收稿日期：2023-11-30
作者簡介：盛金奇（1986—），男，甘肅高臺人，工程師，研究方向為農村人飲工程及灌溉用水運行管理。
摘 要：以灌區農業為背景，通過細致的試驗布置、物候觀測、水平衡和氮平衡要素的觀測與分析，全面剖析了灌溉對水循環、氮素循環和作物生長的影響。研究主要集中在灌溉水分生產率和氮平衡要素上，通過灌水、排水、滲漏、田間耗水和蒸騰等多方面數據的收集，深入揭示了不同管理策略下的效果，可為研究為農業節水灌溉提供科學依據。
關鍵詞：農業節水灌溉；
試區布置；
田間處理設計
中圖分類號：S274.3 文獻標識碼：B文章編號：2095–3305（2024）03–0-03
隨著全球氣候變化和人口增長，灌區農業面臨著日益加劇的水資源壓力[1-2]。有效利用水資源、提高農業水分利用效率成為刻不容緩的任務[3-4]。農業節水灌溉技術的引入和實踐對于解決灌區水資源問題至關重要[5]。通過試驗區的布置和田間處理設計，結合多種觀測手段，系統探討了農業節水灌溉的實踐經驗，并為今后的發展提出建議。
1 試驗區布置
將某水稻田間小區作為試驗對象，試驗小區長8 m，
寬3.5 m，田埂高度80 cm，臨近排水溝開排水出口，排水田埂采用塑料膜進行覆蓋并隔離，避免不同田間小區之間出現串水情況[6]。鋪設灌水管及計量水表，設置好測滲筒和鐵釬。
2 田間處理設計
采取傳統淹水灌溉A0、間歇灌溉A12種不同的灌溉方式，不施氮B0、減量施氮B1和常規施氮B2的施肥水平，受到試驗小區場地限制，每個小區為隨機區組排列，保證與所在區域田間管理采用相同的措施，不同水氮組合方式和不同灌溉方式下田間水層控制如表1、表2所示。
3 試驗觀測內容與方法
3.1 物候及氣象要素觀測
通過詳細觀測植株的生理指標，如葉面積指數（LAI）、蒸騰速率、光合速率等，了解作物在不同生長階段的生理狀況。對氮肥利用率進行計算，通過氮素的吸收利用率和氮素收獲指數進行評價，評估作物對施加的氮肥的利用效率，為精準的氮素管理提供數據支持。記錄多項氣象要素，對降雨量進行測量以評估降水對土壤水分的補給情況，對最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫的觀測，研究溫度對作物生長的影響。監測相對濕度、日照時數、風速和大氣壓強，從而深入了解環境對作物生理過程的影響機制。
3.2 氮素濕沉降觀測
收集降雨樣本，取樣頻次根據相關標準執行，采集樣品于24 h內進行分析，若無法分析則置于4 ℃以下進行保存，存儲時間不得超過7 d，樣品經過0.45 μm濾膜，再采用分光光度法對總氮、氨氮和硝氮進行測定，用于評估水體中氮素含量的變化趨勢，為灌區水體管理提供科學依據。
3.3 水平衡要素觀測
試驗區域內的灌水量測量，通過在灌溉系統中安裝流量計或使用其他先進的灌溉水量監測設備，實時監測和記錄每次灌水的數量。排水量觀測通過設置了排水設施，并在排水口安裝了流量計以準確測量排水量。滲漏量觀測通過監測試驗區域的土壤滲透性，計算出土壤中的水分滲漏量，評估土壤的水分持久性和滲漏損失。田間耗水量觀測通過監測土壤含水量的變化和作物的生長狀況，計算出作物在不同生育階段的耗水量，包括作物根系吸收的水分和蒸騰過程中失去的水分。蒸騰是植物通過氣孔釋放水分的過程，是水平衡中的重要過程，蒸騰量觀測通過環境監測設備對試驗區域的蒸騰量進行觀測[7-8]?；谥参锷韰岛蜌庀髼l件，采用蒸騰計算模型進行計算。
3.4 灌溉水分的生產率
灌溉水分生產率是評價農業節水灌溉效果的重要指標，它反映了單位用水量下農田所生產農產品的能力[9-10]。灌溉水分的生產率為作物產量與灌溉水分的比值，計算公式為：
灌溉水分的生產率=（1）
式中，作物產量表示單位面積內的農產品產量，灌溉水分量則表示實際灌溉的水量，此計算方法能夠直觀地反映出單位水分下所獲得的產量。
3.5 氮平衡要素觀測
氮平衡是評價農業生產系統氮素利用效率的指
標[11-12]，土壤氮素監測在試驗區隨機選擇3個取樣點，共采集約500 g土樣，將土樣風干、混合、過篩后對其總氮、氨氮、硝氮進行化驗。植株氮素觀測選擇3蔸植株樣，采用凱氏定氮儀法測定全氮含量[13]。
4 數據處理
統計水量平衡要素、氮素等數據，采用SPSS 22.0軟件對數據進行統計分析，對水平衡要素、氮素輸入輸出要素和產量進行主成分分析。
5 水氮調控對水循環和作物生長的影響
5.1 對水量平衡的影響
（1）不同水氮處理對水量平衡要素的影響。2019—2021稻田水量平衡要素計算和數據顯著性分析，相對誤差控制在20%左右，可以達到精度要求。表明排水量、耗水量和騰發量等要素存在統計差異，不同年份降水和溫度等氣象條件存在差異。2020年排水量超過其他年份，因該年稻季降水量大，降水集中了現在返青期及分蘗期，添加水層大于設計上限，導致排水頻次和排水量變大。若降水量小且分布均勻，水層沒有超過上限而排水量保持較低水平。
對數據進行顯著性分析可以看出，灌溉模式為對水量平衡要素產生影響的關鍵因素，3年灌水量可達到顯著影響（P＜0.05）；
對2019—2020年排水量產生顯著影響（P＜0.05）；
對2020—2021年滲漏量產生顯著影響（P＜0.05）；
施氮水平在2021年份對滲漏水量產生影響，水肥結合水量平衡要素不存在顯著影響（P＜0.05）。采用間歇灌溉條件下，3年平均灌水量及滲漏量都低于淹水灌溉方式，田間灌水量、排水量和滲漏量都存在一定程度的降低，降低比為25.76%、16.05%和8.52%。
（2）不同水氮處理對降雨灌溉效率產生的影響。田間排水量與降雨量的比值為降雨灌溉效率，用于表現田間對降雨的容納能力，數值高則表明越差的容納能力。提升降雨灌溉效率可以降低灌水量及排水量，減少水資源浪費和氮素損失。2019—2021年的降雨灌溉效率如表3所示，從統計數據中可以看出，間歇灌溉的降雨灌溉效率要低于淹水灌溉，2021年的降雨量最大，降雨灌溉卻低于2019年，降雨量并沒有對降雨灌溉效率產生決定性影響，還與降雨時間分布及田間水層控制有關。
5.2 對作物產量和構成要素的影響
水稻產量與田間水肥關系有著直接聯系[14]，不同水氮處理條件下稻田產量和構成要素如表4和表5所示。相同灌溉模式下，3年水稻產量都體現出施氮肥處理顯著超過不施肥處理模式，施氮量的高低情況并不會對產量產生顯著差異，高施氮處理下的產量要超過低施氮量，增施氮肥量有利于提升稻田產量，間歇灌溉條件下高施氮可比低施氮處理的產量提升4.21%，淹水灌溉模式下高施氮比低施氮的產量提升0.48%，相同灌溉模式下產量構成要素在3年試驗中并沒有呈現出規律變化，提升施氮量有助于提高結實率、穗長和穗數。相同施氮條件下，3年水稻試驗產量統計中，除了B0施氮條件下，A1產量超過A2產量，其他施氮條件下產量都是間歇灌溉超過淹水灌溉，水稻產量可提長6.4%，應用間歇灌溉可提升水稻產量。應用間歇灌溉可助于水稻根系生長和提升根系活力，避免出現水稻早衰和抑制無效分蘗。
分析2019—2021年不同水氮處理條件下的水稻產量和顯著性可以發現，施肥水平及交互對水稻產量具有顯著性表現，施氮會顯著提升產量，B1和B2要比B0有著更為顯著的差異，灌溉對產量影響在2020年達到最高水平，相同施氮條件下產量構成規律并不相同，但對2021年的結實率具有顯著影響。從水稻高產角度來分析，可采用間歇灌溉與高施氮相結合的方式，比常規淹水灌溉與高施氮方式提升9.32%的水稻產量。
5.3 對水分生產率的影響
水分生產率可用于評價單位灌溉水量下糧食產量，
是對水分利用率的具體反映[15-16]。從表6可以看出，不同水氮處理條件下灌溉水分生產率存在著差異，相同灌溉模式下施氮肥處理要優化不施氮肥產量。相同施氮條件下，間歇灌溉條件下水分生產率優于淹水方式，灌水量小于淹水灌溉而產量差異并不顯著，不同施氮條件下比淹水灌溉下3年均提升30。11%、28，32和30。25%，A1B1及A1B2方式下灌當水分生產率達到高值，灌溉水分生產率比采用傳統的A0B2處理均提升40.35%與43.35%。
6 結束語
通過對灌區農業的綜合試驗與觀測，深入探討了節水灌溉對水循環、氮素循環和作物生長的影響。進行試驗布置、物候觀測、水平衡、氮平衡等多方面數據的收集與分析，揭示了不同管理策略下的效果，著重關注了灌溉水分生產率和氮平衡要素，不僅為農業節水灌溉提供了科學依據，也為提高水分和氮素利用效率提供了實用策略，可推動農業生產與水資源管理領域的進一步研究。
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