不同间距交替微润灌对大棚空心菜生长的影响

尹玉娟，申丽霞，郭英姿，张春一

(1.太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024；2.山西水务工程建设监理有限公司，太原 030024)

我国是一个水资源严重匮乏的国家，作为一个农业大国，农业用水已达到总用水量的73.4%[1]。为了在保证产量的前提下减少农业用水，寻找能够高效节水的方法就显得尤为重要。微润灌溉将半透膜技术[2]应用到农业灌溉领域，灌溉水通过管壁上的微孔由内向外呈发汗状渗出，随即通过管壁周围土壤颗粒的吸水作用向土体扩散，给作物根层供水，一次连续性实现作物灌溉[3]。由康绍忠等[4]研究提出的根系分区交替灌溉，是使作物的根系的一部分和另一部分交替处在较干燥和较湿润的土壤中，使不同区域部位的根系交替经受一定程度的干旱锻炼，既可以减少棵间无效蒸发和作物蒸腾，提高根系对水分或养分的利用率，又不会使作物生物学和经济学产量降低而达到节水高产的目的[5]。已有研究表明，微润灌溉和交替灌溉在节水和增产方面较常规灌溉有较大的优势[6-8]，微润灌溉和交替灌溉可以有效减少地表蒸发和深层渗漏，节水效率高，适用于环境较差的地区，且具有运行成本低、容易操作等优点[9,10]。目前关于微润管埋深和压力水头等参数变化对大棚作物生长指标及土壤水分情况的影响已有一定的研究，而在微润管铺设间距方面的研究尚不充分。故本试验以空心菜为供试品种，将微润灌溉与交替灌溉结合，分别在不同间距交替微润灌溉和普通灌溉条件下，对空心菜的长势和水分利用情况及灌水量进行分析，以进一步完善交替微润灌溉的技术参数。

1 试验方法

1.1 试验概况

试验区位于太原理工大学校园内，属北温带，常年光照充足，年日照总时数约2 360～2 796 h；年平均气温9.5 ℃，昼夜温差大；降水集中，七八月平均降水量达250～280 mm。试验于2016年6月2日至2016年7月10日在大棚内进行，选取PVC材质箱体，土箱尺寸为 90 cm×45 cm×40 cm(长×宽×高)，种植土体积质量为0.75 g/cm3，初始含水率为23.21%。本试验选取柳叶空心菜为供试品种，成熟期约45～65 d，于6月2日定植在土箱内，每个土箱种植三行，土箱中间种植一行，距该行左右各15 cm处种植一行，每行定植75株，种植深度约8 cm。试验设置3个处理，每组处理设3次重复：对照组为常规定量灌水(S0)，每天8∶00和17∶00分别浇水1次，每次灌溉量为1 L；试验组为交替微润灌溉，在每个土箱中平行铺设两条微润管，埋深15 cm，两根微润管(L管和R管)水平间距分别为20 cm(S1)、30 cm(S2)，如图1所示。

图1 不同间距微润管处理示意图Fig.1 The layout of moistube in different space

交替灌溉周期为16 d，压力水头为150 cm，6月2日至6月7日两根管同时打开，提高土壤的含水率，使种植土达到一定的湿度，种子快速萌发，6月8日起，先打开L管，R管关闭，8 d后交换，试验设计如表1所示。

1.2 测试项目与方法

1.2.1 土壤含水率

土壤含水率的测定采用烘干法，每8 d测定一次，收获时再测一次。在a、b、c 3个区域分别取4个土样，取土深度为25cm，用电子秤称土样湿重、干重，算出每个区域土壤含水率，并求平均值。计算公式如下：

表1 不同试验处理参数设计Tab.1 Parameter design of experiment of every process

(1)

1.2.2 植株株高

植株株高用精度为0.01的米尺测定，在每个处理的每行植株中随机取3株长势均匀的测定，株高的测定是由植株根与茎的分节处到植株顶端的最长距离，后取其平均值。

1.2.3 植株鲜重及干物质积累量

在每个土箱的每行植株中均匀随机取3个植株样本，用电子秤测其重量，即植株鲜重。植株干物质积累量的测定采用烘干法，将植株样本放入烘箱于105 ℃杀青处理15～20 min后，烘箱温度调至80 ℃继续烘5～6 h至重量不变，称量植株干重。定植13 d开始长出第二组叶时起测，每8 d测定一次。

1.2.4 产量及水分利用效率

用电子秤称量不同处理的产量，7月9日收获，分别测定每个处理每行的植株产量，并计算每个土箱的总产量。水分利用效率测量的是灌溉水水分利用效率(IWUE)，计算公式如下：

(2)

式中：IWUE为灌溉水水分利用效率，g/L；EY为经济产量，g；I为灌溉量，L。

2 结果与分析

2.1 不同间距处理对土壤含水率的影响

图2显示了不同处理的a、b、c区土壤含水率的变化趋势，在S0处理下，a、b、c 3个区的土壤含水率都保持在比较平稳的水平，与初始含水率无明显差别。在S1、S2处理下，第0～9 d，a、b、c 3个区域的土壤含水率增大，第9～17 d，保持平稳，第17～37 d，呈下降的趋势。总体而言，S1、S2处理的土壤含水率高于S0处理的土壤含水率。

在开始试验9 d内，S1、S2处理的总灌水量约1.5 L，常规定量灌溉的总灌水量约为交替微润灌溉的2倍， S1、S2两组处理的土壤含水率高于S0处理且呈递增趋势，在第9 d测得的土壤含水率为S0处理的1.4～1.65倍。在空心菜生长中期，3组处理的土壤含水率都保持稳定，一部分水分供植物生长，另一部分水分主要是蒸腾与蒸发损失，S1、S2处理的a、b、c 3个区的土壤含水率明显高于S0处理，在试验过程中还发现，S1、S2处理的土壤较S0处理的松弛，说明交替微润灌溉具有一定的保水性能，并可以防止土壤板结。S1处理的微润管间距较S2处理的小，相同条件下各区的土壤含水率较S2处理的高。空心菜生长后期，温度较高，水分蒸发较多，植株生长所需水分也越来越多，蒸腾作用也越来越明显，因此S1、S2处理的土壤含水率逐渐下降，S1处理的植物生长状况较S2处理的好，水分消耗较S2的多，土壤含水率下降的较S2处理的快。

从灌水量来看，S0处理的总灌水量为61.0 L， S1处理和S2处理为48.4 L，S1处理和S2处理的灌水量比S0处理少21%，但其土壤含水率较S0处理高，空心菜的长势也较好，说明交替微润灌溉在节水方面有明显的优势。

图2 各区土壤含水率变化图Fig.2 The change of soil water content of three area of every process with time

2.2 植株株高

图3为各处理a、b、c区植株平均株高的变化趋势，由图3可知，第0～13 d，各处理的a、b、c区平均株高基本相同，从第13 d起，a、b、c 3个区植株平均株高均为S1>S2>S0。S0处理的土壤含水率基本保持稳定，随着蒸发与植物蒸腾作用的增加，可用于植株生长的水分相对减少，使植物的营养生长减慢，因此，在常规定量灌水的情况下，空心菜的生长较交替微润灌溉处理缓慢。a、b、c 3个区S1处理的平均株高均大于S2处理的平均株高，究其原因是在植株生长后期，虽然水分散失较多，但植物光合作用较强，营养生长较迅速，S1处理土壤含水率较S2处理高，平均株高增长较快。交替微润灌溉处理的第29 d，开启R管，关闭L管，使得土壤含水率增加值为b区>c区>a区(土壤含水率降低)，此时，b区可以更好地为植株生长提供水分，植株平均株高增长最大，a区最小，这种变化在S2处理中较为明显。就各处理的株高来看，S0、S1、S2处理平均株高分别为24.65、44.93、39.64 cm，可知交替微润灌溉处理植株的株高明显高于常规定量灌溉，对于两种不同间距处理的交替微润灌溉，微润管间距为20 cm的交替微润灌溉更有利于空心菜的生长。

图3 各区植株平均株高变化图Fig.3 The change of average stem length of three area of every process with time

2.3 植株鲜重与干物质积累量变化

图4显示了不同处理单株平均的鲜重变化及干物质积累量，由图4可以看出，不同处理的植株鲜重呈现递增的趋势，在第0～13 d，3种处理的单株平均鲜重基本相同，随着植株的生长，植株鲜重变化一直保持S1>S2>S0，由于S1、S2处理的土壤含水率高于S0处理，水分充足，因此得到的植株鲜重大于S0处理，在种植21 d以后，S1处理的植物生长状况较S2处理的好，并都优于S0处理，使得测得的单株植株平均鲜重的差值越来越大，由此可知，在交替微润灌溉条件下且微润管间距为20 cm时更有利于产物的积累。图4显示的各个处理干物质积累量的变化趋势与植株鲜重的变化一致，即在0～13 d内，3种处理的单株干物质积累量基本相同，随着植株的生长，植株干物质积累量变化趋势为：S1>S2>S0，但在空心菜生长后期，S2处理的土壤含水率较S1处理高，植株生长较快，干物质积累迅速，S2处理的干物质积累量与S1处理差距不大。

图4 单株平均鲜重与干物质积累量变化图Fig.4 The change of plant fresh weight and dry matter accumulation of every process with time

2.4 产量及水分利用效率

图5显示了不同处理植株总产量的平均值，由图5可知，就总产量而言，S1处理和S2处理的植株总产量明显高于常规定量灌溉，其产量分别为常规定量灌溉的3.87倍和3.44倍，S1处理的总产量高于S2处理的总产量，说明交替微润灌溉在提高产量方面具有明显的优势，且管间距为20 cm的交替微润灌溉在提高产量方面较优。

图5 植株平均总产量对比图Fig.5 The average output of every process

表2为常规定量灌溉与两种交替微润灌溉的水分利用效率，S0处理的水分利用效率为2.78 g/L，S1处理和S2处理的水分利用效率分别为S0处理的4.88倍和4.34倍，明显高于S0处理，S2处理的水分利用效率低于S1处理。

表2 不同处理水分利用效率Tab.2 The water use of efficency of every process

3 结 语

本试验以常规定量灌溉作对照，设置了两组微润管间距不同的交替微润灌溉试验，分别分析了不同处理下土壤含水率，植株鲜重、干物质积累等生理指标以及植株总产量、水分利用效率，得出的结论如下。

(1)交替微润灌溉的灌水量低于常规定量灌溉，但土壤含水率明显高于常规定量灌溉，体现了交替微润灌溉在节水方面的优势。

(2)在空心菜生长过程中，株高、鲜重以及干物质积累量的变化呈指数型增长，交替微润灌溉处理条件下，空心菜生长特性具有明显优势，管间距为20 cm的交替微润灌处理下空心菜长势比管间距30 cm的处理好。

(3)就总产量而言，交替微润灌溉处理条件下产量增多，管间距为20 cm的处理的产量最大；就水分利用效率而言，交替微润灌溉处理使水分利用效率明显提高，管间距为20 cm处理的水分利用效率最大。

[1] 潘英华,康绍忠.交替隔沟灌溉水分入渗特性[J].灌溉排水,2000,19(1):1-4.

[2] 周力扬.膜技术:治污领域大显身手[J].环境导报,2003,(17):8-9.

[3] 何玉琴,成自勇,张 芮,等.不同微润灌溉处理对玉米生长和产量的影响[J].华南农业大学学报,2012,33(4):566-569.

[4] 康绍忠,张建华,梁宗锁,等.控制性交替灌溉----一种新的农田节水调控思路[J].干旱地区农业研究,1997,15(1):1-6.

[5] Wakrim R, Wahbi S. Comparative effects of partial root dry (PRD) and regulated defict irrigation (RDI) on water relations and water use efficiency in common bean[J]. Agric Ecosyst Environ,2005,106(5):275-287.

[6] 禇丽妹,惠静夷,张立坤.苹果树微润灌溉技术试验研究[J].节水灌溉,2012,(4):919-922.

[7] 魏振华,陈 庚,徐淑君,等.交替控水条件下微润灌溉对番茄耗水和产量的影响[J].灌溉排水学报,2014,33(4):139-142.

[8] 牛文全,张 俊,张琳琳,等.埋深与压力对微润灌湿润体水分运移的影响[J].农业机械学报,2013,44(12):128-134.

[9] 杨文君,田 磊,杜太生,等.半透膜节水灌溉技术的研究进展[J].水资源与水工程学报,2008,19(6):60-63.

[10] 国 攀,薛 翔,宋时雨,等.微润灌溉技术的研究进展[J].湖北农业科学,2016,55(15):3 809-3 812.