天津市設(shè)施草莓滴灌條件下水鹽分布及運(yùn)移規(guī)律研究

鄭育鎖　郭云峰　程悅　孫崧　劉志杰　張滈　韓旭

摘? ? 要：為指導(dǎo)滴灌條件下設(shè)施草莓的科學(xué)灌溉和合理施肥，本試驗(yàn)運(yùn)用FDR土壤水鹽傳感器對(duì)草莓生育期內(nèi)不同時(shí)期的土壤水分和鹽分進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究。結(jié)果表明，在本試驗(yàn)中設(shè)施草莓全生育期灌溉量為1 091.84 mm，其中有效灌溉量為584.95 mm;全生育期耗水量為610.75 mm，日均耗水強(qiáng)度為3.58 mm·d^-1;全生育期耗水過程可劃分為4個(gè)耗水階段：花芽生長期、越冬膨果期、盛果期、盛果后期，且耗水強(qiáng)度變化整體呈現(xiàn)“高-低-高-低”的波動(dòng)變化趨勢(shì)，其最大值出現(xiàn)在盛果期（4.74 mm·d^-1），最小值出現(xiàn)在盛果后期（2.79 mm·d^-1）;土壤鹽分經(jīng)過長時(shí)間的橫向和縱向運(yùn)移，主要在30 cm以內(nèi)濕潤鋒邊緣形成了積鹽效果，僅盛果期4月23日、5月19日、5月26日積鹽效果出現(xiàn)在40 cm以內(nèi)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析出的草莓日耗水量、有效灌溉量等重要指標(biāo)，可用于修正該地區(qū)草莓灌溉施肥制度，以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：草莓;FDR;水鹽分布運(yùn)移規(guī)律

中圖分類號(hào)：S627，S668.4 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.04.007

Studies on Distribution and Transport of Soil Water and Salt under Drip Irrigation of Greenhouse Strawberry in Tianjin

ZHENG Yusuo1， GUO Yunfeng1， CHENG Yue2， SUN Song3， LIU Zhijie1， ZHANG Hao1， HAN Xu1

（1.Tianjin Soil Fertilizer Station， Tianjin 300061， China;2.Shenyang WiTu Agricultural Science and Technology Company Limited， Shenyang， Liaoning 110023， China; 3.Tianjin Youhe Agricultural Science and Technology Company Limited， Tianjin 300061， China）

Abstract： In order to guide the scientific irrigation and reasonable fertilization of strawberry in the facility under drip irrigation， the FDR soil water and salt sensor were used to monitor the soil moisture and salinity of strawberry during different growth periods in this study. The results showed that the irrigation amount of strawberry in the whole growth period was 1 091.84 mm， of which the effective irrigation amount was 584.95 mm; the water consumption during the whole growth period was 610.75 mm， and the daily average water consumption intensity was 3.58 mm·d^-1. The water consumption process could be divided into four water consumption stages： flower bud growth period， wintering fruit expansion period， fruiting period， late fruit stage， and the water consumption intensity changes generally showed “high-low-high-low” fluctuation trend， which the maximum value appeared in the fruiting period （4.74 mm·d^-1）， and the minimum value appeared in the late fruit stage（2.79 mm·d^-1）. Through the long-term horizontal and vertical soil salinity migration， the effect of salt accumulation mainly appeared in the edge of the wet front（30 cm soil layer）， only April 23rd， May 19th， and May 26th of the fruit accumulation period were appeared in 40 cm soil layer. According to the monitoring data， the daily water consumption and effective irrigation amount of strawberry could be used to correct the strawberry fertigation system in the region to achieve high yield.

Key words： strawberry; FDR; water salt distribution migration law

設(shè)施草莓對(duì)水分反應(yīng)非常敏感，既喜濕潤又怕水澇，草莓的根系多分布在20 cm的土層中，分布較淺，加上植株矮小，葉片較大而且多，蒸發(fā)量大[1-10]，因此對(duì)草莓按不同生育期提出合理的灌溉建議十分重要。由于土壤鹽分對(duì)植物生長亦存在重要影響，如何在作物生長過程中對(duì)耕作區(qū)土壤水鹽含量進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，了解土壤水鹽分布及運(yùn)移規(guī)律，對(duì)制定農(nóng)田有效灌溉和施肥措施等科學(xué)管理具有重要意義。

頻域反射技術(shù)（FDR）是近年才興起的一種土壤水鹽測(cè)量方法，主要是利用電磁脈沖原理，根據(jù)電磁波在土壤中傳播頻率來測(cè)試土壤的表觀介電常數(shù)，可以測(cè)得土壤溶液含水量和土壤電導(dǎo)率值[11]。本文旨在通過FDR傳感器在設(shè)施草莓土壤原位連續(xù)一個(gè)生育期監(jiān)測(cè)土壤含水量和電導(dǎo)率值，分析水鹽分布及運(yùn)移規(guī)律，為草莓科學(xué)灌溉、合理施肥提供精準(zhǔn)指導(dǎo)與借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年9月—2018年6月在西青區(qū)辛口鎮(zhèn)水高莊村由合農(nóng)業(yè)科技公司草莓種植基地進(jìn)行，設(shè)施大棚為二代日光溫室，棚室種植尺寸為寬7 m，長58 m，試驗(yàn)區(qū)土壤為輕粘質(zhì)典型潮土，0～40 cm耕層的土壤理化性狀指標(biāo)詳見表1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試草莓品種為津韻，由津南區(qū)小站鎮(zhèn)躍進(jìn)合作社提供。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年9月9日定植于溫室中，畦寬0.6 m，畦長7 m，定植密度為138 000株·hm^-2。草莓種苗標(biāo)準(zhǔn)為植株健壯，莖粗0.8～1.0 cm，具有4～5片功能葉片，10 cm長的根系15～20條，須根多且白，單株苗質(zhì)量在30 g左右。灌溉施肥是草莓種植關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系產(chǎn)量和品質(zhì)[12]，本試驗(yàn)草莓定植前施腐熟豬糞5 t;草莓在定植前3 d澆透水;定植后連續(xù)4 d用滴灌澆透，確保草莓苗成活;整個(gè)生育期采取高頻灌溉，不同生育期灌水施肥統(tǒng)計(jì)見表2。

1.4 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過FDR土壤水鹽傳感器對(duì)土壤水鹽進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。FDR探頭主要由一對(duì)電極組成一個(gè)電容，其間的土壤充當(dāng)電介質(zhì)，電容與振蕩器組成一個(gè)調(diào)諧電路，傳感器電容量與兩級(jí)間被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)成正比關(guān)系。當(dāng)土壤中的水分、鹽分增加時(shí)，其介電常數(shù)相應(yīng)增大，測(cè)量電容值也隨之上升，測(cè)量頻率也會(huì)發(fā)生變化，從而測(cè)得土壤的含水量和電導(dǎo)率。

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在種植區(qū)域的中心位置，安裝兩套傳感器，每個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)四層土壤，分別為10，20，30，40 cm。傳感器安裝位置詳見圖1，傳感器1安裝在滴灌滴頭正下方，傳感器2安裝于滴灌滴頭形成的灌溉峰附近，因試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為壤土，土壤濕潤直徑40 cm[4]，故傳感器1、2之間間隔20 cm。監(jiān)測(cè)點(diǎn)于2017年11月20日布設(shè)安裝，5 d后數(shù)據(jù)穩(wěn)定，每小時(shí)采集一組數(shù)據(jù)，有效監(jiān)測(cè)日期為2017年11月25日—2018年6月5日。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)借助作物水鹽廓線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)軟件IrriScan進(jìn)行分析。

土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)包括容積含水量（VSW%）和由容積含水量換算成的相應(yīng)層次含水分毫米數(shù)（即水深，mm），通過含水分毫米數(shù)，可以很好地將降雨量、蒸騰蒸發(fā)量和有效含水量、灌溉量進(jìn)行對(duì)照應(yīng)用，故本文使用水深表述土壤水分。容積含水量和水深的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：單位面積上，土層深度為10 cm時(shí)（100 mm），1%的含水量，水深為1 mm，即水深（mm）=VSW%×土層深度（mm）。

2 結(jié)果與分析

2.1 設(shè)施草莓土壤有效灌水量

本試驗(yàn)灌水量測(cè)量方法：根據(jù)田間實(shí)際測(cè)量的水分變化量，通過上傳云數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀數(shù)，在專業(yè)分析軟件IrriScan上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行線性曲線分析，以獲得土壤水分變化曲線和有效灌溉量情況。將0～40 cm各土層土壤水分含量進(jìn)行累加，形成一條隨時(shí)間變化的水分變化曲線（圖2B）。現(xiàn)以11月25日灌溉事件為例圖解如下：11月25日灌溉事件前后，傳感器1監(jiān)測(cè)10，20，30，40 cm各土層含水量變化情況（圖2A）及各土層含水量疊加總和的變化情況（圖2B），灌溉事件發(fā)生后，曲線（圖2B）在一段時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，用兩條垂直刻度線在變化范圍內(nèi)的差值就是此次監(jiān)測(cè)到的0～40 cm土層內(nèi)灌溉量，為17.91 mm;11月25日灌溉24 h后土壤總含水量的差值記為有效灌溉量，為10.66 mm（圖3），該有效灌溉量為本次灌溉量（17.91 mm）24 h后留存在傳感器監(jiān)測(cè)范圍0～40 cm以內(nèi)的有效水分。

從幼果期開始傳感器1監(jiān)測(cè)到的設(shè)施草莓灌溉量和有效灌溉量詳見表3。

由表3可知，設(shè)施草莓從幼果期到三茬果期灌溉量為1 091.84 mm（1 0918.9 m3·hm^-2），有效灌溉量為584.95 mm（5 849.8 m3·hm^-2）;與實(shí)際管灌溉量2 210.4 m³·hm^-2相比，灌溉濕潤比約20.24%，略低于《微灌工程技術(shù)規(guī)范》推薦的常見作物25%的最低值;各生育期有效灌溉利用率總量由大到小依次為成熟期、三茬果期、幼果期、二茬果期、膨果期。

2.2 設(shè)施草莓耗水強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化

借助布設(shè)在田間的FDR土壤水鹽傳感器，可在較小的時(shí)間尺度上獲得作物的日耗水量。滴灌條件下，由設(shè)施草莓日耗水動(dòng)態(tài)變化（圖4）可知，設(shè)施草莓全生育期的耗水強(qiáng)度變化整體呈現(xiàn)“高-低-高-低”的波動(dòng)變化趨勢(shì)。由于設(shè)施草莓生長前期，溫度相對(duì)較高，葉面蒸發(fā)力強(qiáng)，而且未覆膜，造成其耗水量較大;隨著氣溫和光照強(qiáng)度的進(jìn)一步降低，及覆蓋農(nóng)膜+防蟲網(wǎng)，設(shè)施溫室草莓的日耗水量呈現(xiàn)減小趨勢(shì);到次年春天，光照溫度等環(huán)境因子值再次回升，且進(jìn)入產(chǎn)量形成的主要階段，需要充足的水分保證干物質(zhì)積累，因此設(shè)施草莓在此階段日耗水量呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì);生育期末期，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。準(zhǔn)確地區(qū)分設(shè)施草莓實(shí)際耗水階段有助于灌溉管理以及產(chǎn)量的形成，根據(jù)耗水強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，設(shè)施草莓全生育期耗水過程可劃分為4個(gè)耗水階段（圖5）：花芽生長期、越冬膨果期、盛果期、盛果后期。

由于設(shè)施草莓采用滴灌多次灌溉，對(duì)每次灌溉后的耗水量及日耗水量進(jìn)行分析（表4），設(shè)施草莓全生育期耗水量為610.75 mm，生育期日均耗水強(qiáng)度為3.58 mm·d^-1，耗水強(qiáng)度由大至小依次為盛果期（4.74 mm·d^-1）、花芽生長期（3.92 mm·d^-1）、越冬膨果期（2.88 mm·d^-1）和盛果后期（2.79 mm·d^-1），生產(chǎn)實(shí)踐中可根據(jù)各個(gè)生育期耗水量合理推薦每次灌溉的灌溉量。

2.3 草莓生育期水鹽運(yùn)移

灌溉施肥尤其是固體肥料的溶解過程和溶解效果會(huì)對(duì)土壤水鹽運(yùn)移產(chǎn)生影響，當(dāng)灌溉施肥事件發(fā)生時(shí)，土壤總鹽含量隨著水分的升高而升高，但在滴灌的情況下，會(huì)在土壤中形成不同的灌溉峰，當(dāng)鹽分運(yùn)移到相應(yīng)位置時(shí)，就在灌溉峰處產(chǎn)生積鹽效應(yīng)。以2018年1月5日的灌溉施肥事件（圖6）為例進(jìn)行說明，灌溉施肥發(fā)生后，灌溉深度達(dá)40 cm土層內(nèi)，但鹽分卻只在30 cm內(nèi)有響應(yīng)，說明在濕潤鋒邊緣形成了積鹽效果。在設(shè)施草莓生育期內(nèi)對(duì)其土壤水分和鹽分進(jìn)行跟蹤（表4），除盛果期4月23日、5月19日、5月26日設(shè)施草莓土壤積鹽位置在40 cm外，通過分析軟件得出，其他各灌溉施肥時(shí)間積鹽位置均在30 cm。

3 結(jié)論與討論

唐占英等[12]研究報(bào)道，草莓的灌溉方式：前期外界氣溫高，在傍晚進(jìn)行灌水，后期內(nèi)外氣溫均較低，灌水在上午進(jìn)行;灌水后先提高室溫，而后加大放風(fēng)量，降低濕度;澆水不能過勤，每次應(yīng)澆透;開花前1周左右要停止?jié)菜?，開花后15 d左右結(jié)合施肥澆水1次;要保持20 cm深的土層始終濕潤。

采用作物水鹽廓線監(jiān)測(cè)技術(shù)，獲得設(shè)施草莓全生育期灌溉耗水及水鹽運(yùn)移過程，并由此找到設(shè)施草莓的耗水規(guī)律，設(shè)施草莓全生育期灌溉量為1 091.84 mm，有效灌溉量為584.95 mm;全生育期耗水量為610.75 mm，日均耗水強(qiáng)度為3.58 mm·d^-1;將草莓全生育期劃分為4個(gè)耗水階段：花芽生長期、越冬膨果期、盛果期、盛果后期，耗水強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在盛果期（4.74 mm·d^-1），耗水強(qiáng)度最小值出現(xiàn)在盛果后期（2.79 mm·d^-1）;除盛果期4月23日、5月19日、5月26日土壤積鹽位置在40 cm外，其他各灌溉施肥時(shí)間積鹽位置均在30 cm。根據(jù)本試驗(yàn)監(jiān)測(cè)到的設(shè)施草莓灌溉施肥后整個(gè)生育期的水分消耗情況和鹽分積累位置，可修正當(dāng)?shù)夭葺喔仁┓手贫龋瑥亩_(dá)到高產(chǎn)。

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