宁夏引扬黄灌区密植作物小麦滴灌带合理设计及布设参数优化

靳韦 陈永伟 夏学智 王昊 卜建华 杨飞 杨桂丽 马文礼

摘要 为明确宁夏引扬黄灌区密植作物小麦滴灌带的最优铺设方案，采用4因素3水平正交试验，研究不同滴灌带布设参数对小麦生长发育、产量构成因素和滴灌带成本投入的影响，确定小麦滴灌带田间铺设间距、滴头流量、灌水量等指标。结果表明，滴灌带在60、80 cm铺设间距下，土壤滴灌湿润宽度可以相接，满足小麦密植种植作物的需水要求，且同一铺设间距下滴灌带垂直方向不同距离小麦生长指标（株高、叶绿素含量）和穗粒数无显著差异;滴灌管带铺设间距为80 cm的3个处理平均收获穗数明显高于其他处理，其产量整体上也高于其他铺设间距处理。滴头流量太大不利于小麦产量的提升，其中滴头流量2.0和3.0 L/h有利于提高小麦产量。灌水量越小，平均收获穗数减少越明显，其产量也越低;对比不同滴灌带铺设用量投入成本，铺设间距80 cm的处理优于其他处理，有利于节约成本。

关键词 密植作物;滴灌带;布设参数

中图分类号 S275.6文献标识码 A文章编号 0517-6611（2021）07-0203-05

Abstract In order to clarify the optimal layout plan of drip irrigation belt for the denselyplanted wheat in the Yellow River Irrigation Area in Ningxia，the fourfactor，threelevel orthogonal experiment was taken to investigate the effects of different layout parameters of drip irrigation belt on the growth，yield components and cost input of drip irrigation belt，and determine the paving space， dripper flow， irrigation volume and other indices of drip irrigation belt of wheat. The results showed that when the paving space of drip irrigation belt was 60 or 80 cm， the wet width of soil drip irrigation could be connected，the water requirements of denselyplanted wheat. The growth indices（plant height， chlorophyll content） and the number of grains per spike of wheat at different distances in the vertical direction of drip irrigation belt at the same laying spacing had no significant difference. When the paving space was 80 cm， the average number of harvested spikes in the three treatments was obviously higher than that in other treatments，the yield was higher than that in other treatments with different paving space. Too large dripper flow was indeed adverse to the increase of wheat yield，while dripper flow at 2.0 and 3.0 L/h was  favorable for the increase of wheat yield. The lower the irrigation volume was，the more obvious the decrease of the number of harvested spikes was，the lower the yield was. When the cost for the paving of drip irrigation belts was compared， a paving space of 80 cm has an advantage over other situations， which was favorable for saving cost.

Key words Denselyplanted crops;Drip irrigation belts;Layout parameters

作者簡介 靳韦（1988—），女，陕西西安人，助理农艺师，硕士，从事作物高效节水栽培研究。*通信作者，高级农艺师，硕士，从事作物高效节水栽培研究。

滴灌方式旨在提高水分利用效率，从而达到节水、增产的目的，特别是在干旱缺水地区，滴灌技术的应用对于缓减水资源短缺问题显得尤为重要[1]。宁夏地处西北干旱荒漠地区，水资源缺乏，发展节水灌溉技术是该地区缓解水资源供需矛盾的重要途径。目前，宁夏高效节水灌溉技术已大面积推广，其中滴灌是一种被广泛应用的节水灌溉技术，从以前的高经济价值设施农业向经济价值较低的大田农业发展，存在生产成本和水分高效利用等问题[2-4]。目前，宁夏引扬黄灌区小麦等密植作物高效节水发展比较缓慢，小麦等密植作物田间滴灌带布设不合理、滴灌带成本较高是较大的限制因素[5]。目前，关于小麦等密植作物田间滴灌系统布设鲜有研究，其中滴灌带铺设间距有少量报道。新疆生产建设兵团相关研究表明，小麦等密植作物滴灌带铺设间距从60 cm到90 cm不等[6-7]。据调查宁夏地区一般铺设间距在60 cm，铺设间距在90 m以上理论上可以节省1/3的成本，而且新疆建设兵团和宁夏地质条件不一样[8-12]，需进一步研究。合理的田间滴灌系统布设可以有效提高水分利用效率和灌水质量，从而最大限度地发挥滴灌这一新型灌水技术的节水、增产作用[1]。针对宁夏引扬黄灌区滴灌水肥一体化条件密植作物小麦滴水不均、滴灌带用量较大等突出问题，笔者通过设置不同组合滴灌带铺设间距、滴头流量、滴头间距和额定灌水量的4因素3水平正交试验，研究不同滴灌带布设参数水平对密植作物小麦滴灌入渗下土壤水分湿润宽度、小麦生长发育、产量构成因素和滴灌带成本投入的影响，以期为宁夏引扬黄灌区密植作物小麦田间滴灌带合理设计参数的确定及田间合理布设提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验区位于银川市西南14 km平吉堡六队，地理位置106°01′E，38°24′N，海拔1 120 m。该地区年平均年降水量169 mm，无霜期约130 d，日照时数3 039.6 h，年平均气温8.5 ℃，活动积温3 298.1 ℃。供试作物为宁夏春小麦“宁春50”。前茬作物为小麦，地力条件均匀一致。土壤类型为淡灰钙土，土壤质地为轻壤土，土壤肥力中等偏下，盐碱程度轻。试验地0～20 cm土壤基础肥力如下：有机质含量12.21 g/kg，全氮含量0.80 g/kg，全磷含量0.52 g/kg，碱解氮含量34.11 mg/kg，速效磷含量19.29 mg/kg，速效钾含量84.25 mg/kg，pH为7.70。

1.2 试验设计

试验为4因素3水平正交试验设计（表1），共计9个处理（表2），重复3次。种植方式为条播，灌水方式为滴灌水肥一体化方式，供试滴灌带采用内镶贴片式，壁厚2 mm。各处理施肥水平一致，施肥量为N 241.5 kg/hm.2，P2O5 174.0 kg/hm.2，K2O 144.0 kg/hm.2。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 湿润半径宽度测定。以滴灌带为中心，滴灌结束24 h后使用直尺测定湿润半径宽度。

1.3.2 生长指标测定。以滴灌带不同铺设间距为准，测定不同处理滴灌带滴头垂直方向0、30、40、50 cm小麦叶绿素含量、株高和成熟期穗粒数，其中叶绿素含量使用日本柯尼卡美能达SPAD-502PLUS便携式叶绿素仪测定，株高使用直尺测定。

1.3.3 收获穗数和产量测定。小麦成熟时每小区收获1 m.2测定平均收获穗数和产量。

1.4 数据统计与分析

使用Excel 2010和SPSS 22.0软件进行数据整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤湿润半径宽度对比

从表3可以看出，60、80、100 cm 3种滴灌管带铺设间距滴灌结束24 h后，60和80 cm土壤湿润半径宽度可以相接，满足密植作物小麦的需水要求。鋪设间距为100 cm的3个处理中，处理⑧湿润半径宽度最大（47.4 cm），与铺设间距为100 cm滴灌带所需的湿润半径宽度50 cm相差2.6 cm，表明铺设间距100 cm的滴灌模式不适用于小麦种植。极差分析结果表明，滴头流量2.0 L/h，滴头间距60 cm，不利于增加滴灌条件下水分的横向扩散;灌水量3个水平间湿润半径宽度差异显著，且灌水量越大，湿润半径宽度越大（表4）。

2.2 滴灌带垂直方向不同距离小麦叶绿素含量对比

由表5可知，对比不同处理滴灌带垂直方向不同距离小麦叶绿素含量，滴灌带铺设间距60、80 cm下各处理不同距离（0、30、40 cm）小麦叶绿素含量无明显差异;滴灌带铺设间距100 cm下的处理⑦和⑨滴灌带垂直方向0、30 cm小麦叶绿素含量与滴灌带垂直方向40、50 cm存在极显著差异，处理⑧滴灌带垂直方向0、30、40 cm小麦叶绿素含量与滴灌带垂直方向50 cm存在极显著差异。这表明在滴灌带流量额定压力（0.1 MPa）下肥料随着滴灌不能运移或者较少运移到40和50 cm，这就使得叶绿素含量较低，说明不同铺设间距下滴灌带最多只能铺设80 cm。

2.3 滴灌带垂直方向不同距离小麦株高对比

从表6可以看出，对比不同处理滴灌带垂直方向不同距离小麦株高，滴灌带铺设间距60 cm下各处理不同距离（0、30 cm）小麦株高无显著差异;滴灌带铺设间距80 cm下处理④滴灌带垂直方向0、30 cm小麦株高与滴灌带垂直方向40 cm存在显著差异;处理⑤和⑥小麦长势均匀，株高无显著差异;滴灌带铺设间距100 cm下的处理⑦、⑧、⑨滴灌带垂直方向0、30 cm小麦株高与滴灌带垂直方向40、50 cm差异极显著，且滴灌带垂直方向40与50 cm小麦株高差异显著。这表明在滴灌带流量额定压力（0.1 MPa）下肥料随着滴灌无法运移或者较少运移到40和50 cm，这就使得滴灌带垂直方向40、50 cm小麦长势低，说明滴灌带不同铺设间距下最大只能铺设80 cm。

2.4 滴灌带垂直方向不同距离小麦穗粒数对比

由表7可知，对比不同处理滴灌带垂直方向不同距离小麦穗粒数，滴灌带铺设间距60、80 cm下各处理不同距离（0、30、40 cm）小麦穗粒数无显著差异;滴灌带铺设间距100 cm下处理⑨滴灌带垂直方向0、30、40 cm小麦穗粒数与滴灌带垂直方向50 cm存在显著差异，处理⑦和⑧滴灌带垂直方向0、30 cm小麦穗粒数与滴灌带垂直方向40、50 cm存在显著差异，表明在滴灌带流量额定压力（0.1 MPa）下肥料无法运移到或者较少运移到40和50 cm，这就使得滴灌带垂直方向40和50 cm穗粒数较少，说明滴灌带不同铺设间距下最大只能铺设80 cm。

2.5 不同处理对小麦产量构成因素和平均收获穗数的影响

从表8可以看出，对比同一滴灌带铺设间距下不同灌水量对小麦收获穗数的影响，铺设间距100 cm下最小灌水量375 m.3/hm.2的处理⑨平均收获穗数显著低于其他处理，处理⑨平均收获穗数分别比处理⑦和⑧减少105.00万和43.95万/hm.2。

极差分析表明，试验设置的4个因素（铺设间距、滴头流量、滴头间距、灌水量）均对小麦平均收获穗数产生影响，其中铺设间距80 cm各处理下平均收获穗数整体上高于铺设间距60、100 cm。当滴头流量为4.0 L/h时，平均收获穗数最小;灌水量越小，平均收获穗数减少越明显（表9）。

2.6 不同处理对小麦产量的影响

从表10可以看出，对比试验设置的4个因素对小麦产量的影响，其中滴头间距的3个水平（40、50、60 cm）对小麦产量的影响无显著差异，其他3个因素（铺设间距、滴头流量、灌水量）均对小麦产量产生影响。对比不同滴灌带铺设间距下小麦产量，铺设间距80 cm下小麦产量高于铺设间距60、100 cm;对比不同滴头流量下小麦的产量，滴头流量2.0和3.0 L/h下小麦产量高于滴头流量4.0 L/h，表明滴头流量2.0和3.0 L/h的滴头可延长滴灌时间，保证肥水的充分运移和渗透，有利于提高小麦产量;同一间距下不同处理产量与灌水量呈负相关（表11）。因此，处理⑨（铺设间距100 cm、滴头流量4.0 L/h、灌水量375 m.3/hm.2）产量最低，为7 899.0 kg/hm.2。

2.7 滴灌带投入对比分析

从表12可以看出，滴灌带铺设间距与滴灌带用量成反比，滴灌带铺设间距越大，滴灌带用量越少，滴灌带费用越少。对比不同铺设间距处理滴灌带平均用量，铺设间距100 cm用量最大，铺设间距60 cm处理用量最小，但结合前面分析结果可知，铺设间距为100 cm处理不适用于小麦种植生长和产量提升，因此予以排除。对比滴灌带铺设间距80和60 cm滴灌带用量和费用，滴灌带铺设间距80 cm处理比滴灌带铺设间距60 cm处理滴灌带用量减少4 167.00 m/hm.2，折合费用减少625.05元/hm.2，表明滴灌带铺设间距80 cm有利于节约成本。

3 结论与讨论

3.1 讨论

通过设置不同的滴灌带铺设间距、滴头流量、滴头间距和额定灌水量的4因素3水平正交试验，测定不同处理滴灌带土壤湿润宽度和小麦生长性状。滴灌带流量额定压力（0.1 MPa）下，对比不同间距滴灌带土壤湿润宽度以及滴灌结束24 h后土壤水分迁移规律，铺设间距为60和80 cm土壤水分湿润锋可以相接，而铺设间距为100 cm肥水不能有效到达边行，表明60和80 cm铺设间距时可满足小麦密植种植作物需水要求。对比不同处理与滴灌带垂直方向不同距离小麦生长指标（株高、叶绿素）和产量构成因素中穗粒数，滴灌带铺设间距起主导影响因素，滴灌带铺设间距100 cm下滴灌带垂直方向0、30 cm小麦叶绿素、株高、叶面积、穗粒数与铺设间距40、50 cm存在显著差异，表明在滴灌带流量额定压力（01 MPa）下，肥料随着滴灌不能运移或者较少运移到40和50 cm，这就使得边行小麦叶绿素含量较少，说明滴灌带不同铺设间距下最大只能铺设80 cm。

收获穗数是产量的构成因素之一，研究表明在收获穗数、穗粒重、产量构成因素中，收获穗数占据主动地位，收获穗数越多，往往为高产打下基础。该试验结果表明，滴灌管带铺设间距为80 cm处理收获穗数明显高于其他处理，其产量整体上也高于其他铺设间距处理。对比滴头流量与产量的关系，同一间距下不同处理小麦产量与滴头流量呈负相关，滴头流量太大不利于小麦产量提升，滴头流量2.0和3.0 L/h的滴头可延长滴灌时间，保证肥和水的充分运移和渗透，有利于提高小麦产量，因此滴头流量不宜超过3.0 L/h。对比灌水量与收获穗数、产量的关系，灌水量越小，平均收获穗数减少越明显，其产量也越低，因此灌水量不宜小于30 m.3。

通过对比不同滴灌带铺设用量投入成本，铺设间距为80 cm优于其他处理，滴灌带铺设间距80 cm处理比滴灌带铺设间距60 cm处理滴灌带用量减少4 167.00 m/hm.2，折合费用减少625.05元/hm.2，表明滴灌带铺设间距为80 cm有利于节约成本。

3.2 结论

对于宁夏引扬黄灌区小麦滴灌系统，滴灌带流量额定压力0.1 MPa的条件下，适合的滴灌带铺设间距最大不能超过80 cm，以70～80 cm为宜;滴头流量不能超过3.0 L/h，以2.0 L/h或3.0 L/h为宜;灌水量不能小于30 m.3，且以30 m.3左右为宜，可满足小麦密植作物需水要求，可达到节本增效的目的，有利于提高小麦产量。以上滴灌带铺设方案是基于该试验条件得出的数据，试验数据还需进一步验证，实际运用中需结合土壤条件、土壤水分迁移的观测确定。

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