甘肃引黄灌区小麦灌溉制度研究现状与发展趋势探析_苏贵平.pdf

南方论坛202023 年 4 月下South Forum甘肃引黄灌区小麦灌溉制度研究现状与发展趋势探析*苏贵平1，栾倩倩2，刘斌1（1.甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 白银 730900；2.甘肃省农业工程技术研究院，甘肃 武威 733000）摘要：制定合理的灌溉制度和控制适宜的土壤水分条件是节约水资源、促进农业可持续发展的重要途径之一。甘肃省属于小麦主产省份，但该地区自然降雨分布不均，而小麦属于高耗水作物，水资源缺乏成为甘肃引黄灌区小麦生产的主要限制因子。基于此，课题组围绕甘肃引黄灌区小麦灌溉制度研究现状，分析了小麦需水规律及高效节水灌溉制度，并从小麦生长发育需水量及需水时间控制机制研究、小麦干旱发生发展情况与致灾临界气象条件研究、极端干旱情况下小麦脆弱性诊断及适应性管理三个方面阐述了小麦灌溉制度研究发展趋势，以期为农业水管理精准化提供参考。研究结果表明，为实现小麦高产及节约用水，应科学制定小麦的灌溉制度，进行适时、适量灌溉，为小麦生产创造合理的群体结构，提高水资源利用效率，从而达到节水、高产、高效、稳产的目标。关键词：引黄灌区；小麦；灌溉制度；发展趋势中图分类号：S274 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.08.0060 引言水资源是农业生产的重要物质基础，水资源总量严重制约了农业生产水平。随着全球气候干暖化程度不断加剧，导致水资源的消耗量和地表水的蒸发量加大，干旱和半干旱地区的耕地出现大面积的干旱缺水现象，农业灌溉用水需求与供水不足的矛盾尤为尖锐。小麦是引黄灌区重要的粮食作物，在我国农业经济发展中占有重要地位。农作物的灌溉制度就是作物播种前及全生育期内的灌水次数及灌水定额，并且具体制定每次灌水的时间、灌水量以及全生育期的灌水次数1。近年来，甘肃省为深入贯彻落实国务院关于推进农业水价综合改革的决策部署，全省农业水价综合改革工作一体推进，通过优化配置和统筹调度，促进用水结构和用水方式转变，实现深度节水、极限节水。因此，为实现小麦高产及节约用水，应科学制定小麦的灌溉制度，进行适时、适量灌溉，为小麦生产创造合理的群体结构，提高水资源利用效率，从而达到节水、高产、高效、稳产的目标2。本文重点对甘肃引黄灌区小麦灌溉制度研究现状与发展趋势进行分析，以期为实现农业用水管理目标，落实用水总量控制和定额管理，完善灌区水权配置和科学灌溉提供理论依据和技术支撑。1 甘肃引黄灌区小麦灌溉制度研究现状1.1 现行小麦灌溉制度甘肃引黄灌区小麦灌溉制度主要是灌区实行多年的经验制度3，现行小麦灌溉制度如表1所示。结合本地水资源情况，考虑到春灌及春播时间的影响，小麦一般采用冬灌保墒的形式，通常在每年的10 月初至 11 月中旬进行灌水泡地保墒，灌水量为100 m3/亩；小麦生长期灌水时，灌水周期为22 d4。现行灌溉制度在灌水周期等方面已经总结了丰富经验，可以根据灌区季节性缺水、蒸发强烈以及降水量少等特点进行适时、适量灌溉。但是，由于灌区灌溉面积不断增加，导致灌溉高峰期用水紧张，在这一时期并不具备明显的需水变化。表1现行小麦灌溉制度灌溉制度冬灌一苗水二苗水三苗水灌水定额/（m3/亩）100606060灌溉定额/（m3/亩）280280280280灌水时间10月2日11月15日5月7日5月28日5月29日6月19日6月20日7月11日灌水周期/d452222221.2 灌溉定额分析计算按照GB 5028899 灌溉与排水工程设计规范中的要求，在旱作物灌溉制度上，可通过水量平衡法进行确定，利用逐旬或逐候水量平衡演算的方式，确定出生育期灌水定额、灌水时间及灌水次数。按照当地耕作经验确定出播前灌水时间、播前及生育期灌溉定额，可通过以下公式进行确定：M1=102H(mex-0)（1）基金项目：甘肃省水利技术推广项目“景电灌区主要农作物适宜灌溉制度及水分利用效率和光能利用效率研究”（22GSLK024）作者简介：苏贵平（1984），男，甘肃甘谷人，本科，工程师，研究方向为农业灌溉与水利工程建设管理。通信作者：刘斌（1989），男，甘肃景泰人，硕士研究生，助理工程师，研究方向为农业灌溉试验技术。2023 年 4 月下南方论坛21South Forum M2=ET-P0-Wk-(W0-Ws)（2）式中，M1表示的是播前灌水定额，单位为m3/hm2；表示的是H深度内的土壤平均容重，单位是t/m3，结合灌区土壤类型，确定=1.45 t/m3；H表示的是土壤计划湿润层深度，最终确定H=0.5 m；mex表示的是土壤田间持水率，取20%；0表示的是播前土壤平均含水率，取11%；M2表示的是生育期灌水定额，单位为m3/hm2；ET表示的是总需水量，取320 m3/亩；P0表示的是生育期内的有效降水量，经实际统计P0=180.3 m3/hm2，按照 60%计算得出有效降水量约为 108.2 m3/hm2；Wk表示的是生育期内地下水补给量，由于该地区地下水位深度超过了15 m，因此不对地下水补给量进行考虑；W0表示的是土层原始储水量，播前灌水时为102Hmex，播前不灌水时为102H0，单位为m3/hm2；Ws表示的是土壤平均含水率，取14%。用以上参数进行计算，得出播前灌水定额以及生育期灌溉定额分别是44 m3/亩、220 m3/亩。因为春小麦往往在播种时间上相对较早，同时不容易落干，会对播种产生影响，结合多年种植经验，选择冬灌的方式。在上年11月份进行冬灌保墒处理，播前土壤持水率应在20%左右，将冬灌灌水定额增加78 m3/亩，最终得出冬灌灌水定额在122 m3/亩左右，灌溉定额为342 m3/亩。对该地区进行了储水定额对比试验，如表2所示。从表2中可以看出，灌水定额为120 m3/亩时，各指标均优于灌水定额为100 m3/亩时，可见，120 m3/亩是较为理想的储水模式。2 小麦需水规律及节水高效灌溉制度2.1 小麦需水规律1）冬小麦需水规律。第一，不同生育阶段的需水量。对于冬小麦而言，不同生育期在气候条件、时间上均存在较大不同，所以在需水强度及需水量上也会存在明显差异。抽穗至成熟期属于需水量最多的阶段，主要是因为这一阶段的生长期相对较长；拔节至抽穗期日需水强度最大，主要是因为该时期冬小麦处于营养与生殖生长并进的时期，生长极为旺盛5，属于需水敏感期，因此若满足该时期水分需求，可实现冬小麦增产增收。第二，叶面蒸腾与棵间蒸发。这两部分水量共同构成了冬小麦需水量，其中，叶面蒸腾属于生理过程，大气与土壤水分条件和蒸腾量大小密切相关。此外，植株叶面积大小等因素也会对蒸腾大小产生影响，对于冬小麦而言，在其拔节以后会出现最大的蒸腾量。棵间蒸发属于物理过程，在冬小麦生长初期，会存在较大的棵间蒸发量，但随着其群体规模逐渐增大，棵间蒸发量会逐渐降低，拔节后会减少至最小值。2）春小麦需水规律。第一，不同生育阶段的需水量。抽穗至成熟期属于春小麦需水量最大的阶段，模系数超过了40%；拔节期模系数通常会超过20%；播种至出苗期需水量最小，模系数处于 6%以下6。通常情况下，拔节期属于春小麦日需水强度最大的阶段，无论是生态需水还是生理需水，均达到了最高峰，属于春小麦营养及生殖生长最旺盛的时期，若能有效满足该时期的水分需求，能够有效促进春小麦增产。第二，叶面蒸腾与棵间蒸发。对于春小麦而言，其各生育期叶面蒸腾变化与总需水量变化较为相似，先是从小到大，随后又会由大变小，拔节至抽穗期会达到峰值。而棵间蒸发会与叶面蒸腾同步变化，导致这一情况的原因是春小麦生长环节在蒸发量上会受到气象条件的影响，气象条件影响与生物学过程同步进行，但较大的生物量并未对棵间蒸发进行有效抑制。春小麦棵间蒸发量一般为需水量的20%30%，同产量水平存在较大关系，产量水平高时，蒸发量较小；产量水平低时，蒸发量较大，并且，春小麦棵间蒸发量情况也与小麦品种类型存在较为密切的联系。2.2 小麦节水高效灌溉制度春小麦是在春季播种，同年夏季以及秋季收获，生育期较短，一般为80 d120 d。由于春小麦在甘肃地区分布较广，在多个地区均有大面积种植，所以在灌溉问题上较为复杂。在甘肃地区，受气候特征影响，春小麦生长期几乎不存在降雨天气，若想实现春小麦高产稳产，满足春小麦生长需求，需要选择灌溉的方式对春小麦实施全生育期灌水，重点关注灌浆期、三叶期、孕穗期以及拔节期。遵循轻灌、勤灌及早灌原则，在实际灌溉环节，应尽早灌溉头水，并赶灌二水，适当增加灌水次数，降低灌水量，并实施延表2储水定额对比试验灌水定额/（m3/亩）基本苗数/（m3/亩）出苗率/%干物重/g株高/cm折合苗产量/（kg/亩）土壤水分/%10037.683.63.782.4376.714.618.012039.1786.33.884.6384.717.219.6南方论坛222023 年 4 月下South Forum迟停水。通常情况下，春小麦生长至三叶期会出现分蘖、生根情况，并且幼苗也会开始分化，如果出现缺水受旱问题，会减少分蘖，严重影响幼穗发育，若想实现小麦增产，需要尽早灌水7-8。浇灌头水的时期通常是在小麦的二叶一心期，尤其是对于春旱多风年份或地区需要格外注意。头水灌溉完成后，应紧跟上二水，主要是因为在灌溉头水后，春小麦正处于拔节关键时期，若出现缺水受旱情况，会对幼穗发育以及茎节生长产生较大影响。当头水与二水间隔时间过长时，很容易导致土壤板结龟裂，阻碍根系生长。后期灌水则遵循不受旱原则，灌水量相同时，可增加灌水次数，适当减少灌水定额，这样做会比灌水次数少、灌水定额大获得更好的效果。3 小麦灌溉制度研究发展趋势3.1 小麦生长发育需水量及需水时间控制机制研究小麦生长发育中，需要重点做好冬灌与春灌工作，能够为小麦生长提供充足的水分，并且也会对小麦产量产生直接的影响。在冬灌时间及灌溉量的确定上，需要综合考虑气温、地温、苗情及墒情等情况，同时这些也是春季初次灌溉时间及灌溉量的主要决定因素。因此，需要根据小麦丰产及节水目标，确定小麦灌溉时间及灌溉量，对小麦生产发育阶段的气候条件、土壤条件、田间管理技术等进行综合考虑，了解不同干旱程度与小麦生长、水分利用率及产量等方面的关系，并在此基础上，保证灌溉时间与灌溉量的科学性与合理性。3.2 小麦干旱发生发展情况与致灾临界气象条件研究根据甘肃地区小麦干旱发生发展情况，进行小麦不同生育阶段干旱发生与发展过程、形态与功能变化机制等方面的研究，确定干旱情况下小麦生产敏感性指标，得到小麦水分亏缺指数与相关模型，了解干旱发展环节小麦的致灾临界气象条件与响应机制，准确评估小麦受旱程度，动态监测干旱的发生发展，从而将此作为主要依据，科学确定灌溉时间、灌溉量及灌溉次数，有助于合理制定小麦有效应对干旱问题的策略，实现小麦安全生产。3.3 极端干旱情况下小麦脆弱性诊断及适应性管理受气候变化的影响，甘肃地区干旱问题发生较为频繁，存在较为严重的春旱以及冬旱情况，对小麦产量构成与种植分布产生了较大影响9。为更好地了解气候变化与极端事件下小麦对高产稳产的灌溉需求，应重点对极端干旱情况下小麦控制因素与敏感性指标进行研究，掌握小麦不同发育期面对不同干旱时间及强度具备的脆弱性阈值。在此基础上，确定具有针对性的小麦干旱脆弱性诊断技术，根据实际情况，研究适宜的灌溉技术，如喷灌技术、分根灌溉技术、滴灌技术以及渗灌技术等，并形成有效的管理措施，如灌溉基础设施建设、现代集水农业发展等10。此外，进一步加大对现代化节水灌溉管理技术的研究力度，在不断示范及大力推广下，助力小麦安全生产。4 小结综上所述，作物整个生育期的总灌水量会对其产量产生直接影响，同时在作物生长期内水分的分配也与作物产量息息相关。当水资源有限时，若未能根据作物需水要求进行科学灌溉，则会出现作物减产情况。甘肃引黄灌区小麦种植过程中，需要对小麦生育期需水情况进行深入了解，并在此基础上，科学制定小麦灌溉制度，实现水分的最优分配，进一步提升灌溉用水的有效性，获得更高的水分利用率，实现小麦增产增收。参考文献：1 刘斌，谢飞，凌一波，等.不同间作播期和密度对甜瓜/向日葵间作系统氮素利用效率的影响J.中国生态农业学报，2016，24(1)：36-46.2 马占方.浅谈节水灌溉与水利管理制度J.农业科技与信息，2022(12)：85-88.3 于洋，侯新月，丁乾，等.作物灌溉制度和土壤水分控制技术研究进展J.水利科学与寒区工程，2022，5(6)：39-41.4 任安，黄彦，王柏，等.不同灌溉制度对黑土区水稻耗水规律影响研究J.水利科学与寒区工程，2022，5(6)：42-46.5 杜建民，王占军，俞鸿千，等.宁夏引黄灌区丰水年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度研究J.节水灌溉，2019(10)：47-54.6 任杰，徐冰，田德龙，等.基于DSSAT模型膜下滴灌小麦灌溉制度优化J.内蒙古水利，2018(10)：16-18.7 夏会香，刘旭波.如何提高小麦产量的策略性研究J.南方农机，2018，49(12)：95.8 吕庆平.禹门口灌区汾南、浍河、西范灌溉片灌溉制度的确定J.山西水利科技，2017(4)：78-80.9 曹广月.以引黄入冀补淀工程为水源的农作物灌溉制度设计：以衡水冀州市引黄灌溉工程为例J.水利规划与设计，2017(3)：31-34.10 王玉娟.指针式喷灌机在农业节水灌溉中的应用J.南方农机，2018，49(13)：97+103.