不同壓力水頭下微潤灌對(duì)大棚大葉茼蒿生長的影響

王銀花，申麗霞，梁 鵬，陳建琦

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

0 引 言

鑒于我國目前農(nóng)業(yè)缺水現(xiàn)狀，深圳微潤公司于2011年提出了一種微潤灌溉技術(shù)。微潤灌溉是通過微潤管地埋的方式，利用半透膜軟管的膜內(nèi)外水勢(shì)差作為驅(qū)動(dòng)力，將灌溉水以發(fā)汗?fàn)钚问捷斔偷阶魑锔祬^(qū)，達(dá)到慢速、長久潤土的效果，有利于作物根部持續(xù)保持相同的土壤水分狀態(tài)，滿足作物需水要求，在作物整個(gè)生長周期起到持續(xù)灌溉的作用[1,2]。在節(jié)水灌溉的前提下，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了不同灌溉技術(shù)的研究，根系分區(qū)交替灌溉是其中的一種。研究指出[2-4]根系分區(qū)交替灌溉，是使作物根系的一部分和另一部分交替處在較干燥和較濕潤的土壤中，使不同區(qū)域部位的根系交替經(jīng)受一定程度的干旱鍛煉，有利于作物生長；當(dāng)土壤初始含水率及土壤質(zhì)地一定時(shí)，入滲水頭是影響微潤灌入滲量的主要因素，適宜壓力水頭在0～250 cm[1]。

目前已有眾多學(xué)者對(duì)微潤灌溉條件下管帶埋深和鋪設(shè)間距對(duì)各種蔬菜的生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響進(jìn)行了大量研究[5-7]，而在壓力水頭方面的研究主要集中在室內(nèi)模擬[8,9]，為了對(duì)微潤灌溉技術(shù)有更進(jìn)一步的研究，不斷完善微潤灌溉理論，本試驗(yàn)以大葉茼蒿為研究對(duì)象，將微潤灌溉技術(shù)與大棚種植技術(shù)相結(jié)合，探究其在不同壓力水頭處理下植株的生長情況，并設(shè)置普通灌溉為對(duì)照試驗(yàn)，為該技術(shù)日后的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地區(qū)位于山西省太原理工大學(xué)校園內(nèi)，屬于典型的溫帶性大陸氣候，四季分明，晝夜溫差較大，日光充足。本試驗(yàn)從2017年8月11日至9月19日在溫室大棚中進(jìn)行。種植于90 cm×45 cm×40 cm(長×寬×高)PVC材質(zhì)的箱子，種植土壤取自山西省太原市尖草坪區(qū)芮城村，土壤初始含水率為27.99%，作物整個(gè)生長周期各處理均無做施肥處理。試驗(yàn)設(shè)備主要有高位水箱、種植箱、PE輸水管、微潤管和閥門等。試驗(yàn)過程中保持高位水箱出水口水壓穩(wěn)定，灌溉水為城市自來水，并加裝過濾裝置以避免堵塞。

1.2 試驗(yàn)處理

本試驗(yàn)共設(shè)置了A～C 3組處理，每種試驗(yàn)處理重復(fù)試驗(yàn)3次，一共設(shè)置9個(gè)種植箱。A、B處理均為雙管布置如圖1(b)微潤管埋深為20 cm，兩管之間的間距為30 cm，每個(gè)種植箱種植兩行，其中每行苗距離箱邊7.5 cm，苗距為30 cm。A處理為1 m壓力水頭12 d交替灌溉周期，B處理為1.5 m壓力水頭12 d交替灌溉周期，C處理為普通對(duì)照，根據(jù)之前學(xué)者種植經(jīng)驗(yàn)[3]每天8∶00和17∶00分別澆水1次，每次灌溉量為1 L。播種后為了保證出苗率，前期各處理均雙管全開，定植15 d時(shí)開始測(cè)量各指標(biāo)，同時(shí)關(guān)閉右管僅開左管，12 d后交換。

圖1 試驗(yàn)裝置圖Fig.1 The figures of experiment installing

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤含水率測(cè)定

土壤含水率測(cè)定采用烘干法，每6 d測(cè)定一次。在a、b、c 3個(gè)分區(qū)分別取3個(gè)土樣，取土深度為20 cm，用電子秤測(cè)出土樣的濕重和干重，計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的土壤含水率并求取平均值。計(jì)算公式為：土壤含水率=(土壤濕重-土壤干重)/土壤干重×100%。

1.3.2 大葉茼蒿生長狀況

定植15 d后開始測(cè)定大葉茼蒿生長狀況，每隔6 d測(cè)定一次株高、莖粗等指標(biāo)，在每個(gè)處理的每行作物中隨機(jī)選取3株長勢(shì)均勻的大葉茼蒿進(jìn)行測(cè)量，并取平均值。株高測(cè)定用精度為0.01的米尺從大葉茼蒿根部以上部分進(jìn)行量??；莖粗測(cè)量選用0.01 cm的電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量。

1.3.3 產(chǎn)量及水分利用效率

9月19日，收取作物，進(jìn)行最后一次測(cè)量結(jié)束實(shí)驗(yàn)，用電子秤測(cè)定每筐產(chǎn)量。水分利用效率測(cè)量的是灌溉水分生產(chǎn)率，計(jì)算公式為灌溉水分生產(chǎn)率=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量÷灌溉量。

最終的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel制圖與分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 土壤含水率

圖2顯示了各處理不同時(shí)期的土壤含水率的變化趨勢(shì)，由圖2可知，初次測(cè)量時(shí)各處理的土壤含水率沒有明顯差異，定植15～27 d期間，由于微潤灌溉處理均開左管，故左管對(duì)應(yīng)的a區(qū)域的土壤含水率呈遞增趨勢(shì)，c區(qū)域的土壤含水率先呈現(xiàn)下降趨勢(shì)后保持平穩(wěn)。27 d時(shí)關(guān)閉左管打開右管，27～39 d期間，由于定植后期作物的營養(yǎng)生長迅速需水量增加，a區(qū)域灌溉水量少，土壤含水率呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)；c區(qū)域雖有灌溉水補(bǔ)充，但土壤水分除表面蒸發(fā)外大部分用于作物生長所需，所以土壤含水率沒有呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。在作物的整個(gè)生長周期過程中，各區(qū)各處理的土壤含水率為B處理>A處理>C處理。

圖2 各區(qū)土壤含水率變化圖Fig.2 The change of soil water content of three area of every process with time

2.2 株 高

圖3顯示了各處理不同時(shí)期的作物株高的變化趨勢(shì)，由圖2可知，作物株高隨著時(shí)間推移單調(diào)遞增，定植前期和后期增長較平緩，定植21～33 d植株生長迅速，33～39 d植株生長平穩(wěn)且緩慢，整個(gè)生長曲線呈“S”型曲線。整個(gè)生長周期中3組處理的各區(qū)域植株株高為A處理>B處理>C處理，因此，在普通灌溉條件下，大葉茼蒿的生長較微潤灌溉處理緩慢。

圖3 平均株高的變化Fig.3 The average plant height changes

對(duì)比A處理和B處理可知相同交替灌溉周期下，1 m壓力水頭更有利于大葉茼蒿生長，究其原因，結(jié)合圖2可知，B處理各區(qū)的土壤含水率均高于A處理，大葉茼蒿是喜干性作物，土壤含水率過高會(huì)影響其正常生長，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起病害發(fā)生。已有研究表明在一定范圍內(nèi)微潤管出水量隨壓力水頭增大而增大，故1.5 m壓力水頭下微潤管出水量會(huì)明顯多余1 m壓力水頭，出水量過多導(dǎo)致土壤濕度大，不利于大葉茼蒿生長。灌水結(jié)束時(shí)，由圖3可知微潤灌溉處理組植株株高明顯高于普通灌溉處理組，對(duì)比兩組不同壓力水頭處理的微潤灌溉組，壓力水頭為1 m的微潤灌溉更有利于大葉茼蒿的生長。

2.3 根 長

圖4顯示了各處理不同時(shí)期的作物根長的變化趨勢(shì)，由圖4可知，植株的整個(gè)生長周期3組處理的植株平均根長為A處理>B處理>C處理，結(jié)合圖2分析，第一次測(cè)量時(shí)，與株高情況不同，A、B、C 3組處理的根長沒有明顯差異，定植15 d后，A處理的根長明顯高于其他兩組處理，而B、C兩組處理從定植后15～27 d一直沒有明顯差異。由圖可知植株地下部分的生長趨勢(shì)與地上部分相同。根部作為植株重要的吸水部位，定植后期，C處理的根長明顯低于其他兩組，當(dāng)作物需水量增加時(shí)，普通灌溉處理除蒸發(fā)量大以外，作物根系也不能夠充分吸水，來滿足植物營養(yǎng)生長的需要，故普通灌溉組作物長勢(shì)較兩組微潤灌溉組弱。

圖4 平均根長的變化Fig.4 The change of average root length

對(duì)比A處理和B處理可知相同交替灌溉周期下，1 m壓力水頭比1.5 m壓力水頭更有利于大葉茼蒿的根部發(fā)育。灌水結(jié)束時(shí)，A、B、C處理平均株高分別為10.02、9.1、7.8 cm，可知微潤灌溉處理組作物根長明顯高于普通灌溉處理組，對(duì)比兩組不同壓力水頭處理的微潤灌溉組，壓力水頭為1 m的微潤灌溉更有利于大葉茼蒿根部發(fā)育。

2.4 莖 粗

圖5顯示了各處理不同時(shí)期的作物莖粗的變化趨勢(shì)，由圖5可知，壓力水頭對(duì)植株莖粗的影響基本與株高、根長類似，隨著定植天數(shù)增長，植株莖粗也呈現(xiàn)“S”型增長趨勢(shì)，定植前期和后期作物莖粗增長平緩，中期增長迅速。植株的整個(gè)生長周期3組處理的植株平均莖粗為A處理>B處理>C處理，定植前期B、C處理的莖粗沒有明顯差異，定植15 d后，B處理的莖粗迅速增長，C處理的莖粗一直呈現(xiàn)平穩(wěn)緩慢的增長趨勢(shì)。定植后33～39 d與株高和根長的緩慢增長趨勢(shì)不同，3組處理的莖粗近乎沒有增長。

圖5 平均莖粗的變化Fig.5 Change in average stem diameter

灌水結(jié)束時(shí)，A、B、C處理平均莖粗分別為3.39、2.83、2.02 mm，可知微潤灌溉處理組植株莖粗明顯高于普通灌溉處理組，對(duì)比兩組不同壓力水頭處理的微潤灌溉組，壓力水頭為1 m的微潤灌溉更有利于大葉茼蒿莖粗增長。

2.5 產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率

圖6顯示了不同處理平均總產(chǎn)量的值，對(duì)比各個(gè)處理的產(chǎn)量，微潤灌溉處理組的產(chǎn)量明顯高于普通灌溉組處理，其產(chǎn)量分別是普通灌溉的4.92倍和4.15倍，A處理的產(chǎn)量高于B處理的產(chǎn)量，說明相比較普通灌溉，交替微潤灌溉在提高產(chǎn)量方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，且壓力水頭為1 m時(shí)，在提高產(chǎn)量方面更優(yōu)。

圖6 平均總產(chǎn)量對(duì)比圖Fig.6 Average output comparison chart

表1為不同微潤灌溉處理和普通灌溉處理下的灌溉水分生產(chǎn)率，C處理的灌溉水分生產(chǎn)率1.8 g/L，A處理和B處理的灌溉水分生產(chǎn)率分別為C處理的3.5倍和2.4倍，明顯高于C處理，B處理的灌溉水分生產(chǎn)率低于A處理。

表1 不同處理灌溉水分生產(chǎn)率Tab.1 The water use of efficency of every process

3 結(jié) 語

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果與分析，得出如下結(jié)論。

(1)交替微潤灌溉組的灌水量明顯低于普通灌溉組的灌水量，體現(xiàn)了微潤灌溉在節(jié)水方面的優(yōu)勢(shì)。

(2)壓力水頭對(duì)大葉茼蒿的植株生長狀況及產(chǎn)量有明顯影響，在植株生長過程中，株高、根長以及莖粗呈現(xiàn)指數(shù)型增長，微潤灌溉處理組的生長優(yōu)勢(shì)較普通灌溉組明顯，1 m壓力水頭處理下的大葉茼蒿生長優(yōu)勢(shì)比1.5 m壓力水頭好，故選擇適當(dāng)?shù)膲毫λ^有利于作物生長，為以后的推廣應(yīng)用提供理論參考。

(3)從最終的產(chǎn)量上來看，微潤灌溉組的產(chǎn)量明顯優(yōu)于普通灌溉組，相同的交替灌溉周期下，壓力水頭為1 m的處理的產(chǎn)量要高于1.5 m壓力水頭；從灌溉水分生產(chǎn)率來看，微潤灌溉組的灌溉水分生長率明顯提高，壓力水頭為1 m的處理的灌溉水分生產(chǎn)率最高。

□

參考文獻(xiàn)：

[1] 薛萬來,牛文全.壓力水頭對(duì)微潤灌土壤水分運(yùn)動(dòng)特性影響的試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2013,32(6):7-11.

[2] 陳天博,王鐵良.溫室微潤灌秋冬茬番茄適宜灌溉制度研究[J].節(jié)水灌溉,2013,(6):40-42.

[3] 尹玉娟,申麗霞.不同間距交替微潤灌溉對(duì)大棚空心菜生長的影響[J].節(jié)水灌溉,2017,(7):1-4.

[4] 張 強(qiáng),徐 飛. 控制性分根交替灌溉下氮形態(tài)對(duì)番茄生長、果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2014,25(12):3 547-3 555.

[5] 張國祥.基于微潤灌溉技術(shù)的大棚白菜生長狀況試驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉,2016,(7):6-12.

[6] 雷明杰,孫西歡.微潤灌壓力水頭對(duì)土壤水分及青椒生長的影響研究[J].節(jié)水灌溉,2016,(6):16-19,25.

[7] 張子卓,張珂萌.微潤帶埋深對(duì)溫室番茄生長和土壤水分動(dòng)態(tài)的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2015,33(2):122-129.

[8] 雷 濤,畢遠(yuǎn)杰.微潤管埋深及壓力水頭對(duì)青椒生長和水分利用的影響[J].農(nóng)機(jī)化研究,2017,(8):104-110.

[9] 李朝陽,夏建華.低壓微潤灌灌水均勻性及土壤水分分布特性[J].節(jié)水灌溉,2014,(9):9-12.

[10] 祁世磊,謝香文.低壓微潤帶出流于入滲試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2013,32(2):90-92.