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1、浅谈玉米滴灌水肥一体化灌溉制度制定,宁夏农垦农林牧技术推广服务中心马 文 礼 2015年11月,目 录,一、玉米需水特征及制定合理灌溉制度的生物学基础二、灌溉制度制定的一般方法三、宁夏农垦滴灌水肥一体化灌溉制度相关情况,一、玉米需水特征及制定合理灌溉制度的生物学基础,玉米需水量实际上是由植株蒸腾量与棵间蒸发量两部分组成。一般春玉米所占比例稍高一些约 50%。在实际生产当中，实际耗水量远大于玉米的生理需水量，主要是存在水分的渗漏损失和无效蒸发。因此节水主要是减少棵间蒸发和灌溉水向玉米根系范围以外的渗漏，提高植株蒸腾的比例。,（一）玉米需水特征,1、影响玉米需水量的因素：,自然因素：气象条件、土壤
2、特征、作物性状等人为因素：农田灌排措施、农业耕作措施等（1）气象因素 气象因素是影响作物需水量的主要因素，它不仅影响蒸腾速率，也直接影响作物的生长发育。气象因素对作物需水量的影响，往往是几个因素同时作用，很难将各个因素的影响一一分开。当气温高、日照时数多、相对湿度小时，需水量会增加。,（2）土壤特征 土壤含水状况、土壤质地、地下水埋深等。,（3）作物因素 不同种类的作物需水量有很大的差异，如就小麦、玉 米、水稻而言，水稻小麦玉米；不同品种的作物需水量有很大差异，如耐旱品种需水量小；不同生育阶段需水量不同；不同长势的作物需水量不同。,（4）农业耕作措施 灌水后适时耕耙保墒、中耕松土，将土壤表面
3、形成一个疏松层，这样就可以减少水分的消耗。,（5）农田灌溉排水措施,2、宁夏灌区玉米的需水特征,玉米不同生育时期对水分的要求不同，整个生育期内，水分的消耗因土壤、气候条件和栽培技术有很大的变动。总体上来说，基本呈现两头低，中间高的特点和需水规律。一般每生产100Kg籽粒，玉米需水量在3560m 3。宁夏灌区理论上一般在40m3。,由上表的数据理论推算，灌区玉米达到正常生长，如果不考虑土壤地下水通过毛管上升水的补给，全生育期亩净灌溉定额为356378m3。,2.1玉米水分需求及耗水特点,宁夏灌区 不同灌溉水平下的春玉米耗水模系数 单位：m3hm-2,在确定灌溉方式及灌溉制度时，主要决策依据是耗水
4、量及各生育期的耗水比例。试验结果表明，玉米耗水最大时期是在拔节-大喇叭口期，除了苗期灌水的处理外，其他处理播种-拔节阶段耗水模系数最小。灌水对玉米各时期的耗水模系数影响不大，说明玉米对水分条件的自我调节能力较强，这为玉米强调生长发育关键期及拔节和大喇叭口期供水提供了依据。,2.3玉米膜下滴灌水肥耦合试验日均耗水强度及开始灌溉的土壤持水率下限,注：苗期、拨节期计划湿润层深度分别为20、40 cm，抽穗期、灌浆期、成熟期计划湿润层深度为60cm。土壤含水量下限为田间持水量的百分比。,出苗拔节：生长量小，需水少，占总需水量的1815%，供水不足的最大影响是降低出苗率。另外土壤含水量过高，会使茎基部1
5、3节生长过快，秆细长，易倒伏，根下扎深度不够，根区范围过小，抗旱能力降低，抗倒能力降低。土壤含水量过低，一般低于田间最大持水量的65%以下时，会抑制茎秆和叶片的生长，茎秆变矮，叶片变小，光合速率下降，干物质积累少。这是采取干播湿出、中耕蹲苗的生物学基础。土壤水分要达到田间最大持水量的65%70%。因此时根系主要分布在0-30cm,一般的湿润层深度确定在3040cm。拔节期抽雄期：此时为营养生长和生殖生长并进期，茎叶生长迅速，雌雄穗开始分化，日耗水逐渐增加，一旦受旱，形成“卡脖旱”，直接导致花粉败育、籽粒数下降、抽穗困难及干物质积累不足。需水量约占总需水量的30%以上，对土壤含水量要求达到田间最
6、大持水量的65%70%。主根区范围扩大至40cm 以上，湿润层一般确定在5060cm。,2.4 玉米不同生育期的需水规律及特点,抽雄灌浆期：此时也叫花粒期，需水量仅占总需水量的13%15%，但耗水强度最大，是玉米一生的水分临界期，一旦受旱，直接影响正常受精灌浆，导致粒数下降和千粒重降低。土壤水分应达到80%85%，湿润层深度不低于60cm。灌浆成熟：此时玉米日需水量逐渐下降，干旱主要造成千粒重下降，水分过多会直接导致根系缺氧早衰。一般占总需水量30%35%。土壤水分应达到70%75%。湿润层深度不低于60cm。,（三）田间持水量对玉米产量影响,当苗期田间持水量为50%60%,而拔节期田间持水量
7、大于70%,能获得较高产量,这是因为苗期轻旱有利于促进根系生长,而拔节期土壤水分条件好,能够促进植株旺盛生长,为丰收打下基础。当苗期、拔节期都处于干旱状态,即两个生育期连续干旱对产量影响最大,比平均产量减产62%。,当开花期田间持水量在55%75%,灌浆期田间持水量大于80%时,产量最高。相反开花期田间持水量小于45%,灌浆期田间持水量小于50%,产量最低。这说明开花期和灌浆期连续干旱,对产量影响较大,比平均产量减产45%。,（四）玉米田间水分供应状况对产量构成及生长的影响,玉米的水分利用率伴随着灌水量的增加呈下降趋势，不灌水的处理水分利用率最高，为3.31kg/m3；灌2 水的为2.8 kg
8、/m3；灌4水的最小，为1.98 kg/m3，表明玉米在本试验土壤蓄水和降水条件下,适当灌水虽对产量有一定提高,但对水分的生产效率的提高贡献不大.在缺少灌溉水条件下,可以尽量减少玉米的灌溉定额,以求得产量和生产效益的同步提高。,玉米不同灌溉定额及灌溉次数的叶面积系数变化曲线,由图310来看，单作玉米的群体叶面积随灌溉定额的增加而增加，从拔节抽雄前，灌水越多LAI越高，增长也越快，峰值也越高，抽雄后LAI开始逐步下降，但下降速度不灌水的处理比灌水的处理相对较慢。较高的灌水可以促进玉米的生长发育,使玉米保持较高的群体叶面积，但太高就会导致早衰。,（五）水分供应及需水量对玉米生理变化的影响,1、玉米
9、水分供应状况需水量对叶水势、细胞液浓度的日变化影响已有的研究表明，叶水势和细胞液浓度都能较好地反映作物的水分状况。玉米叶水势(LWP)与细胞液浓度(CSC)有着相反的日变化规律，各处理的叶水势从早上7：00起逐渐降低，到14：00左右LWP降至低谷，随后开始逐渐回升；而CSC则从早上7：00起逐渐升高，至14：00左右各处理的CSC都达到峰值，此后开始快速下降。在日变化中的不同时刻，LWP均随着土壤水分的降低而降低，CSC则随着土壤水分的降低而升高。在生产实践中，可以通过测定LWP、CSC变化情况来确定具体的灌水定额及频率，可为智能化灌溉奠定理论基础。,2、光合速率、蒸腾速率及气孔导度与土壤水
10、分关系研究,研究表明，各生理指标有着明显的日变化特征，不同处理气孔导度(Gs)峰值出现的时间早于光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)，在高水分条件下(T-80，土壤水分控制下限占田间持水量的80%，下同)Tr 峰值出现的时间滞后于Pn，而T-60处理、T-50处理的Tr峰值出现的时间早于Pn，随着土壤水分胁迫程度的增加，Gs、Tr、Pn的峰值有提前出现的趋势；不同处理细胞液浓度(CSC)的峰值及叶水势(LWP)的低谷均在14：00左右出现。Pn、Tr、Gs和LW P随土壤含水量的增加而增加,而CSC则下降。叶片水分利用效率LWUE(Pn/Tr)随光合有效辐射(PAR)的增加而增大，其峰值在10：
11、00左右出现，T-70处理的LWUE最高,T-50处理的最低。此外，通过对这些生理指标的分析，找出和土壤田间持水量的关系，可以较好的制定出相应的灌溉制度。,水是灌给作物的，不是灌给土壤的，通过对玉米需水量、特征及水分供应对玉米生长产量等的影响分析，玉米灌溉参数的制定必须充分考虑气象、土壤供水能力、作物生长发育特点，并根据生产的实际需要设定判定指标。,玉米水分供应状况及灌溉参数判定指标,1、气象条件，重点是生育期内的有效降雨量，并通过生理需水量确定基础参数。2、通过耗水强度确定灌水定额在具体生育阶段的分配、灌溉延续时间及间隔时间。3、通过土壤持水状况结合玉米叶面积指数、胞液浓度、叶水势、干物质累
12、计状况确定水分丰缺指标，从而确定具体的开灌时间及灌水定额。4、按照经济灌溉的要求确定经济灌溉定额，而不是单纯考虑产量。5、要兼顾考虑肥料施用和灌水时间的协调一致。,二、灌溉制度制定的一般方法,（一）经验法：通过对典型高产区的灌溉制度进行调查分析，制定灌溉制度。一般在漫灌条件下采用的比较多。优点是种植户易接受，容易操作。缺点是比较粗放，节水效果不突出，缺乏理论依据。,（二）试验法通过试验，对既定区域的灌溉参数、产量关系、相关技术参数进行确定。优点：针对性强，准确度高，易于推广。缺点是工作量大、周期长、区域性限制大。目前我们采用的多为试验法，但在具体操作中引入了水量平衡法和生长分析法。,（三）水量
13、平衡法,作物耗水量=播种时的土壤含水量+生育期总灌水量+有效降水量-收获期土壤蓄水量。水分利用效率(WUE)的计算:WUE=Y/CC=P+I-W+V-R-D W=h(W1-W0)式中:Y为经济产量(kg/hm2)；C为作物生育期总耗水量(m3/hm2)；P 为有效降水，I 为灌水量(m3)；V为毛管上升水，可忽略；R 为径流量,可忽略；为土壤体积质量(g/cm3)，播前及收获后分别开挖刨面测定体积质量,按不同重复取平均值;W为土壤水盈亏量，W1和W0为播种和收获时的土壤含水量(%)；h 为土壤供水深度(mm)。,灌水定额依据公式mmax=0.001ZP(maxmin)式中：mmax最大净灌水定
14、额，mm 土壤容重，取=1.46 g/cm3 Z计划湿润层深度P设计土壤湿润比max、min适宜土壤含水率上、下限（占干土重的%）灌水周期设计灌水周期按照公式：TTmaxTmaxmmax/Ia式中：T设计灌水周期(d)Tmax最大净灌水定额（mm）Ia=Ea设计耗水强度（mm/d）设计灌水定额md=TIam=md/式中：md设计净灌水定额（mm）m=设计毛灌水定额(mm)=0.9、一次灌水延续时间式中：t为一次灌水延续时间，h；m为设计毛灌水定额 Se为滴头间距 SL毛管间距 q灌水器流量经计算：灌水延续时间t=9.46h，取11h。,这是目前采用较多的方法，优点简单易操作，可作为测土灌水的基
15、本方法，充分考虑了滴灌设备参数、耗水强度、土壤水分状况和灌溉频率。缺点是过于侧重土壤水分状况，但对作物生长状况考虑不足。目前宁夏农垦基本采用的是这个方法,（四）其它方法：Jensen模型计算法作物产量与需水量的关系研究,又称为作物水分生产函数研究。Jensen模型模型可以较准确的计算出作物不同生育阶段需水量与产量的关系变化。式中:Ya-作物在某一供水条件下的实际产量,kg/hm2;Ym-作物在供水充足条件下的最大产量,kg/hm2;ETci-作物第i个生育阶段的实际 耗水量,mm;ETcmi-作物在充分供水条件下第i个生育阶段的最大耗水量,mm;n-整个生育期划分的生育阶段数量;i-表示第i个
16、生育阶段;i-作物第i个生育阶段对缺水的敏感指数。需水系数法值法（水面蒸发）以水面蒸发为参数的需水量计算法。水面蒸发量与作物需水量之间存在一定程度的相关关系，因此可用水面蒸发量这一参数来计算作物需水量：K值法（产量）以产量为参数的需水量计算法：ET=KY ET=KYn+c式中：K、n、c由实验确定。此法简便，只要确定计划产量后便可算出需水量；同时，此法使需水量与产量相联系，便于进行灌溉经济分析。,K值法（产量）以产量为参数的需水量计算法：ET=KY ET=KYn+c式中：K、n、c由实验确定。此法简便，只要确定计划产量后便可算出需水量；同时，此法使需水量与产量相联系，便于进行灌溉经济分析。作物
17、产量反映了水、土、肥、热、气、光等因素的协调及农业措施的综合作用。在一定条件下，作物需水量将随产量的提高而增加。但是需水量的增加并不与产量成比例，单位产量的需水量随产量的增加而逐渐减小，说明当作物产量达到一定水平后，要进一步提高产量就不能仅靠增加水量，而必须同时改善作物生长所必需的其它条件。模比系数法实践中的模比系数法：先确定全生育期作物需水量，估算出作物各生育阶段的需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进行分配，即：某一生育阶段的作物需水量；：模比系数日需水量：作物每日所需水量。作物的日需水量和模比系数，是制定灌溉制度和合理用水的重要依据。作物实际需水量法参照作物需水量ET0：指的是
18、土壤水分充足，地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔(长、宽均在200m以上)绿草地(高3-15cm)的蒸发蒸腾量。参照作物需水量只受气象条件的影响。目前采用的计算作物需水量方法，大致分为以下两步：第一步：考虑气象因素对作物需水量的影响，计算参照作物蒸发蒸腾量ET0；参照作物需水量ET0 的计算，计算参照作物需水量的方法有很多，最著名的、应用最广泛的是Penman公式。ET0 的计算只考虑了气象因素对需水量的影响，实际作物需水量ET 还应考虑作物与土壤因素进行修正。第二步：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参照作物需水量进行调整或修正，从而计算出实际需水量ET：ET=ET0Kc。Kc：作物系数，
19、与作物种类、品种、生育期、作物群体叶面积有关。,三、宁夏农垦滴灌水肥一体化灌溉制度相关情况,（一）2014年2015年玉米滴灌水肥一体化基本情况,2013年2014年，垦区累计推广玉米滴灌水肥一体化1.5万亩，2013年田间实测和理论测产结果显示，玉米滴灌覆黑膜处理亩产为1160 kg，滴灌不覆膜处理亩产1193 kg，分别比常规种植玉米亩增产207kg和240kg，增产率分别为21.7%和25.2%。2015年玉米水肥一体化核心试验区最高亩产达1388.1公斤/亩，超高产示范平均亩产达1300公斤/亩；核心试验区平均亩产 1218公斤/亩，水肥一体化核心示范区平均亩产1060.8公斤/亩，辐
20、射示范区平均亩产990.5公斤/亩，较相应区域玉米常规灌溉高产创建区增产14.4%，垦区玉米水肥一体化示范区平均亩产达 1026.7公斤/亩，较常规灌溉种植区玉米平均增产14%以上，最高增产可达30%。水肥一体化玉米亩节水50%以上，化肥用量减少50%，肥料利用率提高2035%，增产1025%左右，省时省工，经济效益明显。,（二）重点灌溉参数确定通过几年的试验示范，垦区基本确定了主要的灌溉参数，并结合生产实际集成了相应的配套栽培参数。,1、滴灌土壤湿润深度和宽度变化,滴灌6小时湿润深度可达20cm左右，宽度25-30cm，滴灌10小时湿润深度可达25cm左右，宽度35-40cm，滴灌12小时湿
21、润深度可达35cm左右，宽度40cm以上。滴灌前测定土壤重量含水量平均为9%，滴灌后土壤平均含水量为21%以上。根据测定数据分析，项目区玉米苗期滴灌时间可确定在6-8小时，生长中后期可确定在8-10小时，滴灌时可根据土壤和天气情况调整滴灌时间。,湿润层深度测定,2、灌水定额及灌水周期,按照水量平衡法、结合土壤墒情测定及以往试验数据，在充分考虑作物生长因素的基础上，根据上述理论测算和田间情况，玉米苗期灌水定额确定为10-15 m3，灌溉次数1-2次，营养生长期及生殖生长前中期，灌水定额确定为20-30 m3，灌溉次数6-8次，灌水周期5-10天，成熟期根据土壤墒情及玉米生长情况适当灌水1-2次，灌水定额确定为15-20 m3。,3、配套栽培技术,精量单粒播种、施肥、铺管、镇压一体化作业技术干播湿出技术GPS导航定位播种及全程机械化技术宽窄行株行距合理配置技术水肥一体化灌溉施肥技术病虫草害综合防控技术,（三）田间实际灌溉情况,黄羊滩2013年滴灌区灌溉、施肥统计表,谢谢！,
