小麦灌溉技术

2024-06-11

小麦灌溉技术（共7篇）

小麦灌溉技术篇1

甘肃省小麦种植面积较大, 在粮食种植中占主体地位。小麦在灌区农田采用的灌溉方式较多, 有大水漫灌、垄作沟灌、喷灌、全膜微垄灌溉等多种模式, 各种灌溉方式各有优缺点, 大水漫灌简单、粗放, 但水的浪费严重;垄作沟灌实用、节水, 但增加了劳动投入;喷灌高效、精准, 但设备投入较高;全膜微垄灌溉节水、集雨, 但增加了地膜、劳动投入。目前甘肃省鼓励推广的小麦灌溉方式是垄作沟灌、全膜微垄节水技术。下面主要将垄作沟灌节水技术做一介绍。

一、垄作沟灌节水技术的概念

垄作沟灌是将土地平面修整成立体结构为梯形的垄畦, 输水沟为V型或U型, 在垄畦上种植作物。作物生长期按照需水规律, 将水浇灌在沟内 (详见下图) 。

二、技术要点

地块选择:选择有灌溉条件及地力基础较好的地块。耕层深厚、肥力较高、保水保肥的地块为佳。

精细整地:起垄前耙平土壤, 除去土坷垃及杂草后起垄, 尽量做到耕、耙、耱、施肥、起垄、播种连续作业, 以保证土壤墒情, 减少土壤水分散失, 以免影响播种质量。

垄沟规格:以南北向起垄种植为佳, 土地平坦的农田垄面50厘米, 垄底60厘米, 垄高15厘米。地块有坡度的农田垄面30~50厘米, 垄底40~60厘米, 垄高15厘米。

起垄方法:人工、畜力、机械起垄相结合, 若采用机械方法, 则起垄、播种、施肥一次性完成。

种植规格:田块平坦灌水流畅的农田, 垄面宽50厘米, 种4行, 行距为12~15厘米。田块不平灌水不畅的农田, 垄面宽40厘米, 种3行, 行距为12~15厘米, 或垄面宽30厘米, 种2行, 行距为12~15厘米, 垄沟再种一行。

三、田间管理

苗期管理:为保全苗、促壮苗, 要足墒播种。出苗期若出现土壤板结应及时破除, 麦类作物播种后要经常检查土壤墒情和出苗情况, 若墒情太差, 要补出苗水, 以保证全苗和壮苗。

水分管理:麦类作物要适时灌好头水, 特别是土壤墒情较差的地块, 头水时间要相应提前, 灌水次数适当增加, 灌水要小水沟灌, 杜绝大水淹没垄顶。

后期管理:麦类作物生长后期气温高, 大气干燥、干热风出现频繁, 造成植株青干, 采取相应措施, 以达到成熟正常, 确保籽粒饱满。蜡熟末期是收获适期, 如遇不良气候收获期要提前。

四、建议灌溉制度

出苗后, 及时整理灌水沟, 加高垄体, 以保证灌水顺畅。生育期灌水4~5次, 时间应掌握在三叶期、拔节、孕穗、灌浆和腊熟期, 每次40~50立方米/亩, 按全生育期灌5次水, 共需灌水250立方米/亩左右, 而平作大水漫灌全生育期灌5次, 每次灌水70立方米/亩计算, 共需灌水350立方米/亩, 全生育期亩可节水100立方米左右。

新疆小麦滴灌与常规灌溉对比分析篇2

一、小麦滴灌与常规灌溉投入产出对比

以新疆兵团第八师148团调查研究为背景, 深入小麦滴灌和常规灌溉各项指标的对比分析, 用统计数据验证小麦滴灌技术的可行性和必要性。

备注:1.平均每亩净灌溉水费用:平均每亩水方量常规灌为450方, 滴灌280方计, 每方水价格0.17元2.补贴性收入=90+0.2×平均亩产

﹡增长率:小麦使用滴灌技术产生的数据与常规灌溉数据进行比较, 常规灌溉数据为基期。

由该表可看出:小麦滴灌比常规灌溉每亩投入高48.3元/亩, 可是纯收入则比常规灌溉每亩增加了437.7元, 增产率为232.58%。由此可达到节水优质、提高单产、增加产量、增加效益、规模化现代化生产、切实提高小麦种植户的收益为目标, 对我国粮食生产的持续稳定发展, 实现农业远景目标具有非常重要的作用。

二、小麦滴灌与常规灌溉经济效益对比

备注:每亩平均净灌溉水量:春小麦整个生长期内, 每亩净灌溉用水量的平均数;产出投入比=平均每亩小麦产出额/平均每亩小麦投入成本;水产比=平均每亩小麦产量/平均每亩用水量

由该表可看出:小麦滴灌比常规灌溉每亩节省用水170方, 水产比反而增长了175.29%。有效缓解新疆水资源的紧张状况, 对新疆农业发展提供了宝贵资源。

三、小麦滴灌与常规灌溉单位产量的各项消耗分析

备注:﹡单位产量小麦是指每千克小麦这一基本单位元素

针对新疆境内农业地域的明显差异, 结合区域生态特点, 发挥高产优质品种的增产潜力和品质优势, 在充分利用有限的水资源, 研究集成节水灌溉技术、施肥技术、农作物病虫草害综合防治技术、粮食节本增效技术、优化管理技术等小麦生产关键技术, 建立滴灌小麦优质高产高效生产技术体系, 形成结合新疆区域特色的小麦基础理论的创新和突破。达到节水优质、提高单产、增加产量、增加效益、规模化现代化生产、切实提高小麦种植户的收益为目标, 有效缓解新疆水资源的紧张状况, 稳定和保持小麦有效供给和持续发展, 这在新疆粮食安全战略中占有突出的地位, 也对我国粮食生产的持续稳定发展, 实现农业远景目标具有非常重要的意义。小麦在新疆粮食生产中占有主导地位, 其播种面积、总产量均居全区粮食生产的首位, 稳定和保持小麦有效供给和可持续发展在新疆粮食安全战略中占有突出的地位。

因此还需要对小麦滴灌进行进一步的研究, 集成滴灌小麦优质高产栽培关键技术, 规范滴灌小麦高产高效栽培技术规程;监测滴灌小麦农田信息和优化配置灌溉系统;建设滴灌小麦优质高产综合技术集成及示范区。同时, 通过小麦农业生产中肥料利用率的提高以及以生物防治为主的综合防治技术的大力推广与应用, 通过合理轮作、种养结合, 将有利于农业资源和生态的有效保护, 减少化肥和农药等对农田环境的污染, 有利于环境的保护和改善, 促进农业生态系统良性持续发展。

摘要：文章主要探讨了新疆小麦滴灌与常规灌溉的投入产出比、各项消耗比和经济效益对比分析, 提出了研究滴灌小麦的重要意义。

关键词：新疆小麦滴灌,常规灌溉,对比分析

参考文献

[1]马富裕, 严以绥.棉花膜下滴灌技术理论与实践.乌鲁木齐:新疆大学出版社, 2002, 5

[2]严以绥.膜下滴灌系统规划设计与应用.北京:中国农业出版社, 2003, 1

[3]张静, 任卫新, 严健.番茄膜下滴灌综合效益分析.节水灌溉[J], 2004, (1) :29-30

[4]刘绍民, 吴文良.绿洲农业生态经济系统综合调控研究[J].干旱地区农业研究, 2002, 4.

小麦灌溉技术篇3

进入21世纪, 面对大力调整农业种植结构, 大幅度提高农民收入的现代农业发展要求, 以及水资源严重短缺的实际情况, 使得调整农业种植结构这一问题引起了人们的更多关注。王仰仁[1]等强调, 立体种植是作物在时间和空间上的集约化。王树年[2]提出立体种植是发展三高农业的必然选择。王仰仁, 杨丽霞, 胡炎[2]等研究强调, 间作在没有增加作物对水分需求的情况下, 作物的水分利用效率得到明显提高。王仰仁, 张建中, 杨丽霞[3]等研究表明, 间套种作物增加了对蒸发蒸腾水的合理利用, 与单种相比作物的根密度、叶面积指数、WUE和WU都比较高。总体趋势是:间套作物种植模式作物的经济产量要高于单种模式。在西北地区各种节水措施中, 应当首先研究增加节水型作物种植比例和调整农业种植结构。目前, 河套灌区单一的种植结构模式也开始向套种模式转变。套种与单种相比, 经济效益明显提高。对套种作物小麦套葵花的灌溉制度进行试验研究有非常重要的现实意义。

1 试验区及其布置

1.1 试验区概况

试验在内蒙古河套灌区治丰村试验田内进行, 试验区属温带大陆性气候区, 年降水量比较少、日照长、蒸发强烈、干燥多风、昼夜温差大、夏季短促温热、冬季漫长寒冷。试验区种植模式为河套灌区农民普遍采用的春小麦套种向日葵, 小麦带幅2 m, 种植20行;向日葵带幅1.8 m, 种植4行, 宽行距65 mm, 窄行距43 mm, 每公顷留苗2.617 5万株, 小麦带和向日葵带间距25 mm。小区长度15.7 m, 宽度9 m, 面积141.3 m2。作物播种时间及品种采用当地正常播期及常规品种, 小麦:永良四号, 3月28日播种;向日葵:杂交品种, 抗逆性强, 产量高, 品种型号909, 5月1日播种。

1.2 试验设计与方法

试验小区由农田微气象站、TDR、张力计、地下水位观测井、野外数据采集系统、GPRS传输系统等组成。农田微气象站为野外气象数据自动采集系统, 通过GPRS传输系统, 由室内的集控中心系统自动读取数值, 每5 min采集1次数据, 观测项目可以满足FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参照作物腾发量的要求。土壤水分由埋深为1 m的TDR监测, 每周观测1次, 灌水前后及较大降雨后加测, 张力计埋在春小麦套种向日葵实验田内, 分别在20、40、60、80、100、120 cm深度处埋设张力计, 每日8∶30时人工读取张力计读数, 记录作物根系层土壤基质势的日变化。根据当地行水时间, 试验田每次灌水由带水表的水泵从渠道内抽水定量灌溉。各个试验小区都采用同一耕作栽培施肥水平。采用田间灌溉对比试验的研究方法, 固定试验小区灌水次数和灌水时期, 采用不同的灌水水平, 研究目前河套灌区主要的套种模式小麦套种葵花的水分生产函数及其效益, 为河套灌区套种作物灌溉制度的制定与优化提供理论参考。

2 计算理论及方法

2.1 水量平衡

作物生育期内的水量平衡式 (4) 可以写成:

$E Τ_{C} = Ι + Ρ + G - D - Δ W (1)$

据以上平衡方程式可以得出, 只要知道灌水量、降水量、地下水补给量、土壤水渗漏量和土壤水变化量就可以得出作物实际蒸发蒸腾量。其中灌水量, 降水量和土壤水变化量是通过试验实测的数据, 比较容易得到, 而地下水补给量和土壤水渗漏量要运用达西公式在试验田实测土水势和实验室取得非饱和导水率的基础上进行计算。

2.2 水量平衡各个分量

由式 (1) 可以看出, “5水”之间是可以相互转化与流通的。灌溉水进入田间后首先成为地表水, 之后转化为土壤水, 进而被作物吸收所利用或通过深层渗漏成为地下水。不论水分以何种形式存在、转化与流通, 均遵循水量平衡原理。

2.2.1 土壤储水量的变化

土壤水是联系降水, 灌溉水和地下水之间的重要通道, 是农田水循环的重要组成部分。本研究中将作物根层土壤水分分为5层进行定期观测, 土壤储水量W采用如下公式计算:

$W = \sum_{i = 1}^{5} γ_{i} h_{i} θ_{i} (2)$

式中:γi是第i层土壤的密度, g/cm3;hi是第i层土壤的厚度, cm;θi是第i层土壤重量含水率, %。

经过计算, 作物生育期内土壤水储存量的变化如图1所示。从图1可以看出, 在春小麦套种向日葵生育期内土壤储水量的变化并不大, 其变化范围主要集中在30～45 mm之间。如果水量平衡所取计算时段较长时, 土壤储水量变化并不大, 可以忽略不计。在本研究中, 套种作物在整个生长期1 m土层内土壤储水量减少4.67 mm, 即ΔW=-4.67 mm。

2.2.2 灌溉水与降水

根据当地来水时间, 试验田作物在生长期内用水泵从渠道内抽水灌溉, 同时记录每次灌溉时间和灌水量。在作物生长期内灌3次水, 分别为5月15日、6月1日、6月11日, 共计灌水517.24 mm。降水量由农田微气象站采集的数据经GPRS传输系统, 由室内集控中心接收并读取, 在套种作物生育期内共计降水99.4 mm。作物生育期内的灌溉水、降水和地下水位如图2所示。

2.2.3 深层渗漏和地下水补给

河套灌区处于浅地下水位地区, 地下水位在灌溉后可以达到距地表0.75 m的位置, 因此, 地下水和作物根系层土壤水交换频繁。本研究中对作物生育期内的补给量和渗漏量以天为单位进行逐日计算。计算方法是根据试验田实测土层的土水势确定土壤水和地下水的运动方向, 通过室内试验得到根层下边界非饱和导水率, 再结合达西定律[5]计算地下水补给量与灌溉水的深层渗漏量。

(1) 非饱和导水率。

在室内用压力薄膜仪得到根层下边界土壤的土壤水分特征曲线, 经过拟合得到春小麦-向日葵套种模式试验地的土壤水分特征曲线的Van Genuchten形式。

$\begin{array}{l} θ = 0.177 7 + (0.520 0 - 0.177 7) \times \\ [1 + (0.004 7 S)^{1.717 4}]^{- 0.417 7} (3) \end{array}$

式中:θ为体积含水率, %;S为土壤水吸力, 102Pa。

又根据比水密度的表达式 $C = \frac{d θ}{d S}$ , 从而可以由式 (4) 得到春小麦-向日葵套种作物种植模式比水密度C的表达式。

$\begin{array}{l} \frac{d θ}{d S} = - 2.5 \times 10^{- 5} (750.79 - 2 192.59 θ)^{0.717 4} - \\ 2.5 \times 10^{- 9} (750.79 - 2 192.59 θ)^{2.434 8} (4) \end{array}$

运用水平土柱扩散仪法得到扩散率D (θ) 的表达式:

$D (θ) = 0.002 4 e^{13.767 θ} (5)$

由导水率, 比水密度和扩散率的关系K (θ) =C (θ) D (θ) 得到试验小区的非饱和导水率为:

$\begin{array}{l} Κ (θ) = 6 \times 10^{- 8} e^{13.767 θ} (750.79 - 2 192.59 θ)^{0.717 4} - \\ 6 \times 10^{- 12} e^{13.767 θ} \times (750.79 - 2 192.59 θ)^{2.434 8} (6) \end{array}$

(2) 地下水渗漏量和补给量的计算。

在土壤剖面中选定距地表1 m处作为作物根系层下边界, 在下边界80 cm和120 cm分别安置两支负压计, 监测这两点的基质势ψm。由非饱和流动的达西定律可以求得根系层下边界的土壤水分通量。

$q = Κ (\bar{θ}) (\frac{ψ_{m 2} - ψ_{m 1}}{Ζ_{2} - Ζ_{1}} + 1) (7)$

式中:ψm2, ψm1分别为深度为120 cm和80 cm处的基质势值, 102Pa; $\bar{θ}$ 为120 cm和80 cm处的平均体积含水率, %;Z1, Z1为这两处的垂向坐标, cm。

试验田内80 cm和120 cm处基质势变化见图3。由图3可以看出, 作物根系层下界面土水势的变化有一定规律性。在春小麦套种向日葵生育期内共灌3次水, 日期分别为5月16日、5月28日和6月12日, 由于在小麦收割前期, 降雨量比较多, 尤其是在7月6日一天中, 降雨量多达30 mm, 所以套种作物试验田内未灌第四水。每次灌水后, 根层土壤80 cm和120 cm处, 土壤基质势值明显上升, 而且80 cm土层水势总是大于120 cm土层的水势, 说明灌水后, 灌溉水会有部分渗漏, 成为地下水。在灌水后较长一段时间内, 土壤中水分由于被作物吸收和地面蒸发, 作物根层土壤含水量下降, 80 cm土层水势小于120 cm土层水势, 此时地下水又补给作物根层土壤被作物吸收利用。

通过计算, 春小麦套种向日葵生育期内地下水补给量为-10.32 mm, 即地下水渗漏量为10.32 mm。

2.3 套种作物种植模式作物需水量的计算

2.3.1 运用水量平衡法计算作物生育期内实际蒸发蒸腾量

根据 (2) 式, 当等式右边的各项通过各种方法计算出后, 作物生育期内的腾发量是可以计算的。经过计算, 春小麦套种向日葵生育期内作物实际腾发量为443.64 mm。

2.3.2 应用改进的Penman-Monteith方法[6,7,8,9,10]进行验证

根据联合国粮农组织推荐的作物需水量的计算公式如下:

$E Τ_{C} = Κ_{c} E Τ_{0} (8)$

式中:ET0为参考作物蒸发蒸腾量;Kc为综合作物系数。

(1) 参考作物腾发量的计算。

采用国内外应用最为普遍的Penman-Monteith公式对ET0进行计算:

$E Τ_{0} = \frac{0.408 Δ (R_{n} - G) + γ \frac{900}{273 + Τ} U_{2} (e_{a} - e_{d})}{Δ + γ (1 + 0.34 U_{2})} (9)$

式中:Δ为饱和水汽压与温度的关系曲线的斜率, kPa/℃;Rn为净辐射, MJ/ (m2d) ;G为土壤热通量, MJ/ (m2d) ;γ为干湿表常数, kPa/℃;T为日平均温度, ℃;U2为2 m高处风速, m/s;ea和ed分别为饱和水汽压和实际水汽压, kPa。

依据公式 (8) 进行计算, 得到春小麦套种向日葵生育期内参考作物蒸发蒸腾量见图5。从图5可以看出, 小麦套种向日葵生育期内参考作物腾发量的变化有一定的规律性。呈现出前期小, 中期大, 后期小的规律。这种变化规律与单种作物种植模式参考作物腾发量的变化趋势是一致的。

(2) 作物系数的计算。

对套种作物综合作物系数KC的计算, 首先按单作种植计算出KC小麦和KC向日葵, 然后用作物种植面积和作物株高进行加权, 最后计算出套种作物综合作物系数, 如式 (10) 所示。

$Κ_{C (i n t e r)} = \frac{f_{小麦} h_{小麦} Κ_{c 小麦} + f_{向日葵} h_{向日葵} Κ_{c 向日葵}}{f_{小麦} h_{小麦} + f_{向日葵} h_{向日葵}} (10)$

式中:f小麦和f向日葵分别为小麦和向日葵种植面积权重系数;h小麦和h向日葵分别为小麦和向日葵在不同生长阶段株高, cm;Kc小麦和Kc小麦分别为小麦和向日葵在单作种植时的作物系数。

以上参数中, 两种作物的面积权重系数可以通过田间实地测量得到, 且f小麦∶f向日葵=2.0∶1.8;作物株高在作物不同生长阶段定期观测 (取平均值) ;单作种植时的作物系数运用FAO-56推荐的分段单值平均法计算得到。计算结果见图6。

利用公式 (8) 计算得到作物生育期内的实际蒸发蒸腾量见图7。小麦套向日葵日需水强度最高的阶段为小麦拔节期葵花快速生长期, 此阶段为小麦和向日葵共生期, 小麦的生殖生长和营养生长最旺盛, 葵花的生殖生长增长迅速, 两种作物生理、生态需水均达到最高峰, 最高值达到6.3 mm/d, 平均为4.5 mm/d, 在降雨量有限条件下, 保证这一阶段灌溉水量充足, 对作物增产作用重大。

依据水量平衡原理得到小麦套种向日葵生育期内实际腾发量为418.29 mm。

运用水量平衡法和Penman-Monteith方法分别计算得到的作物实际需水量为443.64 mm和418.29 mm, 二者相差不大, 绝对误差仅为15.35 mm, 相对误差为3.6%。由此可见, 在研究区域采用这两种方法计算作物腾发量都是可行的。

2.4 作物水分生产函数模型

由小麦套葵花各生育阶段 (i) 的相对腾发量或相对缺水量作自变量, 用各阶段连乘的数学式构成阶段效应对相对产量总影响的乘法模型, 简称作物水分生产函数模型 (MCRW) , 比较典型的有Jensen模型、Mihas模型、Blank模型、Stewart模型、 Singh模型。

2.5 作物水分敏感指标及模型检验

作物水分敏感指标 (也称敏感指数或敏感系数) 是作物-水模型的关键参数, 可以较好地反应同一作物及不同作物对水分亏缺的敏感性程度。由非充分灌溉田间实验得到的作物相对腾发量和相应阶段的作物产量, 以作物-水模型为回归方程, 采用多元线性回归方法推求作物水分敏感指标。然后采用复相关系数的显著性检验法[11]对模型进行验证。从表1小麦套葵花各生育阶段敏感指标的变化规律为:Jensen模型、Minhas模型、Singh模型的F>F0.01, 回归效果极显著, 但Jensen模型相关系数比较高, Blank和Stewart模型的显著水平只有5%, 采用Jensen模型比较合理。

2009年作物各生育阶段敏感指标及检验结果分析见表1所示。

3 小麦套葵花优化灌溉制度

3.1 遗传算法

遗传算法的基本操作为选择、交叉、变异;其6个核心内容为参数的编码, 初始群体的设定, 适应度函数的设计, 遗传操作的设计, 算法控制参数的设定和约束条件的处理[12,13]。

求函数最大值的优化问题可设为:

$\max : f (x) s . t a (j) \leq x (j) \leq b (j) (11)$

式中:x={xj}为优化变量集;{a (j) b (j) }为x (j) 的变化区间;P为优化变量数目;f (x) 为目标函数。

3.2 模型应用实例

3.2.1 确定作物生长的数学函数模型

$\frac{Y_{a}}{Y_{m}} = (\frac{E Τ_{a}}{E Τ_{m}})_{1}^{0.110 0} (\frac{E Τ_{a}}{E Τ_{m}})_{2}^{0.337 1} (\frac{E Τ_{a}}{E Τ_{m}})_{3}^{0.202 4} (\frac{E Τ_{a}}{E Τ_{m}})_{4}^{0.308 7} (12)$

3.2.2 模型参数

作物不同生育阶段敏感指标、实际腾发量、有效降雨量和深层渗漏量, 初始土壤最小、最大储水量见表2所示。

3.2.3 确定数学模型

(1) 根据小麦套葵花全生育期划分为各个不等长的生长阶段, 阶段变量为n=1, 2, 3, …, N。

(2) 决策变量用来描述系统的特性, 该系统的决策变量为各个生长阶段实际灌水量mi和实际腾发量 (ETc) i, i=1, 2, 3, …, N。

(3) 状态变量为能够完全描述动态系统时域行为的所含变量个数最少的变量组称为系统的状态变量。该系统的状态变量为作物各个生长阶段初始土壤含水量Wi及初始可用于分配的总灌溉水量qi。

(4) 系统方程。

(a) 农田水量平衡方程:

$W_{i + 1} - W_{i} = m_{i} + p_{i} + G_{i} - (E Τ_{c})_{i} (13)$

式中:Wi+1, Wi分别为第 (i+1) 阶段和第 (i) 阶段初始土壤储水量;mi为第阶段实际灌水量;pi为第i阶段实际有效降雨量;Gi为第i阶段地下水补给渗漏量, 补给量取正值, 深层渗漏量取负值; (ETc) i为第i阶段实际作物腾发量。

(b) 水量分配方程:

$q_{i + 1} = q_{i} - m_{i} (14)$

式中:qi+1和qi分别为第 (i+1) 阶段和第 (i) 阶段可用于分配的灌溉水量。

(5) 目标函数:

$F = \max (\frac{Y_{a}}{Y_{m}}) = \max \prod_{i = 1}^{n} (\frac{E Τ_{a}}{E Τ_{m}})_{i}^{λ_{i}} (15)$

(6) 约束条件:

(a) 土壤储水量的约束:

$W_{\min} \leq W_{i} \leq W_{\max} (16)$

式中:Wmin和Wmax分别为作物生育期内第i阶段最小储水量和最大储水量。

(b) 腾发量的约束:

$(E Τ_{c m i n})_{i} \leq (E Τ_{c})_{i} \leq (E Τ_{c m a x})_{i} (17)$

式中: (ETc) min和 (ETc) max分别为作物生育期内第i阶段最小腾发量和最大腾发量。

$0 \leq m_{i} \leq q_{i} i = 1, 2, 3, \dots Ν (18)$

(7) 初始条件:初始土壤储水量hi可以根据作物生育阶段初期土壤含水率资料获得, 作物生育期内第一个生长阶段可用于分配的灌溉水量为作物全生育期可用于分配的总灌溉水量, q1=I, I为作物全生育期内单位面积上可以分配的总灌溉水量。

3.2.4 求解数学模型

采用基于实数编码的加速遗传算法, 优化目标函数中多个参数, 使目标函数值达到最大。小麦套葵花初始土壤储水量为46.15 mm。初始可用于灌溉的水量分别设为:q1 (小麦套葵花) =I (小麦套葵花) 。采用MATLAB7.5.0对各个优化变量写成统一的参数表达式, 设I为优化过程中逐次输入的总供水量, mm;ai (i=1, 2, 3, …k, k为优化变量的总数目) 为各个优化变量的统一表达式。

(1) 确定优化参数, 令:

$\begin{array}{l} {\begin{cases} q_{2} = a_{1} \\ q_{3} = a_{2} \\ a_{4} = a_{3} \end{cases} (19) \\ {\begin{cases} (E Τ_{a})_{1} = a_{4} \\ (E Τ_{a})_{2} = a_{5} \\ (E Τ_{a})_{3} = a_{6} \\ (E Τ_{a})_{4} = a_{7} \end{cases} (20) \\ {\begin{cases} m_{1} = a_{8} \\ m_{2} = a_{9} \\ m_{3} = a_{10} \\ m_{4} = a_{11} \end{cases} (21) \\ {\begin{cases} W_{2} = a_{12} \\ W_{3} = a_{13} \\ W_{4} = a_{14} \\ W_{5} = a_{15} \end{cases} (22) \end{array}$

(2) 各个优化参数之间的关系表达式。

水量分配关系:

${\begin{cases} a_{1} = Ι - a_{8} \\ a_{2} = a_{1} - a_{9} \\ a_{3} = a_{2} - a_{10} \end{cases} (23)$

水量平衡式:

${\begin{cases} a_{4} = a_{8} + W_{1} - a_{12} + p_{1} - G_{1} \\ a_{5} = a_{9} + a_{12} - a_{13} + p_{2} - G_{2} \\ a_{6} = a_{10} + a_{13} - a_{14} + p_{3} - G_{3} \\ a_{7} = a_{11} + a_{14} - a_{15} + p_{4} - G_{4} \end{cases} (24)$

(3) 确定约束条件。

$\begin{array}{l} {\begin{cases} 0 \leq a_{1} \leq Ι \\ 0 \leq a_{2} \leq Ι \\ 0 \leq a_{3} \leq Ι \end{cases} (25) \\ {\begin{cases} 0 \leq a_{4} \leq 99.49 \\ 0 \leq a_{5} \leq 107.32 \\ 0 \leq a_{6} \leq 113.90 \\ 0 \leq a_{7} \leq 122.93 \end{cases} (26) \\ {\begin{cases} 0 \leq a_{8} \leq Ι \\ 0 \leq a_{9} \leq Ι \\ 0 \leq a_{10} \leq Ι \\ 0 \leq a_{11} \leq Ι \end{cases} (27) \\ {\begin{cases} 19.58 \leq a_{12} \leq 45.57 \\ 20.05 \leq a_{13} \leq 49.68 \\ 22.74 \leq a_{14} \leq 50.14 \\ 23.14 \leq a_{15} \leq 52.65 \end{cases} (28) \\ a_{8} + a_{9} + a_{10} + a_{11} = Ι (29) \end{array}$

(4) 优化参数初始取值区间。

3.3 灌溉制度优化结果

从2009年小麦套葵花优化灌溉制度表可以得出以下结论。

在作物生育期内, 当灌溉供水量由0增加到250 mm时, 作物相对产量提高幅度比较明显, 2008年从0.386 9增加到0.998 1, 2009年从0.401 1增加到0.924 7, 分别提高0.594 2、0.523 6, 即每增加50 mm灌溉供水量, 相对产量平均增加幅度为0.118 8、0.104 7;当生育期灌水量由250 mm增加到400 mm时, 相对产量均比较高, 由灌溉供水量的增加而带来的增产作用明显下降, 2008年由0.981 1增加到0.994 5, 2009年由0.924 7增加到0.999 1, 分别提高0.013 4、0.074 4, 即每增加50 mm灌溉供水量, 相对产量平均增加幅度分别仅为0.004 5、0.014 9;再增加灌溉供水量 (大于400 mm) 对增产作用效果不明显。由此可见, 小麦套葵花生育期内作物灌溉供水量以250 mm为宜;在灌溉供水量一定的情况下, 要优先保证作物水分敏感指标比较大的生育阶段对水分的需求。

注:苗期-分蘖, 分蘖-拔节, 拔节-抽穗, 抽穗-成熟按小麦的生育阶段划分。

4 结语

(1) 运用水量平衡法和Penman-Monteith方法分别计算得到的作物实际需水量为443.64 mm和418.29 mm, 二者相差不大, 绝对误差仅为15.35 mm, 相对误差为3.6%。由此可见, 在研究区域采用这两种方法计算作物实际腾发量都是可行的。

(2) 小麦套葵花生育期内敏感指标的变化规律为分蘖-拔节>拔节-抽穗>抽穗-成熟>苗期-分蘖, 需水关键期为小麦拔节与葵花快速生长的共生期, 日耗水强度高达6.3 mm/d, 保证这一阶段灌溉水量充足, 对作物增产作用重大, 在灌溉供水量一定的情况下, 要优先保证作物水分敏感指标比较大的生育阶段对水分的需求。

(3) 由小麦套葵花灌溉制度优化结果可知, 当灌水量0≤I≤250 mm时的相对产量增加幅度明显大于灌水量250≤I≤400 mm的情况。按生育期内小麦套葵花共灌3次水考虑, 当总灌溉供水量为250 mm时, 平均每次可分配83.33 mm (833.7 m3/hm2) ;同时由不同水分处理对作物产量和水分生产率的影响结果可知:灌水量由750 m3/hm2增加到900 m3/hm2时增产量 (915 kg/hm2) 明显大于灌水量由900 m3/hm2增加到1 050 m3/hm2时的增产量 (31.95 kg/hm2) 。在灌溉水资源有限的条件下, 小麦套葵花推荐的生育期灌水量为250 mm, 相应的灌溉制度见表4所示。

小麦灌溉技术篇4

建设高坝大库,将改变天然河流水温,坝前垂向水温将呈现出明显的分层现象,水温分层将使水库下层的水体水温常年维持在较稳定的低温状态。水库建设低温水的影响已成为目前水电工程环境影响评价的重要组成部分,2005年12月,国家环境保护总局在北京组织召开了水电水利建设项目水环境与水生态保护技术政策研讨会,会议着重讨论了低温水的影响与减缓措施。在水库低温水的众多影响之中,对灌溉作物的影响一直备受关注,低温水灌溉会对土壤温度带来影响,而植物的发育可能对土温十分敏感。Walker的研究表明,土温变化1℃就能引起植物生长的明显变化[1]。土温对植物的影响是多方面的,它影响植物的生长模式、地上地下干物质的积累和根冠比[2,3]。

从20世纪80年代起,我国学者开展了低温水灌溉对水稻影响的试验研究[4],如王树萱等人通过低温水灌溉水稻的试验研究,发现低温水灌溉可以使双早稻减产36%[5];而对于低温水灌溉对小麦的产量、生育期等种种影响,由于实际灌溉中并未出现如同对水稻的显著影响,迄今为止,并未见与此有关的文献发表。本文探讨的低温水灌溉春小麦试验研究亦开展在20世纪80年代末,当时也是基于低温水灌溉对小麦影响不明显,未对试验数据整理发表。本文作者在与试验研究人员交流过程中,认为对本次试验结果进行总结有一定意义,基于细致的观测数据,可以深入探讨低温水对地温的影响、小麦生长的温度敏感期等,在征得试验人员同意的情况下,整理成文。本文拟从地温控制的关键因素、小麦生长的温度关键期等方面,论述低温水对小麦影响微弱的真正原因,以期为黄河龙羊峡以上河段的水电建设的环境影响评价提供依据。

1试验简述[6]

试验地点位于龙羊峡水库下游的贵德县河西乡格加村,为黄河岸边0.2万hm2灌区的耕地之一。龙羊峡水电站位于青海省境内黄河干流上游,右岸属贵南县管辖,左岸属共和县管辖。水库正常蓄水位2 600 m,对应坝前水深158 m,电站进水口高程为2 511 m。试验时,水位为2 573.99 m,对应坝前水深为132 m,电站出水口的温度为5～12℃。

试验田面积共0.10 hm2,其中,用黄河水灌溉0.047 hm2,用西河水灌溉0.053 hm2。试验于1987年12月开始,至1988年8月结束,在相邻两块耕地上,分别用黄河水和西河水灌溉春小麦,在土壤、种子、肥料和栽植措施基本相似的条件下,以小区试验为主,结合大田产量调查进行对照研究。

小区观测指标有春小麦各生育期、群体动态、室内考种。试验中还测定了土壤水分动态、地温变化、土壤营养元素、两种水源水质,以便找寻指标差异的原因。

根据春小麦的生长规律,分别在小麦分蘖、拔节、孕穗、灌浆期浇了6遍水。其中,引水流量采用流速仪(牌号:LS1085606)测定;每日在8时、14时、20时,采用插入式地温表分别进行地表、5 cm深、10 cm深、15 cm深以及20 cm深度的地温测量,同时利用干、湿球温度计记录3个时刻的气温。

1.1灌溉水量

全生育期灌溉水量黄河水为5 682 m3/hm2,西河水处理为5 886 m3/hm2,两种处理的水量基本相同。

1.2水温差异

水温变化如图1,从图1可见,从4月17日黄河水灌头遍水,到7月28日第6次水结束期间,水温总的变化趋势是:前期黄河水水温低于同期西河水,4、5月份两种水温相近,第6次黄河水水温高于西河水。

1.3水质差异

在春小麦生育期间,将黄河水和西河水水质取样化验,现将水质监测结果中与作物营养元素有关的项目列于表1。

结合同期水量折算,与西河水相比,从二水起六水间灌溉引入田间的钾钠离子,黄河水多489 g;氨氮、亚硝酸氮黄河也多于西河,分别为62 g和1.6 g;硝酸盐黄河水低14.96 g;有机物黄河水多103 g,从总量上看差别不大。灌溉对地温影响的结果见表2,图2、图3、图4。

注:①表中所有温度均为14时测量温度值;②表中由于第四、五水黄河水和西河水温度差别相对较小,故没有在表中给出,且第三水和第六水由于气候原因灌溉前一天的温度没有测量,此表中没能给出。

2结果与分析

2.1低温水对土壤温度的影响

从图2和图3可以看出,黄河水和西河水灌溉均会引起地温的变化。由于灌溉水源温度均低于气温,因而导致土壤温度的下降:表土(0～5 cm)温度下降最明显,随着深度增加温度下降幅度逐渐减小。

从图2还可以看出,黄河水灌溉使深土层(15～20 cm)温度不降反升高了1.6℃。分析认为:气象条件在控制地温方面是主导因素。在头次灌水中,黄河水在下午7时灌入,水下渗时带土壤深层热量相对较多,致使灌溉一天后,深层土(15～20 cm)温度上升;从图2亦可以明显看出,尽管头水中西河水温度高于黄河水,但由于西河水是在土壤热量大量散失后的深夜(零时)灌入,结果出现黄河水灌溉地块20 cm处的地温竟比西河水灌溉地块高出3.6℃。

从图4可以看出,黄河水和西河水两种水源灌溉对地温的影响。由于土壤热容量大,对不同温度的入田水,具有缓冲作用。同时田间积水经太阳辐射、大气辐射等升温因素作用后渗入深层,此外,土壤水分多时,土壤的导热性就提高很多[7]。致使灌溉水温入田前有7～8℃差异的二水与三水,24 h后两块地地温差异量级小于1℃。

图4中,头水灌溉对两种水源对地温影响的差异较大,主要是因为灌水时间的不同,上文中已做出解释;但对于第6次灌水,两种水源对地温影响差异大的原因还有待进一步研究。

2.2低温水对小麦产量和生育期的影响

据研究,土壤温度是决定能否出苗或出苗时间快慢的基本因素。在作物的营养阶段,土壤温度虽有一定的影响,但并不起主导作用,农业生产特别重视从播种到出苗期的土壤温度。如大豆出苗期的温度比幼苗生长期及开花结荚期的温度要高出5℃左右[8]。而本次试验灌水均在作物营养期,即水温差异最大发生在拔节期和孕穗期,所以灌溉水温可能产生的作物生长方面的差异,即使存在也可能轻微到难于看出的程度。这也是本试验在设计时的纰漏之处,而下面的试验结果恰恰证实了这一点。

表3为试验田产量,从表3可以看出,两种不同水质灌溉的春小麦在相同的栽培条件下,黄河水处理比西河水处理每公顷产量高394.22 kg,增产率4.7%。经大田调查,河西乡下马家村的1.43 hm2,用黄河水灌溉,每公顷产量为7 534.5 kg,同乡的格尔加村用西河水灌溉每公顷产量为6 630 kg,用黄河水灌溉较西河水灌溉增产13.8%,与本试验结果基本吻合。两种处理的春小麦生育期表现一致,从出苗到成熟历时126 d。

2.3低温水对小麦群体动态[9]和基本性状的影响

小麦群体动态及考种情况见表4、表5。从表4和表5可以看出,在春小麦每公顷下种均为412.5 kg情况下,黄河水灌溉的小麦群体动态指标均高于西河水灌溉,其中,每公顷平均基本苗数多6.3%,最高总茎数多1.4%,每公顷穗数多8.8%;两种水源处理的考种基本性状,如株高、穗长、穗粒数、穗粒重、千粒重、经济系数等都比较接近。

此外,两种处理的小麦籽粒粗蛋白含量经测定:黄河水灌溉小麦含12.19%,西河水灌溉小麦含11.62%。

3结语

通过采用不同温度的水源对春小麦不同生育期灌溉的试验研究,得到以下几点认识,期望为高寒地区水电建设环境影响评价提供参考和借鉴。

第一,气象条件在控制地温方面是主导因素。

不同灌溉时间由于土壤携带热量不同,可能减弱水温对地温的影响。

第二,播种期、出苗期是作物生长温度关键期。

低温水对作小麦营养期生长不会产生不良影响,亦不会造成减产。

第三,小麦是喜凉的作物,低温水灌溉不会造成如同喜温作物——水稻一样的严重减产。

近几年来,国内有一大批在建和待建的巨型深水库,如三峡、溪洛渡、瀑布沟、锦屏一级等,如何利用这些水库由于温度分层产生的冷热能源必将成为人们关注的焦点。其中之一,应该积极探讨水温、地温及其作物生长三者的关系,如不同温度水在同时段灌溉对土壤温度影响、相同温度的水在不同时段灌溉与土壤温度的变化关系以及提高灌溉水温会不会提高作物产量等等均有待进一步深入研究。

在这里,必须强调的是,本次试验最低水温为7℃,相对较高,望读者在引用分析结论时加以注意。

致谢:本文在写作过程中,得到了中国水电顾问集团西北勘测设计研究院的大力支持,在此表示特别感谢。

参考文献

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[8]李殿祥,永傲强,刘志军.温度对大豆生育的影响[J].中国科技信息,2006,(22):77-77.

小麦灌溉技术篇5

河套灌区是自治区也是我国重要的粮食生产基地,伴随着科技日新月异的发展进步,水资源紧缺已经是一个不容忽视的问题。当前迫切要解决的问题就是如何利用有限的水资源和通过怎样的节水途径来发展灌区的高效农业,得以缓解工业用水和农业用水带来的竞争压力。众多研究表明,适时适量的水分亏缺并不会显著影响作物产量下降率,种植结构的调整也越来越被重视及推广应用。间作模式下作物存在水资源和养分的竞争,但也合理利用了田间资源和养分,从而获得资源的高效利用和高产出。Eortin[1] MC表明从经济产量角度比,间作种植模式作物的经济产量要高于单种种植模式。胡淑玲[2]指出,套种条件下作物产量明显优于单种条件下作物产量。因此,小麦间作向日葵优化灌溉制度的研究对灌区水资源优化配置具有重要的应用价值。

1 试验区概况与试验设计

试验区位于内蒙古河套灌区磴口县坝楞村农业综合节水示范区,N 40°13′,E 107°05′。气候特征为冬季寒冷,夏季炎热干燥,全年降雨量较少,日照时数长,光能资源丰富。2010年磴口县作物生育期内基本气象资料见表1。

试验模式为粮食作物间作油料作物即小麦间作向日葵,小麦品种永良四号,向日葵品种为油葵562号,在作物全生育期内灌4水。由于当地农民普遍采用的灌水方式为地面灌溉,且都为充分灌溉,根据测定当地农民普遍采用的灌溉定额,为了确定小麦间作向日葵关键需水期,故设轻旱82 mm、中旱67 mm、重旱52 mm、充分灌溉97 mm 4个灌水水平,试验设8个处理,具体灌溉制度表见表2。

2 小麦间作向日葵作物耗水量的计算

2.1 WIN ISAREG模型计算参考作物蒸发蒸腾量

WIN ISAREG模型在1992年由葡萄牙里斯本技术大学农学院Teixeira等开发的数学模型[3,4]。它以水量平衡原理为基础,主要功能有农田水分变化的模拟,对于已有灌溉制度的评鉴,作物需水量与灌溉需水量的计算。也可对比不同的灌水方案,制定优选灌溉制度。

WIN ISAREG模型的主要是通过输入作物资料,土壤资料,气象资料,灌溉资料来进行作物需水量计算,并对现有灌溉制度进行评价,制定优化不同灌水条件下作物的最佳灌溉制度。运用模型计算得到2010年参考作物蒸发蒸腾量如图1所示。

2.2 作物系数的计算

FAO-56中各生育期小麦和向日葵作物系数的推荐值已经给出,间作条件下,作物系数权重因子主要考虑每种作物种植面积比例和作物株高,即式(1)[5]。

$Κ_{C} = \frac{f_{小麦} h_{小麦} k_{c 小麦} + f_{向日葵} h_{向日葵} k_{c 向日葵}}{f_{小麦} h_{小麦} + f_{向日葵} h_{向日葵}} (3)$

式中:f小麦∶f向日葵为小麦和向日葵的覆盖地表面积比,值为24∶1.8;h小麦、h向日葵为小麦和向日葵株高,由实测而得;KC小麦、KC向日葵为单作条件下小麦与向日葵的作物系数。模型中综合作物系数在整个生育期的变化曲线如图2所示。

2.3 作物需水量

小麦间作向日葵在全生育期共出现两次需水高峰,在2种作物的共生期,分别在6月中、下旬及7月末8月初,如图3。最大需水强度分别为6.355.27 mm/d,整个生育期平均需水强度为3.75 mm/d,整个全生育期作物需水量为466 mm。

3 小麦间作向日葵灌溉制度评价及优化

3.1 ISAREG模型的参数计算及验证

3.1.1 模型参数计算

(1)产量反应系数。小麦间作玉米综合产量反应系数计算公式(2)[5]如下:

$Κ_{y (f i e l d)} = \frac{f_{小麦} Y_{m 小麦} Κ_{y 小麦} + f_{向日葵} Y_{m 向日葵} Κ_{y 向日葵}}{f_{小麦} Y_{m 小麦} + f_{向日葵} Y_{m 向日葵}} (2)$

式中:f小麦∶f向日葵为小麦和向日葵的覆盖地表面积比;Ym小麦、Ym向日葵分别为小麦和向日葵两种作物的最大产量;Ky小麦和Ky向日葵是FAO-56推荐的产量反应系数,分别为1.05、0.95[5]。运用式(2)得到小麦间作玉米的综合产量反应系数为1.00。

(2)土壤水消耗比率:

$Ρ = Ρ_{推荐值} + 0.04 (5 - E Τ_{C}) (3)$

由于是间作,修正式(3) 中P推荐值是先划分小麦间作向日葵生育阶段,根据作物的覆盖比采用加权平均法计算得到的值,然后根据修正式计算得到P值,P值变化范围在0.5～0.7之间(图4)。

3.1.2 ISAREG模型建立与验证

运用处理1、处理2进行参数率定,不断的调整参数,使土壤实测含水率和模拟含水率的相对误差最小,建立模型,然后其他6个处理进行参数验证。将田间实测含水率与模型模拟含水率进行对比验证来检验选定参数的精确性。

6个处理土壤模拟含水率与实测含水率的比较如图5,6个处理的平均相对误差分别为3.2%、3.4%、4.0%、3.2%、3.1%、3.5%。各个处理各项指标均达到比较理想的结果,证明取得的数据较为可靠,因此这些参数可以用于评价和优化灌溉制度。

3.2 小麦间作向日葵实际灌溉制度评价

对各项指标进行评价(表3),从表3可知,8种处理中,处理8为对照处理。

从表3中还可以得知,处理3、处理5、处理8的产量下降率最低;但处理3和处理5在整个生育期灌水量比充分灌溉处理8少60 mm,灌水效率较处理8高15.03%,深层渗漏量较处理8少58.75 mm,且仅为2.43 mm,关键生育期为轻旱处理,较为合理。

处理1和处理4灌水量比处理8少30%,其产量下降率也达到了17.7%。因为在小麦拔节,孕穗期间灌水量太少,关键生育期为中旱处理,因此影响了作物的生长,造成减产。

处理2、处理6、处理7灌水量较处理8少23%,但其产量下降率为14.70%,原因为小麦在关键生育期处理为重旱和中旱,灌水量太少,满足不了作物营养生长的需要,造成作物减产严重。

比较上述8个处理,处理3和处理5处理较其他处理较为

合理,但其产量下降率仍然很大,仍有优化的空间。

3.3 小麦间作向日葵灌溉制度优化

以模型评价与分析为基础,通过改变灌水条件、目标、灌水时间间隔、灌溉定额,考虑间作模式作物需水量及各生育期生长需要,进一步模拟优化,制定更加高效节水的灌溉制度。以下为优化方案。

(1)方案1。规划原则:以产量最大为目标。灌水时间和灌水定额由模型模拟给出。

(2)方案2。规划原则:土壤含水率下降至适宜含水率70%时实施灌溉;灌水量为补充根系层水水量至田间持水量85%所需水量,灌水时间由模型优化给出。

(3)方案3。规划原则:土壤含水率下降至适宜含水率的70%时实施灌溉,灌水量为补充根系层水量至田间持水量75%所需水量,灌水时间由模型优化给出。

(4)方案4。规划原则:黄河来水时间为灌溉时间,考虑麦收后葵花处于现蕾期,因此再增加一次灌水,整个生育期灌5水,灌水量为达到根系层中总有效水量的80%。

(5)方案5。规划原则:黄河来水时间为灌溉时间,生育期共灌5水,灌水量为达到根系层中总有效水量的90%。

(6)方案6。规划原则:充分灌溉,灌水时间由模型优化给出,灌水量达到根系层总有效水量。

优化灌溉制度模拟结果见表4。

从表4中6种灌溉制度方案的模拟输出结果进行分析,得出以下结论。

(1)在水资源充足,灌水条件较为方便的情况下,为了追求最大产量,可以采用方案1和方案6。

(2)灌水条件方便,配有井灌等其他灌水设备,以节水角度出发,可选方案2或方案3,但方案3比方案2灌水次数多1次,增加了灌水损失和用工费用,且产量下降率比方案2大1.1%,因此建议选用方案2。

(3)方案4和方案5充分考虑了试验区当地的灌水条件,将黄河来水限制作为优化灌溉制度的一个重要因素,更符合当地现实要求。方案4比方案5全生育期减少灌水量38.27 mm,产量下降率增大2.1%,因此从节水角度看,方案4更为合理。

综上所述,河套灌区的主要灌溉水来源为黄河水,因此必须将黄河来水时间作为一个重要因子来制定优化灌溉制度,因此方案4更符合当地实际灌水条件。但在配有其他灌水设施的情况下,满足随时可以进行灌水的要求时,方案2也可采用。具体灌溉制度见表5所示,但本项研究未涉及土壤盐分控制所需的冲洗定额。

从表5可知,方案2每次的灌水时间间隔较大,全生育期仅灌水4次,灌溉定额较大。而方案4,由于2水与1水相隔仅仅10 d,且此时向日葵还未播种,因此2水灌溉定额较小;4水与3水同样间隔较短,且小麦已接近收获,需水量较,到5水是向日葵处于现蕾开花期,属于关键生育期,因此灌水量较大。

4 结语

(1)小麦间作向日葵综合作物系数存在两个峰值,分别在小麦生长中期和向日葵生长中期,且间作条件下作物系数与单作作物系数显著不同。

(2)小麦间作向日葵全生育期作物需水量为466 mm,全生育期共出现两个需水高峰,分别在6月中、下旬及7月末8月初。

(3)试验区如配有井灌等条件,优选灌溉制度为方案2。全生育期灌水4次,灌水时间分别为5月19日、6月17日、7月17日、8月7日,灌水定额为75、100、100、100 mm。

(4)若灌水水源仅为黄河水,优选灌溉制度为方案4。全生育期灌水5次, 灌水时间分别为5月14日、5月24日、6月23日、7月7日、8月3日,灌溉定额分别为70、55、90、55、80 mm。

参考文献

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小麦灌溉技术篇6

关键词：滴灌冬小麦,复播油葵,节水高效灌溉

我国是人口大国, 每年消耗掉的粮食数额巨大, 在这样的情况下, 我国对农业的发展高度重视, 对农业的资金投入数额也在不断的上升。为提高农作物的产量, 我国在滴灌冬小麦麦后进行复播油葵, 这样不仅可以实现农作物两年三熟, 增加农作物的产量, 还可以提高土地的利用效率, 避免土地资源浪费。在滴灌冬小麦之后复播油葵, 在播种油葵的过程中不需要大量灌溉, 但是, 在油葵生长期, 若是水源不足, 就要进行大面积的灌溉, 在灌溉的过程中, 还不能实现节水高效灌溉。因此, 在油葵灌溉的过程中, 造成了水资源的严重浪费, 针对这样的情况, 进行了滴灌冬小麦之后复播油葵节水高效灌溉试验, 希望通过试验, 可以找到合适的灌溉方法。

近几年, 在全球温室效应的影响下, 我国的气候在逐渐的变暖, 有效积温有了明显的提高。气候变暖之前的有效积温是3 400℃, 变暖之后的有效积温是4 500℃, 有效积温的提升, 为滴灌冬小麦麦后复播油葵提供了有利的条件。在此基础之上, 我国的无霜期时间也有了明显的延长, 无霜期由原来的125 d, 延长到150 d以上, 无霜期和有效积温的改变, 在复播提供了有利的先决条件。此外, 冬小麦的收获期和油葵的生育期能够有效衔接也是非常重要的条件, 冬小麦一般是在9月下旬播种, 在第2年的6月下旬收获, 冬小麦收获之后, 还有接近3个月的时间才到初霜期, 在这空闲的3个月中, 播种生育期70~80 d的油葵, 是非常合适的, 并且, 在6月下旬-9下旬期间, 气候较为凉爽, 这样的气候条件非常适合油葵生长。这些条件的存在, 为滴灌冬小麦麦后复播油葵奠定了良好的基础。

1 材料与方法

1.1 试验的具体内容

在进行滴灌冬小麦之后复播油葵节水高效灌溉试验之前, 先要明确试验的具体目标, 试验的具体内容, 只有在此基础之上开展试验, 才能做到井然有序。试验的具体内容是研究滴灌复播油葵的过程中, 不同的滴灌定额以及灌水次数对油葵产量的影响, 试验的具体目标是在完成研究之后, 根据研究的结论, 制定科学合理的复播滴灌油葵的滴灌制度[1]。

1.2 试验的具体方法

对滴灌复播油葵进行研究, 需要研究不同的滴灌定额以及灌水次数对油葵产量造成的影响, 在进行实际试验之前, 需要制定明确的试验计划, 然后按照计划开展试验。试验分为以下几个步骤。

1.2.1 选择油葵品种

不同的油葵品种, 生长周期不同, 对温度、湿度等条件的要求也不同, 因此, 在进行试验之前, 要选择最合适的油葵品种, 这样才能排除油葵品种对灌溉试验的影响。最适合进行灌溉试验的油葵品种是新葵杂5号, 新葵杂5号是一种早熟、油量丰富、丰产、生育期在85 d左右的品种, 它的生育期和冬小麦的收获期能够连接上, 非常适合滴灌试验[2]。

1.2.2 滴灌带铺设模式

首先, 要开垦出一块试验地, 然后在试验地上进行油葵播种。这次试验选择油葵播幅3.6 m的试验地, 安置6根滴灌带管, 滴灌带之间的平均间距0.6 m。采用0.6m×0.15 m的方式, 确保油葵之间的株距在0.15 m, 按照这样的方式进行播种, 理论上的播种株数应该是7 404株/667 m2, 每个滴头之间应该确保有0.3 m的距离, 滴头的水流量应该在2.4 L/h。在进行滴管带铺设的过程中, 要确保铺设是按照设计好的方案进行的, 避免铺设过程中出现误差, 影响试验结果的准确性。在试验过程中的灌水定额, 是净灌水定额。

1.2.3 设计试验

在设计试验的过程中, 要设计两种试验, 第1种试验是单因素试验, 就在灌水次数相同, 但灌水定额不同的情况下进行3次试验。第2种试验是多因素组合试验, 就是在灌水次数不同、灌水定额也不同的情况下进行3次试验, 通过这两次试验的对比, 得出结论[3]。

2 结果与分析

第1次试验结束之后, 可以得出这样的结论:当灌水的定额在216 m3/667 m2的时候, 油葵的产量可以达到最高, 最高的产量是205 kg。

第2次试验结束以后, 可以得出这样的结论:在多因素组合的情况下开展试验, 即在灌溉油葵的过程中, 将灌水的定额和灌水的次数相结合, 两者共同灌溉, 在这样的情况下, 当灌水量达到220 m3/667 m2, 并且灌水次数是4次的时候, 油葵的产量可以达到最高, 最高的产量是190 kg/667 m2。

3 结论与讨论

在油葵的播种面积、播种间距以及播种类型相同的情况下, 进行了两次灌溉试验, 第一次试验是单因素试验, 即在灌水次数相同的情况下, 改变灌水的定额, 进行试验, 第二次试验是多因素组合试验, 就是在灌水的次数、灌水的定额都是不相同的情况下进行试验, 通过这两次试验, 可以得出这样的结论:当灌溉的面积为667 m2, 灌水的次数为4次, 灌水的定额在210~220 m3时, 油葵的产量可以达到最高值。

通过滴灌冬小麦麦后复播油葵节水高效灌溉试验, 找到对油葵进行节水高效灌溉的方法, 然后将这种方法进行推广, 广泛的应用在油葵灌溉中, 这样就可以实现油葵节水高效灌溉。当灌溉问题解决之后, 在滴灌冬小麦麦后复播油葵就可以大面积的播种, 这样不仅提高了我国农业的复种指数, 使土地的价值得到了充分的利用, 还提高了油葵的产量, 促进了我国农业的发展。

参考文献

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[2]程玉新.滴灌油葵高产栽培技术措施[J].新农村 (黑龙江) , 2014 (2) :121-121.

小麦灌溉技术篇7

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2012年10月-2013年9月在华北水利水电大学河南省节水农业重点实验室农水试验场进行, 试验区地理位置为北纬34°78′, 东经113°79′, 海拔110.4m, 属北温带大陆性季风气候, 四季分明。年平均气温14.5℃, 多年平均降水量637.1mm, 平均日照时数5.6h, 无霜期220d。供试土壤质地为粉砂壤土, 土壤平均干密度为1.35g/cm3, 田间持水量为24%, 试验地块长度为90 m, 面积大约3 600 m2, 田块地势平坦, 灌排方便。试验场内设有自动气象站, 自动检测空气温度与湿度、太阳辐射强度、风速等相关气象资料。

1.2 试验设计

小麦、玉米一年两作沟灌模式在前茬夏玉米收获后整地灭茬并起垄做沟, 沟断面采用梯形形式, 梯形沟沟垄规格分别为70和40cm, 垄高20cm, 相邻两沟中距离为1.1m, 垄上种植5行小麦和2行玉米, 小麦、玉米一年两作沟灌沟垄田规格示意图如图1和图2所示。

试验设计对比为小麦、玉米传统畦灌和小麦、玉米一年两作沟灌 (后面简称为畦灌和沟灌) , 每种灌水方式均设置3个水分控制下限, 水分控制下限分别是田间持水量的60%、70%和80% (简记为L-60、L-70、L-80) , 每个水分处理3个重复。土壤水分以同种水分处理各生育期计划湿润层土壤平均含水率为标准, 当其低于设置的水分控制下限时, 进行灌溉, 各处理灌水日期见表1和表2。冬小麦试验品种为花培8号, 夏玉米试验品种为郑单958, 小区面积为13m×90m, 管理措施与大田的相同。沟灌施肥浇水均沿着垄沟进行, 畦灌肥水措施为撒施和畦灌。

1.3 调查测试项目

采用土钻取样烘干法测定小麦、玉米播前、全生育期和收获后的土壤水分, 每隔5d测定一次, 其中沟灌在沟、垄和垄坡上各取一个观测点, 畦灌取一个观测点;测定深度为1m, 分5层, 每20cm一层;观察并记录各处理的各生育期阶段起、止时间, 作物各发育阶段的特征、生长形态和生理变化状况等;每隔10d测定一次生理生态指标, 主要包括:基本苗、基部茎粗、株高、叶面积、灌浆进程、地上部分干物质累积量等生长情况;在小麦的分蘖期选具有代表性的1m行对分蘖数进行定点调查;试验结束时, 各试验小区随机选取30株小麦、10株玉米进行考种, 测定株高、干物质及其穗长、穗粒数、千粒重和籽粒产量等指标;收获时, 每个小区的冬小麦和夏玉米单收、单打、测产, 根据各试验小区实际产量, 折算成每公顷产量。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式对小麦、玉米生育期及生育指标的影响

不同灌溉方式对冬小麦生育期、群体动态和生育指标的影响见表3。由表3可知, 与畦灌相比, 沟灌种植模式下冬小麦的生育期延长3~5d, 株高、叶面积增大, 但总分蘖数显著减少, 其中拔节期单株分蘖数较传统平作少12.47%~23.26%, 到成熟期两种灌溉方式冬小麦的有效穗数已无显著差异, 因此冬小麦沟灌的成穗率高于常规灌溉;相同灌溉模式下, 随着水分控制下限的提高, 小麦生育期延长, 株高、叶面积有所增大, 基本苗、全生育期的单株分蘖数均有增长的趋势, 成穗率却随之下降。说明较高水分处理有利于冬小麦出苗及分蘖, 但对成穗率有抑制作用。

由表4可知, 与畦灌相比, 沟灌种植模式延缓了夏玉米的生育期, 其中拔节期较传统平作延迟了1d, 抽雄期持续时间延迟1~2d, 全生育期延长3~4d, 这为增产增收打下了良好基础, 同期的株高、叶面积和基部茎粗也均较平作畦灌大。在相同灌溉模式下, 随着水分控制下限的提高, 生育期延长, 株高、叶面积提高, 但是基部茎粗呈先增加后降低的趋势, 原因是夏玉米进入拔节期后开始旺盛生长, 高水分处理的作物长势迅猛, 水分向上运输能力强, 夏玉米更加倾向于径向发育, 进而削弱了横向生长。

2.2 不同灌溉方式对小麦、玉米产量及构成因子的影响

由表5可看出, 相同水分处理下沟灌冬小麦单位面积种植的穗数较畦灌平均低4.91%, 但其产量及其构成因子却高于畦灌, 其中穗粒数较传统平作增加2.57%~4.80%, 籽粒重增加9.39%~10.91%, 产量提高129.03~279.61kg/hm2。这主要是由于沟灌种植模式沟中无法种植作物, 削弱了冬小麦的种植密度, 但在垄上种植作物, 大大改善了田间的通风透光条件, 有利于发挥小麦边行优势。相较而言, 畦灌模式种植密度较高, 田间郁蔽, 易导致通风透光条件差, 个体间竞争力加强, 从而导致穗粒数相对较少, 且籽粒不够饱满, 相同的灌溉模式下, 随着水分处理上线的提高, 穗数、穗粒数、千粒重和籽粒重都相对增加。

由表6可以看出, 相同水分处理下, 沟灌夏玉米的产量及其构成因子均高于畦灌, 其中百粒重较传统平作增加1.45%~2.93%, 增产率达5.24%~12.26%, 平均产量增加672.86kg/hm2, 节水增产效果显著。这主要是由于沟灌模式大大改善了田间的通风透光条件, 具有较好的蓄水保墒能力。相较而言, 畦灌模式易导致通风透光条件差, 田间郁蔽, 从而导致籽粒不够饱满。两种灌溉模式夏玉米的产量都随着水分控制下限的提升呈先增高后降低的趋势, 产量构成因子中除百粒重对水分变化不敏感外, 其他构成因子及产量都随着水分控制下限的提高而增大。以沟灌为例, L-60水分处理夏玉米的产量分别较L-70、L-80减少20.36%和16.72%, 而L-70水分处理的产量比L-80高出3.74%。

2.3 不同灌溉方式对小麦、玉米周年水分利用效率和产值的影响

全年总产量和总产值受种植方式和水分处理影响较大 (见表7) , 相同水分处理下, 沟灌的总产量、水分利用效率WUE和总产值均高于畦灌;相同种植方式下, 虽然产量随着水分处理下限的提高逐渐增高, 但是灌水量加大导致水分利用效率WUE先增加后减少, 净产值L-80比L-70页出现了下降趋势, 原因是由于灌水投入较大而产量提高较少。

注:总产量=小麦产量+玉米产量;总产值=小麦产量×2.2 (元/kg) +玉米产量×2.5 (元/kg) ;总投入=灌水费用+种子费用+农药费用+人工费用+机械费用。

3 结语

(1) 与畦灌相比, 小麦、玉米一年两作沟灌的生育期延长3~5d, 冬小麦的无效分蘖数较少, 株高、叶面积和基部茎粗都有所增加;相同种植模式下, 随着水分处理下限的提高, 无效分蘖数增加, 成穗率降低。

(2) 与畦灌相比, 沟灌冬小麦的穗数、穗粒数、千粒重和籽粒重都有所提高;夏玉米的穗长、穗周长和百粒重也都有所提升, 最终冬小麦产量提高2.09%~3.77%, 夏玉米产量提高5.24%~12.26%。相同种植模式, 随着水分处理下限的提高, 冬小麦的产量逐步提高, 夏玉米的产量呈现增加后减少的趋势。

(3) 与畦灌相比, 沟灌的全年总产量较传统平作畦灌增加3.67%~7.92%, 相同的种植模式下, 冬小麦、夏玉米周年总产量随水分处理下限的提高呈升高趋势, 水分利用效率先增加后减少, 总产值L-80处理较L-70处理增大较少, 由于灌水投入较大, 导致周年净产值呈先增加后减小的趋势。

摘要：通过田间试验, 设置3种水分控制下限 (田间持水量60%、70%、80%) , 分析了沟灌对冬小麦/夏玉米一年两作种植模式下的作物生长发育过程、群体结构、籽粒产量及产量构成因子和经济效益的影响。结果表明:与畦灌相比, 沟灌冬小麦和夏玉米的生育期都延长3~5d, 冬小麦无效分蘖数减少, 成穗率提高6.14%~9.54%, 冬小麦、夏玉米的株高、叶面积、基部茎粗和产量都有所提高, 周年总产量提高3.67%~7.92%;相同灌溉模式下, 随着水分下限提高, 生育期也都延长, 冬小麦、夏玉米的株高和叶面积都有不同幅度的提高, 但夏玉米的基部茎粗表现为L-60<L-80<L-70, 且冬小麦无效分蘖数增加, 成穗率降低, 产量L-70显著高于L-60, L-80较L-70无明显提高, 由于灌水投入增加导致最终经济效益呈先增加后减少的趋势。

关键词：灌溉方式,灌溉控制下限,生长发育,产量及结构

参考文献

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