（1）研究背景及意义

元谋是金沙江干热河谷典型区域，光热资源充足，降雨少且集中，蒸发量大，是我国西南地区典型的冬早蔬菜生产基地，是典型的无灌溉就无农业的干旱区。旱季土壤水分亏缺严重，土壤干燥时间长达8个月，其中6～7个月内土壤含水量处于凋萎湿度以下，同期的土壤温度却超过作物活动温度（何毓蓉等，1995）。水成为制约元谋干热河谷农业发展的关键因子，节水是农业可持续发展的必由之路。膜下滴灌技术节水40%～50%，增产20%左右（胡晓棠等，2003），成为该区域的主要灌溉模式。土壤水分是影响作物生长和产量的重要因素，是农田水分管理的重要参考指标，也是近年来灌溉调控和水分管理研究的热点。刘梅先等研究了膜下滴灌棉田土壤水分分布特征（刘梅先等，2011）。王延平等定位连续监测了果园土壤水分分布特征（王延平等，2012）。元谋干热河谷膜下滴灌农田土壤水分状况监测未见报道。本研究采用定位土壤水分连续监测法分析膜下滴灌大豆、豌豆和玉米土壤含水量，掌握膜下滴灌条件下土壤水分分布规律，为优化干热河谷农田灌溉制度提供科学依据。

（2）材料与方法

在云南省农业科学院热区生态农业研究所试验基地开展大田灌溉试验，采用定位土壤水分连续监测法，对当地灌溉方式下蔬菜类大豆、豌豆和甜玉米田块土壤水分进行监测。本试验在旱季进行，试验期间研究区无有效降雨量，土壤水分来源于灌溉。2015年12月24日起垅条播大豆（G1005）和豌豆，每垅两行，垅间距50cm，垅宽60cm，行距40cm，穴距为25cm，每穴2～3株。2016年1月5日起垅移栽玉米（正甜68）苗，每垅两行，垅宽60cm，垅距50cm，行距40cm，株距为30cm。每种作物种植3个小区，小区面积为60m2，长12m，宽5m。每个小区安装一个水表，精度为0.0001m3，精确控制灌水量。大田施肥等日常管理依据当地农民常规管理。

灌溉方式：采用当地主要灌溉模式即膜下滴灌，一膜两管两行，出苗后以当地灌溉方式灌水，即灌水周期为5d，单次灌水量为22.7m3/亩。

土壤水分测定：采用土壤墒情监测仪智墒（利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤容积含水量）连续定位监测0～60cm土层土壤含水量，每隔1h自动采集一次数据，早上8：00至次日8：00为1d，采用24h土壤含水量的平均值作为当天的土壤含水量。

（3）结果与分析（图5-12）

大豆根系活动层土壤田间持水量为23.1%，土壤含水量随着土层深度增加呈现增加趋势。苗期30cm土层土壤含水略低于田间持水量，占田间持水量的98%，其他土层土壤含水量均超过田间持水量，为田间持水量的104%～118%，平均土壤含水量为田间持水量的107%。开花期10cm和30cm土层土壤含水量低于田间持水量，分别占田间持水量的99%和97%，其他土层土壤含水量均超过田间持水量，为田间持水量的106%～120%，平均含水量为田间持水量的105%。结荚期10cm和30cm土层土壤含水量低于田间持水量，分别占田间持水量的84%和95%，其他土层土壤含水量均超过田间持水量，为田间持水量的100%～120%，平均含水量为田间持水量的100%。鼓粒期10cm和30cm土层土壤含水量低于田间持水量，分别占田间持水量的91%和95%，其他土层土壤含水量均超过田间持水量，为田间持水量的102%～119%，平均含水量为田间持水量的102%。

豌豆根系活动层土壤田间持水量为25.7%，土壤含水量随着土层深度增加呈现增加趋势，各土层土壤含水量均低于田间持水量。豌豆苗期土壤含水量为田间持水量的71%～94%，平均含水量为田间持水量的86%。抽蔓期的土壤含水量为田间持水量的60%～93%，平均含水量为田间持水量的82%。开花期土壤含水量为田间持水量的60%～90%，平均含水量为田间持水量的80%。荚果期土壤含水量为田间持水量的55%～87%，平均含水量为田间持水量的77%。

玉米根系活动层田间持水量为28.2%，土壤含水量随着土层深度增加呈现增加趋势。苗期各土层土壤含水量均超过田间持水量，为田间持水量的109%～119%，平均含水量为田间持水量的113%。拔节期各土层土壤含水量均超过田间持水量，为田间持水量的107%～117%，平均含水量为田间持水量的110%。抽穗期40cm土层土壤含水量超过田间持水量，为田间持水量的109%，其他各土层土壤含水量均略微低于田间持水量，为田间持水量的96%～99%，平均含水量为田间持水量的101%。灌浆期40cm土层土壤含水量超过田间持水量，为田间持水量的105%，其他各土层土壤含水量均略微低于田间持水量，为田间持水量的98%～99%，平均含水量为田间持水量的100%。

图5-12　土壤水分剖面分布特征

大豆、豌豆和玉米生育期0～60cm土层土壤含水量变化幅度随土层深度增加而减小，各生育期土壤水分随灌水周期呈现不同程度的变化（图5-13）。大豆生育期表层土壤水分变化幅度较大，20～40cm土层水分变化幅度次之，40～60cm土层水分变化幅度最小。大豆苗期土壤水分变化幅度较小，开花期土壤水分变化幅度增大。豌豆田间0～40cm土层水分变化幅度较大，40～60cm土层水分变化幅度较小。豌豆苗期土壤水分变化幅度略小，荚果期土壤水分变化幅度增大。玉米苗期0～60cm土层水分变化幅度均不明显，拔节—抽穗阶段0～40cm土层水分变化幅度明显增大，灌浆期40～60cm土层水分变化幅度也明显增大。

图5-13　作物生育期土壤含水量变化特征(www.daowen.com)

大豆生育期土壤含水量均随灌水历时延长呈现降低趋势。大豆苗期根系活动层灌溉土壤水分下限为24.19%，为田间持水量的108%，0～50cm土层土壤含水量随灌水历时延长显著降低。开花期灌溉土壤水分下限为22.91%，为田间持水量的99%，灌水停止2～5d，0～60cm土层土壤含水量显著降低。结荚期灌溉土壤水分下限为21.50%，为田间持水量的93%，0～50cm土层土壤含水量均随灌水历时延长显著降低，60cm土层土壤含水量变化不明显。鼓粒期灌溉土壤水分下限为22.51%，为田间持水量的97%，灌水停止4～5d，0～60cm土层土壤含水量变化不显著（图5-14）。

图5-14　灌水周期大豆土壤水分变化特征

豌豆生育期土壤含水量均随灌溉历时延长呈现降低趋势。豌豆苗期根系分布层灌溉土壤水分下限为21.41%，为田间持水量的83%。10cm土层土壤含水量随灌溉历时延长显著降低，灌水停止4～5d，20～60cm土层土壤含水量变化不明显。抽蔓期的灌溉土壤水分下限为20.50%，为田间持水量的80%，灌水停止3～5d，0～60cm土层土壤含水量下降不明显。开花期灌溉土壤水分下限为19.53%，为田间持水量的76%。灌水当天至灌水停止4d，0～50cm土层土壤含水量明显降低，灌水停止4～5d，0～50cm土层土壤含水量变化不明显，60cm土层土壤含水量显著降低。荚果期灌溉土壤水分下限为18.74%，为田间持水量的73%。0～30cm土层土壤含水量随灌溉历时延长明显降低，30～60cm土层土壤含水量变化不明显（表5-15）。

图5-15　灌水周期豌豆土壤水分变化特征

玉米生育期土壤含水量均随灌溉历时延长呈现降低趋势。玉米苗期根系分布层灌溉土壤水分下限为32.10%，为田间持水量的114%，导致灌水当天至灌水停止2d，0～60cm土层土壤含水量明显降低，引起土壤水分深层渗漏。而灌水停止3～5d，玉米苗期0～60cm土层土壤含水量下降不显著。拔节期灌溉土壤水分下限为29.22%，为田间持水量的104%。灌水当天至灌水停止2d，0～50cm土层土壤含水量变化不明显，灌水停止3～5d，0～50cm土层土壤含水量明显降低，60cm土层土壤含水量变化不明显。抽穗—灌浆阶段根系分布层灌溉土壤水分下限为26.99%，为田间持水量的96%，灌水停止2～5d，0～60cm土层土壤含水量明显降低（表5-16）。

图5-16　灌水周期玉米土壤水分变化特征

（4）讨论

0～40cm土层土壤含水量均随时间延长逐渐降低，这是由于随着作物不断长大，作物耗水量增大。田间持水量是土壤有效水的上限（黄昌勇，2000），大豆生育期土壤含水量超过田间持水量，为田间持水量的100%～107%，导致灌溉水深层渗漏，降低灌溉水利用效率。大豆苗期灌溉土壤水分下限为田间持水量的108%，开花期为田间持水量的99%，结荚期为田间持水量的93%，鼓粒期为田间持水量的97%。有研究表明，大豆苗期灌溉土壤水分下限为60%～65%，开花期为65%～70%，结荚期70%～80%（史宝成等，2006；王龙等，2014）。滴灌大豆灌水周期为7d，灌水定额为23.4～30m3（毛洪霞等，2007）。可见，当地大豆膜下滴灌单次灌水量较多，灌水周期太短，土壤水分未得到充分消耗，导致土壤中始终保持充足的水分，灌溉土壤水分下限较高，灌溉水易发生深层渗漏。豌豆生育期土壤含水量为田间持水量的77%～86%。豌豆苗期灌溉土壤水分下限为田间持水量的83%，抽蔓期为田间持水量的80%，开花期为田间持水量的76%，荚果期为田间持水量的73%。豌豆耗水量较多，单次灌水量和灌水周期较合理，土壤水分得到充分利用，土壤中保持的水分适宜豌豆生长发育，提高了灌溉水利用效率。玉米土壤含水量为田间持水量的100%～113%，超过玉米适宜土壤含水量即田间持水量的65%～80%（肖俊夫等，2015）。玉米苗期灌溉土壤水分下限为田间持水量的114%，拔节期为田间持水量的104%，抽穗—灌浆期为田间持水量的96%。有研究表明，玉米苗期灌溉土壤水分下限为田间持水量的60%左右，拔节—抽穗阶段灌溉土壤水分下限为田间持水量的70%～80%（马锦良，2014；郑荣等，2015）。膜下滴灌玉米灌水定额为45m3，整个生育期灌水8次（郑利均，2014），灌水周期约15d。可见，当地膜下滴灌玉米单次灌水量较多或灌水周期较短，导致土壤含水量较高，灌溉土壤水分下限太高，灌溉水深层渗漏，加剧了当地灌溉水资源浪费，不利于当地玉米高效高产提质种植。

大豆开花前0～40cm土层水分变化幅度较小，灌溉前后土壤含水量变化不显著，灌溉水向深层土壤渗漏。大豆开花后0～40cm土层水分变化幅度增大，灌溉前后土壤含水量发生明显变化。这是因为大豆90%以上的根系分布在0～40cm土层内（孙广玉等，1996）。这与结荚期是大豆需水关键期研究结果一致（王延平等，2012）。这说明开花—鼓粒阶段是大豆需水高峰期，主要耗水层为0～40cm。豌豆生育期0～40cm土层水分变化幅度较明显，灌水前后土壤含水量发生明显变化。可见，豌豆生育期耗水量较大，主要耗水层在50cm土层深度内。玉米拔节期前0～60cm土层水分变化幅度均不明显，灌溉前后土壤含水量变化不显著，灌溉水向深层土壤渗漏。拔节期0～40cm土层水分变化幅度明显增大，灌浆期0～60cm土层水分变化幅度明显增大。这是因为随植株不断长大，蒸腾面积增大，耗水量增加，土壤含水量下降幅度增大。同时，根系能吸收根系活跃层以下的土壤水分，导致深层土壤水分变化幅度增大。有研究表明，玉米根系主要分布在0～40cm土层内（赵延明，2003），全生育期耗水高峰出现在拔节—灌浆阶段（谷岩等，2016；刘战东等，2014），需水关键期为拔节—抽穗期（王延平等，2012）。这说明，该区甜玉米主要耗水期为拔节—灌浆阶段，主要耗水层在60cm土层内。

（5）结论

当地大豆和玉米单次灌水量均偏多或灌水周期较短，土壤水分变化幅度较小，土壤含水量一直保持在较高水平，灌溉土壤水分下限较高，导致灌溉水深层渗漏，加剧了当地灌溉水资源浪费。豌豆单次灌水量和灌水周期较为合理，土壤含水量保持在作物适宜生长水平。笔者认为，元谋干热河谷膜下滴灌作物节水灌溉制度研究迫在眉睫，深入研究合理的灌溉土壤水分指标，以实现干热河谷灌溉农业节水高产提质的目标。