滴灌水肥一体化冬小麦灌溉施肥技术研究

一、项目区自然条件

暖泉农场4队位于宁夏回族自治区银川市贺兰县境内，项目区属典型的大陆性气候，年日照时数为2 800～3 300 h。多年平均气温为8.5℃，昼夜温差8℃～15℃。年平均降雨量187 mm，年蒸发量1 250 mm（E601型）。初霜期在9月下旬，终霜期在次年4月下旬或5月初，无霜期155 d左右。年平均风速2.6 m/s，最大风速20 m/s。土壤冻结深度0.8～1.2 m，冻结期150 d左右，浅层地下水平均埋深为1.8 m。耕地土壤剖面（0～100 cm）平均容重为1.46 g/cm3。

二、试验设计

（一）灌溉制度设计

以大田种植宁冬10号冬小麦为研究对象。冬小麦播种行距12 cm，2010年10月10日至13日播种，播种量为20 kg/亩，收获期为2011年6月20日前后。基肥：农家肥1 500～2 000 kg/亩；碳铵50 kg/亩，普磷35～50 kg/亩。根据试验区常年冬小麦渠水灌溉量和灌溉次数，设定滴灌水肥一体化冬小麦灌溉量和灌溉次数均为3个水平（表5-1-1），灌溉量分别为240 m3/亩、210 m3/亩、180 m3/亩（返青后灌溉量分别为170 m3/亩、150 m3/亩、130 m3/亩），灌水次数分别为13、11和9。

（二）追肥设计

由于冬小麦地基肥施入量的限制，追肥为滴灌专用肥（氮∶磷∶钾为33∶9∶7），施肥量为4 kg/亩，追肥2次，分别为5月3日和5月20日。

表5-1-1　正交试验设计表

注：LAI为返青至蜡熟期合计值，株高为乳熟期测定值。

（三）检测指标

叶面积采用比叶重法测定，比叶重法是利用单位叶面积与叶子干重的比值来获取叶面积指数的一种方法。它的具体做法是，选定有代表性的地块，取一定面积A的植物样品于取样袋中，带回室内测定，测定前记录取样面积上的总株数或分蘖数m。从所取样品中选5株，摘下所有叶片，展开绿色叶片，选取叶片中宽窄较为一致的地方，剪成2 cm或3 cm长度的小段，用直尺测定总宽度，计算面积S，然后烘干称其质量W1，最后将标叶剩余绿叶全部烘干后称其质量W2，LAI计算公式如下

（四）追肥方法

根据试验方案设计和项目区冬小麦实际长势，在5月3日和5月20日灌溉并施肥：1次灌溉延续时间为4 h，第1 h内施肥罐中不加入滴灌专用肥（水分湿润土壤表层），第2 h开始时，按照施肥量一次性将肥料施入施肥罐内（2 h内全部肥料溶解并随水进入田间），第4 h灌溉用于冲洗管道和滴头，并使滴入田间的肥料充分溶解保存在作物根层内。

三、结果与分析

（一）土壤含水量变化

因为自入春到冬小麦返青期间，试验区没有降水。从图5-1-1（此处只给出2-1、2-3、2-5处理土壤含水量变化，其他处理土壤含水量变化与此类似）中看出，灌溉第1水前（1GQ，以下类同）的冬小麦耕地土壤剖面（0～60 cm）土壤含水量降到极小值（12%）。临界值的出现，表明试验区的典型特点是入春后空气干燥，降水极少，冬小麦生长急需人工灌溉。第1水灌溉后（1GH，以下类同），土壤含水率急速上升。由于滴灌灌水量相对较少，灌水后土壤剖面（0～20 cm）土壤含水量上升最大，40～60 cm土层土壤含水率则最小。从整个灌期来看，40～60 cm深土壤中水分保持相对均衡，给冬小麦根系创造良好的水分环境。从冬小麦返青到收获期的土壤含水率变化来看，0～40 cm土层极易受到灌溉的影响，特别是0～20 cm土层土壤含水率表现为显著的锯齿状，而40～60 cm土层土壤含水率变化波动较小。

图5-1-1　土壤含水时空分布图

由于灌水量较少，致使灌溉后水分不易下渗到较深土壤中。在两次灌水间期，表层土壤水分蒸腾蒸发较快，从而产生如图5-1-2所示的灌溉量高，则相应的灌溉前后的土壤含水率相对较高，灌溉前土壤含水率随着土壤深度的增加而增大，灌溉后土壤含水率随着土壤深度的增加而减少。

图5-1-2　不同处理灌溉前后土壤含水率图

（二）土壤Ec、pH变化

在冬小麦“过冬水”灌溉后，积累在表层土壤中的盐分随土壤中的水下移到深层土壤中。从冬季到次年春天，随着表层土壤水势的减弱，深层土壤水分上移。但由于试验区浅层地下水埋深较深（1.8 m），浅层地下水蒸发量甚小，相应的深层土壤中的盐分迁移到表层土壤中的量也就较少。因此，在冬小麦返青后试验区土壤显碱性，且深层土壤pH略大于表层。从图5-1-3、图5-1-4可看出，冬小麦灌溉第1水后，土壤0～60 cm土层中pH和全盐量显著下降。随着灌溉次数的增多，表层土壤0～20 cm中盐分含量随着灌溉而降低，随土壤水分蒸发而增加，变化趋势呈锯齿状，但这种锯齿状峰谷差异没有表层土壤含水率差异显著。表明滴灌条件下土壤盐分含量变化幅度较小，使得作物生长环境（盐害）一致，有助于作物生长。从整个冬小麦生育期来看，40～60 cm土层中全盐和pH略有上升。在生育期后期灌水量逐渐减少时，0～60 cm土壤中全盐和pH呈上升状。从这一点分析，在浅层地下水埋深较深，且降水量极少时，滴灌能够改善冬小麦根部盐环境。但是，从分析灌溉水水质（全盐量为0.1 g/L）和表层土壤含盐量增高来看，随着灌溉次数的增多，相对较深土壤含水量增高，溶解在土壤水中的盐含量增高；当灌溉停止后，随着表层土壤水势的减弱，深层土壤中的盐分随土壤水分上移到表层土壤中，增加了表层土壤含盐量。因此，作物收获后，应采取相应措施减轻根部土壤中含盐量，为第二年耕作做好准备。

图5-1-3　不同处理灌溉前后土壤pH

图5-1-4　不同处理灌溉前后土壤Ec值

（三）冬小麦株高

从图5-1-5可看出（以乳熟期测定不同处理冬小麦株高为基础），株高随着灌溉量和灌溉次数的增多而增大。由于灌溉量和灌溉次数设定水平有限，此试验没有反映出影响冬小麦株高变化的最优灌溉量和灌溉次数。从表5-1-2可看出，方差分析得出灌溉量和灌溉次数对冬小麦株高没有影响。除了误差引起此结果外，另一原因是灌溉量与灌水次数梯度太小，对冬小麦株高影响差异不显著。

图5-1-5　不同因子对冬小麦株高的影响

表5-1-2　冬小麦株高方差分析

F0.95（2，2）=19　　F0.99（2，2）=99

（四）冬小麦叶面积

从图5-1-6中看出不同处理冬小麦叶面积指数变化过程呈“S”状。由于在冬小麦生长后期灌水量逐渐减少，乳熟期叶面积指数增长缓慢。作物叶面积的增多，可有效地增大作物的光合作用，提高作物产量。从表5-1-3中的方差分析得出，灌溉量和灌水次数对冬小麦叶面积指数没有影响。表明灌溉量和灌水次数各个水平间梯度偏小，同时也反映出总的灌溉量不足，导致冬小麦叶面积指数偏小，影响了作物产量。

图5-1-6　不同处理冬小麦LAI变化

表5-1-3　冬小麦叶面积方差分析

F0.95（2，2）=19　　F0.99（2，2）=99

（五）冬小麦产量分析

由于试验区浅层地下水埋深较大，且作物生育期期间降水量极少，较大的灌溉量保证了灌水量的充足，作物产量不易受到土壤水分亏缺的影响，且在一定的灌溉量下，适当增加灌水次数，可以使作物充分吸收水分。同时养分随水分进入土壤，适宜的灌水量保证了养分停留在根部附近，有助于作物吸收养分。因此，从图5-1-7中可以看出随着灌溉量和灌溉次数的减少，冬小麦产量呈下降趋势。

在半干旱地区，灌溉量是保证作物高产的基础。由于种植冬小麦时底肥施入量较大，如果在返青后采用常规灌溉，必然将大量的养分带入到深层土壤中，减少了根部对养分的吸收，而且增加了水与养分的流失。采用滴灌灌溉施肥一体化后，保证了土壤含水率在一定范围内，减小了冬小麦受旱的程度，且适当在冬小麦返青和抽穗时追肥，肥料随水进入土壤促使作物充分吸收。因此，从表5-1-4中可以看出，灌溉量与灌水次数对冬小麦产量影响呈极显著和显著。从不同因素、不同水平组合产量看，灌溉量和灌溉次数最优组合为（冬小麦返青后）170 m3/亩和7次。

图5-1-7　不同因子对冬小麦产量的影响

表5-1-4　冬小麦产量方差分析

F0.95（2，2）=19　　F0.99（2，2）=99

（六）在不同生育期不同灌水量对产量的影响

作物在不同的生育期内对水分和养分的吸收不同。因此，不同生育期内灌水量的大小（施肥量相同）直接影响冬小麦产量。由表5-1-5可知，拔节—抽穗期在整个生育期内灌水量较大，较少的灌水量（30 m3/亩）满足该生育期内作物的最低需水量，而乳熟—蜡熟和成熟期作物自身对水分的需求较低，自然灌水量对作物的产量影响较小。同时，由于试验区地处半干旱区，冬小麦返青期空气干燥，降水较少，灌水量较少时影响冬小麦的分蘖数。抽穗—灌浆期间作物对水分需求较高，水分不足时籽粒饱满度不够，最终影响产量。从表5-1-5中看出，在灌溉量为165 m3/亩时，拔节—抽穗期、乳熟—蜡熟期和成熟期适当减少灌水量对冬小麦产量影响不大，而在返青期和抽穗—灌浆期减少灌水对作物产量影响较大。因此，在实施冬小麦滴灌水肥一体化时，返青期不能缺水，在拔节—灌浆期间要有充足的水量，从乳熟到成熟期可控水。同时，从冬小麦株高和叶面积指数偏小分析，在冬小麦返青到成熟期，灌水量应比本试验设计上调20%，即最大灌溉量为220 m3/亩。

表5-1-5　不同灌溉期灌水量对作物产量的影响

（七）效益分析

试验区（暖泉农场四斗渠东段）周边（暖泉农场四斗渠西段）冬小麦灌溉采用引黄河水灌溉，从返青到成熟期，共灌水4次，灌溉350～450 m3/亩（耕地地理位置不同，导致灌溉量不同），而试验区冬小麦（采用滴灌）平均灌溉量为150 m3/亩。通过对比分析滴灌水肥一体化与试验区周边渠水灌溉冬小麦的产量、千粒重、灌溉量和施肥量发现：前者产量和千粒重分别高于后者4.0%和11.81%（见表5-1-6），但灌溉量和追肥量（纯氮）分别减少62.2%、58.1%，减少水费13.7元/亩，减少化肥（追肥）费用74.5元/亩，整体经济效益显著。从表5-1-6中可以看出，滴灌冬小麦不同试验区产量最高比最低多15.94%，而渠水灌溉的冬小麦产量最高比最低多96.95%。表明滴灌条件下水肥一体化更有效地利用了水资源和养分，而管理和自然条件的限制致使渠水灌溉耕地对水资源与养分的利用不均匀。

表5-1-6　滴灌、渠水灌溉冬小麦产量、千粒重对比

四、结论

①滴灌条件下种植冬小麦后，表层土壤含水率受灌溉影响较大，趋势呈锯齿状，而40～60 cm土层中土壤含水率变化幅度较小；0～60 cm土壤中，灌溉前土壤含水率随着土壤深度的增加而增大，灌溉后土壤含水率随着土壤深度的增加而减少。

②表层0～20 cm土壤中盐分含量和pH随着灌溉量的增加而降低，随土壤水分蒸发量的增加而增加，趋势呈锯齿状，但这种锯齿状峰谷差异没有表层土壤含水率差异显著。从整个冬小麦生育期来看，40～60 cm土层中全盐含量和pH略有上升。

③方差分析可知，冬小麦产量和株高随着灌溉量和灌溉次数的增多而增大，灌溉量和灌溉次数对冬小麦产量呈极显著和显著影响。

④灌溉量为165 m3/亩时，在实施冬小麦滴灌水肥一体化时，返青期不能缺水，在拔节—灌浆期间要有充足的水量，从乳熟到成熟期可控水。

⑤与常规灌溉相比，滴灌水肥一体化冬小麦产量和千粒重分别高出常规灌溉的4.0%和11.81%，灌溉量和施肥量分别减少62.2%、58.1%，水费和化肥（追肥）费用分别减少13.7元/亩、74.5元/亩。