泾惠渠灌区畦长对夏玉米耗水特性和产量影响

马 龙，李 强，陈新明

(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院/旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100; 2.陕西省泾惠渠管理局，陕西 三原 713800)

泾惠渠灌区位于陕西省关中平原中部，是一个以农业灌溉为主的大型灌区，现有设施灌溉面积9.69 万hm2，有效灌溉面积8.79 万hm2[1]，灌区以占全省2.4%的耕地，生产粮食占全省的5.8%，提供商品粮占全省的10%，是陕西省重要的粮食生产基地之一。由于地面畦灌具有灌溉成本低，方便实施等优点，特别适合地势平坦、面积较大、机械化程度较高的地区，是目前泾惠渠灌区主要的灌水方式。由于灌区农业生产上还存在着大水漫灌、灌水次数多、灌水定额大、入地流量不合理、土地平整状况差、田间灌溉工程设施的不完善以及田间灌溉管理措施粗放等问题，造成了农田水分生产率低[2,3]。畦田规格参差不齐，灌区由于畦田过长而造成的灌溉水量浪费屡见不鲜，不仅没有形成高产而且极大的造成了水资源的浪费。随着农业灌溉水资源短缺的现象日益严峻，而对于大多数灌区而言，许多节水灌溉设施还没有在实际生产生活中得到大量的推广和使用[4]。

因此，本试验在泾惠渠灌区试验田将大田与小区试验相结合，研究不同畦长在相同改水成数条件下灌溉水在畦田中的分布规律及灌水质量，夏玉米的耗水特性和产量等的影响，对制定切实可行的田间管理措施，提高灌溉水的利用率，促进开展生态灌区建设，为灌区夏玉米的高产节水提供理论依据和技术参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

本试验于2015年6-10月在陕西省咸阳市泾阳县桥底镇北赵村试验田进行，试验田介于东经108°29′40″～108°58′23″，北纬34°26′37″～34°44′57″，海拔521.72 m，位于泾惠渠灌区的上游。多年平均降雨量为548.7 mm，最多降水量829.7 mm，年平均蒸发量为1 218.3 mm，雨量主要集中在6-9月。土壤以中壤土为主，土壤密度为1.43，孔隙率46%，最大田间持水量24.4%，耕种条件良好。冬小麦于2015年6月5日收割机收割，并秸秆还田。夏玉米于2015年6月8日采用玉米穴播机进行播种，2015年10月8日收获，供试品种为“津北288”，各处理的夏玉米种植密度相同，均为7 株，每块畦田种植5行玉米，施氮量(换算为纯氮)为300 kg/hm2，后期不进行追肥。根据玉米的生长周期规律和灌溉试验规范，结合灌区的降雨情况和农民的农作习惯。将夏玉米的生育期划分为5个生育阶段：出苗期、拔节期、抽雄扬花期、灌浆期和收获期。

1.2 试验设计

本试验共设置80、120和240 m 3个畦长处理，分别用L80、L120和L240表示，畦宽统一设置为2.8 m。每个畦长处理统一采用80%改水系数，即灌水时水流的前锋达到畦长总长的80%是停止灌水，每个处理均随机区组设计，每个处理设置3次重复，每个处理间用保护行隔开。按灌溉时水流方向将每个畦长处理分别分为4个区域，即80 m畦长每20 m为一个取样区域，畦首区域取沿畦田方向0～20 m区域，畦中区域取2个分别是20～40和40～60 m区域，畦尾取60～80 m区域；120 m畦长每30 m为一个取样区域，畦首区域取沿畦田方向0～30 m区域，畦中区域取2个分别是30～60和60～90 m区域，畦尾取90～120 m区域；240 m畦长每60 m为一个取样区域，畦首区域取沿畦田方向0～60 m区域，畦中区域取2个分别是60～120和120～180 m区域，畦尾取180～240 m区域；波动范围为±5 m，各测定指标均在各区域取样点处测定。试验地块及小区分布如图1所示。其中试验将灌水时期分为播种压茬灌(6月10日，入畦流量为40 L/s)、拔节抽雄灌(7月20日，入畦流量为40 L/s)和灌浆灌(8月20日，入畦流量为45 L/s)3个灌水时期。

图1 试验地块及小区分布图 注：A1、A2、A3为A小区的3个重复设置，B1、B2、B3为B小区的3个重复设置，C1、C2、C3为C小区的3个重复设置，D1、D2、D3为D小区的3个重复设置。每种畦长的A小区代表畦首部分，B和C小区代表畦中部分，D小区代表畦尾部分。

1.3 试验测定指标及方法

(1)土壤含水率的测定。土壤含水量的测定采用土钻取土烘干法，每个小区选取前中后3个测点，每个测点测定土壤深度为0～100 cm，土样间距10 cm进行测定。在灌水期前后3 d和生育期内每7 d的测定1次,若有大量降雨期加测。

(2)玉米生理指标测定。玉米生理指标测定在各生育期分每隔7d别在每个实验区取3株长势平均具有代表性的植株，灌水前后进行加测，采用直尺和游标卡尺测量夏玉米的各项生理指标(株高、茎粗和叶面积)；夏玉米成熟期后，在收获前每个小区选取15株的玉米植株，测定穗长和穗粗等产量性状，然后进行脱粒考种，计算产量和百粒重。

试验采用Excel2007和DPS软件进行数据统计分析，Duncan新复极差法进行多重比较，Origin8.0软件画图。

2 结果与分析

2.1 夏玉米全生育期土壤含水率空间变化动态分析

2.1.1 播种期灌水各土层土壤含水率变化动态分析

播种期灌水前后灌溉畦长为80 m的条件下，沿畦长方向各小区土壤含水率垂直分布如图2所示。由图2可知，L80条件下，灌水前各土层的土壤含水率随着土层深度的增加而逐渐增加，沿畦长方向各小区土壤含水率较为均匀，变化不大。其中，0～20 cm土层的平均土壤含水率为14.7%左右，0～100 cm土层的平均含水率为16.5%左右，100 cm土层以下的平均土壤含水率约为19%。灌水后，各土层的土壤含水率随着土层深度的增加呈逐渐减小的趋势，0～20 cm土层的平均土壤含水率增加最为明显，较灌前约增加了7.3%，0～100 cm土层的平均含水率增加了6.1%，100 cm土层以下的平均土壤含水率变化较小，仅增加了4.0%，沿畦长方向各小区土壤含水率无明显差异。

图2 80 m灌溉畦长条件下播种期灌水前后各小区不同深度土层的土壤含水率 注：A小区代表畦首部分，B和C小区平均值代表畦中部分，D小区代表畦尾部分。畦田的参数是畦田内各小区参数的加权平均值，下同。

播种期灌水前后灌溉畦长为120 m的条件下，沿畦长方向各小区土壤含水率垂直分布如图3所示。灌水前沿畦长方向的各小区同一土层的土壤含水率无显著差异，土壤含水率随土层深度的增加总体呈现递增趋势，与80 m畦长相同。L120条件下，灌水后0～140 cm土层的土壤含水率增加较为明显；0～50 cm土层的土壤含水率变化最大， 0～50 cm土层中畦首处理条件下平均土壤含水率增加最少，增加了8.62%；畦尾处理条件下增加最多，比畦首处理提高了2.04%。畦首、畦中和畦尾处理下140 cm以下土层的平均土壤含水率比灌水前分别增加了0.92%、1.39%和2.09%。

播种期灌水前后灌溉畦长为240 m的条件下，沿畦长方向各小区土壤含水率垂直分布如图4所示。灌水前各处理小区的相同土层的平均土壤含水率大致相同。平均土壤含水率随着土层深度的增加呈现递增趋势，与80和120 m畦长趋势相同。灌水后各处理小区的土壤含水率变化差异显著，畦尾处理下0～100 cm的平均含水率显著低于其他两个处理，分别比畦首、畦中降低了13.9%、16.1%。100 cm以下的土层的土壤平均含水率沿着畦田长度方向呈递减的趋势。这可能是此次灌水水流推进效果不佳，无法完全达到240 m畦田的畦尾，造成了土壤吸水效果不好。

2.1.2 拔节-抽雄期灌水各土层土壤含水率变化动态分析

拔节-抽雄期灌水前后灌溉畦长为80 m的条件下，沿畦长方向各小区土壤含水率垂直分布如图5所示。由图5可以看出，L80灌溉畦长条件下，各小区拔节-抽雄期灌水前后的土壤含水率曲线均呈“V”字图形。拔节-抽雄期灌水前，各小区0～20 cm的土层出现差异，20 cm以下的土层土壤含水率均无明显差异，土壤平均含水率随着土层深度的增加而逐渐增加。灌水之后，各处理60 cm以上的土层土壤含水率较灌前变化明显，平均土壤含水率变化为畦尾>畦中>畦首，畦中处理下去较灌前平均土壤含水率增加了49.2%。各小区60～120 cm之间土层的土壤含水率变化差异较为显著，120 cm以下土层的土壤含水率变化无显著差异，均处于同一水平。

拔节-抽雄期灌水前后,灌溉畦长为120 m的条件下，沿畦长方向各土壤含水率垂直分布如图6所示。由图6可以看出，L80灌溉畦长条件下，各小区拔节-抽雄期灌水前后的土壤含水率曲线均呈“Y”字图形。拔节-抽雄期灌水前，各小区0～200 cm的土层的平均土壤含水率变化情况大致相同无显著差异，50～200 cm的土层的平均土壤含水率随着土层深度的增加而呈现递增的趋势；灌水之后各处理小区0～140 cm的土层平均土壤含水率随着土层深度的增加而呈现递减的趋势，较灌水前平均土壤含水率变化较大，140 cm以下的土层平均土壤含水率较灌水前平均土壤含水率变化较小，基本处于同一水平。灌水前后，各小区的沿垂直深度的平均土壤含水率无显著的差异。

图3 120 m灌溉畦长条件下播种期灌水前后各小区不同深度土层的土壤含水率

图4 240 m灌溉畦长条件下播种期灌水前后各小区不同深度土层的土壤含水率

图5 80 m灌溉畦长条件下拔节-抽雄期灌水前后各小区不同深度土层的土壤含水率

图6 120 m灌溉畦长条件下拔节-抽雄期灌水前后各小区不同深度土层的土壤含水率

拔节-抽雄期灌水前后灌溉畦长为240 m的条件下，沿畦长方向各小区土壤含水率垂直分布如图7所示。由图7可以看出，L240灌溉畦长条件下，各小区拔节-抽雄期灌水前后的土壤含水率曲线均呈“Y”字图形。拔节—抽雄期灌水前，各小区0～60 cm土层的平均土壤含水率略有差异，40～60 cm土层的土壤含水率大于0～30 cm，这是因为这段生育期降水量较大，表土的水分蒸发量也比较大。各处理小区60 cm以下的土层土壤含水率的变化大致是相同的，平均土壤含水率均随着土层深度的增加呈现递增趋势。灌水之后，畦首和畦中处理区域下的0～100 cm土层的土壤含水率变化明显，分别比灌水前土壤含水率增加了25.8%和31.2%，畦尾处理土壤含水率增加量明显低于畦首和畦中，其中增加量最少的D小区处理含水率仅比灌水前增加了14.6%，0～100 cm土层灌水后的平均土壤含水率沿着畦长的方向从畦首到畦尾先增加后减小，依次为畦中>畦首>畦尾。畦中和畦尾处理的100 cm以下的土层灌水前后变化不大，基本处于同一水平。

图7 240 m灌溉畦长条件下拔节-抽雄期灌水前后各小区不同深度土层的土壤含水率

2.1.3 灌浆期灌水各土层土壤含水率变化动态分析

灌浆期灌水前后灌溉畦长为80 m的条件下，沿畦长方向各小区土壤含水率垂直分布如图8所示。由图8可以看出，L80灌溉畦长条件下，各小区灌浆期期灌水前后的土壤含水率曲线均呈“V”字图形。灌水之前，各处理小区各土层的平均土壤含水率差异较小，基本处于同一水平。灌水之后，各处理小区0～60 cm以上的土层的平均土壤含水率较灌水前增加明显，其中畦中和畦尾处理平均土壤含水率较灌前增加了50.3%；畦首处理增加略小，增加了35.2%。100 cm以下土层平均含水率各处理小区间均无显著差异。沿畦长方向的各小区的土壤含水率分布均匀，灌溉效果良好。

灌浆期灌水前后灌溉畦长为120 m的条件下，沿畦长方向各小区土壤含水率垂直分布如图9所示。由图9可以看出，L120灌溉畦长条件下，各小区灌浆期期灌水前后的土壤含水率曲线均呈“Y”字图形。与拔节-抽雄期相比较，灌浆期灌水前的土壤含水率相对比较低，这是因为这一生长周期降雨量较小且分布不均，灌浆期玉米籽粒生长发育植株的需水量较高，80 cm以上土层的平均土壤含水率均呈现出下凸的趋势，各处理小区的灌水前个土层的土壤含水率差异不显著。灌水后，平均土壤含水率增加比较显著，从畦首到畦尾各处理分别增加了23.87%、24.01%和22.06%，各处理之间差异不显著。灌溉水入渗深度较为平均，均在120 cm左右，畦田之间没有发生渗漏。

图8 80 m灌溉畦长条件下灌浆期灌水前后各小区不同深度土层的土壤含水率

图9 120 m灌溉畦长条件下灌浆期灌水前后各小区不同深度土层的土壤含水率

灌浆期灌水前后灌溉畦长为240 m的条件下，沿畦长方向各小区土壤含水率垂直分布如图10所示。由图10可以看出，L240灌溉畦长条件下，各小区灌浆期期灌水前后的土壤含水率曲线均呈“Y”字图形。灌水前，各处理0～100 cm的土层的平均土壤含水率随着土层深度的增加而增加明显，100 cm以下的土层的土壤含水率在20%左右浮动，这是因为灌浆期时籽粒生长发育的关键时期，夏玉米的根部仅能达到80 cm以上，所以以下的土壤含水率变化不明显。各处理0～100 cm土层的平均土壤含水率增加最为明显，但差异显著，从畦首到畦尾依次降低。畦尾处理的100 cm以下土层渗漏不明显，畦中处理发生深层渗漏，水流向畦尾推进困难，灌溉用水浪费严重。

图10 240 m灌溉畦长条件下灌浆期期灌水前后各小区不同深度土层的土壤含水率

2.2 夏玉米全生育期灌水均匀度的动态分析

不同灌溉畦长在各生育期的灌水均匀度如表1所示，由表1可以看出，3种规格灌溉长度的畦田灌水均匀度随着畦田长度的增加呈现“高—高—低”的大体趋势，其中L80和L120灌溉畦长条件下3次灌水的均匀度均较高且没有产生显著差异，而L240的灌溉畦长与L80、L120却在各灌水时期都存在着显著性的差异。

表1 不同灌溉畦长在各生育期的灌水均匀度

注：采用DPS软件的Duncan新负极差发进行多重比较，表1中以小写字母标记5%显著水平，字母相同表示差异不显著，字母不同表示差异显著,下同。

不同灌水畦长内各处理畦首、畦中和畦尾在生育期灌水均匀度关系如图11所示，由图11可知，当改水系数相同，灌水均匀度随着畦田长度的增加而逐渐减小。这是因为，短畦灌水时灌水效果较为均匀，畦首至畦尾灌溉比较平均，不会发生水流的大量汇集和渗漏损失；而长畦灌水后往往会发生灌溉水流在畦田中发生无法推进造成大量的水流渗漏损失和水流在畦田中部汇集造成土壤含水量较高，而畦田尾部含水量较低，从而降低了畦田的灌水均匀度[5]。在全生育3次灌水条件下，播种期灌水的平均灌水均匀度比较低，而且不同灌溉畦长之间差距较为明显，这是因为，一是冬小麦收获后秸秆还田不均匀对灌溉水流起到了一定的阻碍作用，二是在播种期各种规格畦田表土情况不同，平整度差异较大，所以会形成较大差异。

2.3 灌溉畦长对夏玉米产量产量及其构成因素的影响

由图12可以看出，不同灌水畦长处理导致的土壤水分条件不同对夏玉米产量构成因素的各种性状的影响不同。

当灌溉畦长为80 m的条件下，夏玉米的产量依次为畦首>畦中>畦尾，即沿畦田方向的各处理小区产量从畦首到畦尾依次减小，畦首、畦中、畦尾3部分的产量无明显差异且均处于同一水平，平均产量为1.021 839 万kg/hm2。百粒重的大小依次为畦首>畦中>畦尾，单穗重的趋势与其相同，畦田内各部分之间变化不大且差异不显著。穗长、穗粗随着畦长的增加而减小，畦田首中尾之间均无显著差异。

图11 不同灌水畦长内各处理小区生育期灌水均匀度

图12 不同处理夏玉米产量构成因素指标分析

当灌溉畦长为120 m的条件下，畦田各部分夏玉米的产量与80 m畦长的趋势相同，随畦长的增加而减小，其中位于畦首部分的产量比位于畦尾部分高8.6%，畦田首尾产量之间的差距较为显著，平均产量为1.002 539 万kg/hm2。单穗重沿畦长的方向逐渐减小，且部分间存在着显著性的差异，其中畦首比畦尾增加了5.2%。穗长、穗粗随着畦长的增加而减小，变化趋势与80 m的畦长相同，畦田首中尾之间间长势较为平均，无显著差异。

当灌溉畦长为240 m的条件下，平均总产量明显低于80和120 m的灌溉畦长，平均产量随着距离畦首的距离增加而逐渐减少且变化显著。其中畦尾部分比畦首的平均产量减少了15.39%，并且是240 m的畦尾处理是所有畦长处理中产量最低的区域，这是由于畦田水流受到边界条件的影响，虽然供水时间长，但是畦田过长，水流无法推进到畦田尾部而是在畦田前中部造成了渗漏，且农民对于长畦畦尾的耕作不到位造成的。单穗重的变化趋势与80和120 m的畦长相同，但畦田首尾差异较为明显，其中畦首部分比畦尾部分增加了14.5%，比畦中增加了9.7%。百粒重、穗长、穗粗均随着畦长的方向增加而减小，但畦首、畦中、畦尾各处理之间的差异不显著。

2.4 不同畦长处理下夏玉米的水分利用效率分析

由图13分析可以看出，不同灌水畦长处理对夏玉米水分利用效率影响比较显著。同一灌溉畦长条件下，随着距离畦首长度的增加，畦首、畦中和畦尾的平均水分利用效率值呈现出递减的趋势，各部分之间的平均水分利用效率差异系数依次为L240>L120>L80；L80灌溉畦长条件下，从畦首到畦尾各处理的平均水分利用效率基本处于同一水平状态无显著性差异；L120灌溉畦长条件下，位于畦首的处理比畦尾的处理平均水分利用效率值增加了8.41%，达到了显著性水平；L240灌溉畦长条件下，位于畦首的处理比畦中和畦尾的处理分别增加了12.4%和20.9%，各小区之间差异显著。综合以上畦田各部分平均水分利用效率和产量结果分析，畦田灌溉水利用效率表现为：80 m畦长>120 m畦长>240 m畦长，即80 m畦长的灌溉水利用效率为水分利用效率为25.12 kg/(hm2·mm)，比120 m畦长高11.18%，比240 m畦长高23.56%。即在一定范围内短畦有利于提高灌溉水利用效率，畦长越短的畦田灌溉水利用效率越高，灌水利用效率随着畦田长度的增加而逐渐减小。

图13 不同灌溉畦长处理夏玉米的水分利用效率

3 结 语

(1)灌溉畦长对垂直土层分布的土壤含水率产生重要的影响，其中降水对0～20 cm土层的含水率影响较大，畦田长度对于深层土层的土壤含水率影响较为显著。土壤含水率随着灌溉畦长的增加为变化明显，畦长越长，沿畦田方向分布的各小区之间的平均土壤含水率之间的差异愈加明显。L80和L120条件下，畦田内的畦首、畦中和畦尾土壤含水率的垂直分布较为均与，位于畦首的土壤含水率略低于其他小区且差异不太显著；L240条件下，在灌水时畦尾可能受到雍水的影响产生大量渗漏，从而土壤含水率沿着畦田长度的方向逐渐增加且趋势明显，但当畦田中水流推进不佳在畦田中部发生渗漏且水流推进到畦尾较为困啊时，畦尾的土壤含水率反而较小，二者均不利于节约用水。

(2)各规格灌溉畦长的灌水均匀度在随着生育期的进行呈现出“低—高—高”的趋势。L80和L120灌溉畦长条件下，各处理小区的灌水均匀度较高，灌水效果好。当在L240灌溉畦田条件下灌水均匀度明显降低。这说明在适当中短畦灌水条件下，灌水均匀度可以达到最大，灌水效果最明显，也更有利于作物的生长发育，与冀传允的结论相似[6]。

(3)夏玉米的穗长、穗粗随着灌溉畦长的增加差异并不显著，同一畦长条件下畦首、畦中和畦尾的穗长、穗粗也没有形成显著性差异。80 m畦长条件下，百粒重沿着畦长的方向较为平均没有出现显著性差异，120和240 m灌溉畦长条件下夏玉米的百粒重沿着畦长的方向逐渐减小，畦田内畦首、畦中和畦尾之间的差异较为显著，畦田长度单穗重影响趋势和百粒重基本相似，与崔振岭等[7]结果相似。在80 m灌溉畦长条件下，夏玉米的产量及其构成因素表现较为平均，受畦长影响变异较小。

(4)畦田灌溉水利用效率表现为：80 m畦长>120 m畦长>240 m畦长，即在一定范围内短畦有利于提高灌溉水利用效率，畦长越短的畦田灌溉水利用效率越高，灌水利用效率随着畦田长度的增加而逐渐减小，短畦有利于提高灌溉水利用效率。80 m灌溉畦长条件下水分利用效率最高且分布最为均匀，产量为1.021 839 万kg/hm2，水分利用效率为25.12 kg/(hm2·mm)，是最值得推荐和使用的畦田长度。

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