地下滴灌深播小麦出苗及生长状况研究

杨庭瑞，赵经华，庞 毅，周和平

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆维吾尔自治区水土保持生态环境监测总站，乌鲁木齐 830000；3.新疆水利管理总站，乌鲁木齐 830000)

地下滴灌是通过地埋式的毛管或灌水器，将水肥精准输送至作物根部土壤的地下局部灌溉技术[1]。与地表滴灌相比，其具有减少地表蒸发、消除地表径流、节约用水、抑制杂草生长、提高作物产量等优点[2, 3]。地下滴灌因其有别于地表滴灌铺设及灌水的特殊性与复杂性，且应用土壤和作物种类的不同，地下滴灌用于不同土质和作物的农田技术要素亟待研究[4]。有研究表明作物生长发育的关键在于其种子萌发及幼苗生长[5]。适宜的土壤水分有利于作物干物质量的积累，从而提高产量[6]。近些年来，地下滴灌技术逐渐被大量研究应用。许多学者对地下滴灌灌溉条件下的玉米[7, 8]、苜蓿[9-11]、棉花[12]等作物进行了大量研究。对于北方主要的粮食作物小麦来说，孙章浩[13]等人认为地下滴灌灌水下限80%田间持水量，灌水器流量为小流量0.9 L/h对田间土壤水分及冬小麦生长发育影响较好。对于此节水技术的研究，学者们大多集中在地下滴灌技术要素对作物灌溉制度、生长指标及生理指标的研究，对于地下滴灌技术要素对作物萌发出苗研究报道甚少[14]。

基于地下滴灌条件下的作物深播种对作物出苗及生长的影响有待进一步探究的研究现状，本研究采用播种深度、毛管埋深、灌水定额及灌水次数4因素3水平的正交田间试验，探究地下滴灌深播种小麦出苗及生长指标的变化情况。农田节水灌溉技术的目的在于使之广泛且高效的应用于实际大田中，本研究旨在为地下滴灌技术发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于新疆灌溉中心试验站进行，址在昌吉市滨湖镇13户村(44°01′N ，87°18′E，海拔600 m)，试区为天山北坡冲击、洪击平原地带，该区属于典型内陆干旱性气候，日照时数约为7.8 h，年均气温约13.1 ℃。该区降水量稀少，年降水量仅约为181.7 mm；但蒸发量较大，年蒸发量高达1 730 mm以上。地下水位在3 m以下。该区土壤为中、轻壤土质地，0～100 cm土层土壤干容重1.38～1.54 g/cm3；0～100 cm土层田间持水量为18%～24%；试验区土壤质地、土壤结构及肥力均匀性较好。灌溉试验基地环境良好，试验场地农田灌溉水利设施配套齐全，具备试验观测仪器设备。

1.2 正交试验设计

本次试验于2019年进行，试验小麦采用播种机条播“一管四行”的种植模式，小麦行距0.15 m，小麦播量为375 kg/hm2。田间灌溉工作压力150 kPa。地下滴灌带采用甘肃省大禹节水灌溉公司生产的地埋内镶式滴灌带，可满足地下滴灌灌水要求，毛管间距0.6 m，滴头间距0.25 m，滴头流量2.8 L/h，毛管埋深20～30 cm。对照地表滴灌CK采用迷宫式出流滴灌带，毛管间距0.6 m，滴头间距0.25 m，滴头流量2.8 L/h。试验采用正交试验，9个地下滴灌处理和1个对照地表滴灌处理，共10个处理，每组两个重复；20个试验小区随机布置，各小区面积60 m2(1.2 m×50 m)。作物灌水时间根据作物不同生育期需水要求和关键期需水特点，确定各生育期灌水次数及时间。作物在生育期内根据当地大田生产管理施用尿素及水溶钾肥，喷雾施农药三碌异氰尿酸、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐。

地下滴灌的技术要素主要包括其毛管埋深和灌水定额等；毛管的埋深主要取决于土壤质地、作物种类、耕作情况等因素，应使灌溉水分能依靠毛细管作用上升湿润表层土壤，而深层渗漏小。本次试验充分考虑作物、耕作及毛管各方面影响，采用正交试验设计试验方案。正交试验以均衡分散、整齐可比的试验设计原则利用标准化正交表可以进行多因素多水平的试验研究，用较少的试验次数反映全面试验的结果，找出各个因素对试验结果的影响程度[15]。本试验选取播种深度(A)、毛管埋深(B)、灌水定额(C)、灌水次数(D)为影响因素，另设地表滴灌CK对照，建立4因素3水平L9(34)正交试验表，因素水平设计见表1，正交试验设计表见表2。

表1 因素水平表Tab.1 Factor level table

表2 正交试验设计表L9(34)Tab.2 Orthogonal test design table L9(34)

1.3 测定指标

试验测定指标包括株高、叶绿素含量。具体测量方法如下。

(1)出苗率：小麦采用播种机播种，在各试验小区不同行定点选取1 m长距离，根据其播种数及其出苗数，采用公式(出苗率=(出苗数/ 播种数)× 100%)计算，并取平均值。

(2)株高：株高采用卷尺测量(0.1 cm)，抽穗前，取地面至最高叶尖的高度；抽穗后，取地面至最高穗顶的高度。每个处理小区不同行随机选取3株小麦测量其平均株高。

(3)叶绿素含量(SPAD)：在测定叶面积时，每个小区内随机选取20片长势良好的旗叶叶片。使用SPAD-502Plus便携式叶绿素指数仪在取样叶片的上中下部分别测量SPAD值并取均值。

1.4 数据分析

正交试验效果分析使用正交试验直观分析法。根据分析原则，试验因素对观测指标无影响时，其k1、k2、k3值应该相等，反之则表明有一定影响。可根据其值来判断试验因素对观测指标的影响。根据极差R判断试验因素对观测指标的影响程度大小，得到试验因素对观测指标的影响主次顺序。

使用Origin软件进行数据处理及图形绘制，用SPSS软件对数据进行LSD显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 地下滴灌小麦出苗情况分析

在本试验设计实施中，全面考虑了作物本身和农业生产管理技术措施，因此在试验设计中选取了不同深度的毛管埋深及播种深度，观测小麦在地下滴灌深播情况下小麦的出苗的情况(如表3)。小麦在各类地面灌溉条件下适宜的播种深度在3～5 cm，低于3 cm不利于播后覆土，裸子较多；深于5 cm后，小麦出苗率在不同程度上下降[17-19]。试验过程中，7、8、9为播种深度20 cm处理，其最初出苗率极低，因此对该3个处理进行了补苗处理，补苗后3个处理出苗率均达95%，降低由于补苗带来的正交试验直观分析法计算中的误差影响。正交试验直观分析发现：播种深度对小麦的出苗影响最大，灌水次数次之，其次是灌水定额，最后是毛管埋深。播种深度随10、15、20 cm深度增大，小麦出苗率有明显的降低，在播种深度10 cm时小麦出苗率平均达77%，约为播种深度15 cm时小麦平均出苗率的1.9倍，差异显著(P<0.05)。对照试验CK处理为播种深度5 cm的地表滴灌，其出苗率达到99.8%，相比地下滴灌播种深度10、15 cm高出29.6%和43.1%，显著性分析表明播种深度10 cm、15 cm与CK处理出苗率差异显著(P<0.05)。作物的出苗率高低与出苗水分和播种深度两个主要因素相关。从出苗水分来看，地下滴灌与地表滴灌水分浸润土壤的方式有所不同，地表滴灌是一种以水滴的形式自上而下的浸润土壤的局部灌溉方式，可为种子提供充足的出苗水分；地下滴灌由于灌水器(滴头)埋于地下一定深度，灌溉水分以土壤毛细管作用及重力作用浸润土壤。在本次试验中，地下滴灌条件下小麦种子播种深度较深，地下滴灌灌水可为深播小麦种子提供出苗水分。但从播种深度来看，CK处理出苗时间为8 d，地下滴灌播种深度10、15、20 cm处理出苗时间分别为13、17、20 d；播种深度的加深，出苗时间也随之增加，小麦的播种深度较深，种子上被覆土层较厚，小麦种子发芽及破土能力降低，导致出苗率下降。

表3 正交试验小麦出苗结果统计分析Tab.3 Statistical analysis of wheat seedling emergence results in orthogonal test

2.2 地下滴灌小麦株高的变化

试验各处理小麦出苗情况虽略有不同，但不同处理下全生育期出苗后小麦的平均株高的变化基本一致，均呈现单增的趋势(如图1)。各处理从苗期至拔节期小麦株高增长较为缓慢，拔节期后株高迅速增长，在灌浆期小麦植株高度基本定型。拔节期至抽穗期地下滴灌小麦平均株高增长幅度较大，较前一生育期末株高增长了62.3%；抽穗期至开花期株高增长速率变慢，较前一生育期末增长了33.3%。CK处理与地下滴灌小麦在拔节期至开花期小麦株高增长趋势一致，拔节期至抽穗期和抽穗期至开花期分别较前一生育期末株高增长55%和38%。从试验结果发现，播种深度10 cm处理小麦成熟期末株高总体高于播种深度20 cm和30 cm处理，高于播种深度30 cm处理最大达12.5 cm。CK处理成熟期末株高总体高于地下滴灌各处理，株高达到63.6 cm；试验数据显著性分析表明CK与播种深度10 cm各处理株高差异不显著(P>0.05)，与播种深度20 cm和30 cm差异显著(P<0.05)。总体而言，地下滴灌与CK处理小麦株高变化情况一致，但由于播种深度较深的情况以及灌水量的差异对小麦株高影响较大。

图1 不同处理下小麦株高变化趋势图Fig.1 Variation trend line of wheat plant height under different treatments

2.3 地下滴灌小麦SPAD值的变化

从图2可以发现不同试验处理的SPAD值呈先增后降的趋势。地下滴灌各处理与CK处理变化趋势一致。从苗期至开花期增加，在开花期各处理SPAD值基本达到峰值，而处理5的SPAD值最大为56.5。开花期至成熟期随着小麦叶片的逐渐衰老，SPAD值逐渐降低，这是由于水分较大程度的影响小麦的叶绿素含量，在灌浆期至成熟期灌水量减少，致使SPAD值大幅下降。试验数据显著性分析表明各处理间SPAD值无显著性差异(P>0.05)。总体来看，地下滴灌与CK处理虽灌溉方式有所变化，但两者对叶绿素含量影响表现情况相近。

图2 不同处理下小麦叶绿素含量变化趋势线Fig.2 Variation trend line of wheat chlorophyll content under different treatments

3 讨 论

小麦的适宜播种深度在3～5 cm，播种深度过深或过浅都会不同程度影响其出苗、株高、产量等生长和生理特性[20]。种子深播，所覆盖土壤会加大种子萌发的阻力，出苗耗时增加及出苗率下降。在干旱土壤播种时，种子深播又可以作为提高出苗率的措施，小麦种子适宜深播可以使其充分利用土壤水分，易于萌发出苗，但需选取耐深播品种[21]。胚芽鞘与地中茎的长度与种子是否耐深播有密切的关系，作物是否耐深播具有复杂的遗传特性[22, 23]。地下滴灌作为一种新型的节水灌溉技术，其毛管、灌水器铺设及灌溉水分运移机理有别于地表滴灌等灌溉方式。种子深播增加了种子与地下滴灌灌溉水的接触机会来促进出苗[24]。考虑到地下滴灌播种深度、毛管埋深及灌水等技术要素，在本试验通过小麦播种深度为10、15、20 cm，分析可以发现小麦的出苗率随播种深度增加有明显降低，相比CK处理出苗率差异显著。在试验过程中，由于播种深度20 cm小麦出苗率过低，对其进行了补苗，且对小麦产量结果产生了较大影响，因此未对产量结果进行对比分析，仅对比分析生长指标变化情况。作物的出苗及生长受种子品质、播种深度、秸秆、土壤质地、地温、土壤水分肥力等诸多因素的影响[25-28]。地面灌条件下作物出苗及生长状况前人做了许多研究[29-31]；对于地下滴灌条件下的研究较少。通过本次试验发现选择当地大田小麦品种，播种深度10 cm小麦出苗率可达77%；地下滴灌各处理小麦生长指标略低于地表滴灌CK，但全生育期生长趋势相近。地下滴灌作为新型的节水灌溉技术，其管道铺设方式、灌水要素及管理措施等不同于地表滴灌，而地下滴灌作物出苗问题是制约其发展的重要因素之一，地下滴灌与作物种子深播相结合可以为种子萌发出苗提供水分，但需对深播种作物品种进行筛选。若地下滴灌技术大面积推广应用，那么地下滴灌条件下作物深播种子品种挑选、播种深度参数优选及其与农业管理措施的研究亟待探究。

4 结 论

地下滴灌小麦的株高、叶绿素含量与地表滴灌CK处理的变化趋势相似。地下滴灌深播小麦播种深度为20 cm、30 cm的株高比播种深度10 cm株高较小，但与CK 处理株高差异显著(P<0.05)。地下滴灌各处理与CK处理的叶绿素含量差异不显著(P>0.05)。总体而言，地下滴灌各处理与CK处理对小麦的叶绿素含量变化影响不大，但地下滴灌播种深度对小麦株高影响较大。

正交试验结果分析表明：4种试验因素对观测指标深播小麦出苗率的影响主次顺序为播种深度>灌水次数>灌水定额>毛管埋深。深播小麦随播种深度增加较大程度的影响其出苗率，播种深度10 cm出苗率较其他处理更高，但仍需要选择耐深播小麦品种对地下滴灌深播小麦播种深度细化参数进行研究。