塑料大棚雙孢菇小型行走式噴霧系統(tǒng)灌溉研究

梁 謙，賈生海，安進(jìn)強(qiáng)

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅蘭州730070）

近年來，我國溫室、塑料大棚等設(shè)施作物種植面積增長迅速，但由于受小型溫室噴灌（霧）系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)落后的制約，生產(chǎn)經(jīng)營者大多沿用傳統(tǒng)的灌溉方式與施肥方法。這種經(jīng)營方式不僅造成水肥浪費(fèi)，而且勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，甚至造成生態(tài)環(huán)境惡化，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)也無法得到保證。

武威地區(qū)位于石羊河中上游，是石羊河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快、人口密度最大的農(nóng)業(yè)城市之一[1]，農(nóng)業(yè)用水與生態(tài)用水之間的矛盾尤為突出。石羊河流域深居大陸腹地，屬大陸性溫帶干旱氣候，年平均降水量為222 mm，流域內(nèi)可利用水資源量為17.6億m3[2]，按現(xiàn)有人口和耕地計算，人均水資源量為775 m3，低于甘肅省人均水資源量的1 150 m3[3]，屬典型的資源型缺水地區(qū)。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和人口的增加，河西內(nèi)陸河流域農(nóng)業(yè)灌溉用水大幅增加，水資源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)重，已成為河西地區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的“瓶頸”[4]。設(shè)施農(nóng)業(yè)利用人工建造的設(shè)施為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供良好的環(huán)境條件，提高了水土及光熱資源的利用率，是區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的有效途徑。結(jié)合我國西北地區(qū)塑料大棚的實(shí)際需要，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)自主研發(fā)了行走式噴霧增濕系統(tǒng)，本試驗(yàn)在武威地區(qū)對該系統(tǒng)的性能進(jìn)行了比較研究。

1 試驗(yàn)設(shè)計及系統(tǒng)工作原理

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2009—2010年在甘肅省武威市謝和鎮(zhèn)食用菌栽培基地進(jìn)行。武威地區(qū)是典型的大陸性氣候，年平均氣溫7.8℃，極端氣溫最高36.6℃，最低-29.8℃。年降水量60～610 mm，蒸發(fā)量 1 400～3 010 mm，日照時數(shù)2 200～3 030 h，無霜期 85～165 d[5]。

1.1.2 試驗(yàn)材料 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)自行設(shè)計的小型行走式噴霧系統(tǒng)、傳統(tǒng)固定式噴霧系統(tǒng)、雙孢菇、750 W水泵、電焊機(jī)、溫度計、土壤水分傳感器、環(huán)刀、烘箱、電子秤、量杯。

1.1.3 試驗(yàn)設(shè)計 試驗(yàn)在雙孢菇塑料大棚（大棚寬6 m，長60 m）內(nèi)進(jìn)行，采用小型行走式噴霧系統(tǒng)、傳統(tǒng)固定式噴霧系統(tǒng)，研究使用2種噴霧系統(tǒng)灌溉后的土壤含水量、噴灑均勻度、大棚內(nèi)溫度、雙孢菇產(chǎn)量。設(shè)小型行走式噴霧系統(tǒng)為處理（T），傳統(tǒng)固定式噴霧系統(tǒng)為對照（CK）。

1.2 測量項(xiàng)目及方法

1.2.1 土壤含水量的測定 用土鉆取土，烘干法測量土壤質(zhì)量含水量。在塑料大棚雙孢菇生長期（2009年12月25日至2010年4月25日）內(nèi)，每隔3 d測量1次。測量深度為48 cm，分4層，第1層18cm（雙孢菇基料底層），其余每層10cm。結(jié)果取平均值。

用TGR型土壤水分傳感器測量土壤體積含水量。在塑料大棚雙孢菇生長期內(nèi)，每天8：00，10：00，12：00，14：00，16：00，18：00 觀測，共 6 次；測量深度為48 cm，分4層，第1層18 cm（雙孢菇基料底層），其余每層10 cm。結(jié)果取平均值。

1.2.2 噴灑均勻度的測定 將同等規(guī)格的量杯布置成25 cm×25 cm方形矩陣、25 cm×25 cm梅花形矩陣[6]（用于行走式）或夾角為15°的輻射形[6-8]（用于固定式），小型行走式噴霧系統(tǒng)行走2個來回（固定式噴霧系統(tǒng)噴灑一定時間）后，通過稱量量杯中水的質(zhì)量，測定噴灑均勻度系數(shù)。

1.2.3 雙孢菇產(chǎn)量測定 用電子秤分別稱量T處理與對照（CK）每茬雙孢菇的質(zhì)量，待雙孢菇全部收獲后，分別統(tǒng)計所有雙孢菇的總質(zhì)量，比較處理與對照之間的產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量的分析

在試驗(yàn)地田間持水率均為19.76%（取各層平均值）的條件下，根據(jù)30次測定的不同深度土壤含水量數(shù)據(jù)得出，處理T土壤水分平均值的變幅在18.616%～17.683%之間，對照（CK）土壤水分平均值的變幅在18.015%～12.148%之間。處理T每層土壤含水量明顯高于對照（CK）同等深度的土壤含水量，最大差值在土壤深度48 cm處，達(dá)5.535%；最小差值在雙孢菇生長基料底層18 cm處，差值為0.601%。土壤含水量隨土層深度呈曲線型變化（圖1）。以土壤含水量θ和土層深度h為變量，對土壤含水量進(jìn)行簡單的分析，其對數(shù)回歸方程為T：θ=－575.14 ln h＋1 699.1，R2=0.9942；CK：θ=－76.45lnh＋238.11，R2=0.993。

2.2 噴灑均勻度的分析

Christiansen最早提出了描述噴灌水量分布均勻程度的定量指標(biāo)——克里斯琴森均勻系數(shù)CU[6]，其計算公式為：

式中，xi為第 i測點(diǎn)的降水量（g）；x為降水量平均值（g）；N為量筒數(shù)（即測點(diǎn)數(shù)）。

將量杯分別布置成梅花形、方形、輻射形（對照量杯采用此種布置）來測量處理T和對照（CK）的噴灑均勻度系數(shù)CU。稱量量杯中收集的水的質(zhì)量（含量杯質(zhì)量），考慮到邊際不均勻性[9-10]，去除噴頭1和噴頭8的數(shù)據(jù)，計算噴灑均勻度系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果列于表1。

表1 不同布置形式的CU

試驗(yàn)結(jié)果表明，梅花形布置、方形布置和輻射形布置，處理T的噴灑均勻度系數(shù)CU均明顯高于對照；梅花形布置時，處理T的噴灑均勻度系數(shù)CU可達(dá)到84.1。處理T噴灑均勻度系數(shù)CU明顯高于對照的主要原因?yàn)樾凶呤絿婌F系統(tǒng)噴灑的水滴直徑小，霧化程度高，水滴降落至土壤后，水分的水平運(yùn)移速度快，垂直運(yùn)移速度慢；而固定式噴霧系統(tǒng)噴灑的水滴直徑較大，霧化程度低，水滴降落至土壤后，水分的水平運(yùn)移速度較慢，垂直運(yùn)移速度較快，因此，行走式噴霧系統(tǒng)噴灑的水分入滲更均勻，更有利于雙孢菇的生長。該結(jié)論與韓文霆等[7]研究結(jié)論一致。

2.3 雙孢菇產(chǎn)量的分析

2009年12月25日至2010年4月25日期間，處理T塑料大棚收獲的雙孢菇總產(chǎn)量為2 916 kg，比對照塑料大棚收獲的雙孢菇總產(chǎn)量（2 275 kg）提高了28.18%。

3 討論

（1）小型行走式噴霧系統(tǒng)噴灌機(jī)工作壓力為2～5 kg/cm2，噴水量 6 m3/h，主機(jī)質(zhì)量≤10 kg。與傳統(tǒng)的固定式噴灌系統(tǒng)相比，其具有操作簡單、維修方便；整體質(zhì)量小，使用時輕巧、便捷[11]；使塑料大棚內(nèi)設(shè)計的“凸”形軌道負(fù)載小，不易變形，故障率低，節(jié)約用水量等優(yōu)點(diǎn)。同時，小型行走式噴霧系統(tǒng)適用于跨度為4～8 m、長度可達(dá)60 m的塑料大棚，運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲。

（2）行走式噴霧系統(tǒng)噴灑的水滴直徑小，霧化程度高，水滴降落至土壤后，水分的水平運(yùn)移速度快，垂直運(yùn)移速度慢，而固定式噴霧系統(tǒng)則相反。小型行走式噴霧系統(tǒng)噴灑均勻度系數(shù)≥84%，傳統(tǒng)的固定式噴灌系統(tǒng)噴灑均勻度系數(shù)＜75%。二者相比，行走式噴霧系統(tǒng)噴灑更均勻，水分入滲更均勻，更有利于雙孢菇的生長，對節(jié)約用水及提高雙孢菇的產(chǎn)量都有重要的意義。

（3）小型行走式噴灌機(jī)適于在塑料大棚內(nèi)進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)，能根據(jù)作物的不同生長習(xí)性及生理特點(diǎn)，進(jìn)行不同水量和施肥量的調(diào)節(jié)[12-16]，而且該系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)噴桿的高度，適用于噴灌植株較矮的多種設(shè)施農(nóng)作物，具有廣闊的應(yīng)用前景。

（4）針對西北地區(qū)老式噴霧系統(tǒng)噴灑農(nóng)藥浪費(fèi)嚴(yán)重且采取人工噴施的現(xiàn)象，該噴霧系統(tǒng)可替代塑料大棚人工噴施農(nóng)藥，節(jié)省勞動力，降低生產(chǎn)成本。而且小型行走式噴霧系統(tǒng)投資成本、主機(jī)額定功率、運(yùn)行成本等均比固定式噴霧系統(tǒng)低，適合進(jìn)行推廣和投資。

［1］中國工程院“西北水資源”項(xiàng)目組.西北地區(qū)水資源配置生態(tài)環(huán)境建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究 [J].中國工程科學(xué)，2003，5（4）：1-26.

［2］侯慶豐，章琦.甘肅省河西內(nèi)陸河流域農(nóng)灌水權(quán)制度創(chuàng)新[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，3（5）：35-44.

［3］暢建霞，王義民.石羊河流域水資源開發(fā)利用存在的問題及調(diào)控對策[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2006，20（1）：73-77.

［4］武威市人民政府.走進(jìn)武威——武威市情簡介[EB/OL].[2007-04-04].http://www.ww.gansu.gov.cn.

［5］許文海，張永明，陳剛，等.石羊河流域水資源利用現(xiàn)狀及其持續(xù)利用對策研究[J].冰川凍土，2007，2（29）：265-271.

［6］韓文霆.噴灌分布均勻系數(shù)研究[J].節(jié)水灌溉，2008（7）：4-8.

［7］韓文霆，吳普特，楊青，等.噴灌水量分布均勻性評價指標(biāo)比較及研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005，21（9）：172-176.

［8］李久生，饒敏杰.噴灌水量分布均勻性評價指標(biāo)的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，1999，15（4）：78-82.

［9］Hart W E，Reynolds W N.Analytical design of sprinkler systems[J].Trans ofASAE，1965，8（1）：83-89.

［10］ Strong W.Christiansen’s coefficient of uniformity，Pearson’s viability coefficient and standard deviation[R].Personal correspondence ofJanuary，1955.

［11］李祥付.溫室軌道式移動噴灌機(jī)研究及其應(yīng)用[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

［12］高艷云，侯慧慶.灌溉施肥在日光溫室中的應(yīng)用效果[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（4）：88-89.

［13］張金樹.日光溫室蔬菜滴灌灌溉配套技術(shù) [J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，8（4）：27-29.

［14］王美玲，焦曉燕.日光節(jié)溫溫室節(jié)水灌溉對西葫蘆生長和土壤環(huán)境的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（5）：34-37.

［15］裘敏，魏亦勤，張雙喜，等.不同灌溉處理對春小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2005（6）：46.

［16］李愛卓，成自勇，張芮，等.日光溫室番茄自壓微水頭軟管膜下調(diào)虧灌溉研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（4）：56-59.