地下滴灌开沟播种技术参数对土壤水热运移和玉米出苗的影响及调控

Subsurface drip irrigation (SDI) has significant water-saving efficiency advantages. However, the application of this technology in China is declining. One of the key problems has been difficulties with crop germination. Alternate row/bed planting (AP), which is a new sowing method that can improve SDI maize germination, is currently in the initial stages of research and promotion. To understand the technical parameters of AP in terms of the effect of soil water and heat on the emergence of maize, this study aimed to firstly reveal the feedback mechanisms of dripline burial depth, furrow depth, pre-emergence irrigation amount and the soil water-heat transport, and then clarify the mechanism and magnitude of AP technical parameters’ impacts on the physiological processes of maize emergence. Base on the suitable soil hydrothermal environment for maize germination, a water-heat transport model of AP was constructed to (1) simulate the coupled mechanism of dripline burial depth, furrow depth and the amount of pre-emergence irrigation, (2) reveal the primary and secondary factors affecting the emergence of maize, and (3) to optimize the technical parameters of AP with high emergence rates of maize in different soil environment. The research results will provide a theoretical basis for the optimization and regulation of the technical parameters of AP, and will have important scientific and practical value for solving problems associated with existing SDI, such as the difficulty of irrigation at the seedling stage and the low seedling emergence rate.

地下滴灌技术节水增效优势明显，但在我国的应用却呈现萎缩趋势，作物出苗难是阻碍地下滴灌技术推广应用的关键科学难题之一。开沟播种（沟播）是一种可显著提高地下滴灌玉米出苗率的新型播种方式，但目前尚处于研究和推广的起步阶段。本项目以地下滴灌“沟播技术参数－土壤水热因子－玉米出苗生长”为研究主线，旨在首先揭示“滴灌带埋深－开沟深度－出苗水灌水量－土壤水热运移”之间的互馈机制，进而明晰沟播技术参数对玉米出苗生理过程的影响和定量调控机理。基于适宜玉米出苗的土壤水热环境，构建地下滴灌沟播土壤水热运移模型，刻画“滴灌带埋深－开沟深度－出苗水灌水量”的耦合机理，揭示影响玉米出苗的主次因子，提出不同土壤环境下玉米高出苗率的沟播技术参数优化方案。项目成果可为地下滴灌沟播技术参数的优化调控方法提供理论依据，对解决现有地下滴灌玉米苗期灌水难及出苗率低等问题具有重要科学意义和实用价值。

地下滴灌技术（SDI）节水增效优势明显，但在我国的应用却呈现萎缩趋势，作物出苗难是阻碍SDI推广应用的关键科学难题之一。开沟播种（沟播）可显著提高SDI玉米出苗率。本项目以“沟播技术参数－土壤水热因子－玉米出苗生长”为研究主线，基于2020-2022年在北京大兴灌溉试验基地进行的3年试验研究，对SDI玉米沟播技术参数——开沟深度、出苗水灌水量和栽培管理措施进行了系统研究。试验包含12个处理，其中开沟深度设置0cm（H0，平播）、10cm（H10，沟深10cm，种子播于沟底以下5cm处）与15cm（H15）；在H0和H10下分别设置4种出苗水灌水量：20、35、50与65mm（W20-W65）；在玉米12叶期前对H15W35进行覆土回填栽培管理措施（H15W35BF）。. 研究结果如下：（1）沟播能显著提高种子处土壤含水率。与平播相比，沟播不仅能去除地表干土，还可缩短种子与滴灌带的间距，灌35mm出苗水后，H10种子处土壤含水率比H0提高了30.5%-50.2%。土壤温度随沟深增加而减小，沟播玉米生育期内土壤温度比H0降低了1.2-2.7℃/d。（2）出苗率随沟深的增加而增加。H15两年平均出苗率可达91.8%。与H0相比，H10和H15的出苗率显著提高了9.5%-16.3%。对于不覆土回填处理，H10的产量最高，为13.0Mg/ha，H10和H15的产量比H0显著提高了5.5%-13.4%。（3）BF措施可增加土壤接受太阳辐射面积，玉米生育期内0-25cm土壤平均积温可提高26-34℃，由于BF施用时间较晚，增产效果不明显。（4）出苗水灌水量对玉米出苗影响显著，随灌水量增大，种子处土壤含水率和出苗率持续增大，当灌水量为50-65mm时，H10获得最高出苗率和产量，分别为97%和13.4Mg/ha。H10出苗率比H0提高了12.8%-32.7%，产量提高了12.7%-40.9%。（5）玉米出苗率和灌水结束后24h的种子处土壤相对湿度呈二次函数关系。当种子处土壤相对湿度为92.0%时，玉米出苗率可以达到90%以上。（6）基于SDI沟播HYDRUS-2D模型，综合考虑玉米出苗、土质、机械耗能、耕作深度、深层渗漏和初始土壤含水率，提出华北地区滴灌带适宜埋深为30-35cm，开沟深度为10-15cm，灌水量为25-67mm。