微潤灌溉技術(shù)下大棚小蔥生長動態(tài)試驗(yàn)研究

郭云梅，申麗霞，張國祥

(太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024)

在水資源日益緊缺的今天，微潤灌溉技術(shù)作為一種新型的節(jié)水灌溉技術(shù)，它的出現(xiàn)與發(fā)展已成為中國農(nóng)業(yè)水資源有效利用的一項(xiàng)重要保障措施[1,2]。

微潤灌溉技術(shù)是通過完整的、系統(tǒng)的微潤灌溉裝置實(shí)現(xiàn)植物對水分的高效利用，是以半透膜為核心材料制成的軟管狀給水器新型節(jié)水灌溉技術(shù)[3]。微潤管由雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，內(nèi)部為半透膜管，管壁上分布著無限多個孔徑為10～900 nm的微孔。這種納米級微孔可允許水分子通過， 但是不允許尺寸較大的分子團(tuán)或固體粒通過。外部結(jié)構(gòu)為護(hù)套，是由具有高強(qiáng)度且透水的材料組成，它可以保護(hù)內(nèi)部的半透膜管不致被外力損傷[3，4]。微潤灌溉通過減少作物區(qū)域內(nèi)土壤表面水分的蒸發(fā)以及阻隔重力水的下滲，從而使植物附近區(qū)域的土壤水分明顯高于其他區(qū)域[3-6]。與傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)相比，微潤灌溉可以有效地降低生產(chǎn)成本、提高節(jié)水效果、改善植株區(qū)域土壤的環(huán)境，有利于植物生長[5,6]。同時微潤灌溉可以將肥料溶解于水，實(shí)現(xiàn)水肥一體化。隨著節(jié)水技術(shù)的發(fā)展推廣，陽臺種菜與屋頂綠化也已成為時代發(fā)展的一種需要。微潤灌溉技術(shù)的出現(xiàn)發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)屋頂綠化的自動化灌溉，將微潤灌溉技術(shù)應(yīng)用于屋頂綠化，可以更好地提高屋頂灌溉的質(zhì)量和管理水平，能最大限度地節(jié)約能源與水源，在未來的實(shí)際生產(chǎn)中會有很大的應(yīng)用潛力。同時，微潤灌溉技術(shù)合理化的應(yīng)用，將會使發(fā)展陽臺種植更為方便。

目前，關(guān)于微潤灌溉技術(shù)還沒有形成獨(dú)立的理論系統(tǒng)，現(xiàn)有的研究大多集中在室內(nèi)模擬試驗(yàn)階段，大棚種植試驗(yàn)相對就少[6]。因此，本試驗(yàn)將微潤灌溉技術(shù)應(yīng)用于大棚種植，以小蔥為研究對象，探究微潤灌溉技術(shù)條件下，微潤管埋深與壓力水頭對大棚小蔥在整個生育期內(nèi)生長發(fā)育、用水量、土壤含水率和產(chǎn)量的影響。所得數(shù)據(jù)可以為定制灌溉制度和灌溉參數(shù)提供參考依據(jù)，也可以為微潤灌溉技術(shù)在大棚種植與陽臺種菜和屋頂綠化方面的應(yīng)用與推廣提供理論支撐。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及裝置

本試驗(yàn)于2015年8-10月在太原理工大學(xué)迎西校區(qū)小型簡易塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)期長為小蔥的1個生育期，57 d。試驗(yàn)種子為四季小蔥，是由北京華蔬種子有限公司研制。試驗(yàn)裝置主要由高位水箱、閥門、輸水管、微潤管、種植箱組成。高位水箱可以為植物連續(xù)供水，同時起到保持水位恒定的作用，確保進(jìn)入微潤管的壓力水頭恒定。閥門根據(jù)需要分別有兩通閥與三通閥。通過輸水管把水從水箱引入種植箱，微潤管埋入種植箱內(nèi)，連續(xù)滲水，試驗(yàn)小蔥在種植箱內(nèi)種植。水源為城市自來水。土壤為質(zhì)地疏松的營養(yǎng)土，是以草炭、蛭石、珍珠巖為主要原材料配置而成。土壤中富含多種營養(yǎng)元素，可為小蔥根系提供健康良好的生長環(huán)境。土壤干密度為0.38 g/cm3，初始土壤體積含水率為21.40%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置編號為T1～T55種不同的處理，每種處理分別設(shè)置了3個種植箱重復(fù)。根據(jù)四季小蔥主根系深度情況，設(shè)置微潤管埋深分別為4與7 cm。壓力水頭分別為2與1.5 m。微潤灌溉為連續(xù)灌溉，灌溉時間貫穿于小蔥生長發(fā)育的整個過程。T5處理為常規(guī)澆灌方式。由于四季小蔥并沒有統(tǒng)一確定的灌水制度，故在四季小蔥整個生育期內(nèi)，T5處理下的各種植箱根據(jù)小蔥的生長發(fā)育情況和小蔥根系土壤含水率進(jìn)行適時適量澆灌。所有種植箱的其他種植管理方法，如通風(fēng)、除草等均保持一致。試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 不同處理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用烘干法測定土壤體積含水率，每次取土位置控制均相同，與微潤管橫向水平距離約5 cm處；由于小蔥主根系較短，所以取土樣深度范圍為0～10 cm, 每4 d測定1次。在小蔥整個生育期內(nèi)，每4 d用卷尺從基部開始測量小蔥的株高并記錄。播種后，為保證T5處理情況下的3個種植箱出苗率，各種植箱各澆水3 L。此后，根據(jù)小蔥的生長發(fā)育情況和小蔥根系土壤含水率對T5處理下各種植箱進(jìn)行適時適量澆灌，每4 d澆水1次，并記錄澆水量。小蔥生育期結(jié)束后，分別采收每個種植箱內(nèi)小蔥的地上部分，每個種植箱不掐尖各選3叢，每叢5株，共15株小蔥進(jìn)行產(chǎn)量測定，每個處理取各種植箱的平均值。每4 d記錄1次水箱刻度，小蔥采收后，分別計(jì)算各處理的用水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理間用水量的比較

如圖1所示，不同處理間累計(jì)用水量在小蔥生長發(fā)育期間隨時間變化趨勢一致，大體呈現(xiàn)“S”型，說明日均用水量先增大后減小。T5處理的累計(jì)用水量略高于其他微潤灌溉處理。T5處理為常規(guī)澆灌，是從地表灌水，其處理下各種植箱的地表蒸發(fā)大于微潤灌溉技術(shù)下各處理種植箱的地表蒸發(fā)，故微潤灌溉略微節(jié)水。在小蔥播種約30 d內(nèi)，T1處理>T3處理，T2處理>T4處理，說明在微潤管埋深相同下，壓力水頭為2 m的用水量多。而在播種約30 d之后，T3處理>T1處理，T4處理>T2處理，壓力水頭為2 m的用水量反而小。分析其原因，可能是在小蔥生長前期，土壤水分未達(dá)到飽和狀態(tài)，且小蔥需水量較少，壓力水頭為2 m的微潤管出流量快。隨小蔥的生長，壓力水頭為2 m處理下的土壤水分先達(dá)到飽狀態(tài)，而水頭為1.5 m處理下土壤水分還未達(dá)到飽和狀態(tài)，此時微潤管出流量大于2 m水頭的。在小蔥整個生育期內(nèi)，用水量T2處理>T1處理,T4處理>T3處理,可以看出，在相同壓力水頭下，微潤管埋設(shè)深度大的用水量多。原因可能是小蔥根系較短，埋深為7 cm的微潤管濕潤鋒區(qū)域大于小蔥根系生長區(qū)域，造成水分的浪費(fèi)。

圖1 不同處理間累計(jì)用水量隨時間的變化

2.2 不同處理間土壤含水率的比較

本實(shí)驗(yàn)在日光塑料大棚里種植箱內(nèi)進(jìn)行，不受降雨影響，也無需考慮地下水補(bǔ)給。同時，在微潤灌溉處理下，由于微潤管是地埋方式，地表蒸發(fā)過小，可忽略不計(jì)?？梢哉J(rèn)為土壤水分變化僅受灌水量以及植物根系對土壤水分吸收兩因素的影響。由圖2可以看出，微潤灌溉技術(shù)下，各處理的土壤體積含水率變化趨勢大體一致，在小蔥整個生育期內(nèi)大體呈現(xiàn)先增長后趨于平穩(wěn)狀態(tài)。T1處理下與T3處理下的土壤體積含水率相差不大。T2處理與T4處理下的土壤體積含水率相近。在播種后約20 d前，各處理的體積含水率一直隨小蔥的生長而增加，說明在小蔥生長前期，微潤管出流量大于小蔥根系對土壤水分的吸收。在小蔥播種約20 d后，各處理的含水率基本趨于平穩(wěn)狀態(tài)，此時微潤管出流量與小蔥耗水量大致處于平衡狀態(tài)。就整個生育期而言，相同壓力水頭下，微潤管埋深為4 cm的含水率遠(yuǎn)大于埋深為7 cm的，說明在該質(zhì)地土壤下，埋深對土壤水分的分布有很大的影響；而在不同的壓力下，土壤含水率相差不大，說明壓力對土壤水分的分布影響較小。這與張子卓等[6]認(rèn)為微潤管埋深對番茄生育期內(nèi)土壤水分分布影響較大，而壓力對水分的影響很小的結(jié)論一致。同時牛文全等[9]通過室內(nèi)土箱模擬試驗(yàn)驗(yàn)證了微潤管埋深與水頭是影響土壤水分的主要因素。此試驗(yàn)中，不同微潤灌溉處理下，土壤含水率一直在波動變化，這與高振軍等[7]人認(rèn)為微潤灌溉下，土壤含水率是一條平滑的曲線不一致，原因可能是該營養(yǎng)土過于疏松，也可能是微潤管設(shè)計(jì)技術(shù)未達(dá)到所需要求，這有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖2 不同處理間土壤含水率隨時間的變化

2.3 不同處理對植株生長的影響

由圖3可以看出，不同處理下，小蔥生長株高隨時間變化趨勢規(guī)律一致，曲線大體呈現(xiàn)“S”型。T1處理下小蔥株高微大于T3處理下的，而遠(yuǎn)大于T2處理下的，說明微潤管壓力水頭與埋深通過影響土壤水分的分布從而來影響小蔥的生長發(fā)育。只有T4處理下小蔥的長勢弱于T5處理下，而其他3個微潤灌溉條件處理都強(qiáng)于T5處理的。說明，在此試驗(yàn)中，微潤灌溉條件下小蔥的長勢優(yōu)于普通常規(guī)澆灌。微潤灌溉下，小蔥株高隨生育進(jìn)程成“S”型，這與張立坤等[8]的研究結(jié)果相一致。此試驗(yàn)中，微潤管埋深為4 cm，壓力水頭為2 m時，更適合小蔥的生長；而張子卓等[6]認(rèn)為微潤帶埋深為15 cm，壓力水頭為180 cm時最有利于番茄生長。原因是小蔥與番茄的根系長度不同，生長狀況不同，適合其生長的條件也應(yīng)有所不同。

圖3 不同處理間小蔥株高隨時間的變化

2.4 不同處理對小蔥產(chǎn)量的影響

由表2可以看出，不同處理間小蔥的產(chǎn)量隨小蔥長勢一致。T1處理鮮量最大，為33.22 g，干物質(zhì)積累為2.89 g。T1處理、T2處理、T3處理產(chǎn)量均高于T5，說明微潤灌溉下小蔥產(chǎn)量高于普通常規(guī)澆灌。T4處理產(chǎn)量最小，原因可能是T4處理埋深大，而水頭壓力小，沒能滿足小蔥關(guān)鍵期需水量。在此試驗(yàn)下，微潤管埋設(shè)深度的對小蔥產(chǎn)量的影響明顯高于水頭壓力。

表2 不同處理間小蔥的產(chǎn)量 g

3 結(jié) 語

(1)小蔥的日均耗水量大體是先增加后減小；在小蔥種子播種約30 d前，2.0 m水頭下的小蔥生長耗水量高于1.5 m水頭。而在小蔥播種約30 d后，1.5 m水頭小蔥用水量大于2.0 m水頭；微潤管埋深為4 cm的小蔥耗水量小于埋深7 cm的；微潤灌溉比普通常規(guī)澆灌略微節(jié)水。

(2)微潤灌溉條件下，土壤的含水率隨著小蔥的生長先增大后處于平穩(wěn)狀態(tài)。微潤管埋深對土壤水分的分布有較大的影響，壓力水頭對土壤水分影響較小。

(3)不同處理下，小蔥生長株高曲線大體均呈現(xiàn)“S”型。微潤管的埋深和壓力水頭主要是影響土壤水分的分布，從而來影響小蔥的生長發(fā)育。此試驗(yàn)中，埋設(shè)深度為4 cm，壓力水頭為2.0 m更適宜小蔥生長。微潤灌溉技術(shù)下小蔥長勢與產(chǎn)量較優(yōu)于普通常規(guī)澆灌。

目前關(guān)于微潤灌溉大棚種植試驗(yàn)處于初步試應(yīng)用研究階段，在生產(chǎn)上還沒有得到有效的、大范圍的推廣。但隨著研究的深入，在實(shí)際生產(chǎn)中將會有很大的應(yīng)用潛力。

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