膜下滴灌對(duì)油葵產(chǎn)量及水分利用的影響研究概況

王 璐，張恒嘉

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

我國(guó)西北地區(qū)氣候干旱，年均降水量約230～500mm，是我國(guó)受旱最嚴(yán)重的地區(qū)[1]。油葵是一種健康高產(chǎn)的油料作物，因具有耐旱性強(qiáng)、適應(yīng)性好、含油率高、經(jīng)濟(jì)效益好等諸多特點(diǎn)，在我國(guó)各地區(qū)種植廣泛，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)[2]，西北地區(qū)油葵多年平均種植面積已達(dá)到4000hm2以上，已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收的主要來(lái)源。但水資源短缺和農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重已成為限制西北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素，如何在有限的水資源條件下，提高油葵產(chǎn)量，維持農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是目前亟需解決的問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)[3- 5]，采用傳統(tǒng)的大水漫灌方式，灌溉水利用效率僅為50%，這種方式不僅造成有限灌溉水浪費(fèi)嚴(yán)重，并且導(dǎo)致地下水位上升和土壤鹽漬化加重，對(duì)作物生長(zhǎng)及水分高效利用均不利。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家對(duì)油葵的生長(zhǎng)發(fā)育研究發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌技術(shù)可以有效抑制地面蒸發(fā)，防止深層滲漏，并且對(duì)提高水肥利用率，促使油葵增產(chǎn)等方面有著很大的影響[6]。

1 膜下滴灌技術(shù)

膜下滴灌是一種有機(jī)結(jié)合覆膜種植技術(shù)和滴灌節(jié)水技術(shù)高效節(jié)水節(jié)肥灌溉技術(shù)。研究表明[7]，通過(guò)膜下滴灌技術(shù)能夠促進(jìn)油葵水肥一體化，提高水肥利用效率，節(jié)水可達(dá)到50%以上，節(jié)肥可達(dá)到20%以上。覆膜種植技術(shù)能抑制土壤水分蒸發(fā)，使土壤水分循環(huán)在膜下進(jìn)行，有利于熱量傳遞[8]，與無(wú)膜灌溉相比，具有增溫、保墑保水、防止土壤板結(jié)、減少雜草、防止蟲(chóng)害等諸多優(yōu)點(diǎn)[9]；滴灌技術(shù)可將水溶性肥料與水充分混合進(jìn)行有效過(guò)濾后，通過(guò)控制灌水管道系統(tǒng)進(jìn)行均勻、適時(shí)、適量、定點(diǎn)滴入作物根區(qū)土壤環(huán)境中，促進(jìn)根區(qū)吸收，與大水漫灌方式相比，具有施肥方便、減少深層滲漏、防止土壤鹽漬化、有效提高灌溉水利用效率的作用[10]。膜下滴灌技術(shù)綜合了覆膜種植技術(shù)和滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，為油葵生長(zhǎng)提供良好的微氣候環(huán)境，對(duì)灌溉水利用效率的提高，作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)等非常有利。

2 膜下滴灌對(duì)油葵產(chǎn)量及構(gòu)成要素和水分利用的影響

2.1 油葵產(chǎn)量

近年來(lái)，在西北地區(qū)對(duì)馬鈴薯[11- 13]、棉花[14- 16]、玉米[17- 19]等旱地作物的大量研究發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌技術(shù)有著顯著的增產(chǎn)效應(yīng)。不少研究者對(duì)油葵研究發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌對(duì)油葵產(chǎn)量的影響也較為顯著。張斌等[20]研究表明：采用膜下滴灌技術(shù)，可使油葵籽粒產(chǎn)量達(dá)3750kg/hm2，較常規(guī)種植增產(chǎn)750～1500kg。張永宏等[7]研究表明：采用地膜覆蓋和滴灌技術(shù)比較發(fā)現(xiàn)，油葵產(chǎn)量由高到低表現(xiàn)為滴灌覆膜>漫灌不覆膜>漫灌覆膜>滴灌不覆膜，其中滴灌覆膜與漫灌覆膜相比，油葵可增產(chǎn)8.2%。王振華等[21]研究表明：油葵產(chǎn)量并不是隨著灌水量的增多而不斷提高，當(dāng)灌水增加到一定程度時(shí)，產(chǎn)量不升反降，這是由于灌水量和油葵產(chǎn)量只是在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)正相關(guān)。在水分虧缺條件下的增產(chǎn)幅度比充分灌溉條件下的增產(chǎn)幅度大，這說(shuō)明滴灌覆膜在水分虧缺條件下增產(chǎn)效應(yīng)更顯著，并且大量實(shí)踐證明膜下滴灌在寧夏，內(nèi)蒙古，甘肅等地區(qū)均表現(xiàn)出增產(chǎn)效應(yīng)[22- 23]。綜上所述，在西北地區(qū)因地制宜的采用膜下滴灌技術(shù)，可達(dá)到油葵產(chǎn)量最大化，滿(mǎn)足西北地區(qū)的糧油需求。

2.2 油葵產(chǎn)量構(gòu)成要素

由于油葵現(xiàn)蕾期和開(kāi)花期兩個(gè)需水關(guān)鍵期對(duì)花盤(pán)直徑大小、籽粒大小、籽粒數(shù)量等有著關(guān)鍵性作用，故在此階段低溫、缺水等不利因素會(huì)抑制籽粒的形成，進(jìn)而影響到油葵單盤(pán)粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量。姬祥祥等[24]研究發(fā)現(xiàn)：西北地區(qū)干旱和低溫等對(duì)油葵現(xiàn)蕾期至開(kāi)花期的水分來(lái)源及運(yùn)移影響較大，不利油葵籽粒的形成，導(dǎo)致單盤(pán)籽粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量減少。研究表明[25]：膜下滴灌與其它灌水方式相比，盤(pán)徑增幅為15%～27.8%，盤(pán)粒重增幅為5.09%～39.3%，千粒重增幅為8.5%～26.6%。因此，膜下滴灌可以降低西北地區(qū)春旱和低溫對(duì)油葵的影響，有利于油葵增產(chǎn)。

2.3 油葵水分利用狀況

膜下滴灌技術(shù)能夠改變近地表的水、熱狀況，防止水分向膜外土壤擴(kuò)展、有效防止土壤棵間的無(wú)效蒸發(fā)、降低雜草耗水，通過(guò)毛管可精準(zhǔn)、定時(shí)、定量地將水分運(yùn)至作物根區(qū)，減少深層滲漏損失，而土壤鹽漬化降低減少了作物生育期用于壓鹽的水量[26]，土壤滲吸速率大于滴灌滴水率則提高了灌溉水利用效率[27]。也有研究表明[28]：膜下滴灌可使總耗水量大約減少37～63mm(55.5～94.5m3/畝)，其土壤平均含水量比裸地增加2%～10%，并且水分利用效率隨著地膜覆蓋率的提高而上升。杜斌等[29]研究結(jié)果表明：膜下滴灌向日葵耗水340mm(510m2/畝)，與傳統(tǒng)灌溉相比，節(jié)水4.5%，故向日葵膜下滴灌種植能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)水增肥目的。張會(huì)梅等[25]研究表明：膜下滴灌與其它灌水方式相比，油葵灌溉水分生產(chǎn)效率的增幅為6.9%～42.4%，水分利用效率的增幅為11.2%～31.6%。因此，膜下滴灌的增溫保水保墑作用，能夠顯著提高油葵水分利用效率，對(duì)油葵的增產(chǎn)具有較大的影響。

3 膜下滴灌油葵增產(chǎn)機(jī)理分析

3.1 膜下滴灌對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

3.1.1土壤全鹽

膜下滴灌技術(shù)能夠有效減少蒸發(fā)，防止深層滲漏，抑制土壤鹽分上升，減少地表返鹽和地表聚鹽，且凝聚在地膜下的水滴對(duì)鹽有淋溶作用，為油葵根系提供低鹽環(huán)境，有利于油葵增產(chǎn)。已有研究發(fā)現(xiàn)[30]：在西北地區(qū)，采用較大面積膜下滴灌能夠顯著降低地下水位，防止由于地下水位抬升導(dǎo)致的土壤次生鹽漬化。李毅等[28]研究發(fā)現(xiàn)，覆膜與不覆膜相比，0～30cm的土層含鹽降低大約70%～80%左右。此外，張永宏等[7]研究發(fā)現(xiàn)，覆膜滴灌在0～40cm土層內(nèi)的全鹽量變化幅度較小，而不覆膜漫灌的變化幅度較大。因此，膜下滴灌技術(shù)能有效控制土壤鹽分，為油葵根區(qū)提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)產(chǎn)量的提高有著關(guān)鍵性的作用。

3.1.2土壤水分

膜下滴灌使土壤水分無(wú)過(guò)干或過(guò)濕情況，始終保持在可高效利用的范圍內(nèi)，滿(mǎn)足作物需水及環(huán)境要求，對(duì)節(jié)水增產(chǎn)有著重要意義。油葵在苗期至現(xiàn)蕾期抗旱性強(qiáng)，蒸騰作用較弱，需水量少，水分消耗少，適宜的干旱更有利于根系生長(zhǎng)發(fā)育，有蹲苗作用。研究表明：油葵在開(kāi)花期至成熟期對(duì)水分的需求較少，若灌水較多，容易引起葉斑病，導(dǎo)致減產(chǎn)[31]。張永宏等[7]研究發(fā)現(xiàn)，與膜下滴灌相比，漫灌不覆膜0～40cm土層含水量最高，但油葵灌溉水利用效率低。楊宏羽等[32]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)灌溉相比，膜下滴灌0～60cm土層的土壤含水率偏低，但水分利用效率較高。因此，在自然條件下，膜下滴灌為油葵根系的生長(zhǎng)發(fā)育提供了適宜的水分及溫度，有利于油葵增產(chǎn)。

3.1.3土壤溫度

油葵具有耐低溫的性狀，它的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程一般在溫度適宜和較高時(shí)明顯加快。油葵苗期對(duì)低溫的忍耐力最強(qiáng)，短期內(nèi)可達(dá)-7℃，油葵成熟期如果溫度在-1℃時(shí)，會(huì)造成葉片脫落，生長(zhǎng)不良。研究發(fā)現(xiàn)[28]，不同土層的日平均地溫在覆膜情況下明顯比裸地上升2～5℃，而且土壤最低溫度出現(xiàn)時(shí)間表現(xiàn)為覆膜比裸地推遲1h左右，膜下滴灌技術(shù)具有保墑增溫作用。因此，土壤溫度是影響油葵產(chǎn)量的重要原因，通過(guò)膜下滴灌對(duì)土壤溫度的調(diào)節(jié)可達(dá)到油葵增產(chǎn)的目的。

3.1.4土壤酶活性

由于膜下滴灌具有保墑增溫作用，故膜下滴灌的土壤酶活性相對(duì)較高。研究表明[33]：在作物根系的土壤環(huán)境中，土壤酶對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)代謝至關(guān)重要，影響?zhàn)B分的遷移與循環(huán)。其中氧化還原酶能夠催化有機(jī)質(zhì)氧化，水解酶將高分子化合物分解成有利于微生物和作物吸收的小分子物質(zhì)，常見(jiàn)的有土壤蛋白酶、脲酶、土壤磷酸酶等。脲酶能夠?qū)⒛蛩剞D(zhuǎn)化為CO2，NH4，能夠反映土壤氮素水平的高低，是作物氮素的來(lái)源。氮素是構(gòu)成細(xì)胞原生質(zhì)的主要元素，影響油葵的生命活動(dòng)，土壤缺少氮肥時(shí)，苗期生長(zhǎng)發(fā)育慢，葉黃莖細(xì)。土壤氮肥過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致油葵貪青晚熟，并且影響油分的質(zhì)量和數(shù)量。土壤磷酸酶的活性影響有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化，磷是核糖核酸的組成成分，油葵的生長(zhǎng)發(fā)育，遺傳變異，繁殖都與其有關(guān)，土壤中磷素缺少時(shí)，影響油葵植株生長(zhǎng)，造成種子干癟，對(duì)油葵品質(zhì)和產(chǎn)量不利。此外，鉀是油葵生長(zhǎng)最重要的營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)多種代謝活動(dòng)都有重要的影響作用，油葵生長(zhǎng)缺鉀時(shí)，會(huì)造成油分品質(zhì)降低和數(shù)量減少，植株生長(zhǎng)遲緩，抗逆性降低。因此，土壤酶活性的增強(qiáng)對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)代謝、土壤性狀改善、肥力的提高、油葵產(chǎn)量的增加有著關(guān)鍵性作用。

3.1.5土壤微生物

膜下滴灌為土壤微生物提供了優(yōu)良的水、熱環(huán)境，故增加了微生物的數(shù)量。李文等[34]研究表明：膜下滴灌中發(fā)現(xiàn)有固氮，降解有機(jī)質(zhì)，溶硫，溶磷，分解纖維素和抑制病原生長(zhǎng)的真菌和細(xì)菌，并且膜下滴灌會(huì)增加真菌群落數(shù)量和多樣性，從而使得微生物數(shù)量和活性增加，通過(guò)微生物的同化作用為油葵根系提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。

3.2 膜下滴灌對(duì)油葵生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

膜下滴灌技術(shù)對(duì)油葵株高、葉片有明顯促進(jìn)作用。研究表明[9]：植株株高和葉片數(shù)量在不同的灌溉方式下總體表現(xiàn)趨勢(shì)是：滴灌+覆膜>滴灌+不覆膜、漫灌+覆膜>漫灌+不覆膜；張會(huì)梅等[25]研究表明：膜下滴灌相比其它灌水方式，在花盤(pán)形成，株高穩(wěn)定時(shí)，株高增幅為2%～13.5%；葉面積在花期后，趨于穩(wěn)定時(shí)，葉面積增幅大約為14%～42%；干物質(zhì)增幅大約為9.8%～27.8%；此外，由于在覆膜條件下，能夠抑制土壤棵間蒸發(fā)，為植物光合作用、蒸騰作用提供充足水分，對(duì)油葵實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)增收有著重要的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

近幾年，膜下滴灌技術(shù)得到快速和大力推廣，改變了西北地區(qū)農(nóng)業(yè)缺水和用水嚴(yán)重浪費(fèi)現(xiàn)象，使有限的水資源得到充分利用，大幅度提高了油葵等大田作物的水分生產(chǎn)效率，并且有效解決了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生計(jì)等關(guān)鍵問(wèn)題。結(jié)合研究現(xiàn)狀，根據(jù)西北地區(qū)油葵膜下滴灌的節(jié)水機(jī)理，制定相應(yīng)的灌溉制度，促使產(chǎn)量增加，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。此外，還應(yīng)合理開(kāi)發(fā)利用微咸水，從而有效緩解西北地區(qū)干旱，水資源貧乏等問(wèn)題。