不同節(jié)水方式對油菜水分利用、分配及產(chǎn)量的影響

孫夢遙, 徐嵐俊, 李小龍, 李傳友, 陳華, 張傳帥, 劉婞韜

(北京市農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定推廣站， 北京 100079)

油菜(BrassiacampestrisL.)是一年生草本植物，蕓薹屬(Brassica)，十字花科(Cruciferae)白菜變種，葉片寬大呈卵圓形或橢圓形[1]。我國是白菜型油菜的起源中心，栽培歷史悠久，栽種面積大，從青藏高原亞區(qū)、東北平原亞區(qū)等春油菜區(qū)，到長江中游亞區(qū)、長江下游亞區(qū)、華南沿海亞區(qū)等冬油菜區(qū)均有不同程度的分布，種植面積僅次于印度，位居世界第二，目前已成為我國重點蔬菜種類之一[2-3]。油菜中含有豐富營養(yǎng)元素、礦物質(zhì)，尤其是維生素C、胡蘿卜素，具有豐富的營養(yǎng)價值，使油菜受到越來越多消費者的喜愛[4]。近年來，油菜種植面積逐步擴大，在我國南北廣泛栽培。

我國水資源匱乏、供求矛盾突出，大水漫灌的農(nóng)耕方式至今還被廣泛應(yīng)用，農(nóng)作物水分利用效率低，缺乏科學(xué)的灌溉方式與理念使本就短缺的水資源浪費更加嚴(yán)重。因此，如何科學(xué)灌水提高水分利用效率，是目前領(lǐng)域研究亟待解決的問題。油菜性喜涼，生長周期短，且油菜的光合作用效率對土壤水分含量變化十分敏感，而人工灌溉又成為設(shè)施蔬菜栽培水分的重要來源，可有效控制設(shè)施蔬菜的生長發(fā)育[5-6]。國內(nèi)外有關(guān)油菜的研究主要集中在栽培管理技術(shù)和施肥管理方面[2]，有關(guān)日光溫室油菜節(jié)水灌溉報道較少，且不同灌溉方式對油菜品質(zhì)、產(chǎn)量和水分分配規(guī)律影響的研究報道更少。深入研究蔬菜的需水規(guī)律和灌溉方式，提高蔬菜灌溉水分利用效率，實現(xiàn)蔬菜的高效生產(chǎn)，對于緩解我國當(dāng)前水資源緊缺具有重要的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。本研究以油菜品種春油5號、夏綠2號為試驗材料，以畦灌為對照，探究了微噴帶、膜下畦灌、膜下微噴等節(jié)水方式對春、秋季栽培油菜的水分利用、分配及產(chǎn)量的影響，旨在為建立高效率、低成本、實用性的油菜節(jié)水技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

油菜品種：春季試驗選用春油5號、秋季試驗選用夏綠2號，均由北京北農(nóng)種業(yè)有限公司提供。地膜種類：春季試驗選用普通透明農(nóng)用地膜，厚度為0.008 mm；秋季試驗選用黑色有孔地膜，厚度為0.02 mm，生產(chǎn)商為稼樂蜜農(nóng)膜有限公司。微噴帶：直徑28.6 mm，五孔，孔徑為0.1 mm；主水管為直徑50 mm的硬膠管。水表：旋翼式數(shù)字冷水表(寧波金龍LXS)，精確度為0.001 m3。張力計：Water-mark張力計，德國STEPS公司生產(chǎn)。

1.2 試驗地概況

播種前、收獲后采用五點取樣法對各試驗小區(qū)按照0—10、10—20、20—30 cm分3層采集春秋兩季土壤樣品。每層土壤分別混合均勻，自然風(fēng)干、壓碎、過篩，供后續(xù)使用。溫室油菜播種前，土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基礎(chǔ)理化性狀Table 1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2018年9月至2019年5月在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)科學(xué)園進行。春季試驗，油菜品種選用春油5號， 露地栽培,3月31日播種，5月25日收獲。秋季試驗，油菜品種選用夏綠2號，露地栽培,8月31日播種，10月20日收獲結(jié)束。

油菜采用平畦栽培，小區(qū)面積為3.60 m2，畦長5.00 m，畦寬為1.00 m。播種前每公頃施腐熟雞糞67 500 kg(N、P、K≥4%，有機質(zhì)總量≥30%)、復(fù)合肥1 950 kg(N∶P2O5∶K2O為15∶10∶15，總養(yǎng)分≥51%)。株距為20 cm，行距為25 cm，每畦播種4行油菜。試驗設(shè)畦灌(CK)、微噴帶(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微噴(T3)4個處理，在土壤含水量下降至閥值時進行定量灌溉。每個處理為1畦，3次重復(fù)。為了防止水分橫向側(cè)漏，各小區(qū)間50 cm土層用塑料薄膜隔開。

1.4 測定項目及方法

1.4.1土壤容重和田間持水量的測定 利用烘干法測定不同土層土壤容重(r)，田間持水量(θf)的測定參考《土壤農(nóng)化分析》[7]。

1.4.2油菜灌溉水分配的測定 ①灌溉量。春、秋季油菜每次灌水量分別為220.5、219.5 m3·hm-2。春季CK、T1、T2、T3分別灌溉11、10、9、7次，其中在播種后為保證試驗順利進行，在播種水和緩苗水的灌溉時進行了2次足量灌溉，共多灌溉147 m3·hm-2；秋季CK、T1、T2、T3分別灌溉10、9、7、6次，其中在播種后為保證試驗順利進行，在播種水和緩苗水的灌溉時進行了2次足量灌溉，共多灌溉146.4 m3·hm-2。油菜灌溉量(I)計算公式如下。

I=r×p×h×θf×s×(q1_q2)/η

(1)

式中，I為油菜灌溉量，m3；r為土壤容重，g·cm-3。p為土壤濕潤比，取100%；h為灌水計劃濕潤層，0.3 m；θf為田間持水量，%；q1、q2 分別為80%、60%；s為灌溉面積，hm2；η為水分利用系數(shù)，本試驗取1。

②土壤貯存水量。分別于油菜播種前、幼苗期、蓮座期，每天利用烘干法測定土壤0—30 cm的含水量變化，并利用下面公式計算土壤貯水量(ΔW)。

△Wx=W1-W0=θ1γh_θ0γh

(2)

式中，△Wx為x階段土壤貯水量，m3；W0為x階段初的土壤貯水量，m3；W1為x階段末的土壤貯水量，m3；θ0為x階段初土壤質(zhì)量含水量，%；θ1為x階段末土壤質(zhì)量含水量，%；γ為土壤容重，g·cm-3；h為土體厚度，30 cm。

③土壤蒸發(fā)量。采用厚5 mm、直徑100 mm、高100 mm的PVC管制成的微型蒸發(fā)器，測定土壤蒸發(fā)量(E)。每天于16：00測定微型蒸發(fā)器的重量，從而計算得到每天的蒸發(fā)量， 3次重復(fù)，取平均值。

④植物蒸騰量。 整個試驗過程中沒有滲漏水，因此植物蒸騰量(T)計算公式[8-9]如下。

T=I-ΔW-E

(3)

式中：T為植物蒸騰量，m3；I為灌溉量m3；△W為土壤貯存水量，m3；E為土壤蒸發(fā)量，m3。

1.4.3油菜產(chǎn)量及植株含水量 分別將春、秋兩季各處理的油菜全部收獲，用精確度0.01 g的電子秤分別稱量植株地上部、地下部及全株鮮重。每個處理隨機取10株帶回并于105 ℃殺青30 min，80 ℃恒溫烘干至恒重，稱量油菜地上部、地下部及全株干重，計算產(chǎn)量及植株含水量(W)。植株含水量(W)計算公式如下。

W=(FW-DW)/ρh

(4)

式中，W為植株含水量，m3·hm-2；FW為每公頃植株鮮重，t·hm-2；DW為每公頃植株干重t·hm-2；ρh為水的密度，取1 t·m-3。

1.4.4灌溉水水分利用效率 經(jīng)濟產(chǎn)量灌溉水水分利用效率(WUEe)和生物產(chǎn)量灌溉水水分利用效率(WUEb)計算公式[10]如下。

WUEe=EY/I

(5)

WUEb=BY/I

(6)

式中，WUEe為經(jīng)濟產(chǎn)量灌溉水水分利用效率，kg·m-3；WUEb為生物產(chǎn)量灌溉水水分利用效率，kg·m-3；EY為經(jīng)濟產(chǎn)量，kg·hm-2；BY為生物產(chǎn)量，kg·hm-2；I為灌溉量，m3。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010和 SPSS 13.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理分析，各處理間的差異采用 LSD多重比較檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同節(jié)水方式對油菜產(chǎn)量和灌溉水水分利用效率的影響

由表2可知，春季畦灌(CK)栽培的油菜生物產(chǎn)量為49 066.8 kg·hm-2，生物產(chǎn)量灌溉水水分利用效率為14.81 kg·m-3，微噴帶(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微噴(T3)生物產(chǎn)量分別比對照高23.65%、44.88%、81.65%；生物產(chǎn)量灌溉水水分利用效率分別比對照提高32.48%、67.15%、147.57%。春季畦灌(CK)栽培的油菜經(jīng)濟產(chǎn)量為46 999.8 kg·hm-2，經(jīng)濟產(chǎn)量灌溉水水分利用效率為14.19 kg·m-3；微噴帶(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微噴(T3)經(jīng)濟產(chǎn)量分別比對照高24.45%、45.99%、82.01%；經(jīng)濟產(chǎn)量灌溉水水分利用效率分別比對照提高33.35%、68.45%、148.08%。

表2 不同節(jié)水方式下油菜產(chǎn)量及水分利用效率Table 2 Yield and water use efficiency of rape under different water-saving methods

秋季畦灌栽培(CK)的生物產(chǎn)量為49 824.9 kg·hm-2，生物產(chǎn)量灌溉水水分利用效率為13.11 kg·m-3；微噴帶(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微噴(T3)栽培灌溉量分別比畦灌(CK)生物產(chǎn)量提高15.13%、20.50%和36.55%；生物產(chǎn)量灌溉水水分利用效率分別提高22.12%、45.69%和75.50%。秋季畦灌栽培(CK)的經(jīng)濟產(chǎn)量為47 757.15 kg·hm-2，經(jīng)濟產(chǎn)量灌溉水水分利用效率為12.56 kg·m-3；微噴帶(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微噴(T3)栽培灌溉量分別比畦灌(CK)經(jīng)濟產(chǎn)量提高15.29%、20.41%和36.73%；經(jīng)濟產(chǎn)量灌溉水水分利用效率分別提高22.37%、45.62%和77.79%?？梢姡妿Ш偷啬た娠@著降低灌溉量，提高產(chǎn)量和水分利用率的作用，而膜下微噴栽培效果最佳。

2.2 不同節(jié)水方式對油菜灌溉量和節(jié)水效率的影響

由表3可知，春季油菜畦灌栽培(CK)的灌溉量為3 312.90 m3·hm-2；微噴帶(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微噴(T3)栽培灌溉量分別比對照減少6.66%、13.31%和26.62%。秋季露地畦灌栽培(CK)灌溉量為3 801.60 m3·hm-2，微噴帶(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微噴(T3)栽培灌溉量分別比畦灌減少5.77%、17.32%和23.09%。春季油菜膜下微噴(T3)栽培節(jié)水效率最高為26.62%，秋節(jié)油菜膜下微噴(T3)栽培節(jié)水效率最高為23.09%?？梢姡妿?T1)和膜下畦灌(T2)可降低油菜灌溉量，而膜下微噴(T3)節(jié)水效果較好(P>0.05)。

表3 不同節(jié)水方式下油菜灌溉量和節(jié)水效率Table 3 Irrigation amount of rape under different water-saving methods

2.3 不同節(jié)水方式對露地油菜灌溉水分配規(guī)律的影響

由表4可知，春季油菜畦灌(CK)栽培的土壤蓄水、地面蒸發(fā)、植物蒸騰、植株含水量分別占灌溉量的5.85%、73.88%、18.86%和1.41%，膜下微噴(T3)栽培4部分分別占灌溉量的3.24%、27.01%、66.28%和3.47%；土壤蓄水減少2.61%，地面蒸發(fā)減少46.87%，植株蒸騰增加47.42%，植株含水量增加2.06%。秋季油菜畦灌(CK)栽培的土壤蓄水、地面蒸發(fā)、植物蒸騰、植株含水量分別占灌溉量的4.29%、46.40%、48.09%和1.22%，膜下微噴(T3)栽培四部分分別占灌溉量的5.26%、22.29%、70.29%和2.16%；土壤蓄水增加0.97%，地面蒸發(fā)減少24.11%，植株蒸騰增加22.20%，植株蓄水增加0.94%?？梢?，微噴帶(T1)和膜下畦灌(T2)能改善灌溉水的分配，減少地面蒸發(fā)，提高蒸騰比例。綜合考慮，膜下微噴(T3)效果最顯著。

表4 不同節(jié)水方式下油菜水分分配Table 4 Water distribution of rape under different water-saving methods

3 討論

本研究顯示，在油菜水分利用率方面，微噴帶(T1)較畦灌(CK)水分利用效率提高了22%左右，膜下畦灌(T2)較畦灌(CK)提高了45.69%，且膜下微噴(T3)與畦灌(CK)的水分利用效率存在顯著性異。姚素梅等[10]研究發(fā)現(xiàn)，小麥?zhǔn)褂梦姽嗉夹g(shù)相比于常規(guī)灌溉可提高水分利用率，與本研究結(jié)論一致。

研究作物需水規(guī)律和水分分配規(guī)律，對作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培有重要指導(dǎo)意義。灌溉水分配主要在植株蒸騰、地面蒸發(fā)、地下滲漏和土壤貯水4個方面。王炳英等[11]通過比較夏玉米的覆膜種植與露地種植的需水量，發(fā)現(xiàn)覆膜種植比露地種植節(jié)水34.14 mm，水分利用率高于露地，與本研究結(jié)果一致。此外，李巧生[12]研究發(fā)現(xiàn)，水蜜桃使用微噴灌技術(shù)后，每畝可比常規(guī)灌水節(jié)約150 t。本研究中，油菜為淺根系作物，根系分布在0—30 cm土層，因此計劃濕潤土層為30 cm，通過合理控制灌溉量，忽略地下滲漏。本研究以常規(guī)畦灌為對照(CK)，設(shè)置微噴帶(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微噴(T3)3個處理。結(jié)果表明，地面蒸發(fā)量表現(xiàn)為畦灌(CK)>微噴帶(T1)>膜下畦灌(T2)>膜下微噴(T3)，春季油菜整個生育期內(nèi)，與畦灌(CK)相比，微噴帶(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微噴(T3)蒸發(fā)量分別減少了19.64%、56.86%、66.13%，植株蒸騰量、植株含水量均表現(xiàn)為膜下微噴(T3)>膜下畦灌(T2)>微噴帶(T1)>畦灌(CK)，其中春季油菜蒸騰量表現(xiàn)為膜下畦灌(T2)和膜下微噴(T3)較畦灌(CK)分別比高43.03%、38.09%，說明微噴帶(T1)和膜下畦灌(T2)能減少地面蒸發(fā)，提高蒸騰量和植株含水量，這可能是由于微噴帶均勻的水流能有效減少水分的流失和滲漏，膜下畦灌能保持土壤的溫、濕度，有利于提高水分利用效率，優(yōu)化水分分配。

不同節(jié)水方式下的產(chǎn)量表現(xiàn)為膜下微噴(T3)>膜下畦灌(T2)>微噴帶(T1)>畦灌(CK)，且膜下微噴(T3)相比畦灌(CK)的產(chǎn)量有明顯提高。研究發(fā)現(xiàn)，使用膜下微噴技術(shù)的黃瓜較常規(guī)灌溉節(jié)水40%且產(chǎn)量增加[13]。在生菜和芹菜[14]上也表現(xiàn)為相似的規(guī)律，本研究結(jié)果與前人一致。這是由于不同的節(jié)水方式能通過對土壤環(huán)境的影響，保持土壤含水量，減少無效耗水，影響油菜對水分的分配和礦質(zhì)元素的吸收利用，提高了光合作用強度，最終影響了油菜的產(chǎn)量。