负压灌溉对山地果树土壤水分及产量的影响研究

罗 朋

（山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002）

负压灌溉对山地果树土壤水分及产量的影响研究

罗 朋

（山西省水利水电科学研究院 山西太原 030002）

负压灌溉是一种新型的将灌水器埋入地下的节水灌溉技术，该研究针对山西省山地苹果树为研究对象，对负压和常规2种灌溉方式下田间土壤水分、苹果增长速率及产量进行分析研究。试验表明：负压比常规灌溉土壤含水率提高13.7%～18%，0～120 cm多储水量394.0～473.1 m3/hm2；对于相同灌水周期，平均可延长灌水时间11.8 d；同时提高水分利用效率11.9%；负压比常规灌溉苹果平均增长快0.024～0.064 cm/d，平均果径大6.1%～6.4%，果重增加18.5%～21.6%，产量增加14.4%～29.6%。

负压灌溉；常规灌溉；土壤水分；水分利用效率；产量

0 引言

山西日照充足，土层深厚，其中山地丘陵占山西总面积80%，为发展果树种植提供了宜林面积广、潜力大、条件好等土地资源，但山西又干旱少雨，水源和动力的限制成了微灌等节水灌溉的制约因素。因此，寻求山地果树高效的节水灌溉方式对提高水资源利用效率具有非常重要的理论和实践意义。负压灌溉是一种新型的将灌水器埋入地下的节水灌溉技术，“负压”是系统中灌溉水源的高程低于灌水器的高程[1]，运行时供水水头为负值，在土壤吸力作用下，灌水器内的水流入土壤，输水管内形成负压，在大气压的作用下，水从水源被“压入”输水管以补充流入土壤的水分，从而实现负压灌溉自动补给功能，无需提水加压，可大幅减少地面灌溉过程中的水资源浪费，这对改变山西省地面灌溉的落后状况、缓解农业水资源短缺矛盾，促进灌溉农业的可持续发展具有重要的现实意义，也将为山西省农业现代化奠定基础。

1 试验区概况

本试验在运城市临猗县临晋镇下豆氏村苹果园进行，隶属于运城市夹马口灌区的引黄管理局灌溉试验站范围内。

1.1 试验区气候条件

临猗县气候属暖温带大陆性气候。四季分明，日照时间充足。历年平均气温13.5°C，年平均最高气温19.7°C，极端最高气温 42.8°C。

1.2 试验区土壤肥力情况

试验小区地下水埋深31.0 m，土壤质地为中壤土，土壤多年平均物理性质及化学性质指标见表1。

表1 土壤多年平均物理及化学性质指标

2 试验设计

试验地苹果品种为红富士，果岭近10年，苹果树株距2.5 m，行距3.5 m。每个试验对比为负压和常规2种灌溉方式。负压灌溉系统布设于田间，常规灌溉指大田畦灌；2种灌溉方式的灌水次数均为3次，结果期1次，膨大期2次；2种灌溉方式下每次的灌水时间相同；每套负压灌溉面积和常规灌溉面积相同，均为（3.5×5）×（2.5×4）=0.018 hm2，各 10 个重复。

每4棵树中间布置一套负压灌溉系统，系统的主要组成为：集水井（储水桶）、过滤袋、灌水器及其支撑结构；每个集水井设置3个土壤含水率测点，编号为1-1、1-2和1-3，分别表示集水井第1个测点（距离集水井最近），第2个测点（距离集水井最远），第3个测点（相邻两个集水井与相邻两棵果树形成的菱形中心点）。负压灌溉系统的布置见图1。

图1 负压灌溉系统布置图

3 田间土壤水分检测分析

2015-2016年5月至10月从果树萌芽到收获期间田间土壤含水量进行监测，根据试验方案，分负压和常规两种灌溉方式。田间土壤水分负压灌溉3个测点，常规灌溉3个测点，分层取土监测，每20 cm一层，监测深度为120 cm，每种灌溉方式设重复2个。

3.1 土壤含水量分析

通过对2015年、2016年0～120 cm田间土壤进行分层（20 cm）含水量进行监测分析：6月8日以后，2015年负压灌溉和常规灌溉负压灌溉田间土壤水分含量[2]明显高于常规灌溉土壤含水量，最大相差2.5%，此时负压灌溉田间土壤含水量为20.8%，常规灌溉田间土壤含水量为18.3%，二者相比，负压灌溉比常规灌溉提高了土壤含水量的13.7%，如图2；2016年负压灌溉和常规灌溉土壤水分最大相差3%，此时负压灌溉土壤含水量为19.7%，常规灌溉土壤含水量为16.7%，二者相比提高了土壤含水量18%，如图3。

两种灌溉情况下，土壤水分2015-2016年含水量0～120 cm深不同土壤水分最大差2015年为1.3%～4.6%，2016年为3%～4%，2015年土壤水分为6.6%～28.4%，2016年为17.8%～29.3%，见表2。

图2 2015年负压和常规灌溉土壤水分（0-120cm平均）变化曲线

图3 2016年负压和常规灌溉土壤水分（0-120cm平均）变化曲线

表2 不同土壤深度2种灌溉土壤水分差异情况表

负压灌溉系统中由于集水井和集水槽增加了土壤入渗水量的存储，减少了深层渗漏损失；从土壤表层往下，土层越深，负压与常规灌溉的土壤含水量差值越大；当集水槽外土壤水分下降到一定程度，由于负压作用，集水槽中储存的水分通过土壤水吸力对果树进行负压灌溉，从而提高了土壤水分利用效率。

3.2 土壤储水量分析

对负压和常规灌溉两种灌溉模式下0~120 cm深的土壤储水量进行计算，采用公式：

式中：W——不同深度土壤储水量，mm；

r——土壤容重，g/cm3，取1.32；

v——土壤含水量，%；

h——土层深度，cm。

计算结果见表3。可见在同等降雨、灌水次数和灌水量情况下，2种灌溉土壤储水量相差很大，负压比常规灌溉多储水394.0～473.1 m3/hm2，几乎相当于灌水1次。

2015年两种灌溉方式最大值出现在9月4日，负压较常规灌溉多储水39.6 mm，在平水年苹果8月份耗水强度为4.05 mm/d，9月份耗水强度3.11 mm/d，据此计算负压灌溉系统降到与常规灌溉土壤水分相同时还需要12.7 d。

表3 两种灌溉土壤储水量差值

2016年负压较常规灌溉同一时间可延长灌水时间情况见表4。由表可知，在灌水周期相同时，负压系统储水量大，最大可延长灌水时间21.6 d，加权平均可延长灌水时间11.8 d，一般情况可延长灌水时间10～15 d。

表4 同一时间可延长灌水时间表

3.3 两种灌溉水分利用效率分析

水分生产率为单位水资源量所获得的产量或产值，则：

1 m3灌水水分生产率=产量/灌水量。

水分利用效率：WUE=产量/耗水量。

根据以上公式，计算两种灌溉水分利用效率，见表5。由计算结果可知，负压灌溉系统水分利用效率为8.69 kg/m3，常规灌溉系统水分利用效率为7.76 kg/m3，负压灌溉系统较常规灌溉提高了11.9%。

表5 两种灌溉水分生产效率表

4 苹果增长速率及产量分析

对2015年、2016年负压和常规两种灌溉情况下，进行果实的增长速率和产量分析。根据试验设计进行理论测产：每个处理定2株，每株果树定3枝，每枝定3个苹果，共计6株、18枝、36个；实际测产即为果园实际产量。

4.1 增长速率分析

2015年果径变化从8月后负压较常规灌溉果树增长发育快[3]，负压灌溉果径明显比常规灌溉果径大，前期规律不大明显，后期两者的差值呈增大趋势；负压灌溉果径平均增长值为0.406 mm/d，常规灌溉果径平均增长值为0.342 mm/d，负压较常规灌溉平均增长快0.064 mm/d。果径增长速率及比较情况见图4。

图4 负压及常规灌溉2015年苹果果径增长速率及比较图

2016年果径负压较常规灌溉全生育期苹果生长发育快，每个阶段负压灌溉果径均较常规灌溉果径大，随着生长，果径差值逐渐增大；负压灌溉果径平均增长值为0.375 mm/d，常规灌溉果径平均增长值为0.351 mm/d，负压较常规灌溉平均增长快0.024 mm/d。果径增长速率及比较情况见图5。

图5 负压及常规灌溉2016年苹果果径增长速率及比较图

4.2 产量分析

对负压和常规两种灌溉方式下苹果产量进行测产，理论测产和实际产量进行了比对[4]，测产指标负压灌溉优于常规灌溉，见表6。

表6 2015-2016年山地果树负压和常规灌溉苹果产量表

其中：2015年负压灌溉平均果径81.3 mm，平均果重253.2 g/个，平均产量 62 341.5 kg/hm2；常规灌溉平均果径76.4 mm，平均果重213.5 g/个，平均产量54 504.0 kg/hm2；负压灌溉比常规灌溉平均果径大6.4%，果重多18.5%，增产14.4%；2016年负压灌溉平均果径 85.8 mm，平均果重 322.5 g/个，平均产量78 016.5 kg/hm2；常规灌溉平均果径80.6 mm，平均果重265.2 g/个，平均产量60 186.0 kg/hm2；负压灌溉比常规灌溉平均果径大6.1%，果重多21.6%，增产29.6%，见表 7。

表7 2015-2016年山地果树负压和常规灌溉测产指标表

5 结论

通过两年对山地果树在负压和常规灌溉条件下田间土壤水分、苹果增产速率及产量的分析研究得出：

负压比常规灌溉土壤含水率提高13.7%～18%，0～120 cm 多储水量 394.0～473.1 m3/hm2。

对于相同灌水周期，平均可延长灌水时间11.8 d；同时提高水分利用效率11.9%。

负压比常规灌溉苹果平均增长快0.024～0.064 cm/d，平均果径大6.1%～6.4%，果重增加18.5%～21.6%，产量增加14.4%～29.6%。

负压灌溉提高了土壤含水率，有利于苹果生长发育，具有明显的增产效益。参考文献：

［1］雷廷武，江培福，VincentF.Bralts，等.负压自动补给灌溉原理及可行性试验研究［J］.水利学报，2005，36（1）:298-302.

［2］王相玲，武雪萍，肖海强，等.负压灌溉对土壤水分含量与小白菜产量品质的影响［J］.灌溉排水学报，2015（34）增刊 1:64-68.

［3］肖海强，丁亚会，黄楚瑜，等.负压灌溉对烤烟生长及水肥利用率的影响［J］.中国烟草学报，2016（2）:56-64.

［4］耿 伟，万克江，薛绪掌，等.负压供水下菠菜某些生理指标的变化［J］.农业系统科学与综合研究，2006，22（4）:248-251.

Study on the Effect of Negative Pressure Irrigation on Soil Moisture and Fruit Production in Mountain Fruit Tree

LUO Peng

The negative pressure irrigation is a new water-saving irrigation technology whose emitter is buried underground.The study chooses the apple tree as the object to research and analyze soil moisture，irrigation growth rate and yield of apple bettwen the negative pressure irrigation type and the normal type.The experiment results show that soil moisture increased 13.7%～18.0%and water storage increased 394.0～473.1m3/hm2of 0～120 cm in the negative pressure type compared with the normal type；For the same irrigation cycle，the average delay of irrigation time is 11.8 days while the water use efficiency increased 11.9%.Compared with the normal type，the average growth of negative pressure in apple increased 0.024～0.064 cm/d，average fruit size increased 6.1%～6.4%，fruit weight increased 18.5%～21.6%，the yield increased 14.4%～29.6%.

negative pressure irrigation；normal irrigation；soil moisture；water use efficiency；yield.

S275.4

B

2017-04-21

2017-05-23

罗朋（1979-），女，2008年毕业于西北农林科技大学，工学硕士，工程师，主要从事节水、农业灌溉与农业水土环境研究。

山西省水利科研项目“山地果树微型集雨负压灌溉系统研究（201422）”；“汾河灌区农业面源污染的水肥优化调控技术研究（2015SHJ5）”。

1006-8139（2017）03-080-04