微喷调控灌水技术对葡萄耗水特征的影响

白云岗，刘洪波，冯 杰

(新疆水利水电科学研究院，新疆乌鲁木齐 830049)



微喷调控灌水技术对葡萄耗水特征的影响

白云岗，刘洪波，冯 杰

(新疆水利水电科学研究院，新疆乌鲁木齐 830049)

吐哈盆地是我国著名葡萄生产基地，也是严重资源性缺水的极端干旱区。年平均降水量仅为16.5 mm，而年平均蒸发能力高达3 300.0 mm，水资源短缺已成为影响该区农业及社会经济可持续发展的“瓶颈”，目前该区水资源开发利用程度已达到占有水资源量的130%，因此，发展葡萄节水灌溉技术已成为该地区缓减水资源供需矛盾的主要途径。

采用微喷灌水技术可改变果树的需、耗水形式，从而导致田间微气候的改变，形成一种人工的田间微气候效应。诸多学者对该技术做了大量研究，如张军翔等[1]研究得出，≥10 ℃活动积温和葡萄的成熟特性有较大相关性，可反映品种特性[1]。Koblet等[2-3]研究了光照对葡萄整个生长发育中花芽的分化、根系的生长、营养物质的吸收运输等的影响。而在日照强烈、温度较高和湿度较小的情况下，微喷灌蒸发飘移损失量可达到整个水量的42%[4-5]。陈志银[6]对桑园喷灌的农业气象效应分析表明，微喷灌使白天的平均水汽压增大1.33～1.73 hPa，相对湿度增大4%～8%，水分生产效率提高10%～49%。刘海军等[7]研究小麦微喷对农田微气候的影响，结果表明微喷灌影响灌水当时冠层附近空气温度与湿度，且整个喷灌周期均对其产生影响，微喷灌作物冠层上方出现的逆温时间较长，冠层附近温度较低且湿度较大。杨慧慧等[8-18]研究了对葡萄、苹果、花生、香梨等作物采用传统滴灌、充分微喷灌溉、调亏灌溉等不同灌水技术下的耗水特征。鉴于此，笔者针对吐哈盆地极差干旱的气候环境，采用滴灌与微喷叠加的灌水技术，研究了微喷调控灌水技术对该区葡萄耗水特征的影响，以期为提高葡萄水分利用效率和制定合理的灌溉制度提供理论依据。

1材料与方法

1.1研究区概况试验地点位于火焰山以南，吐鲁番市东南部的葡萄乡铁提尔村，距吐鲁番市区12 km，地理坐标为42°56′ N，89°13′ E，海拔为-68.8 m。年均降雨量为16.6 mm，年均蒸发量为3 300.0 mm，地下水位为30 m，年均气温为14.4 ℃，多年最高气温、最低气温分别为48.3、-28.8 ℃，10 ℃以上活动积温为5 455 ℃，全年年均日照时数为3 095 h，无霜期达210 d。

1.2供试作物葡萄品种为无核白，中晚熟品种，所需大于10 ℃的活动积温在3 300 ℃左右。大部分葡萄从1998年开始定植，栽培沟为东西走向，沟长为60.0 m，沟宽为1.0～1.2 m，沟深约为0.5 m；株距为1.2～1.5 m，行距为3.5～4.5 m，栽培方式为小棚架栽培。以沟面为参考面，棚架前端高为2.0 m，后端高为 0.8 m，平均高为1.2 m。土壤为粘壤土，质地较均一。传统灌溉方式为地面沟灌。

1.3试验设计共设5个微喷弥雾调控灌水技术处理，各微喷弥雾调控灌水技术处理均是在常规滴灌的基础上通过与微喷叠加，组成微喷弥雾调控灌水技术处理。其中，相同灌水定额不同喷水周期对比处理3个，在相同灌水定额和相同喷水周期下不同喷水时长处理2个。合计试验小区5个，小区面积为153.34 m2。微喷弥雾灌溉装置采用喷射直径为200 cm，流量为40 L/h，喷头间距为2 m，喷头的高度为离地面60 cm。微喷在葡萄果实膨大初期(2014年6月4日至7月4日)15：00～16：00开启，按试验方案控制开启时间。对照采用常规滴灌，灌溉定额均为9 150 m3/hm2，具体试验方案见表1。

表1　葡萄园微喷调控灌水技术试验方案

注：布设方式为一沟双管；滴灌带参数设置为滴头流量3.2 L/h、滴头间距30 cm。

Note：Layout method is double channel in a ditch；the parameters of drip irrigation belt are flow rate of drop head 3.2 L/h，separation distance 30 cm.

1.4测定项目与方法

1.4.1土壤含水率。土壤含水量采用CNC-503D型中子仪定期监测。每个处理在葡萄主根两侧各布置2根中子管，分别距离主根20和60 cm，每根中子管的观测深度为0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。土壤含水量从2010年3月20日开始至8月16日止于每次灌水后测定其土壤含水量。此外，在各个生育期选择1个灌水周期进行连续测定。

1.4.2葡萄生育期的划分。葡萄的生长发育受到当年气候、水分等外界条件和自身条件的影响，所以每年各个生育期的划分日期略有不同，调查得到的试验期间鄯善试验站成龄无核白葡萄的各生育期分别为萌芽期(4月18～27日)、展叶期(4月28日至5月29日)、花期(5月30日至6月7日)，果实膨大期(6月8日至7月25日)、果实成熟期(7月26日至8月27日)和枝蔓成熟期(8月28日至10月1日)。

1.4.3耗水量的计算。作物耗水量可根据农田土壤水分平衡方程计算：

ET=I+P-ΔW-R-S

(1)

式中，ET为农田作物生育期内的耗水量，mm；I为灌水量，mm；P为降水量，mm；ΔW为土体贮水量的变化(增加为正，减少为负)，mm；R为径流量，mm；S为土体下边界净通量(向下为正，向上为负)，mm。

式(1)中，灌水量由水表控制，在该试验过程中由于特殊气候条件，径流量和降雨量可忽略不计，ΔW可通过测定土壤含水量获得，当下边界远大于计划灌水层时，下边界净通量可假设为0。在充分满足作物对水肥需要以及对上述各变量假设的情况下，式(1)可转化为：

ET=I-ΔW

(2)

2结果与分析

2.1不同微喷处理土壤含水量的变化由图1可知，各处理平均土壤剖面的水分分布随着深度的增加大致呈先减小后增大的变化规律。均在100 cm土层深度上的土壤含水量最大，而在60 cm土层深度上的土壤含水量最小。其中，在20 cm深度上WP3的含水量最大，WP5的含水量最小，各处理间土壤含水量的差异较小。随着土层深度的增加，差异逐渐增大，在40～80 cm深度上，WP3处理的含水量始终最大，对照最小。从各土层上看，并无明显的规律，虽然灌溉定额相同，但喷水周期和喷水量相同，所以各处理在土壤含水量上表现出明显差异。

图1　不同处理土壤剖面含水量变化Fig.1　Change of soil profile moisture under different treatments

2.2不同微喷处理下葡萄总耗水量分析由表2可知，葡萄各生育期总的耗水量除了与生育期内葡萄的耗水能力相关外，还与生育期的时间长短有关，5个不同微喷处理中，仅管每个生育期内不同水分处理间葡萄耗水量存在差别，但5个处理在整个生育期内的耗水量分配规律均呈先增大后减小的变化趋势。葡萄从萌芽期刚开始生长，耗水量不大；进入新梢生长期后，随着气温迅速增加及葡萄的枝条与叶片的快速增长，葡萄耗水明显增大；果实膨大期是葡萄的需水高峰期，且由于持续时间最长，所以该时期总的耗水量达到整个生育期耗水量的最大峰值。进入果粒成熟期后，随着气温的下降，葡萄耗水强度相应减小，葡萄在该时期的耗水量也随之减少。

2.3不同微喷处理下葡萄耗水强度分析由图2可知，不同微喷处理之间在整个年生长期内差异明显，但在各个生育期内耗水量的差异不大且变化规律趋于一致，表现为：在萌芽期，由于葡萄叶片未完全展开，该时期气温和土温较低，所以耗水强度较小，不同处理葡萄耗水强度为2.6～3.5 mm/d；进入展叶期后，随着气温和土温的迅速升高，葡萄叶片开始迅速生长，该时期各处理葡萄耗水强度为2.6～3.5 mm/d；在花期，由于持续时间较短，使平均耗水强度较高，该时期各处理葡萄平均耗水强度为5.4～6.4 mm/d；果粒膨大期是葡萄水分需求的关键时期，在该时期温度达到全年最大值，葡萄需要消耗大量水分，所以该时期葡萄平均耗水强度再次增大，不同处理葡萄耗水强度为8.2～9.0 mm/d；进入果粒成熟期后，气温逐渐下降，葡萄耗水强度随之减小，不同处理葡萄耗水强度为2.5～3.1 mm/d。

表2　不同处理下各生育期葡萄耗水量

图2　不同处理下各生育期葡萄耗水强度Fig.2　Water consumption intensity of grape under different treatments

2.4不同微喷处理下葡萄耗水模数分析耗水模数是指作物某一阶段耗水量占整个生育期耗水总量的百分数，反映了作物各生育阶段需水量占需水总量的权重程度。耗水模数主要受日耗水强度和生育期长短2个因素影响，反映出不同生育阶段对水分的敏感程度和灌溉的重要性。

由表3可知，不同微喷处理在整个生育期内的耗水模数规律一致，均呈先增大后减小的曲线变化。各处理耗水模数在果实膨大期和果实成熟期达到最大，该时期耗水模数占整个生育期的33%～35%，说明该时期是葡萄整个生育期的需水关键期，应充分保障该时期的灌水量。在果浆成熟期，各处理耗水模数在29%～32%，说明该时期是葡萄需水的第二关键期。在萌芽期，由于葡萄刚开墩，持续时间较短，尚未展叶，未发生蒸腾耗水，所以各处理耗水相差很小且主要是土面蒸发，各处理耗水模数在5%～7%。花期由于实行控水以防止落花且由于花期持续时间(8 d)较短，所以耗水模数最低，各处理耗水模数在10%～12%。

同时结合表2还可看出，5个不同处理在整个生育期内表现出一定的规律性，如对照处理在前期耗水模数较小，但在花期后耗水模数较大，而WP2和WP3处理在前期耗水模数较大，但花期后的耗水模数较小。

表3　不同处理下各生育期葡萄耗水模数

3结论与讨论

通过对葡萄园在微喷调控技术下不同处理的土壤含水量等指标的测定及各生育期不同阶段的耗水强度分析显示，在灌溉定额相同的条件下，由于微喷时长和间隔时间不同，葡萄总耗水量呈现一定的规律性，表现出随着间隔时间的增大，总耗水量减少，其中CK处理总耗水量最大，为697.5 mm，其次是WP2，而WP5最低，为616.8 mm。葡萄各生育期耗水强度在不同处理之间差异明显，在萌芽期的葡萄耗水强度为2.6～3.5 mm/d，展叶期为2.6～3.5 mm/d，花期为5.4～6.4 mm/d，果粒膨大期为8.2～9.0 mm/d，果实成熟期为2.5～3.1 mm/d。各微喷处理耗水模数在整个生育期内的规律趋于一致，均呈先增大后减小的变化规律，各处理的耗水模数均在果实膨大期达到最大值，该时期耗水模数占整个生

育期的33%～35%，说明该时期是葡萄整个生育期的需水关键期，应充分保障该时期的灌水量。耗水模数的第2次高峰是果实成熟期，该时期耗水模数占整个生育期的29%～32%。在萌芽期各处理耗水模数最低，在5%～7%。

微喷调控技术通过改善田间光照、温度、湿度和水分等因子使冠层内部和近冠层周围的湿度增大、温度降低，起到调节农田小气候的作用，达到使果树增产的目的。该试验针对极端干旱的吐哈地区，基于生境调控的理念，采用在滴灌条件下通过微喷灌雾化技术调控葡萄园微气候环境，研究了微喷调控技术对葡萄耗水特征的影响，而对于葡萄园微气候立体调控的葡萄关键物候阶段及与产量品质的响应关系等以及在极端环境条件下葡萄生理生态与温湿度的光响应变化特征等机理问题，仍需进一步试验研究。

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摘要[目的]明确微喷调控灌水技术对吐哈盆地葡萄耗水特征的影响。[方法]测定吐哈盆地葡萄园在微喷调控技术下不同处理的土壤含水量等指标并分析各生育期不同阶段的耗水强度。[结果]在灌溉定额相同的条件下，不同微喷处理随着间隔时间的增大，总耗水量减少，其中CK处理总耗水量最大(697.5 mm)，WP2次之(680.8 mm)，WP5最低(616.8 mm)。葡萄萌芽期的耗水强度为2.6～3.5 mm/d，展叶期为2.6～3.5 mm/d，花期为5.4～6.4 mm/d，果粒膨大期为8.2～9.0 mm/d，果实成熟期为2.5～3.1 mm/d。各微喷处理耗水模数在整个生育期内的规律趋于一致，均呈现出先增大后减小的变化规律，在果实膨大期达到最大值，占整个生育期的33%～35%，其次是果实成熟期，占整个生育期的29%～32%，在萌芽期各处理耗水模数最低，为5%～7%。[结论]试验结果为提高葡萄水分利用效率和制定合理的灌溉制度提供了理论依据。

关键词葡萄；微喷调控；耗水强度；耗水特征

Effect of Micro Irrigation Technology on Water Consumption Characteristics of Grape

BAI Yun-gang，LIU Hong-bo，FENG Jie(Xinjiang Research Institute of Water Resources and Hydropower, Urumqi, Xinjiang 830049)

Abstract[Objective] To clear effect of micro irrigation technology on water consumption characteristics of grape in Tu-Ha basin. [Method] We analyzed the water consumption of different stages through the determination of soil water content and water content in different stages of the grape garden under the micro spray control technology. [Result] The total water consumption was decreased with the increase of the time interval. The total water consumption of CK was the largest (697.5 mm), WP2took the second place (680.8 mm), and WP5was the lowest (616.8 mm). The water consumption intensity was 2.6-3.5 mm/d in the germination stage, was 2.6-3.5 mm/d in the flowering stage, was 5.4-6.4 mm/d in the flowering period, was 8.2-9.0 mm/d in fruit grain expanding stage, and was 2.5-3.1 mm/d in the fruit maturity stage. In the whole growth period, the water consumption modulus of each micro injection treatment had the same law, which all increased firstly and then decreased, and the maximum value appeared in fruit expanding stage was 33%-35%, secondly was 29%-32% appeared in the fruit maturity stage, and the lowest value appeared in the germination stage, with 5%-7%. [Conclusion] The results provide theoretical basis for improving water use efficiency of grape and making up reasonable irrigation system.

Key wordsGrape；Micro jet regulation；Water consumption intensity；Water consume characteristic

收稿日期2015-12-08

作者简介白云岗(1974-)，男，新疆奇台人，高级工程师，博士，从事农业水土工程研究及技术推广工作。

基金项目新疆自治区自然科学基金项目(2014211A050)。

中图分类号S 275.5

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)01-187-03