設(shè)施草莓耗水規(guī)律及灌水器選型試驗(yàn)研究

毛軍　尹世洋　牛勇　王新星　梁翠萍

摘要：以揭示設(shè)施草莓耗水規(guī)律、明確灌溉器選型模式為研究目的，采用大型稱重式蒸滲儀開展設(shè)施草莓耗水規(guī)律研究?；谏鷳B(tài)環(huán)境要素構(gòu)建了設(shè)施草莓耗水經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，對比試?yàn)分析了滴灌帶（管）規(guī)格對土壤水分均勻度、產(chǎn)量、根系發(fā)育等因素的影響，按照需水特征將草莓全生育期劃分為4個(gè)主要階段：花芽分化期、越冬期、盛果期、盛果后期。研究表明：（1）設(shè)施草莓全生育期的耗水強(qiáng)度隨生育期呈現(xiàn)“U”型變化趨勢，其中越冬期耗水量最小，試驗(yàn)監(jiān)測顯示設(shè)施草莓全生育期（2013年9月5日-2014年5月23日）的耗水量為406 mm，日均1.55 mm；（2）相關(guān)性分析顯示葉面積指數(shù)對草莓耗水強(qiáng)度影響較小；（3）在試驗(yàn)所處條件下，滴頭間距為20 cm的滴灌帶（管）較為適于設(shè)施草莓灌溉。

關(guān)鍵詞：設(shè)施草莓；耗水規(guī)律；灌水器；灌溉設(shè)備

中圖分類號：S626；S668.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-1683（2017）05-0190-05

自20世紀(jì)80、90年代以來，草莓種植業(yè)在我國發(fā)展十分迅速。1985年我國草莓種植面積為0.33萬hm²，2003年已增加至7.73萬hm²，超過歐美等草莓傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)，成為世界第一大草莓生產(chǎn)國。據(jù)2010年中國園藝學(xué)會(huì)草莓分會(huì)統(tǒng)計(jì)，全國草莓種植面積已達(dá)11.4萬hm²。隨著我國草莓種植面積的迅速增加，圍繞草莓生理、栽培、病蟲害防治、采收、儲(chǔ)運(yùn)等方面開展了大量研究。在草莓灌溉技術(shù)領(lǐng)域，雖然高畦腹膜滴灌模式得到了大力推廣，而以經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo)的草莓灌溉方式，存在水分生產(chǎn)效率（WUE）低下、肥料淋溶損失嚴(yán)重等問題，而且目前設(shè)施草莓灌溉設(shè)備的配套選型多參照設(shè)施蔬菜栽培的模式（單行單滴管帶，滴頭間距30cm），未能充分考慮草莓的生長發(fā)育、栽培方式的特戌存在灌水不均勻，缺苗率高的問題。國外相關(guān)研究成果由于受到地理位置、栽培模式等因素差異的限制，多數(shù)成果無法直接應(yīng)用，而國內(nèi)相關(guān)研究目前處于起步階段，尚未見有關(guān)設(shè)施草莓耗水規(guī)律的量化研究成果。針對我國設(shè)施草莓的生長和栽培特點(diǎn)，開展典型品種的耗水規(guī)律及關(guān)鍵設(shè)備的配套選型等基礎(chǔ)研究，對制定設(shè)施草莓栽培技術(shù)地方標(biāo)準(zhǔn)有重要意義。

本文將對日光溫室內(nèi)充分灌溉條件下的草莓耗水過程進(jìn)行研究，建立草莓需水經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀２⑼ㄟ^田間試驗(yàn)，分析不同滴頭間距的滴灌帶（管）對草莓缺苗率、產(chǎn)量、土壤水潤均勻度等指標(biāo)的影響，最終提出設(shè)施草莓灌水器的選型模式。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用的生物材料選取北方地區(qū)草莓主栽品種-章姬，滴灌帶選取管徑為16 mm，滴頭間距分別為15 cm、20cm、30 cm，壁厚為0.7 mm管材。

1.2試驗(yàn)區(qū)基本情況

設(shè)施草莓耗水規(guī)律試驗(yàn)在北京市節(jié)水灌溉試驗(yàn)中心試驗(yàn)站（位于北京市通州區(qū)永樂店鎮(zhèn)）的日光溫室內(nèi)進(jìn)行，其地處北緯39°20′，東經(jīng)114°20′，海拔12m，多年平均降雨量565 mm，多年平均水面蒸發(fā)量1140 mm，多年平均氣溫11.5℃，無霜期185 d。所選用日光溫室內(nèi)建有大型稱重式蒸滲儀一座。灌水器選型試驗(yàn)在北京市昌平區(qū)百善鎮(zhèn)萬德草莓園的日光溫室內(nèi)進(jìn)行，其地處北緯40°11′，東經(jīng)116°21′，海拔41 m，多年平均氣溫為12℃，多年平均降雨量為500 mm，無霜期190 d。

1.3試驗(yàn)方法

供試草莓均采用起壟寬窄行方式種植，壟高30cm，壟間距0.9m，每壟種植2行草莓。定植時(shí)間為2013年9月5日，選取長勢稍壯、株高為25～30 cm的草莓苗定植，株距20 cm，定植密度為8 000株/畝，每壟草莓由2根滴灌帶（滴頭流量為1.38 L/h）進(jìn)行灌溉，當(dāng)年11月5日，土壟表面加蓋黑色塑料膜，提高土壤積溫。次年5月23日全生育期結(jié)束。

在溫室中部建有大型稱重式蒸滲儀1臺(tái)，其土箱長、寬、高分別為2 m、2 m、2.3 m，設(shè)計(jì)精度為80g，即0.02 mm水深。蒸滲儀土箱內(nèi)起2條土壟，種植36株草莓，為保持蒸滲儀內(nèi)外種植密度一致，將蒸滲儀內(nèi)未利用的土面（面積為1 m²）用薄膜進(jìn)行覆蓋。在0～20 cm的耕層內(nèi)布置4只土壤水分傳感器，采用土壤含水量測定儀（mini-Trase，美國）每天早上8：00測量1次土壤含水量，當(dāng)土壤含水量低于田間持水量的80%時(shí)進(jìn)行灌溉，使耕層土壤的含水量恢復(fù)到田問持水量。試驗(yàn)開始后，稱重式蒸滲儀整點(diǎn)自動(dòng)測量。

在開展灌水器選型試驗(yàn)的日光溫室內(nèi)，供試草莓的種植方式如前述方式一致。將溫室在東西方向上分為3段，自西向東分別標(biāo)記為T1區(qū)、T2區(qū)、T3區(qū)，各區(qū)所選用的滴頭間距依次為30 cm、20 cm、15cm規(guī)格的滴灌帶進(jìn)行灌溉，并將其作為3種試驗(yàn)處理（標(biāo)記為T1、T2、T3處理）。在設(shè)施草莓生長過程中監(jiān)測缺苗率、土壤濕潤均勻度（式1）、根系發(fā)育、產(chǎn)量等指標(biāo)。各處理由獨(dú)立的灌溉首部控制，灌溉頻率和灌水量參照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培，各區(qū)統(tǒng)一管理。

各試驗(yàn)溫室內(nèi)均布設(shè)小型自動(dòng)氣象站1臺(tái)（watchdog2000，美國），每15 min記錄1次溫室內(nèi)的溫度（T）、濕度（RH）、太陽輻射（SR）等環(huán)境氣象因子值。在草莓生育期內(nèi)，定期測定土壤含水量、植株存活數(shù)等。進(jìn)入采摘期，將成熟果實(shí)按壟計(jì)量果實(shí)重量和數(shù)量。

參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET₀（潛在蒸散量）的計(jì)算采用1998年FA（）_56推薦方法，計(jì)算時(shí)間步長為1 d，所需氣象數(shù)據(jù)由溫室內(nèi)自動(dòng)氣象站提供。

2結(jié)果與分析

2.1設(shè)施草莓耗水規(guī)律

2.1.1全生育期蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化

蒸騰蒸發(fā)是植物利用水分的最主要形式，植株生長、環(huán)境因子等眾多因素對其存在不同程度的影響。借助布設(shè)在田間的高精度大型稱重式蒸滲儀，可在較小的時(shí)間尺度上獲得作物的騰發(fā)量。滴灌條件下，設(shè)施草莓日耗水動(dòng)態(tài)變化見圖1。設(shè)施草莓全生育期的耗水強(qiáng)度變化整體呈現(xiàn)“兩頭高，中間低”的趨勢。由于設(shè)施草莓前期（9、10月份）輻射、溫度值相對較大，環(huán)境蒸發(fā)力強(qiáng)，而且未覆蓋塑料薄膜，造成其耗水量較大，隨著輻射、氣溫的進(jìn)一步降低，及覆蓋農(nóng)膜，設(shè)施草莓的耗水強(qiáng)度顯現(xiàn)顯著減小趨勢。至次年，輻射溫度等環(huán)境值再次回升，果實(shí)產(chǎn)量增加，設(shè)施草莓的耗水強(qiáng)度呈現(xiàn)快速增加的趨勢。至全生育期的末期，由于設(shè)施草莓植株衰老，同化作用等生理過程減弱，耗水強(qiáng)度有所衰減。根據(jù)上述設(shè)施草莓耗水強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，將全生育期耗水過程劃分為4個(gè)耗水階段（如圖1中虛線所示）：花芽生長期、越冬期、盛果期、盛果后期，該劃分方法有別于復(fù)雜的植物生理學(xué)劃分方法，可以更加準(zhǔn)確地區(qū)分設(shè)施草莓實(shí)際耗水階段，便于灌溉管理。

通過對試驗(yàn)階段稱重式蒸滲儀所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見表1），設(shè)施草莓全生育期耗水量為406 mm，日均耗水強(qiáng)度為1.55 mm/d。各生育期耗水總量由大到小依次為越冬期、盛果期、花芽生長期、尾果期。耗水強(qiáng)度均值由大到小依次為盛果期、尾果期、花芽生長期、越冬期。耗水強(qiáng)度最大值為3.65 mm/d，出現(xiàn)在盛果期（2014年4月14日），耗水強(qiáng)度最小值為0.35 mm/d，出現(xiàn)在越冬期（2013年12月5日）。

各生育期作物系數(shù)Kc值分布在1.01～1.37之間，蒸發(fā)皿系數(shù)Kp值分布在0.66～1.23之間。設(shè)施草莓的前3個(gè)生育階段，其時(shí)長占全生長季的85%左右，在該時(shí)段內(nèi)Kc值和Kp值分別分布在1.28和1.07附近，且波動(dòng)較小，即這一時(shí)期設(shè)施草莓耗水量大約為同期潛在蒸散量的1.3倍，為同期水面蒸發(fā)量的1.1倍，Yuan指出選取水面蒸發(fā)量的1.1倍作為灌水量，可獲得較高的產(chǎn)量。

2.1.2設(shè)施草莓耗水強(qiáng)度影響因素與模型

通過對草莓耗水強(qiáng)度和輻射、溫度等多個(gè)影響因子進(jìn)行相關(guān)性分析，得到各變量間的Pearson相關(guān)系數(shù)見表2，草莓耗水強(qiáng)度與濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與輻射、溫度、LAI、水面蒸發(fā)量呈正相關(guān)關(guān)系。草莓耗水強(qiáng)度與水面蒸發(fā)量之間的相關(guān)系數(shù)的絕對值最大其后依次為濕度、輻射、溫度，LAI等其中LAI與草莓耗水強(qiáng)度之間的相關(guān)系數(shù)僅為0.15，相關(guān)性不顯著。如圖2所示，由于受到摘除老葉等栽培措施的作用，設(shè)施草莓的葉面積指數(shù)在全生育期基本保持在1上下，變幅約為0.3，而全生育期設(shè)施草莓耗水強(qiáng)度則隨著環(huán)境變化呈現(xiàn)顯著的一致性變化趨勢，變化范圍從0.35～3.65 mm/d，雖然由于“摘老葉栽培作業(yè)行為造成的葉面積迅速下降，并在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致植株蒸騰量下降，但新葉子的增加會(huì)促使耗水強(qiáng)度迅速恢復(fù)到該時(shí)期的平均水平。由此可見，在設(shè)施栽培條件下，主導(dǎo)草莓耗水強(qiáng)度的因素是環(huán)境因子，而非莖、葉等營養(yǎng)器官的生長。

根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，選取相關(guān)生態(tài)環(huán)境因子作為參考變量，使用SPSS12.0多元線性回歸模塊構(gòu)建設(shè)施草莓耗水強(qiáng)度多元線性經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

式中：ET為草莓的耗水強(qiáng)度（mm/d）；WE為水面蒸發(fā)強(qiáng)度（mm/d）；T為日均溫度（℃）；SR為太陽日輻射量（M J/m²）；RH為相對空氣濕度（%）。

2.2設(shè)施草莓灌水器選型

國外眾多文獻(xiàn)顯示，無論是草莓露地栽培還是設(shè)施栽培，起壟栽培、膜下滴灌的灌溉模式在提高地溫、減少水分損失、促進(jìn)根系發(fā)育等方面均可獲得較為理想的結(jié)果，但對滴管帶（管）的選型方法少有研究。

本文從壁厚、滴頭流量和滴頭間距等三個(gè)方面考慮，開展滴管帶的選型試驗(yàn)。

以往研究發(fā)現(xiàn)，壁厚在0.7 mm以上、單組滴頭流量小于3L/h的滴灌帶（管）不僅具有較強(qiáng)的器械強(qiáng)度，以減少栽培措施產(chǎn)生的損傷，而且可以避免壟項(xiàng)積水，以減少灌水過程中水、肥流失。對于滴灌帶的滴頭間距的選擇，本研究通過開展滴頭間距選型試驗(yàn)，根據(jù)根系發(fā)育、產(chǎn)量、土壤濕潤均勻度、缺苗率等指標(biāo)差異對滴灌帶滴頭間距規(guī)格進(jìn)行判斷。

如圖3所示，不同滴頭間距條件下，設(shè)施草莓根系在水平方向，主要分布在以主根為中心，半徑為20 cm的范圍內(nèi)，由于設(shè)施草莓株距一般為20 cm，可將單組滴頭水平濕潤半徑取為15cm；在水平垂直方向上，設(shè)施草莓根系主要分布在地表以下20cm以內(nèi)。參考張志新提出的土壤濕潤半徑經(jīng)驗(yàn)公式，選取單組滴頭流量為2.8 L/h，滴水時(shí)間為20 min，推求得到充分濕潤根系活動(dòng)層所需要水平濕潤半徑為14 cm，因此在該流量條件下，選取20-25 cm的滴頭間距較為適宜。

通過監(jiān)測不同滴頭間距條件下灌后24 h根系活動(dòng)層內(nèi)（0～20咖）土壤含水量，采用灌水均勻度的計(jì)算方法（式1）和方差反映灌后土壤濕潤均勻度狀況。如圖4所示，T1、T2處理的土壤濕潤均勻度為0.92-0.93，相對于T3處理提高了5%，而且T 1、T2處理土壤含水量樣本方差（n=20）均顯著小于T3處理，由此可見，滴頭間距為30 cm的滴灌帶（管）在灌溉過程中會(huì)導(dǎo)致水分在土壟上不均勻分布，部分草莓得不到充分供水，造成生長緩慢、死苗、減產(chǎn)等嚴(yán)重后果。通過監(jiān)測各處理缺苗率、產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，T1、T2、T3處理的缺苗率為6.05%、5.27%、10.48%，其產(chǎn)量分別為18.1、15.7、14.7 t/hm²（圖5），以上兩個(gè)指標(biāo)均可印證前述選型結(jié)論。

因此滴頭間距為15 cm、20cm的滴灌帶（管）均能較好滿足設(shè)施草莓的灌溉需求，但由于T1、T2之間各參數(shù)差異較小，建議在生產(chǎn)中選擇價(jià)格相對較低的滴頭間距為20 cm規(guī)格的滴灌帶（管）。

3結(jié)論

采用大型稱重式蒸滲儀，首次獲得設(shè)施草莓全生育期耗水過程，并由此將草莓全生育期劃分為4個(gè)耗水階段：花芽生長期、越冬期、盛果期、盛果后期。提出影響設(shè)施草莓耗水強(qiáng)度的主要因子，建立了基于生態(tài)環(huán)境要素的設(shè)施草莓耗水經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并提出在缺少環(huán)境參數(shù)時(shí)，可使用同期水面蒸發(fā)量估算設(shè)施草莓耗水強(qiáng)度。

基于壁厚、滴頭流量和滴頭間距等三個(gè)參數(shù)的考量，通過開展滴頭間距對作物生長影響的對比試驗(yàn)，認(rèn)為在試驗(yàn)條件下，滴頭間距為20 cm規(guī)格滴灌帶（管）較為適宜于設(shè)施草莓灌溉選配。