寒地温室豆角耗水规律分析及节水灌溉模式优化

滕 云，张忠学，陶延怀，司振江，刘淑艳，于振良(.东北农业大学水利与建筑学院，哈尔滨 50030；.黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨 50080)

蔬菜是需水量较大的作物，其体内60%～95%的成分是水分，与其他农作物相比，蔬菜对水分的反应尤为敏感，水分对蔬菜正常的生理生化活动、产量、品质都具有重要的影响[1]。温室灌溉与蔬菜各项指标的研究80%都集中在番茄与黄瓜上[2-6]，近年来对青椒[7]、青花菜[8]、茄子[9]也有研究，对西红柿[10,11]、黄瓜[12-14]及其他蔬菜[7-9]耗水规律的研究，为温室番茄灌溉制度的制定提供参考。而关于豆角灌水方面的报道很少，文献中有关豆角的播种季节、种植方式与密度、病虫害的控制等[15,16]报道较多，以及光合速率与环境的关系[17,18]，与水分有关的研究仅见耿伟[19]采用盆栽试验研究的不同供水吸力下豆角若干生理指标的变化。

黑龙江设施农业近年发展迅速，特别是近几年平均每年以15%的速度递增。蔬菜生长期间灌水较为频繁，灌水及时与否对产量有明显影响。但寒地温室由于缺乏灌水指标，均是凭经验灌水，灌水量大，水分浪费比较严重，并且由于灌水导致温室湿度过大，病虫害严重，豆角产量、品质严重下降。确定灌水频率和灌水量的灌溉计划是最佳用水所必需的，同时也是获得最高产量和设施收益所必需的。故研究豆角的节水灌溉，避免豆角种植中的水分浪费，实现北方寒地温室豆角生产的优质高效栽培具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2008-2009年在黑龙江省水利科技试验研究中心(N45°43′09″，E126°36′35″，海拔156 m)1号日光温室中进行，试验点地处于寒温带，属半湿润大陆性气候，四季分明。平均气温春季为4.6 ℃，夏季为21.3 ℃，秋季为4.1 ℃，冬季为-17.2 ℃。多年平均降水量为500～600 mm，7-9月占全年降水量70%，无霜期为130～140 d。温室内可种植两茬蔬菜，试验所用温室(长50 m，宽6 m)东西走向，与其他温室间隔8 m，互不遮荫，覆盖无滴聚乙烯膜。试验温室土壤质地为壤土，耕层土壤密度为1.26 g/cm3，田间持水量为31%(质量含水率)，地下水埋深大于8 m。

1.2 试验材料与设计

试验供试材料品种为将军豆，于2008年7月5日进行播种，整畦南北向种植，畦长5 m，宽0.8 m，株行距为30 cm × 40 cm，在每行上铺设一条滴灌管，滴头间距与株距相同，于7月16日进行留苗定植，定植前统一管理，定植后开始分别进行不同的灌水处理，于2008年10月28日采收结束。2009年进行验证试验。试验区采用滴灌，灌水量用水表计量，各试验小区的施肥、除草、病虫害防治等管理措施均与当地的设施农业管理完全一致。

试验采用正交设计，将豆角生育期划分为4个阶段：苗期(从定植到开花)、开花期(从开花到结荚)、结荚期(从结荚到开始采收)、采摘期(从开始采摘收到采摘结束)。每个生育期设3个灌水水平，分别为6、12、24 mm，另外设一个充分供水处理作为对照(见表1)。共10个处理，为减少田间试验的自然和人为因素干扰，每个处理3次重复，共计30个试验小区，随机排列布置。

表1 试验灌水处理Tab.1 Irrigation treatments for the experiments

1.3 测定项目与方法

土壤含水量采用烘干法测定，自表层以下每10 cm 取样, 至60 cm, 每7 d 测定1 次, 豆角耗水量采用水量平衡法计算。对作物生长过程中一些重要特征的出现时间进行调查记录, 以反映作物的生长发育进程。实测豆角小区产量。

水分利用效率WUE是指单位水量消耗所生产的经济产品数量，在实际计算时，作物水分利用效率由同一面积上收获的经济产品总量除以消耗的总水量得到[20]。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel2007进行处理和绘图，利用SPSS13.0统计分析软件进行试验结果的方差分析及显著性检验(Ducan新复极差法)。

2 结果与分析

2.1 不同灌水定额下生育期耗水规律分析

根据水量平衡原理，计算滴灌条件下豆角在整个生育期不同阶段的耗水量，由于是在温室内试验，不考虑降水、深层渗漏及地下水补给，作物耗水仅为灌溉水量与土壤耗水，见图1。

图1 不同处理耗水量Fig.1 Water consumption of different treatments

由图1可见，豆角从定植开始到采收结束的整个控制灌水时期，豆角耗水量在96.2～315 mm之间变化，CK处理豆角耗水最多为315 mm，T1处理豆角耗水最少为96.2 mm，除去过多灌水和过少灌水，各处理平均灌水量为213.3 mm，土壤水分消耗占土壤总耗水量平均不超过1%，在土壤灌水量过低(处理T1)或过高(处理CK)时，才有土壤水分消耗或过量存储。说明温室豆角水分消耗主要以消耗灌溉水为主。在豆角不同生育期灌水量低时，土壤水分消耗也很少，这是由于当土壤水分过低时会切断土壤水分蒸发蒸腾的通路。

2.2 不同生育期耗水强度和耗水模数分析

不同灌水处理豆角各生育期耗水强度和耗水模数的变化如图2所示，在各生育期内，豆角不同灌水处理秋茬豆角耗水强度和耗水模数变化趋势基本一致，开花期和结荚期耗水强度的变化幅度更大一些；各处理的耗水模数在苗期和采摘期较高，平均分别为37.75%和37%，在开花期和结荚期较低，平均分别为15.42%和9.51%，结荚期最低(T5和T7处理除外)。各处理平均耗水强度主要在0.72～4.72 mm/d之间变化，苗期平均为2.44 mm/d、开花期2.83 mm/d、结荚期1.83 mm/d、采摘期1.63 mm/d，开花期平均耗水强度最高，采摘期平均耗水强度最低，在各生育期不同处理间变化也较明显，苗期时平均主要分1.16、2.01、3.73 mm/d 3个梯度，由于苗期苗小，豆角水分消耗主要取决于土壤蒸发，随着灌水量的多少耗水量也随之增减；开花期和结荚期植株蒸腾在豆角水分消耗中起主要作用，同样随着灌水量的多少耗水量也随之增减。分析说明温室秋茬豆角苗期耗水模数最高，结荚期最低；而耗水强度开花期最高，采摘期最低。

图2 不同生育期耗水强度和耗水模数Fig.2 Water consumption intensity and modules of different treatments

2.3 不同灌水定额对豆角产量的影响

2.3.1单个生育期灌水水平对产量的影响分析

各生育期不同灌水水平对豆角产量的影响如图3所示。经极差检验和配对多重比较，在豆角苗期A、开花期B、采摘期D不同灌水水平之间差异显著，显著性水平α<0.05，而结荚期C差异不显著。由图3(a)可见，在豆角苗期随着灌水水平的增加，豆角产量呈先增后降趋势，且变化幅度较大；由图3(b)可见，在豆角开花期随着灌水水平的增加，豆角产量亦呈先增后降趋势，只不过变化幅度较苗期次之；由图3(c)可见，在豆角结荚期随着灌水水平的增加，豆角产量基本呈水平直线变化，豆角产量即没有大幅度提高，也没有大幅度下降；由图3(d)可见，在豆角采摘期随着灌水水平的增加，豆角产量呈直线下降趋势，下降幅度较明显。

图3 各生育期不同灌水水平下豆角产量变化轮廓图Fig.3 Bean yield change profile in each growth stage under different irrigation level

2.3.2不同生育期灌水水平对产量的影响程度分析

通过正交试验结果的方差分析可知(见表2)，各生育期灌水量大小对秋豆角产量的高低影响的大小顺序为：A>B>D>C，即苗期>开花期>采摘期>结荚期，其中苗期和开花期，以及采摘期的显著性水平α<0.05，为显著因素，结荚期为不显著因素。

表2 正交试验方差分析表Tab.2 Orthogonal test analysis of variance

确定最优组合时，选取显著因素的优水平。对于不显著因素，可结合实际试验选取适当水平。结合表2和图3可知较优组合为：苗期灌水定额为12 mm、开花期灌水定额为12 mm、结荚期灌水定额为24 mm、采摘期灌水定额为6 mm。

2.4 不同灌水处理水分利用效率分析

试验结果表明(见图4)，灌水处理T5不仅可获得最高的产量，每畦产量达到18.8 kg，比CK产量提高7.63%，而且可以达到较大的水分利用效率为27.84 kg/m3，比CK提高98.26%，其水分利用效率仅次于灌水处理T1，但T1处理的产量较低，豆角在整个生育期水分供应不足，使豆角的营养生长和生殖生长均受到抑制，其结果虽然水分利用效率较高，但T1产量与T5差异显著(α<0.01)，远远低于其他处理，另一方面，充分的灌水处理(CK)虽可获得较高产量，但水分利用效率较低，孙磊[21]对番茄的研究也表明充足而不适宜的水分供应并不产生最高产量。综合分析得出当豆角按照T5处理进行灌水管理可实现豆角高产及水分利用高效的统一。

图4 不同灌水处理水分利用效率Fig.4 WUE of different treatments

3 结 语

豆角在苗期耗水模数最高为37.75%，在开花期耗水强度最高为2.83 mm/d；经过灌溉优化寒地温室秋茬豆角苗期灌水定额为12 mm、开花期灌水定额为12 mm、结荚期灌水定额为24 mm、采摘期灌水定额为6 mm为最佳灌水模式，可获得较高产量，并可达到较高水分利用效率，实现豆角高产及水分利用高效的统一。由于是1 a试验数据进行的分析总结，虽有验证试验，但验证试验只验证了最佳处理和对照处理，其试验结果在不同年份气候条件影响下会有所差异，其成果应用存在一定局限性，但仍可为北方寒冷地区温室豆角的节水灌溉提供参考依据。

由于本研究固定了灌水频率，并且未按土壤水分上下限进行控制灌水，另外也未对豆角品质的影响进行研究，今后可在这方面开展进一步的试验研究。

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