微润灌溉对向日葵生长的影响研究

田德龙，郑和祥，李熙婷

(1.中国水科院牧区水利科学研究所， 呼和浩特 010020；2.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程系，呼和浩特 010018)

0 引 言

内蒙古河套灌区是国家重要的粮油生产基地，是一个完全依靠黄河水的生态绿洲。该灌区面临着政策性引黄水量的锐减，农业灌溉用水空间逐步被压缩。缺水因素将是影响到灌区可持续发展的重要因素之一。因此，发展节水农业和提高水资源利用率已成为保证经济可持续发展和维护生态环境安全的关键所在。开发和应用未来节水灌溉技术不仅是时代发展的必然要求，也是拓宽农民增收和解决三农问题的重要途径之一。

基于微润灌溉出流近似线源，主要依靠土壤吸力和半透膜内外驱动力为主的被动供水方式，与常规的地面灌，线源滴灌、垂直线源入渗不同(张俊，2013年)，作为新技术，微润灌溉尚缺乏完整的灌溉试验参数。根据生物半透膜的原理，当管壁渗出的水遇到土壤的盐分后，形成了盐的浓溶液，该溶液的溶质势很高而水势很低，半透膜管内淡水的溶质势很低而水势很高，会导致膜内的水势向低水势的膜外渗透，膜外的盐类溶质则反向渗透。并且随着渗透过程的进行，膜内盐浓度不断升高，当升高至与膜外浓度相等时，内外达到平衡，浓度不在升高，从而将盐水排入排水沟中，水带走土壤中一定量的盐分。使土壤的含盐量降低，达到改良土壤的目的。河套灌区是盐渍化土壤发育典型地区，轻度盐碱化土壤占耕地面积24%，中、重度盐碱化土地面积占耕地面积31%。微润灌溉作为一种新型灌溉技术，国内外对其研究较少，未曾开展大量的试验研究，从目前有关研究文献可知，对于微润灌溉机理方面的研究主要集中于室内模拟试验，土质均一，环境恒定，试验条件处于理想状态，而对于大田试验特别针对盐渍化引黄灌区灌溉机理方面研究报道尚少。因此，开展盐渍化土壤微润灌溉试验研究，为微润灌溉技术在盐渍化灌区的适用性和应用推广提供参考，为指定微润灌溉制度提供理论依据，对实现灌区农业的可持续发展具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古河套灌区磴口县坝楞村(N 40°24′32″，E 107°02′19″，海拔1 072 m)。地处干旱、半荒漠草原带，为中温带大陆性季风气候，年平均气温6.3～7.7℃，冬季严寒少雪，夏季少雨干旱，多年平均无霜期133～144 d，年均日照时数3 210 h，年均降水量为138.2 mm，且主要集中在7-9月份；年均蒸发量2 030～2 700 mm；年均风速2.5～3.0 m/s；多年平均无霜期130 d。冻土层厚度1.0～1.3 m。土壤主要是灌淤土，土壤容重为1.48 kg/cm3，土壤田间持水量为21.4%，土壤凋萎系数为8%。

1.2 试验方法

试验采用美国产美葵909。试验所用微润带为双层结构，内层为厚度0.06mm的特制半透膜，其表现采用化学溶解方式，形成均匀而密集的微孔，孔密度约为10个/cm2，外层为无纺布保护层增加微润带的强度，防止铺设过程中划伤微润带，微润带直径为16 mm。一带两行的种植模式，株距为26 cm，行距40 cm，播种时间为6月5日，9月28日收获。试验采用灌水水平、微润管埋深；施肥量为当地施肥量的2/3，二铵作为底肥一次性全部施入，尿素作为追肥，分别在现蕾前期(50%、150 kg/hm2)、开花期(50%、150 kg/hm2)与灌水一块施入。灌水水平设4个，包括1个充分灌溉和3个非充分灌溉。微润管埋深2种类型：10、20 cm；试验地为轻度含盐土壤；以畦灌作为对照，共计9个处理，每个处理3次重复。各小区东西宽约4 m，南北长6 m，为避免试验小区的边行效应，在小区东西两侧各设1m宽，南北各设0.4 m的保护带，在试验区的两端设置宽度为2.5 m的保护区，各处理耕作等措施一致，试验处理见表1。

表1 试验处理

1.3 测定内容与数据处理

生育指标主要测定向日葵的株高、茎粗、花盘直径，每个小区选取3株，实行定株测定，15 d测定一次，并在试验结束后测量各小区产量及品质。叶片数、干物质每个生育期测定一次。

作物根系测量通过剖面法对根系进行挖取，装袋带回试验室，过3 mm筛后将根系从土样中分离出来，装入保鲜袋保存，然后用水冲洗根系，采用EPSONPERFECTION4870PHOTO全彩扫描器扫描根样，再用WinRHIZO分析软件分析即可得到根系相关参数，每生育期测定一次。

试验数据采用Excel 2003制作图表,用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析；如果差异显著,则采用邓肯式新复极差检验法进行多重比较,检验不同处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 微润灌溉对向日葵生育指标的影响

向日葵的生育指标包括株高、茎粗、花盘直径及干物质(图1)。不同处理向日葵的株高全生育期呈“S”形曲线，如图1(a)，总体生长趋势经过两次由快到慢的过程,向日葵到后期株高明显下降。在整个生育过程中,在8月底株高达到峰值，随着灌浆的完成花盘重量增大，花盘下垂，自然株高降低。整个生育期内，微润灌溉各处理株高显著大于CK；在相同水分处理的条件下，微润管埋深为20 cm的充分灌溉、轻度水分亏缺、中度水分亏缺处理向日葵的株高明显大于微润管埋深10 cm的各处理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7；而重度水分亏缺的向日葵为微润管埋深为20 cm小于微润管埋深为10 cm，即KH-8>KH-4，出现这种情况的原因是因为向日葵根系的发达区为0-15cm土层，微润管埋深为10 cm的KH-8可以将重度水分亏缺的少量的灌水量直接送至根系发达区便于根部的直接吸收利用；在相同微润管埋设深度条件下，微润管埋深为20 cm的株高规律为：充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4，微润管埋深为10 cm的株高规律为充分灌溉>重度水分亏缺>轻度水分亏缺>中度水分亏缺，即KH-5>KH-8>KH-6 >KH-7。

不同处理向日葵的茎粗在整个生育期内总体生长趋势为由快到慢,向日葵到后期茎粗略有下降。在整个生育过程中,在8月底茎粗达到峰值，之后略有下降。整个生育期内，微润灌溉各处理茎粗显著大于CK；在相同水分处理的条件下，微润管埋深为20 cm的各处理向日葵的茎粗明显大于微润管埋深10 cm 的各处理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7、KH-4>KH-8；在相同微润管埋设深度条件下，微润管埋深为20 cm的茎粗，灌浆期以前轻度水分亏缺、中度水分亏缺大于充分灌溉、重度水分亏缺，进入灌浆期后轻度水分亏缺、中度水分亏缺茎粗生长速率减慢，而充分灌溉茎粗保持生长速率快速，在灌浆期后为充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4，微润管埋深为10 cm的茎粗规律与株高规律相同，均为充分灌溉>重度水分亏缺>轻度水分亏缺>中度水分亏缺，即KH-5>KH-8>KH-6 >KH-7。

图1 不同处理对向日葵生育指标的影响

不同处理向日葵的花盘直径在整个生育期内总体生长趋势为由快到慢。在整个生育过程中, 花盘直径在收获时达到峰值，花期～灌浆期花盘直径的生长速率最快，灌浆期后逐渐缓慢。整个生育期内，微润灌溉各处理花盘直径显著大于CK；在相同水分处理的条件下，微润管埋深为20 cm的各处理向日葵的花盘直径明显大于微润管埋深10 cm的各处理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7、KH-4>KH-8；在相同微润管埋设深度条件下，微润管埋深为10 cm与埋深为20 cm的花盘直径规律相同，为充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺。

干物质的累积量在一定程度上影响产量的大小。从苗期～现蕾期与花期～灌浆期的两个时期向日葵干物质累积速率最快。整个生育期内，微润灌溉各处理干物质质量明显大于CK；在相同水分处理的条件下，微润管埋深为20 cm的各处理向日葵的茎粗明显大于微润管埋深10 cm的各处理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7、KH-4>KH-8；在相同微润管埋设深度条件下，微润管埋深为10 cm与埋深为20 cm的花盘直径规律相同，为充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺，在灌浆期～成熟期充分灌溉两个处理的干物质累积速率明显大于非充分灌溉的各处理，出现这种情况是由于，进入灌浆期后充足的水分条件使充分灌溉的向日葵灌浆期比非充分灌溉的灌浆期时间长，干物质的累积量也明显增大。

2.2 微润灌溉对向日葵根系分布的影响

微润灌溉向日葵的根系开花期达到最大，灌浆期到成熟期根系几乎处于停滞状态，成熟期开始逐渐减少老化，收获时开始枯死，变暗。向日葵的根系主要在0～30 cm土层中，而土壤盐碱情况严重对根系影响明显，向日葵的吸水主要依靠侧根进行，对侧根的根长密度、根体积密度、根表面积密度进行分析。

根长密度表示单位土壤容积里的根系总长度，可反映根系数量的多少，也间接反映根系吸收水分、养分的范围和强度大小，是表征根系分布特性的重要指标。苗期～现蕾期是向日葵的根系快速生长期，在开花期达到峰值，灌浆期后根系有萎缩现象，到收获期萎缩更为明显，根长密度如图2(a)。整个生育期内，微润灌溉向日葵根长密度显著大于CK。在相同的水分条件下，苗期、现蕾期、开花期的根长密度均为微润管埋深为20 cm的充分灌溉、轻度水分亏缺、重度水分亏缺大于微润管埋深为10 cm的，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-4>KH-8，而中度水分亏缺的根长密度为微润管埋深为10 cm大于微润管埋深为20 cm，即KH-7>KH-3；在灌浆期、成熟期根长密度均为微润管埋深为20 cm大于微润管埋深为10 cm。在相同的微润管埋设深度条件下，微润管埋深为20 cm的各处理在苗期、现蕾期、开花期根长密度为充分灌溉>轻度水分亏缺>重度水分亏缺>中度水分亏缺，即KH-1>KH-2>KH-4 >KH-3，出现这种情况是由于，当微润管埋深较大时，促使重度水分亏缺向日葵根长密度在主要的根系生长期的增长，便于吸收利用周围土层中的水分，是作物对环境适应的结果；灌浆期、收获期根长密度为充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4。微润管埋深为10 cm的各处理在整个生育期的根长密度均为充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺，即KH-5>KH-6>KH-7 >KH-8。作物在生长后期根系出现萎蔫，灌水量越少的水分处理根长密度的萎蔫速率越低，是由于适当的水分亏缺可以保持根系生长后期的活性，萎蔫速率也降低。

图2 微润灌溉对根系分布的影响

向日葵的根体积密度是反映其根系生长分布特征的另一个重要指标。根体积密度如图2(b)，整个生育期内，微润灌溉向日葵根体积密度显著大于CK。向日葵根体积密度与根长密度的规律基本相同，均为在相同的水分条件下，苗期、现蕾期、开花期的根体积密度均为微润管埋深为20 cm的充分灌溉、轻度水分亏缺、重度水分亏缺大于微润管埋深为10 cm的各处理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-4>KH-8，而中度水分亏缺的根体积密度为微润管埋深为10 cm大于微润管埋深为20 cm，即KH-7>KH-3；在灌浆期、成熟期根体积密度均为微润管埋深为20 cm大于微润管埋深为10 cm。在相同的微润管埋设深度条件下，微润管埋深为20 cm的各处理在苗期、现蕾期、开花期根体积密度为充分灌溉>轻度水分亏缺>重度水分亏缺>中度水分亏缺，即KH-1>KH-2>KH-4 >KH-3；灌浆期、收获期根体积密度为充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4。微润管埋深为10 cm的各处理在整个生育期的根体积密度均为充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺，即KH-5>KH-6>KH-7 >KH-8。

向日葵根表面积密度在一定程度上可以反映出根系对土壤资源利用能力，根表面积越大则与土壤接触面积越大，吸收土壤水分与养分的能力越大。根表面积密度见图2(c)，整个生育期内，微润灌溉向日葵根表面积密度显著大于CK。在相同的水分条件下，整个生育期内根表面积密度均为微润管埋深为20 cm的大于微润管埋深为10 cm的，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7、KH-4>KH-8；在相同的微润管埋设深度条件下，微润管埋深为20 cm的各处理在苗期、现蕾期根表面积密度为充分灌溉>轻度水分亏缺>重度水分亏缺>中度水分亏缺，即KH-1>KH-2>KH-4 >KH-3；开花期、灌浆期、收获期根表面积密度为充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4。微润管埋深为10 cm的各处理在整个生育期的根体积密度均为充分灌溉>轻度水分亏缺>中度水分亏缺>重度水分亏缺，即KH-5>KH-6>KH-7 >KH-8。

2.3 滴灌带埋深深度对向日葵水分利用效率的影响

根据试验站的气象资料，从播种到收获有效降雨量为45.1 mm，主要集中在苗期到开花期，灌浆期和成熟期降水较少(表2)。向日葵的整个生育期不同处理的耗水量为CK>充分灌溉处理>轻度水分亏缺处理>中度水分亏缺>重度水分亏缺处理。通过与CK的比较，微润灌溉KH-1、KH-2、KH-3、KH-4、KH-5、KH-6、KH-7、KH-8的产量分别提高了69.4%、50.6%、36.7%、35.8%、57.7%、37.3%、26.2%、10.8%；水分利用效率分别提高了73.6%、79.9%、68.2%、60.4%、61.4%、64%、 55.3%、30.9%。可以看出，相同的水分条件下，微润管埋深为20cm的各处理的产量、水分利用效率都显著高于微润管埋深为10cm；微润管深为20cm的轻度水分亏缺处理水分利用效率最高，更有利于盐碱地作物的节水增产。

表2 不同处理向日葵的耗水量及水分利用效率

3 结 语

通过微润灌溉的田间试验初步得出：

(1)微润灌溉提高了株高，增大了茎粗和花盘直径，促进了干物质的累积。综合各项生育指标，微润灌溉埋深为20 cm促进了向日葵的生长，显著提高了向日葵的产量。

(2)微润灌溉各处理的各项根系指标在不同生育期均明显大于CK；其根长密度、根表面积密度均为微润管埋深为20 cm大于微润管埋深为10 cm的各处理，在灌浆期、成熟期根体积密度均为微润管埋深为20 cm大于微润管埋深为10 cm，且各项根系指标与水分处理呈正比。

(3)微润灌溉各处理较对照产量分别提高了69.4%、50.6%、36.7%、35.8%、57.7%、37.3%、26.2%、10.8%；水分利用效率分别提高了73.6%、79.9%、68.2%、60.4%、61.4%、64%、55.3%、30.9%%。

河套地区地处干旱、半荒漠草原带，蒸发量远远大于降雨量，灌溉水容易蒸发不易被土壤吸收利用。针对河套灌区的气候及种植结构的特点，研究微润灌溉对向日葵生长及产量的影响，为今后在河套灌区微润灌溉的向日葵生产提供理论依据与技术支持。

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