寒地溫室豆角耗水規(guī)律分析及節(jié)水灌溉模式優(yōu)化

滕 云，張忠學(xué)，陶延懷，司振江，劉淑艷，于振良(.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，哈爾濱 50030；.黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱 50080)

蔬菜是需水量較大的作物，其體內(nèi)60%～95%的成分是水分，與其他農(nóng)作物相比，蔬菜對水分的反應(yīng)尤為敏感，水分對蔬菜正常的生理生化活動(dòng)、產(chǎn)量、品質(zhì)都具有重要的影響[1]。溫室灌溉與蔬菜各項(xiàng)指標(biāo)的研究80%都集中在番茄與黃瓜上[2-6]，近年來對青椒[7]、青花菜[8]、茄子[9]也有研究，對西紅柿[10,11]、黃瓜[12-14]及其他蔬菜[7-9]耗水規(guī)律的研究，為溫室番茄灌溉制度的制定提供參考。而關(guān)于豆角灌水方面的報(bào)道很少，文獻(xiàn)中有關(guān)豆角的播種季節(jié)、種植方式與密度、病蟲害的控制等[15,16]報(bào)道較多，以及光合速率與環(huán)境的關(guān)系[17,18]，與水分有關(guān)的研究僅見耿偉[19]采用盆栽試驗(yàn)研究的不同供水吸力下豆角若干生理指標(biāo)的變化。

黑龍江設(shè)施農(nóng)業(yè)近年發(fā)展迅速，特別是近幾年平均每年以15%的速度遞增。蔬菜生長期間灌水較為頻繁，灌水及時(shí)與否對產(chǎn)量有明顯影響。但寒地溫室由于缺乏灌水指標(biāo)，均是憑經(jīng)驗(yàn)灌水，灌水量大，水分浪費(fèi)比較嚴(yán)重，并且由于灌水導(dǎo)致溫室濕度過大，病蟲害嚴(yán)重，豆角產(chǎn)量、品質(zhì)嚴(yán)重下降。確定灌水頻率和灌水量的灌溉計(jì)劃是最佳用水所必需的，同時(shí)也是獲得最高產(chǎn)量和設(shè)施收益所必需的。故研究豆角的節(jié)水灌溉，避免豆角種植中的水分浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)北方寒地溫室豆角生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)高效栽培具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2008-2009年在黑龍江省水利科技試驗(yàn)研究中心(N45°43′09″，E126°36′35″，海拔156 m)1號日光溫室中進(jìn)行，試驗(yàn)點(diǎn)地處于寒溫帶，屬半濕潤大陸性氣候，四季分明。平均氣溫春季為4.6 ℃，夏季為21.3 ℃，秋季為4.1 ℃，冬季為-17.2 ℃。多年平均降水量為500～600 mm，7-9月占全年降水量70%，無霜期為130～140 d。溫室內(nèi)可種植兩茬蔬菜，試驗(yàn)所用溫室(長50 m，寬6 m)東西走向，與其他溫室間隔8 m，互不遮蔭，覆蓋無滴聚乙烯膜。試驗(yàn)溫室土壤質(zhì)地為壤土，耕層土壤密度為1.26 g/cm3，田間持水量為31%(質(zhì)量含水率)，地下水埋深大于8 m。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)供試材料品種為將軍豆，于2008年7月5日進(jìn)行播種，整畦南北向種植，畦長5 m，寬0.8 m，株行距為30 cm × 40 cm，在每行上鋪設(shè)一條滴灌管，滴頭間距與株距相同，于7月16日進(jìn)行留苗定植，定植前統(tǒng)一管理，定植后開始分別進(jìn)行不同的灌水處理，于2008年10月28日采收結(jié)束。2009年進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)采用滴灌，灌水量用水表計(jì)量，各試驗(yàn)小區(qū)的施肥、除草、病蟲害防治等管理措施均與當(dāng)?shù)氐脑O(shè)施農(nóng)業(yè)管理完全一致。

試驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)，將豆角生育期劃分為4個(gè)階段：苗期(從定植到開花)、開花期(從開花到結(jié)莢)、結(jié)莢期(從結(jié)莢到開始采收)、采摘期(從開始采摘收到采摘結(jié)束)。每個(gè)生育期設(shè)3個(gè)灌水水平，分別為6、12、24 mm，另外設(shè)一個(gè)充分供水處理作為對照(見表1)。共10個(gè)處理，為減少田間試驗(yàn)的自然和人為因素干擾，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)30個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，隨機(jī)排列布置。

表1 試驗(yàn)灌水處理Tab.1 Irrigation treatments for the experiments

1.3 測定項(xiàng)目與方法

土壤含水量采用烘干法測定，自表層以下每10 cm 取樣, 至60 cm, 每7 d 測定1 次, 豆角耗水量采用水量平衡法計(jì)算。對作物生長過程中一些重要特征的出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行調(diào)查記錄, 以反映作物的生長發(fā)育進(jìn)程。實(shí)測豆角小區(qū)產(chǎn)量。

水分利用效率WUE是指單位水量消耗所生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品數(shù)量，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，作物水分利用效率由同一面積上收獲的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品總量除以消耗的總水量得到[20]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2007進(jìn)行處理和繪圖，利用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的方差分析及顯著性檢驗(yàn)(Ducan新復(fù)極差法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水定額下生育期耗水規(guī)律分析

根據(jù)水量平衡原理，計(jì)算滴灌條件下豆角在整個(gè)生育期不同階段的耗水量，由于是在溫室內(nèi)試驗(yàn)，不考慮降水、深層滲漏及地下水補(bǔ)給，作物耗水僅為灌溉水量與土壤耗水，見圖1。

圖1 不同處理耗水量Fig.1 Water consumption of different treatments

由圖1可見，豆角從定植開始到采收結(jié)束的整個(gè)控制灌水時(shí)期，豆角耗水量在96.2～315 mm之間變化，CK處理豆角耗水最多為315 mm，T1處理豆角耗水最少為96.2 mm，除去過多灌水和過少灌水，各處理平均灌水量為213.3 mm，土壤水分消耗占土壤總耗水量平均不超過1%，在土壤灌水量過低(處理T1)或過高(處理CK)時(shí)，才有土壤水分消耗或過量存儲(chǔ)。說明溫室豆角水分消耗主要以消耗灌溉水為主。在豆角不同生育期灌水量低時(shí)，土壤水分消耗也很少，這是由于當(dāng)土壤水分過低時(shí)會(huì)切斷土壤水分蒸發(fā)蒸騰的通路。

2.2 不同生育期耗水強(qiáng)度和耗水模數(shù)分析

不同灌水處理豆角各生育期耗水強(qiáng)度和耗水模數(shù)的變化如圖2所示，在各生育期內(nèi)，豆角不同灌水處理秋茬豆角耗水強(qiáng)度和耗水模數(shù)變化趨勢基本一致，開花期和結(jié)莢期耗水強(qiáng)度的變化幅度更大一些；各處理的耗水模數(shù)在苗期和采摘期較高，平均分別為37.75%和37%，在開花期和結(jié)莢期較低，平均分別為15.42%和9.51%，結(jié)莢期最低(T5和T7處理除外)。各處理平均耗水強(qiáng)度主要在0.72～4.72 mm/d之間變化，苗期平均為2.44 mm/d、開花期2.83 mm/d、結(jié)莢期1.83 mm/d、采摘期1.63 mm/d，開花期平均耗水強(qiáng)度最高，采摘期平均耗水強(qiáng)度最低，在各生育期不同處理間變化也較明顯，苗期時(shí)平均主要分1.16、2.01、3.73 mm/d 3個(gè)梯度，由于苗期苗小，豆角水分消耗主要取決于土壤蒸發(fā)，隨著灌水量的多少耗水量也隨之增減；開花期和結(jié)莢期植株蒸騰在豆角水分消耗中起主要作用，同樣隨著灌水量的多少耗水量也隨之增減。分析說明溫室秋茬豆角苗期耗水模數(shù)最高，結(jié)莢期最低；而耗水強(qiáng)度開花期最高，采摘期最低。

圖2 不同生育期耗水強(qiáng)度和耗水模數(shù)Fig.2 Water consumption intensity and modules of different treatments

2.3 不同灌水定額對豆角產(chǎn)量的影響

2.3.1單個(gè)生育期灌水水平對產(chǎn)量的影響分析

各生育期不同灌水水平對豆角產(chǎn)量的影響如圖3所示。經(jīng)極差檢驗(yàn)和配對多重比較，在豆角苗期A、開花期B、采摘期D不同灌水水平之間差異顯著，顯著性水平α<0.05，而結(jié)莢期C差異不顯著。由圖3(a)可見，在豆角苗期隨著灌水水平的增加，豆角產(chǎn)量呈先增后降趨勢，且變化幅度較大；由圖3(b)可見，在豆角開花期隨著灌水水平的增加，豆角產(chǎn)量亦呈先增后降趨勢，只不過變化幅度較苗期次之；由圖3(c)可見，在豆角結(jié)莢期隨著灌水水平的增加，豆角產(chǎn)量基本呈水平直線變化，豆角產(chǎn)量即沒有大幅度提高，也沒有大幅度下降；由圖3(d)可見，在豆角采摘期隨著灌水水平的增加，豆角產(chǎn)量呈直線下降趨勢，下降幅度較明顯。

圖3 各生育期不同灌水水平下豆角產(chǎn)量變化輪廓圖Fig.3 Bean yield change profile in each growth stage under different irrigation level

2.3.2不同生育期灌水水平對產(chǎn)量的影響程度分析

通過正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析可知(見表2)，各生育期灌水量大小對秋豆角產(chǎn)量的高低影響的大小順序?yàn)椋篈>B>D>C，即苗期>開花期>采摘期>結(jié)莢期，其中苗期和開花期，以及采摘期的顯著性水平α<0.05，為顯著因素，結(jié)莢期為不顯著因素。

表2 正交試驗(yàn)方差分析表Tab.2 Orthogonal test analysis of variance

確定最優(yōu)組合時(shí)，選取顯著因素的優(yōu)水平。對于不顯著因素，可結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)選取適當(dāng)水平。結(jié)合表2和圖3可知較優(yōu)組合為：苗期灌水定額為12 mm、開花期灌水定額為12 mm、結(jié)莢期灌水定額為24 mm、采摘期灌水定額為6 mm。

2.4 不同灌水處理水分利用效率分析

試驗(yàn)結(jié)果表明(見圖4)，灌水處理T5不僅可獲得最高的產(chǎn)量，每畦產(chǎn)量達(dá)到18.8 kg，比CK產(chǎn)量提高7.63%，而且可以達(dá)到較大的水分利用效率為27.84 kg/m3，比CK提高98.26%，其水分利用效率僅次于灌水處理T1，但T1處理的產(chǎn)量較低，豆角在整個(gè)生育期水分供應(yīng)不足，使豆角的營養(yǎng)生長和生殖生長均受到抑制，其結(jié)果雖然水分利用效率較高，但T1產(chǎn)量與T5差異顯著(α<0.01)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他處理，另一方面，充分的灌水處理(CK)雖可獲得較高產(chǎn)量，但水分利用效率較低，孫磊[21]對番茄的研究也表明充足而不適宜的水分供應(yīng)并不產(chǎn)生最高產(chǎn)量。綜合分析得出當(dāng)豆角按照T5處理進(jìn)行灌水管理可實(shí)現(xiàn)豆角高產(chǎn)及水分利用高效的統(tǒng)一。

圖4 不同灌水處理水分利用效率Fig.4 WUE of different treatments

3 結(jié) 語

豆角在苗期耗水模數(shù)最高為37.75%，在開花期耗水強(qiáng)度最高為2.83 mm/d；經(jīng)過灌溉優(yōu)化寒地溫室秋茬豆角苗期灌水定額為12 mm、開花期灌水定額為12 mm、結(jié)莢期灌水定額為24 mm、采摘期灌水定額為6 mm為最佳灌水模式，可獲得較高產(chǎn)量，并可達(dá)到較高水分利用效率，實(shí)現(xiàn)豆角高產(chǎn)及水分利用高效的統(tǒng)一。由于是1 a試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析總結(jié)，雖有驗(yàn)證試驗(yàn)，但驗(yàn)證試驗(yàn)只驗(yàn)證了最佳處理和對照處理，其試驗(yàn)結(jié)果在不同年份氣候條件影響下會(huì)有所差異，其成果應(yīng)用存在一定局限性，但仍可為北方寒冷地區(qū)溫室豆角的節(jié)水灌溉提供參考依據(jù)。

由于本研究固定了灌水頻率，并且未按土壤水分上下限進(jìn)行控制灌水，另外也未對豆角品質(zhì)的影響進(jìn)行研究，今后可在這方面開展進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

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