管道均匀移动灌溉对夏玉米土壤水分变化及水分利用效率的影响研究

摘要

为了应对水资源危机，更好地研究本地区的高效农业节水模式，研究了一种新的节水灌溉方法即管道均匀移动灌溉对夏玉米土壤水分变化及水分利用效率的影响，通过调节管道在田间的移动速度，调整灌水时间，控制灌溉流量，以需定供，提高灌水精准度。试验于2013年在山东农业大学农学实验站完成，设四种灌水处理方式:无灌水处理(W0)、传统沟灌(W1)、“小白龙”灌溉(W2)以及管道均匀移动灌溉(W3)。研究了管道均匀移动灌溉较其他三种处理对土壤水分动态变化、农田蒸散量、夏玉米生长状况、叶面积指数、光合特性、干物质积累量、农田产量以及不同水平水分利用效率(WUE)的影响。研究结果表明:
　　对土壤水分动态变化及农田蒸散量的影响:W3处理的土体贮水量较高，灌水均匀度最好。由于灌水精度比较高，管道末端出水量一定，相比较其他两种灌水方法更能保证土体各个层次贮水量的稳定。管道均匀移动灌溉使0～60cm土层内的土体贮水量和含水率空间上更加均匀，避免了由于灌水不均匀导致的夏玉米根系局部缺水从而影响其生长发育的现象和局部灌水过多导致的深层渗漏现象的发生，不仅有利于夏玉米生育后期深层根系的生长发育，而且减少地面径流、蒸发以及地下水渗漏，有效提高水分利用效率，满足作物根系的需水要求。因此，W3处理土壤含水率均匀性最高，优势比较明显，保水保墒效果比较好。由于减少了灌溉水的无效棵间蒸发，因而，在相同灌水定额的情况下的农田蒸散量较低。
　　对夏玉米生长发育、产量及形成机制的影响:各处理的夏玉米叶面积指数均随着生育时期发展呈现出为先上升后下降的单峰曲线，即拔节后叶面指数迅速增加，到开花期时达到最大，然后呈逐渐下降趋势。不同处灌水处理W3的叶面积指数最大，最大叶面积系数分别比不灌水处理、沟灌、“小白龙”灌溉高35.5％、13.5％、10.5％。W3处理下夏玉米成熟期株高相比较W0、W1、W2分别增加了5％、1.8％、1.3％;在灌水定额相同的情况下，可以看出夏玉米光合作用W3处理略高于W2处理，尤其在中午11:00～12:00时最为明显，W3处理的蒸腾速率略低于W2处理。夏玉米叶片蒸腾速率随着水分控制下限的降低而下降，水分控制下限合理时，管道均匀移动灌溉可以使蒸腾速率下降，明显减少了叶片奢侈蒸腾，因而能够提高叶片的水分利用效率，从而为作物的高产打下了基础。管道均匀移动灌溉充分保证了夏玉米对水分的需求，保证了光合作用的顺利进行，同时又避免了奢侈性的蒸腾损失，使得干物质积累量的增加，灌浆期干物质积累W3相比较W0、W1和W2分别提高23.07％、3.23％、3.90％。成熟期干物质积累W3相比较W0、W1和W2分别提高13.33％、3.03％、4.29％。管道均匀移动灌溉增加了夏玉米成熟期的籽粒部分干物质积累量，有利于夏玉米总产量的增产。统计分析结果表明:W3处理下玉米产量为9758.70 kg/hm2，比W2处理高6％，比W1处理高11.4％，比W0高22.1％。
　　对水分利用效率(WUE)的影响:管道均匀移动灌溉相比较其他两种灌水方法，在不同程度上都提高了叶片水平上、群体水平上和产量水平上的水分利用效率。其中， W3的叶片水分利用效率最高(12.3)，相比较W0(9.01)、W1(11.25)和W2(11.08)分别提高了36.52％、9.33％和11.01％;群体水平水分利用效率依次是W3处理分别比W0、W1和W2高2.13％、8.42％和5.89％;产量水平水分利用效率W3较W0提高10.5％，较W1提高16.8％，较W2提高7.5％，该趋势与产量变化趋势一致。灌溉水利用效率W3＞W2＞W1，W3较W1提高39.2％，较W2提高6％。从作物水分利用效率和灌溉水利用效率来看，都说明管道均匀移动灌溉较传统的沟灌以及普遍应用的“小白龙”灌溉能有效提高夏玉米的水分利用效率和灌溉水利用效率，节水效果比较明显。
　　综上所述:管道均匀移动灌溉试验表明，管道均匀移动灌溉是实现夏玉米高产、节水的有效手段之一，并能显著提高WUE。在水资源匮乏的华北平原是一种值得推广的节水灌溉技术。