为1 146 m3/hm2。

通过灌水后4 d 调查不同深度的水分含量，管灌在相同的时间内水分含量下降快，说明管灌后田间蒸发量大。5 月份的调查两者数据差别大，6 月份调查数据差别小，因为5 月份空气干燥，6 月份开始进入雨季，蒸发量变相对变小。原因是管灌方式破坏了土壤表层结构，使土壤上部水直接与下部毛管水连通，即使松土后切断了上部毛管水与下部毛管水的通道，受表层蒸发影响，管灌耗水量仍然比较大。而滴灌方式土壤表层结构未发生改变，下部土壤毛管与表层土壤基本不直接连通，减少了下部土壤的蒸发量。

6 滴灌与管灌方式的比较

6.1 节水效果比较

2020 年的田间土壤观测结果表明，滴灌日平均耗水值明显小于管灌，滴灌平均为1.15 mm，管灌平均为1.34 mm，滴灌与管灌相比，每天减少耗水量14.2%。所以同等条件下滴灌比管灌方式节水。

6.2 三组枝条长度比较

2020 年试验结果表明，管灌条件下，树体外围新梢年平均长度为1.32 m；滴灌条件下，树体外围新梢年平均长度为1.44 m，滴灌比管灌的年平均长度增加0.12 m，增长8.3%。

滴灌区A、B、C 三个处理以B 处理枝条生长量最大，管灌区E、F、G 三个处理以F 处理枝条生长量最大。

6.3 树干直径比较

管灌条件下树干径的增长率平均为95.5%，滴灌条件下树干径的增长率平均为90.2%。管灌区树干径比滴灌区树干径增长率平均增加5.9%。果树生育期4—10 月份树干直径累计增长量变化趋势见图1。

图1 树干直径平均月份增长量

从图中可以看出，随着时间的推移，树干直径累计增长量缓慢变大。5—6 月份各处理树干直径累计增长量大；7 月增长量较小；8—9 月份之后各处理增长加快，9 月中旬后树干直径维持在相对稳定的水平。经过近6 个月的生长时间，李子树树干直径的累计增长量在12～16.5 mm 之间。

6.4 不同土层氮磷钾含量的变化

从观测年5 月21 日和6 月19 日的调查结果，滴灌处理的氮磷钾含量最高的土层为10～20 cm，而管灌处理的5 月21 日氮磷钾含量最高土层为20～40 cm，6 月19 日最高土层为40～60 cm，可能是由于试验区5 月干旱缺雨，6 月10 日—18 日降水量达到4.5 mm，所以一样的灌水量，在6 月中旬肥料可以下渗到40～60 cm 土层。

7 结论

（1）李子树根系主要吸水层在地下15～25 cm 范围内，滴灌优于管灌。该试验地条件下，滴灌灌水定额为81 m3/hm2，最佳滴灌次数应为6 次，滴灌时间每次6.1 h。管灌灌水定额为286.5 m3/hm2，最佳次数应为3 次。这样的灌溉量保证水分和肥料能够到达根系密集分布层。

（2）李子树的需水量为1 350 m3/hm2。滴灌方式下日平均耗水为1.11 mm，管灌方式下日平均耗水1.93 mm，滴灌与管灌相比，每天减少耗水量42%。全年滴灌比管灌节水34%（不包括封冻水）。随着树体的生长，灌水定额也逐年增长，以满足树体生长需求，同时引导根系向土壤深层生长。

（3）滴灌比管灌新生枝条长度增长9.1%，树干直径提高5.9%。

（4）在本试验条件下滴灌和管灌生长期施肥量最佳均为150 g/株（除秋施基肥），肥料种类为水溶性复合肥，氮磷钾比例为17∶17∶17。

（5）水肥耦合：滴灌是在灌水定额为81 m3/hm2，每次灌溉6 h，一年灌水6 次，全年肥量为225 kg/hm2的时候果树生长最好。管灌是在灌水定额为1 350 m3/hm2，一年灌水4 次，施肥量为225kg/hm2时候果树生长最好。