适宜的渗灌灌溉方式提高灌区水分利用效率及黄花菜产量

高洪香，焦炳忠，贾 帅

（1.宁夏水文水资源监测预警中心，银川 750004；2.宁夏回族自治区水利科学研究院，银川 750021；3.宁夏旱作节水高效农业工程技术研究中心，银川 750021；4.宁夏职业技术学院宁夏开放大学，银川 750021）

宁夏中部干旱带黄花菜灌溉方式大多以大水漫灌为主，因水资源紧张全年灌溉次数仅有3、4 次，当地土壤为砂性、蒸发量较大，单次漫灌的水量无法保证黄花菜花期水分供应，大量的蒸发和渗漏流失致使水分利用效率极低，严重影响黄花菜产量和品种。部分区域黄花菜采用高效灌溉方式，但缺乏相应的理论技术指导，没有充分发挥节水、节肥、提质、增效作用，导致水资源利用效率和黄花菜经济效益不高[1]。随着宁夏黄花菜面积不断扩大，选择合适的灌溉方式、灌水量以及水肥配比等对黄花菜品质和产量有较大影响，可有效改善作物生长状况，促进作物增产增效，提高作物品质和水肥利用效率[2]，并且黄花菜适宜的水肥耦合规律研究甚少[3-5]。

地下灌溉技术是一种高效节水灌溉方法，能有效地减少土壤表面水分蒸发和肥料吸收过程中的损失，对节水效果十分显著[6]。目前，地下灌溉研究主要集中在灌水器类型、布置方式[7,8]、与滴灌比较[9]对不同作物的农艺性状、产量、水分利用效率方面较多。地下灌溉对土壤中水分分布有一定的影响，孙三民等人[8]采用间接地下滴灌及导水装置对其灌水器埋深在干旱区进行试验研究，相对于滴灌节水增产明显。已有研究表明，不同地下灌水器[9-11]在不同埋深、灌水量以及施肥量的适宜组合对番茄[9]、马铃薯[12,13]、同心圆枣[14]等作物农艺性状、产量及水分利用效率均有提高。韩懂懂等人[15]对渗灌与滴灌、管灌进行定位试验研究，得出渗灌较滴灌和管灌有利于增加枣树新梢长度，提高产量和水分利用效率。

当前，如何确定适宜的地下渗灌灌溉方式来改善黄花菜采摘期农艺性状，提高产量和水肥利用效率，是宁夏黄花菜产业目前存在的主要问题。因此，探索适当的地下渗灌灌溉方式是提高有限水资源利用效率，扩大黄花菜种植面积，提高黄花菜产量和品质的必由之路。本文以宁夏中部干旱带黄花菜为研究对象，分析不同灌溉方式对黄花菜生长量及产量的影响，以期确定黄花菜最佳灌溉方式，为宁夏中部干旱带黄花菜产业的发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022 年3-8 月在宁夏红寺堡区太阳山镇开展。该区域属于半干旱内陆性气候，蒸发量大，年平均降水量272.6 mm，多年平均日照3 000 h 左右，年平均气温8.5 ℃。试验区0～80 cm 土层田间持水率（质量含水量）和土壤容重分别为23.04% 和1.37 g/cm3。土壤物理性质见表1、化学性质见表2。

表2 土壤化学性质Tab.2 Soil chemistry

1.2 试验设计

本试验设不同灌溉方式1 个因素，常规灌溉CK（大水漫灌）、单管单行D1、双管单行D2、地表渗灌S1、地下渗灌S2（埋深10 cm）5个水平，具体田间灌溉方式布置如图1所示。

图1 田间灌溉方式布置示意图Fig.1 Layout of field irrigation methods

常规灌溉定额依据当地灌溉量为4 500 m3/hm2，滴灌和渗灌依据前人研究理论值及黄花菜关键需水期均设为2 475 m3/hm2，田间试验采用随机区组设计，生育期内CK 施入磷酸二氢钾水溶肥为450 kg/hm2，D1、D2、S1、S2 处理各施入磷酸二氢钾水溶肥为335 kg/hm2。试验方案如表3所示。

表3 试验设计Tab.3 Experimental design

试验小区黄花菜栽植行距140 cm，株距40 cm，每个试验小区3 行黄花菜，每行长35 m，各小区之间留1 行作为保护区，每个处理3次重复，共15个小区。采用φ16滴灌带，流量3.15 L/min，供试渗灌管道采用废旧橡胶与聚乙烯挤压成型的一种灌水器，出水量为300～400 mL/(m·min)，外径φ16 mm，内径φ13 mm，流量12 L/(m·h)。田间试验除正常灌水外，各处理施底肥、除草、打药、中耕等田间农艺措施均一致，试验底肥施入农家肥、一定量的磷酸二铵（90 kg/hm2）和硫酸钾复合肥（135 kg/hm2），为黄花菜生长提供钾肥和磷肥。

供试品种为3 年龄大乌嘴黄花菜，全生育期175 d 左右。于3 月20 日萌芽出土、生长展叶，5 月19 日开始抽薹期，6 月22 日至8 月11 日花期（采摘期），8 月12 日后秋季生长期。全生育期内降雨量为210.4 mm。

1.3 观测指标及方法

（1）作物生长指标：作物生长指标包括主秸秆、花薹薹粗、干物质积累量等，各生育时期取黄花菜地上部分鲜物质。

（2）叶片叶绿素相对含量（SPAD）：采用便携式叶绿素仪SPAD-502 测定，分别在黄花菜展叶期、抽薹期和花期每次灌水施肥后，选取上中下3片叶子进行测定。

（3）叶片氮含量（N）：分别黄花菜展叶期、抽薹期和花期，固定植株分别选取东西南北4 个方向上的上中下各摘取8片，装入保鲜袋中，放在4 ℃左右的冰箱里。带回实验室，清洗、烘干、粉碎。

（4）土壤含水率：采用传统土钻法对0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 土层取样，用烘干法测其土壤含水率；土样采样位置：CK 处理在距离株距20 cm 处，滴灌带在距离滴头外侧15 cm处，地下渗灌在距离渗灌管道外侧15 cm处。

（5）产量Y：在采摘期每天对采样区进行采摘测产，7 d左右在各个试验小区随机抽取采摘的5个花蕾，对花蕾长及质量进行测量。

（6）作物耗水量：采用水量平衡法计算，计算公式为：

式中：ET为耗水量，mm；P为生育期内降雨量，mm；I为灌水量，mm；ΔW为生育期开始时土壤贮水量与生育期结束时土壤贮水量之差，mm；R为地表径流量，mm；D为耕层土壤水的渗漏量，mm。

（7）水分利用效率：

式中：Y为黄花菜产量，kg/hm2。

1.4 数据分析统计

试验数据均采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 17.0 软件进行统计、方差分析（ANOVA）。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式对黄花菜株高的影响

不同灌溉方式下黄花菜各生育时期株高变化情况如表4所示，黄花菜株高在展叶期5 月16 日和5 月30 日各处理之间无显著差异（P＞0.05），S2 处理株高最高分别为53.8 和65.3 cm，CK 次之，D1 处理最低分别为50.1 和60.7 cm，从5 月16 日至30 日S2 处理株高增长最大，增幅为11.5 cm。6 月28 日左右为黄花菜抽薹时期，在此之前黄花菜主要以营养生长为主，从5月30 日至6 月28 日黄花菜的株高处于增长最快阶段，S2 处理增长幅度最大为26.9 cm，CK 增长幅度最小为19.4 cm，并且6月28 日S2 处理与S1 处理之间无显著差异（P＞0.05），S2 处理与CK、D1、D2 处理之间存在显著差异（P＜0.05），D2 处理与其他处理均存在显著差异（P＜0.05），D1 处理与CK 之间无显著差异（P＞0.05）。7 月20 日黄花菜处于花期顶峰时期，营养生长基本停滞，主要以生殖生长为主，植株吸收大量的营养物质和水分主要供给花蕾生长，各处理株高基本停滞生长，株高增长相比6 月28 日幅度缓慢，株高最高的D2 处理增幅仅为3.2 cm，S2处理增幅仅为1.6 cm，S2处理与其他处理存在显著差异（P＜0.05），S1 处理与D2 处理无显著差异（P＞0.05），CK与D1处理之间无显著差异（P＞0.05）。

表4 不同灌溉方式下黄花菜株高变化 cmTab.4 Variation of plant height of daylily under different irrigation methods

2.2 不同灌溉方式对黄花菜花薹粗的影响

黄花菜花薹粗细直接影响营养物质的供应，并与黄花菜产量密切相关，花薹越粗说明黄花菜营养供应充分。各处理花薹粗变化情况如图2 所示，可以看出，S2 处理花薹最粗为4.59 mm，与CK、D2、S1 处理无显著差异（P＞0.05），与D1处理存在显著差异（P＜0.05）。S2 处理比CK 花薹粗提高了3.38%，比D1处理花薹粗0.70 mm。S1处理与其他处理无显著差异（P＞0.05），D1 处理与CK、D2 处理存在显著差异（P＜0.05）。

图2 不同灌溉方式下黄花菜花薹粗随生育期变化Fig.2 Variation of stalk diameter of daylily with growth period under different irrigation methods

2.3 不同灌溉方式对各处理土壤水分空间分布的影响

不同灌溉方式对黄花菜生长过程中土壤水分空间变化如图3所示，由图3（a）可以看出，不同灌溉方式下黄花菜土壤垂直方向水分变化主要在0～60 cm 土层内幅度较大，各处理随着土层深度的增加土壤含水率逐渐降低，0～20 cm土层S1处理土壤含水率最大，S1 处理和S2 处理灌水器流量为12 L/(m·h)，比D1处理和D2处理（单个滴头流量3.15 L/min）灌水时间少，单位时间内入渗到土壤中的水分较多，减少了地表蒸发。20～40 cm 土层S2 处理土壤含水率最大，S2 处理在0～20 cm 土壤含水率低于S1、D1 和D2 处理，在20～40 cm 土层中高于S1、D1 和D2 处理，主要是将渗灌管道铺设在土壤10 cm 处，直接将水分输送到土壤中，减少了地表灌溉导致水分通过蒸散发流失。在40～100 cm 土层S2 处理土壤含水率高于其他处理。CK 土壤含水率低于其他处理，主要是在黄花菜生育时期灌溉量较少，灌水后土壤含水率较大，距离下次灌水间隔时间较长。

图3 不同灌溉方式下黄花菜土壤水分空间分布情况Fig.3 Spatial distribution of soil water in daylily under different irrigation methods

由图3（b）可以看出，各处理在水平方向0～80 cm的距离上土壤含水率先增加后减小，各处理在水平方向20～40 cm 处土壤含水率最大。S2 处理在水平距离0～80 cm 土壤含水率最大，D1处理在0～80 cm处土壤含水率最低，D2处理在0～80 cm处土壤含水率比S1 和S2 处理都低，主要是滴灌灌溉后湿润区域近似于圆，湿润范围有限。CK 水平方向土壤含水率变化幅度较小，灌水后靠近作物附近水分消耗主要是土壤吸收和棵间蒸发，远离作物处主要是棵间蒸发，并且棵间蒸发随着距离作物的增大逐渐增加。

2.4 不同灌溉方式对黄花菜叶片叶绿素相对含量和氮含量的影响

各处理黄花菜各生育时期叶片叶绿素相对含量和氮含量变化如表5 所示，可以看出，各处理随着黄花菜生育时期的变化，叶片叶绿素相对含量逐渐增加，S2 处理在萌芽展叶期、抽薹期、花期黄花菜叶片的叶绿素含量和氮含量均高于其他处理，与D2 处理叶片氮含量无显著差异（P＞0.05），与CK、D1、S1 处理叶绿素含量和氮含量之间存在显著差异（P＜0.05）。各处理从萌芽展叶期到花期叶片叶绿素含量均增加，D2 处理增幅最大为10.57，S2 处理增幅次之为7.96，D1 处理先增大后降低，降幅为0.07。在萌芽展叶期、抽薹期、花期黄花菜叶片氮含量S1 处理增幅最大为0.57，D1 处理降低了0.03。CK 叶片叶绿素相对含量和氮含量在展叶期、抽薹期、花期均与其他处理存在显著差异（P＜0.05）。灌溉方式和水分进入土壤中的位置以及根系对水分吸收快慢对叶片叶绿素相对含量和氮含量有较大影响。随着黄花菜生育时期的变化，叶片叶绿素含量逐渐增加，氮含量也逐渐增加，D1 处理先增加后降低。

表5 黄花菜各生育时期叶片叶绿素相对含量及氮含量Tab.5 Chlorophyll relative content in leaves of daylily at different growth stages

2.5 不同灌溉方式对黄花菜花蕾产量构成因素及水分利用效率的影响

表6 为不同灌溉方式对黄花菜耗水量、花蕾产量构成因素、产量及水分利用效率的影响，可以看出，CK 属常规灌溉方式，灌水量较大，较其他处理耗水量最大为402.01 mm，单管单行D1 处理耗水量最小为302.87 mm，比CK 少99.14 mm。黄花菜花蕾长是影响产量的主要因素之一，S2处理花蕾最长为11.86 cm，S1 处理次之，CK 最小为10.12 cm，CK 比S2 处理少1.74 cm；D2 处理与S1 处理、D1 处理与CK 之间无显著差异（P＞0.05），S2 处理与其他处理均存在显著差异（P＜0.05）。S2 处理单个花蕾重和产量最高分别为4.38 g 和15 446 kg/hm2，与其他处理均存在显著差异（P＜0.05），比CK 单个花蕾重高0.93 g、产量高3 211 kg/hm2；D2处理和S1 处理、D1 处理与CK 之间单个花蕾重和产量无显著差异（P＞0.05）。S2 处理灌溉水利用效率最高为6.24 kg/m3，与其他处理均存在显著差异（P＜0.05），S1 处理与其他处理之间灌溉水利用效率均存在显著差异（P＜0.05），D1 处理与D2 处理之间灌溉水利用效率无显著差异（P＞0.05）。水分利用效率是指在田间，作物蒸散消耗单位质量水所制造的干物质量，是衡量作物产量与用水量关系的指标，S1 处理水分利用效率最大为4.66 kg/m3，与S2、D2 处理之间无显著差异（P＞0.05），与CK、D1 处理之间存在显著差异（P＜0.05），S1、S2 处理水分利用效率分别较CK 提高了53.21%、46.12%。

表6 不同处理黄花菜产量构成及水分利用效率的影响Tab.6 Effects of different treatments on yield composition and water use efficiency of day lily

3 讨 论

宁夏黄花菜核心产区分布在中部干旱带，水资源短缺是制约当地种植业发展的最大瓶颈，黄花菜花期只能灌溉1～2次水，是导致产量和品质降低的主要原因之一。土壤中水分过多会降低水分利用效率，而土壤水分严重亏缺会影响作物干物质量、产量和品质，适宜的灌溉补水方式是作物高产稳产及较好品质的保障[16]。本研究以黄花菜为试验材料，研究单管单行、双管单行滴灌与地表渗灌、地下渗灌灌溉方式进行比较研究，S2 比D2、D1、对照CK 产量分别增加了5.99%、18.40%、20.79%，水分利用效率分别提高2.70%、6.52%、31.69%，灌溉方式不同，黄花菜的耗水量、灌溉水利用效率均不同，CK 常规灌溉下，作物耗水量较大，但在花期灌溉次数较少，影响黄花菜的结痂数和单个花蕾重，最终影响黄花菜产量。韩懂懂等[15]、胡兰等[17]、王林林等[18]有类似结果，地下灌溉方式与地表滴灌相比有利于提高作物产量和水分利用效率。

不同的滴灌、渗灌方式，对土壤含水率空间分布存在差异，一般灌水器附近的土壤含水率较高、变化较大，逐渐向四周扩散并减小，这与焦炳忠[11]、韩懂懂[15]利用橡胶地下渗灌不同埋深对土壤水分，枣树农艺性状、产量、水分利用效率的影响研究结果类似，地下灌溉在不同作物中应用，根据作物根系分布规律布设灌水器，地下灌溉提高了水平方向上土壤含水率，越靠近灌水器土壤含水率越高。微孔渗灌埋深较浅时，土壤含水率分布主要集中在表层，主要是受到地表蒸发，水分通过土壤空隙向上扩散较快。但适宜的渗管埋深有利于作物对水分的吸收，促进作物根系生长，黄花菜产量和水分利用效率的提高，与焦炳忠[11]、任秋实[12]研究结果一致。有学者[19]对黄花菜在抽薹期和采摘期的需水量情况进行研究分析，水分亏缺容易促使幼蕾和叶片变黄，采摘期是黄花菜对水分敏感的关键时期，水分不足会造成产量和品质的降低。

4 结 论

综合考虑不同灌溉方式下黄花菜各项指标情况，选择地下渗灌管埋深为10 cm、灌溉定额为2 475 m3/hm2，黄花菜单个花蕾重为4.38 g，黄花菜产量较高为15 446 kg/hm2，水分利用效率较高为4.45 kg/m3，是宁夏干旱地区地下渗灌黄花菜生产中适宜的灌溉方式。