微噴調(diào)控灌水技術(shù)對葡萄耗水特征的影響

白云崗，劉洪波，馮 杰

(新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊 830049)

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微噴調(diào)控灌水技術(shù)對葡萄耗水特征的影響

白云崗，劉洪波，馮 杰

(新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊 830049)

吐哈盆地是我國著名葡萄生產(chǎn)基地，也是嚴(yán)重資源性缺水的極端干旱區(qū)。年平均降水量僅為16.5 mm，而年平均蒸發(fā)能力高達(dá)3 300.0 mm，水資源短缺已成為影響該區(qū)農(nóng)業(yè)及社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”，目前該區(qū)水資源開發(fā)利用程度已達(dá)到占有水資源量的130%，因此，發(fā)展葡萄節(jié)水灌溉技術(shù)已成為該地區(qū)緩減水資源供需矛盾的主要途徑。

采用微噴灌水技術(shù)可改變果樹的需、耗水形式，從而導(dǎo)致田間微氣候的改變，形成一種人工的田間微氣候效應(yīng)。諸多學(xué)者對該技術(shù)做了大量研究，如張軍翔等[1]研究得出，≥10 ℃活動積溫和葡萄的成熟特性有較大相關(guān)性，可反映品種特性[1]。Koblet等[2-3]研究了光照對葡萄整個(gè)生長發(fā)育中花芽的分化、根系的生長、營養(yǎng)物質(zhì)的吸收運(yùn)輸?shù)鹊挠绊?。而在日照?qiáng)烈、溫度較高和濕度較小的情況下，微噴灌蒸發(fā)飄移損失量可達(dá)到整個(gè)水量的42%[4-5]。陳志銀[6]對桑園噴灌的農(nóng)業(yè)氣象效應(yīng)分析表明，微噴灌使白天的平均水汽壓增大1.33～1.73 hPa，相對濕度增大4%～8%，水分生產(chǎn)效率提高10%～49%。劉海軍等[7]研究小麥微噴對農(nóng)田微氣候的影響，結(jié)果表明微噴灌影響灌水當(dāng)時(shí)冠層附近空氣溫度與濕度，且整個(gè)噴灌周期均對其產(chǎn)生影響，微噴灌作物冠層上方出現(xiàn)的逆溫時(shí)間較長，冠層附近溫度較低且濕度較大。楊慧慧等[8-18]研究了對葡萄、蘋果、花生、香梨等作物采用傳統(tǒng)滴灌、充分微噴灌溉、調(diào)虧灌溉等不同灌水技術(shù)下的耗水特征。鑒于此，筆者針對吐哈盆地極差干旱的氣候環(huán)境，采用滴灌與微噴疊加的灌水技術(shù)，研究了微噴調(diào)控灌水技術(shù)對該區(qū)葡萄耗水特征的影響，以期為提高葡萄水分利用效率和制定合理的灌溉制度提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況試驗(yàn)地點(diǎn)位于火焰山以南，吐魯番市東南部的葡萄鄉(xiāng)鐵提爾村，距吐魯番市區(qū)12 km，地理坐標(biāo)為42°56′ N，89°13′ E，海拔為-68.8 m。年均降雨量為16.6 mm，年均蒸發(fā)量為3 300.0 mm，地下水位為30 m，年均氣溫為14.4 ℃，多年最高氣溫、最低氣溫分別為48.3、-28.8 ℃，10 ℃以上活動積溫為5 455 ℃，全年年均日照時(shí)數(shù)為3 095 h，無霜期達(dá)210 d。

1.2供試作物葡萄品種為無核白，中晚熟品種，所需大于10 ℃的活動積溫在3 300 ℃左右。大部分葡萄從1998年開始定植，栽培溝為東西走向，溝長為60.0 m，溝寬為1.0～1.2 m，溝深約為0.5 m；株距為1.2～1.5 m，行距為3.5～4.5 m，栽培方式為小棚架栽培。以溝面為參考面，棚架前端高為2.0 m，后端高為 0.8 m，平均高為1.2 m。土壤為粘壤土，質(zhì)地較均一。傳統(tǒng)灌溉方式為地面溝灌。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)共設(shè)5個(gè)微噴彌霧調(diào)控灌水技術(shù)處理，各微噴彌霧調(diào)控灌水技術(shù)處理均是在常規(guī)滴灌的基礎(chǔ)上通過與微噴疊加，組成微噴彌霧調(diào)控灌水技術(shù)處理。其中，相同灌水定額不同噴水周期對比處理3個(gè)，在相同灌水定額和相同噴水周期下不同噴水時(shí)長處理2個(gè)。合計(jì)試驗(yàn)小區(qū)5個(gè)，小區(qū)面積為153.34 m2。微噴彌霧灌溉裝置采用噴射直徑為200 cm，流量為40 L/h，噴頭間距為2 m，噴頭的高度為離地面60 cm。微噴在葡萄果實(shí)膨大初期(2014年6月4日至7月4日)15：00～16：00開啟，按試驗(yàn)方案控制開啟時(shí)間。對照采用常規(guī)滴灌，灌溉定額均為9 150 m3/hm2，具體試驗(yàn)方案見表1。

表1　葡萄園微噴調(diào)控灌水技術(shù)試驗(yàn)方案

注：布設(shè)方式為一溝雙管；滴灌帶參數(shù)設(shè)置為滴頭流量3.2 L/h、滴頭間距30 cm。

Note：Layout method is double channel in a ditch；the parameters of drip irrigation belt are flow rate of drop head 3.2 L/h，separation distance 30 cm.

1.4測定項(xiàng)目與方法

1.4.1土壤含水率。土壤含水量采用CNC-503D型中子儀定期監(jiān)測。每個(gè)處理在葡萄主根兩側(cè)各布置2根中子管，分別距離主根20和60 cm，每根中子管的觀測深度為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。土壤含水量從2010年3月20日開始至8月16日止于每次灌水后測定其土壤含水量。此外，在各個(gè)生育期選擇1個(gè)灌水周期進(jìn)行連續(xù)測定。

1.4.2葡萄生育期的劃分。葡萄的生長發(fā)育受到當(dāng)年氣候、水分等外界條件和自身?xiàng)l件的影響，所以每年各個(gè)生育期的劃分日期略有不同，調(diào)查得到的試驗(yàn)期間鄯善試驗(yàn)站成齡無核白葡萄的各生育期分別為萌芽期(4月18～27日)、展葉期(4月28日至5月29日)、花期(5月30日至6月7日)，果實(shí)膨大期(6月8日至7月25日)、果實(shí)成熟期(7月26日至8月27日)和枝蔓成熟期(8月28日至10月1日)。

1.4.3耗水量的計(jì)算。作物耗水量可根據(jù)農(nóng)田土壤水分平衡方程計(jì)算：

ET=I+P-ΔW-R-S

(1)

式中，ET為農(nóng)田作物生育期內(nèi)的耗水量，mm；I為灌水量，mm；P為降水量，mm；ΔW為土體貯水量的變化(增加為正，減少為負(fù))，mm；R為徑流量，mm；S為土體下邊界凈通量(向下為正，向上為負(fù))，mm。

式(1)中，灌水量由水表控制，在該試驗(yàn)過程中由于特殊氣候條件，徑流量和降雨量可忽略不計(jì)，ΔW可通過測定土壤含水量獲得，當(dāng)下邊界遠(yuǎn)大于計(jì)劃灌水層時(shí)，下邊界凈通量可假設(shè)為0。在充分滿足作物對水肥需要以及對上述各變量假設(shè)的情況下，式(1)可轉(zhuǎn)化為：

ET=I-ΔW

(2)

2結(jié)果與分析

2.1不同微噴處理土壤含水量的變化由圖1可知，各處理平均土壤剖面的水分分布隨著深度的增加大致呈先減小后增大的變化規(guī)律。均在100 cm土層深度上的土壤含水量最大，而在60 cm土層深度上的土壤含水量最小。其中，在20 cm深度上WP3的含水量最大，WP5的含水量最小，各處理間土壤含水量的差異較小。隨著土層深度的增加，差異逐漸增大，在40～80 cm深度上，WP3處理的含水量始終最大，對照最小。從各土層上看，并無明顯的規(guī)律，雖然灌溉定額相同，但噴水周期和噴水量相同，所以各處理在土壤含水量上表現(xiàn)出明顯差異。

圖1　不同處理土壤剖面含水量變化Fig.1　Change of soil profile moisture under different treatments

2.2不同微噴處理下葡萄總耗水量分析由表2可知，葡萄各生育期總的耗水量除了與生育期內(nèi)葡萄的耗水能力相關(guān)外，還與生育期的時(shí)間長短有關(guān)，5個(gè)不同微噴處理中，僅管每個(gè)生育期內(nèi)不同水分處理間葡萄耗水量存在差別，但5個(gè)處理在整個(gè)生育期內(nèi)的耗水量分配規(guī)律均呈先增大后減小的變化趨勢。葡萄從萌芽期剛開始生長，耗水量不大；進(jìn)入新梢生長期后，隨著氣溫迅速增加及葡萄的枝條與葉片的快速增長，葡萄耗水明顯增大；果實(shí)膨大期是葡萄的需水高峰期，且由于持續(xù)時(shí)間最長，所以該時(shí)期總的耗水量達(dá)到整個(gè)生育期耗水量的最大峰值。進(jìn)入果粒成熟期后，隨著氣溫的下降，葡萄耗水強(qiáng)度相應(yīng)減小，葡萄在該時(shí)期的耗水量也隨之減少。

2.3不同微噴處理下葡萄耗水強(qiáng)度分析由圖2可知，不同微噴處理之間在整個(gè)年生長期內(nèi)差異明顯，但在各個(gè)生育期內(nèi)耗水量的差異不大且變化規(guī)律趨于一致，表現(xiàn)為：在萌芽期，由于葡萄葉片未完全展開，該時(shí)期氣溫和土溫較低，所以耗水強(qiáng)度較小，不同處理葡萄耗水強(qiáng)度為2.6～3.5 mm/d；進(jìn)入展葉期后，隨著氣溫和土溫的迅速升高，葡萄葉片開始迅速生長，該時(shí)期各處理葡萄耗水強(qiáng)度為2.6～3.5 mm/d；在花期，由于持續(xù)時(shí)間較短，使平均耗水強(qiáng)度較高，該時(shí)期各處理葡萄平均耗水強(qiáng)度為5.4～6.4 mm/d；果粒膨大期是葡萄水分需求的關(guān)鍵時(shí)期，在該時(shí)期溫度達(dá)到全年最大值，葡萄需要消耗大量水分，所以該時(shí)期葡萄平均耗水強(qiáng)度再次增大，不同處理葡萄耗水強(qiáng)度為8.2～9.0 mm/d；進(jìn)入果粒成熟期后，氣溫逐漸下降，葡萄耗水強(qiáng)度隨之減小，不同處理葡萄耗水強(qiáng)度為2.5～3.1 mm/d。

表2　不同處理下各生育期葡萄耗水量

圖2　不同處理下各生育期葡萄耗水強(qiáng)度Fig.2　Water consumption intensity of grape under different treatments

2.4不同微噴處理下葡萄耗水模數(shù)分析耗水模數(shù)是指作物某一階段耗水量占整個(gè)生育期耗水總量的百分?jǐn)?shù)，反映了作物各生育階段需水量占需水總量的權(quán)重程度。耗水模數(shù)主要受日耗水強(qiáng)度和生育期長短2個(gè)因素影響，反映出不同生育階段對水分的敏感程度和灌溉的重要性。

由表3可知，不同微噴處理在整個(gè)生育期內(nèi)的耗水模數(shù)規(guī)律一致，均呈先增大后減小的曲線變化。各處理耗水模數(shù)在果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期達(dá)到最大，該時(shí)期耗水模數(shù)占整個(gè)生育期的33%～35%，說明該時(shí)期是葡萄整個(gè)生育期的需水關(guān)鍵期，應(yīng)充分保障該時(shí)期的灌水量。在果漿成熟期，各處理耗水模數(shù)在29%～32%，說明該時(shí)期是葡萄需水的第二關(guān)鍵期。在萌芽期，由于葡萄剛開墩，持續(xù)時(shí)間較短，尚未展葉，未發(fā)生蒸騰耗水，所以各處理耗水相差很小且主要是土面蒸發(fā)，各處理耗水模數(shù)在5%～7%?；ㄆ谟捎趯?shí)行控水以防止落花且由于花期持續(xù)時(shí)間(8 d)較短，所以耗水模數(shù)最低，各處理耗水模數(shù)在10%～12%。

同時(shí)結(jié)合表2還可看出，5個(gè)不同處理在整個(gè)生育期內(nèi)表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，如對照處理在前期耗水模數(shù)較小，但在花期后耗水模數(shù)較大，而WP2和WP3處理在前期耗水模數(shù)較大，但花期后的耗水模數(shù)較小。

表3　不同處理下各生育期葡萄耗水模數(shù)

3結(jié)論與討論

通過對葡萄園在微噴調(diào)控技術(shù)下不同處理的土壤含水量等指標(biāo)的測定及各生育期不同階段的耗水強(qiáng)度分析顯示，在灌溉定額相同的條件下，由于微噴時(shí)長和間隔時(shí)間不同，葡萄總耗水量呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，表現(xiàn)出隨著間隔時(shí)間的增大，總耗水量減少，其中CK處理總耗水量最大，為697.5 mm，其次是WP2，而WP5最低，為616.8 mm。葡萄各生育期耗水強(qiáng)度在不同處理之間差異明顯，在萌芽期的葡萄耗水強(qiáng)度為2.6～3.5 mm/d，展葉期為2.6～3.5 mm/d，花期為5.4～6.4 mm/d，果粒膨大期為8.2～9.0 mm/d，果實(shí)成熟期為2.5～3.1 mm/d。各微噴處理耗水模數(shù)在整個(gè)生育期內(nèi)的規(guī)律趨于一致，均呈先增大后減小的變化規(guī)律，各處理的耗水模數(shù)均在果實(shí)膨大期達(dá)到最大值，該時(shí)期耗水模數(shù)占整個(gè)生

育期的33%～35%，說明該時(shí)期是葡萄整個(gè)生育期的需水關(guān)鍵期，應(yīng)充分保障該時(shí)期的灌水量。耗水模數(shù)的第2次高峰是果實(shí)成熟期，該時(shí)期耗水模數(shù)占整個(gè)生育期的29%～32%。在萌芽期各處理耗水模數(shù)最低，在5%～7%。

微噴調(diào)控技術(shù)通過改善田間光照、溫度、濕度和水分等因子使冠層內(nèi)部和近冠層周圍的濕度增大、溫度降低，起到調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候的作用，達(dá)到使果樹增產(chǎn)的目的。該試驗(yàn)針對極端干旱的吐哈地區(qū)，基于生境調(diào)控的理念，采用在滴灌條件下通過微噴灌霧化技術(shù)調(diào)控葡萄園微氣候環(huán)境，研究了微噴調(diào)控技術(shù)對葡萄耗水特征的影響，而對于葡萄園微氣候立體調(diào)控的葡萄關(guān)鍵物候階段及與產(chǎn)量品質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系等以及在極端環(huán)境條件下葡萄生理生態(tài)與溫濕度的光響應(yīng)變化特征等機(jī)理問題，仍需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

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摘要[目的]明確微噴調(diào)控灌水技術(shù)對吐哈盆地葡萄耗水特征的影響。[方法]測定吐哈盆地葡萄園在微噴調(diào)控技術(shù)下不同處理的土壤含水量等指標(biāo)并分析各生育期不同階段的耗水強(qiáng)度。[結(jié)果]在灌溉定額相同的條件下，不同微噴處理隨著間隔時(shí)間的增大，總耗水量減少，其中CK處理總耗水量最大(697.5 mm)，WP2次之(680.8 mm)，WP5最低(616.8 mm)。葡萄萌芽期的耗水強(qiáng)度為2.6～3.5 mm/d，展葉期為2.6～3.5 mm/d，花期為5.4～6.4 mm/d，果粒膨大期為8.2～9.0 mm/d，果實(shí)成熟期為2.5～3.1 mm/d。各微噴處理耗水模數(shù)在整個(gè)生育期內(nèi)的規(guī)律趨于一致，均呈現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律，在果實(shí)膨大期達(dá)到最大值，占整個(gè)生育期的33%～35%，其次是果實(shí)成熟期，占整個(gè)生育期的29%～32%，在萌芽期各處理耗水模數(shù)最低，為5%～7%。[結(jié)論]試驗(yàn)結(jié)果為提高葡萄水分利用效率和制定合理的灌溉制度提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞葡萄；微噴調(diào)控；耗水強(qiáng)度；耗水特征

Effect of Micro Irrigation Technology on Water Consumption Characteristics of Grape

BAI Yun-gang，LIU Hong-bo，F(xiàn)ENG Jie(Xinjiang Research Institute of Water Resources and Hydropower, Urumqi, Xinjiang 830049)

Abstract[Objective] To clear effect of micro irrigation technology on water consumption characteristics of grape in Tu-Ha basin. [Method] We analyzed the water consumption of different stages through the determination of soil water content and water content in different stages of the grape garden under the micro spray control technology. [Result] The total water consumption was decreased with the increase of the time interval. The total water consumption of CK was the largest (697.5 mm), WP2took the second place (680.8 mm), and WP5was the lowest (616.8 mm). The water consumption intensity was 2.6-3.5 mm/d in the germination stage, was 2.6-3.5 mm/d in the flowering stage, was 5.4-6.4 mm/d in the flowering period, was 8.2-9.0 mm/d in fruit grain expanding stage, and was 2.5-3.1 mm/d in the fruit maturity stage. In the whole growth period, the water consumption modulus of each micro injection treatment had the same law, which all increased firstly and then decreased, and the maximum value appeared in fruit expanding stage was 33%-35%, secondly was 29%-32% appeared in the fruit maturity stage, and the lowest value appeared in the germination stage, with 5%-7%. [Conclusion] The results provide theoretical basis for improving water use efficiency of grape and making up reasonable irrigation system.

Key wordsGrape；Micro jet regulation；Water consumption intensity；Water consume characteristic

收稿日期2015-12-08

作者簡介白云崗(1974-)，男，新疆奇臺人，高級工程師，博士，從事農(nóng)業(yè)水土工程研究及技術(shù)推廣工作。

基金項(xiàng)目新疆自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014211A050)。

中圖分類號S 275.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)01-187-03