滴灌灌水均匀系数与灌水量对土壤水分分布及温室番茄产量的影响*

梁博惠, 牛文全, 郭丽丽, 王愉乐, 王京伟

滴灌灌水均匀系数与灌水量对土壤水分分布及温室番茄产量的影响*

梁博惠1,2, 牛文全2,3**, 郭丽丽2, 王愉乐4, 王京伟5

(1. 宁夏水利科学研究院 银川 750021; 2. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院 杨凌 712100; 3. 中国科学院水利部水土保持研究所 杨凌 712100; 4. 武汉大学水利水电学院 武汉 430072; 5. 山西财经大学资源环境学院 太原 030000)

为探索灌水均匀系数与灌水量对温室番茄产量和土壤水分变化的影响, 确定合理的滴灌灌水均匀系数, 本研究设置65%、75%和85% 3个灌水均匀度水平, 190 mm、220 mm和250 mm 3个灌水量水平, 测量番茄生育期内土壤含水率及番茄产量, 计算土壤含水率均匀系数和番茄灌溉水利用效率。结果表明, 当灌水均匀系数为65%~85%时, 土壤水分均匀系数均值(82.57%~93.76%)接近或高于设置的滴灌灌水均匀系数的最大值(85%)。滴灌灌水均匀系数对土壤含水率均匀系数影响权重最大, 灌水量、灌水均匀系数、土壤初始含水率均值3个影响因素与土壤含水率均匀系数均值之间呈线性关系(<0.05), 决定系数为0.918。当土壤初始含水率占田间持水量比重60%, 灌水量低于15 mm时, 灌水均匀系数与灌水量二者的交互作用与土壤含水率均匀系数为显著线性关系(<0.05), 其他情况下均无显著性关系。灌水量对产量为显著影响(<0.05), 灌水均匀系数及二者的交互作用对番茄产量无显著影响, 考虑产量及灌溉水分利用效率, 灌水量220 mm、灌水均匀系数75%组合为最优组合。因此在西北地区, 综合考虑经济性和系统的可靠性, 建议下调现行滴灌灌水均匀系数标准。

滴灌; 灌水均匀系数; 灌水量; 土壤含水率均匀系数; 番茄

滴灌属于局部灌溉, 是目前重要的水肥一体化技术措施[1]。灌水均匀系数是滴灌系统重要的性能指标之一, 中国GB/T50485—2009《微灌工程技术规范》中规定微灌系统灌水均匀系数(u)不能小于80%[2], 美国农业工程学会建议灌水均匀系数(u)值为70%~95%[3], 然而研究表明均匀系数由80%提高到90%, 系统投资会增加30%以上[4]。因此, 合理的灌水均匀系数是既保证作物正常生长, 又降低滴灌系统投资的重要因素。

很多学者通过模拟研究探究灌溉均匀系数的合理取值。陈渠昌等[5]通过建立滴灌工程造价与灌水均匀系数的关系, 提出了最优均匀系数确定方法; Wu等[6]提出了不同环境条件下滴灌灌水均匀系数的建议标准; Warrick等[7]通过模拟指出灌水量和土壤特性分布的均匀程度对作物产量都有影响。上述模拟研究中没有考虑水分在土壤中的再分布以及灌水前土壤初始含水率等因素, 而灌水后的土壤含水率均匀系数是评判灌水均匀的重要指标[8], 致使模拟结果与田间实际情况有差异, 因此需要进行田间试验进一步验证。田间试验关于均匀系数对产量影响的结果也不同。Montazar等[9]研究表明, 不同喷灌均匀系数(66%~78%)与灌水量条件下, 可以通过降低灌水量以及提高喷灌均匀系数增加苜宿()水分生产率; Wilde等[10]试验得出, 灌水均匀系数较低时棉花(spp.)产量较大; 但是李久生等[11]研究表明, 水分在土壤中的再分布会弥补灌水不均匀造成的影响, 滴灌系统中采用过高的均匀系数既对提高产量作用不明显, 还会造成工程造价过高; 张航[12]研究得出不同灌水均匀系数对春玉米()产量的影响未达显著水平, 华北平原半湿润地区现行灌水均匀系数80%可以适当下调; Bordovsky等[13]、李久生等[14-15]、Guan[16]等和王剑[17]通过田间试验认为, 滴灌系统灌水均匀度对土壤含水率均匀性及作物产量无显著影响。这也表明在不同灌水量影响下, 灌水均匀系数对于土壤水分分布及作物产量的影响程度还有待研究。

为探索灌水均匀系数与灌水量对温室番茄()产量和土壤水分变化的影响, 确定合理的滴灌灌水均匀系数, 本研究设置了不同灌溉均匀系数(65%~85%)和灌水量(190~250 mm)组合, 探究灌水量与灌水均匀度对土壤含水量分布均匀度与作物产量的影响, 并进一步探究是否可以通过提高土壤初始含水率而降低灌水均匀系数, 为西北地区温室番茄生产确定适宜灌水均匀度提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016年10月5日—2017年4月2日在陕西杨陵农业高新技术产业示范区大寨乡(108°02′E, 34°02′N)的日光温室内进行, 日光温室长190 m, 宽5.5 m。当地海拔510 m左右, 属于暖温带半湿润气候带, 年平均气温16 ℃左右, 年日照时数2 614 h, 全年无霜期210 d。降雨主要集中在6—10月, 年均降雨量为550~650 mm, 年蒸发量为1 400 mm。根据《中国土壤系统分类》温室内土壤质地为塿土, 其中砂砾(>0.02 mm)占25.4%, 粉粒(0.02~0.002 mm)占44.1%, 黏粒(<0.002 mm)占30.5%, 干容重为1.39 g×cm-3, 孔隙度为49.38%, 田间体积持水量为32.96%。

1.2 试验设计

供试番茄品种为‘美卡利亚’, 2016年10月1日定植, 2017年3月1日收获, 生育期5个月, 南北向种植, 总试验面积82.7 m×5.5 m。试验设置滴灌灌水均匀度、灌水量、土壤初始含水率3个控制因素, 滴灌灌水均匀度和灌水量设置3个水平, 土壤初始含水率为定期测定。

试验采用裂区试验法, 主处理(A区)为灌水量, 设总灌水量为190 mm(I1)、220 mm(I2)和250 mm(I3)3个水平, 不同生育期灌水量见表1; 副处理(B区)为滴灌灌水均匀系数65%(C1)、75%(C2)、85%(C3) 3个水平。共设置9个处理, 每个处理3个重复, 共27个小区。每个小区毛管布置方式相同, 均为“一管一行”模式, 每个小区3行作物, 3条滴灌毛管铺设在地表, 相邻小区之间用埋深1 m的建筑水膜(SBS)隔开, 以防止水分横向运移并方便观测。每个小区面积2.4 m×5.5 m, 株距39 cm, 行距80 cm, 每个小区共种植39株番茄。

滴灌灌水均匀系数的设定采用5种流量毛管, 滴头额定流量(工作水头为10 m时)分别为1.7 L×h-1、2.0 L×h-1、2.2 L×h-1、3.0 L×h-1和5.3 L×h-1(0.1 MPa), 滴头间距为30 cm。根据设定的灌水均匀系数, 利用Monte-Carlo[18]方法计算, 确定所需不同流量规格滴头的数量, 计算相应毛管长度, 用直通接头将不同规格毛管连接在一起。当毛管入口压力恒定时, 整条毛管不同滴头的流量不同, 整条毛管的灌水均匀系数与设定的滴灌灌水均匀系数相同。

表1 不同灌水量处理下番茄不同生育阶段的灌水量

将番茄生育阶段内每次灌溉前土壤含水率统称为土壤初始含水率, 滴灌带灌水均匀系数设置时用克里斯琴森均匀系数(u)[19]表示,u的计算公式为:

每个小区铺设毛管后, 对滴灌带的灌水均匀系数重复测量3次, 实测滴灌灌水均匀系数分别为61%、78%和87%, 与设计误差在5%之内。

为减小灌水量对土壤水分均匀度的影响, 在种植试验前期, 同一区域设置无作物对照试验, 采用低灌水量, 仅铺设滴灌带。试验采用裂区试验设计, 分为主处理(1区)和副处理(2区), 1区为灌水量处理, 灌水量为5 mm(Ia)、10 mm(Ib)和15 mm(Ic); 2区为灌溉均匀度设置, 设置同B区, 为65%(C1)、75%(C2)、85%(C3)3个水平。试验共9个处理, 每个处理3个重复, 共27个处理小区, 试验小区设置方式同上。

每个试验小区通过单独安装压力表、水表和阀门, 对各个处理的水头压力以及灌水量分别进行控制, 所有小区的管理统一进行。

1.3 测定指标

土壤含水率: 根据Burt[20]和Kang等[21]提出的方法, 沿滴管带进行线状取样, 土壤含水率采用Field TDR 200与土钻法测量, 沿每条滴灌带安装1根Trime管, 距离滴灌带水平距离10 cm。每个小区布置3个TDR测点, 同时增加土钻取样点, 每个小区取样点共15个。取样点布置图见图1。

1)番茄种植区土壤含水率取样点: 土钻取样位置及Trime管距离滴灌带10 cm, 测量土层深度分别为0~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm和50~60 cm。对于Field TDR测试的土壤含水量数据, 采用烘干法对数据进行校核, 数据误差为-2%~4.9%, 在5%的误差范围之内, 因此可以与烘干法测得的土壤含水率数据综合使用。每次在灌水前1 d用两种方法取样测量土壤初始含水率, 灌水后2 d采用两种方法进行取样测量灌水后土壤含水量, 每隔15 d定期采用Field TDR测量土壤含水量。

2)无番茄土壤区取样点: 全部采用烘干法计算土壤含水率, 沿每条滴灌带方向等间距80 cm取5个点, 深度为30 cm, 取样点距离滴灌带分别为10 cm、20 cm和30 cm, 取样方法与文献[22]相近, 共33个取样点, 在每次灌水前2 d测量各小区土壤含水率, 确定所有的小区土壤含水率基本一致, 在5%的误差范围之内后进行灌水处理, 灌水后2 d再次取样。

图1 试验小区滴灌带和采样点布置图

土壤含水率均匀系数用克里斯琴森均匀系数(uw)[19], 其计算方法为:

(2)

3)番茄产量: 试验期间, 所有小区番茄全部保留4穗果, 在成熟采摘期, 每个小区随机选取5株进行测量单果质量和体积, 根据实测的单株产量换算单位面积产量。

灌溉水分利用效率(WUE)计算公式为:

式中:WUE为灌溉水利用效率, kg∙m-3;为番茄产量, kg∙hm-2;为番茄灌水量, m3∙hm-2。

1.4 数据处理与分析

本试验原始数据的前期归纳总结采用Microsoft Excel 2007软件, 用SPSS 22.0 Duncan新复极差法对试验数据进行因素交互作用的检验、方差和显著性检验分析, 用Origin 9.0、Excel软件绘图。

采用通径分析的方法定量分析灌水量、灌水均匀系数和初始土壤含水率对土壤含水率均匀系数的影响。用显著性分析法确定3个影响因素对土壤含水率均匀系数的影响是否显著。

2 结果与分析

2.1 作物全生育期土壤水分变化

2.1.1 灌水量及灌水均匀系数对土壤含水率及土壤含水率均匀系数的影响

图2为番茄生育期内沿滴灌带水平方向的土层剖面0~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm和50~60 cm深度的土壤含水率均值分布等值线图。从图2可知, 随着灌水量的增加土壤含水率显著增加, 如当灌水均匀度为65%(C1)时, 土壤含水率处理C1I3>C1I2>C1I1; 当灌水量一致时, 土壤含水率为C1

从表2看出, 番茄生育期内的土壤含水率均匀系数均值为82.57%~93.76%, 接近或高于所设定的最高灌水均匀系数85%。随着灌水量的增加, 土壤含水率均匀系数逐渐增加, 随着土层深度的增加, 土壤含水率均匀系数也逐渐增加, 且高均匀度C3处理的土壤含水率均匀度均值高于低均匀度处理。方差分析结果显示, 灌水量对土壤含水率均匀系数有一定的影响, 滴灌灌水均匀度及其与灌水量的交互作用对土壤含水率均匀系数的影响不显著。20~30 cm和50~60 cm土层, 灌水量对土壤含水率均匀系数产生显著(<0.05)和极显著(<0.01)影响。20~30 cm土层, 灌水均匀度对土壤含水率均匀系数产生了显著影响(<0.05); 对于其他土层, 灌水均匀度和灌水量对土壤含水率均匀系数均无显著影响。

图2 不同灌水均匀系数和灌水量下番茄全生育期土壤含水率均值分布等值线图

C1、C2和C3表示滴灌灌水均匀系数分别为65%、75%和85%; I1、I2和I3分别表示灌水量为190 mm、220 mm和250 mm。C1, C2 and C3 indicate irrigation uniformity coefficients of 65%, 75% and 85%. I1, I2 and I3 indicate irrigation amounts of 190 mm, 220 mm and 250 mm.

表2 灌水均匀系数和灌水量对番茄生育期内平均土壤含水率均匀系数的影响

C1、C2和C3表示滴灌灌水均匀系数分别为65%、75%和85%; I1、I2和I3分别表示灌水量为190 mm、220 mm和250 mm。NS表示不同处理在>0.05水平差异不显著, *和**分别表示不同处理在<0.05和<0.01水平上差异显著。C1, C2 and C3 indicate irrigation uniformity coefficients of 65%, 75% and 85%. I1, I2 and I3 indicate irrigation amounts of 190 mm, 220 mm and 250 mm. NS means no significant difference at 0.05 level among different treatments. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively, among different treatments.

2.1.2 通径分析

由表2方差分析结果可以看出, 灌水量、滴灌灌水均匀系数及二者交互作用对于土壤含水率均匀系数的影响未达显著水平。考虑到土壤初始水分含量的高低会影响土壤入渗能力而导致土壤含水率均匀系数发生改变, 因此分析整个生育期内各处理的灌水量(,1)、灌水均匀系数(u,2)、土壤初始含水率(0,3)均值对土壤含水率均匀系数均值(uw)的影响与影响权重, 进行多元线性回归分析与通径分析。

回归方程见公式(4), 决定系数²为0.918, 回归方程拟合程度很高,=18.613, 大于2.1, 说明该线性关系与通径分析具有统计学意义, 剩余因子=0.286 (2=0.918), 说明除以上3个因素外, 还有其他因素影响土壤含水率均匀系数, 如作物的根系交错作用等。

生育期内土壤含水率均匀系数均值的通径分析结果列于表3。其中从影响权重的大小(λ=r/r)看出,u对uw的影响权重最大,的影响权重次之,0的影响权重最小。说明在整个生育期内对土壤含水率均匀系数的影响因素中灌水均匀系数对其影响最大, 土壤初始含水率对其影响最小。

uw0.167u0.0010.0020(2=0.918) (4)

表3 番茄生育期内土壤含水率均匀系数均值与影响因素的通径分析结果

*表示在<0.05水平上影响显著。* means significant effect at 0.05 level.

2.2 不同影响因素与土壤含水率均匀度的关系

无作物土壤试验中设置灌水量为5~15 mm, 灌水前保证各个土层土壤初始含水率基本一致, 经测量, 0~20 cm深度土壤初始含水率占田间持水量比重为58.65%, 20~30 cm深度为60.44%。灌水2 d后, 对土壤含水量进行测量, 计算土壤含水率均匀系数并进行方差分析, 结果见表4。从方差分析结果中看出, 灌水量与灌水均匀系数二者交互作用在0~30 cm深度对土壤均匀系数的影响达显著(<0.05)与极显著(<0.01)水平。

表4 灌水均匀系数和灌水量对不同深度土壤含水率均匀系数影响的方差分析结果

NS表示无显著性差异, *和**分别表示在<0.05和<0.01水平上影响显著。NS means no significant effect at 0.05 level. * and ** mean significant effects at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

将灌水量与灌水均匀系数u对土壤含水率均匀系数均值uw的影响进行多元线性回归分析, 从回归方程分析结果得出, 以上因素之间为线性关系。

回归方程见公式(5), 决定系数²为0.518,= 2.377, 大于2.1, 说明该线性关系具有统计学意义的显著性。

uw0.105u0.003 10.773 (²0.518) (5)

试验在2016年12月22日番茄结果盛期进行灌水, 灌水量分别为30 mm、40 mm、50 mm, 此次灌水同一天完成, 同时灌水前2 d、1 d分别对土壤初始含水率进行测量, 确定3个主区同一土层深度土壤初始含水率稳定不变且基本一致, 测量后得出各处理土壤初始含水率均值占田间持水量比重为50.93%~65.59%, 灌水两天后测量并计算土壤含水率均匀系数, 方差分析见表5。

从表5中看出, 当各处理的土壤初始含水率相同时, 灌水量对土壤水分均匀系数的影响达极显著水平(20~50 cm土层)和显著水平(50~60 cm土层), 灌水均匀度及二者的交互作用对土壤含水率均匀系数的影响均没有达到显著水平(土层深度0~60 cm)。表5中30~50 cm土层的土壤初始含水率与土壤试验的土壤初始含水率58.65%~60.44%相近, 将两次方差分析结果进行比较, 结果显示当土壤初始含水率不变时, 减小灌水量, 灌水量对土壤水分均匀系数的影响水平由极显著降为不显著, 灌水均匀系数对土壤水分均匀系数的影响水平由显著降为不显著, 但是二者的交互作用对于土壤水分均匀系数的影响从不显著提升至极显著。

表5 不同土壤初始含水率下灌水均匀系数和灌水量对土壤含水率均匀系数影响的方差分析结果

FC%为占田间持水量比重。NS表示在>0.05水平上影响不显著, *和**分别表示在<0.05和<0.01水平上影响显著。FC% is the proportion of field moisture capacity. NS means no significant effect at 0.05 level. * and ** mean significant effects at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

综合得出, 当土壤初始含水率占田间持水量比重为60%时, 若灌水量低于15 mm, 灌水均匀系数与灌水量二者交互作用对土壤含水率均匀系数有显著性影响, 且为线性关系, 其他情况均无显著性关系。

2.3 滴灌灌水均匀系数与灌水量对番茄产量的影响

滴灌灌水均匀系数与灌水量会对土壤水分分布造成一定的影响, 从而对种植作物的产量及作物对灌溉水分的利用效率产生影响。表6表明, 番茄产量为74.63~87.39 t∙hm-2, 最大产量与最小产量相差12.76 t∙hm-2。灌水均匀系数相同, 产量随灌水量增加而增加, 灌溉水分利用效率随灌水量增加而降低, 最大值与最小值相差8.62 kg∙m-3。在不同灌水均匀系数条件下, 灌水量为I1、I2处理的产量最高为C2处理, 最低为C1处理, 但二者相差3.52~12.08 t∙hm-2, 差异较小。当灌水量增大至250 mm时, C1处理产量最大。灌溉水分利用效率为C1最高, C3最低。方差分析结果表明, 灌水均匀系数及灌水量与灌水均匀系数二者的交互作用均对产量无显著性影响, 灌水量对产量的影响达显著水平, 对灌溉水分利用效率有极显著影响, 灌水均匀系数和二者的交互作用对灌溉水分利用效率无显著性影响。综合考虑, 灌水量220 mm、灌水均匀系数75%的组合为最优组合。

3 讨论

本试验发现在温室番茄整个生育期内滴灌灌水均匀系数(65%~85%)、总灌水量(190~250 mm)及二者交互作用对于土壤含水率均匀系数的影响不显著。因为土壤水分会由于灌水而持续升高或下降, 土壤水分的运移在水分的转化与消耗过程中具有重要的作用[23], 并且还有作物根系吸收、交错等作用, 因此在作物的整个生育周期内, 灌水均匀系数对土壤水分的影响较小。这与李久生等[14]发现白菜()生育期内灌水均匀系数对土壤含水率的影响不显著结果一致。

灌溉水经灌溉系统进入土壤中, 土壤含水率均匀系数会受到土壤质地、土壤初始含水率、作物根系等因素影响, 而土壤初始含水率会通过改变湿润土壤的平均势梯度来影响土壤入渗能力[24], 从而影响土壤含水率均匀度。张博闻等[25]、吴忠东等[26]提出湿润锋推进随着初始含水率的增大而减小; Hawke等[27]和Liu等[28]提出降雨条件下, 土壤水分入渗能力随着初始含水率的增大而减小。张航等[29]在华北平原试验发现土壤初始含水率均匀系数对土壤含水率均匀系数的影响比较明显, 分别是滴灌灌水均匀系数和灌水量的1.9倍和5.5倍。本试验发现灌水量与灌水均匀系数对土壤含水率均匀系数的影响较大, 影响权重分别为0.64、0.72, 但土壤初始含水率对土壤含水率分布的影响较小(权重为0.039)。这可能是由于张航等[29]的试验地位于华北平原, 该地区属于半湿润地区, 自然降水量较高, 较多的降雨减轻了灌水均匀系数对土壤含水率均匀系数的影响; 而本试验在西北地区温室中进行, 无自然降水影响, 且土壤初始含水率较低, 因而土壤初始含水率均匀系数对土壤含水率均匀系数的影响更高。

表6 灌水均匀系数和灌水量对番茄产量及灌溉水分利用效率的影响

C1、C2和C3表示滴灌灌水均匀系数分别为65%、75%和85%; I1、I2和I3分别表示灌水量为190 mm、220 mm和250 mm。NS表示不同处理在>0.05水平上差异不显著, *和**分别表示不同处理在<0.05和<0.01水平上差异显著。C1, C2 and C3 indicate irrigation uniformity coefficients of 65%, 75% and 85%. I1, I2 and I3 indicate irrigation amounts of 190 mm, 220 mm and 250 mm. NS means no significant difference at 0.05 level among different treatments. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively, among different treatments.

本试验发现作物整个生育期内滴灌灌水均匀系数、灌水量及二者的交互作用对土壤含水率均匀系数的影响不显著。但为进一步探究是否当土壤初始含水率降低或者提高至某一范围内, 滴灌灌水均匀系数可能会对土壤含水率均匀系数产生显著影响, 减少灌水量对土壤水分分布产生的影响, 增加了无作物试验。番茄盛果期各主区的灌水量不同, 土壤初始含水率一致, 与无作物试验结果进行对比, 发现当土壤初始含水率占田间持水量比重为60%, 灌水量低于15 mm时, 灌水均匀系数与灌水量二者交互作用对土壤含水率均匀系数有显著性影响, 且为线性关系, 其他情况均无显著性关系。因此在连续灌溉种植过程且保证作物正常需水量条件下, 可以考虑通过多次少量灌溉, 提高每次灌水前的初始土壤含水率均匀系数, 从而适当降低设计滴灌灌水均匀系数而不影响土壤含水率均匀系数, 达到节水经济高产的效果。

从本试验结果可以看出, 虽然灌水量与灌水均匀系数及二者交互作用对于部分处理的土壤含水率均匀系数有显著影响, 但灌水均匀系数、灌均匀系数与灌水量交互作用对于番茄产量无显著影响, 这一结果与张航等[29]、关红杰等[30]、王剑[17]的研究一致。这进一步说明, 对于西北地区日光温室番茄的种植来说, 灌水均匀系数可以考虑降至75%, 甚至降低至65%。

综合对土壤含水率均匀系数以及作物产量的直接分析得出, 当前的滴灌灌水均匀系数的设定略高, 可以通过适当降低滴灌灌水均匀系数, 达到低成本、提高产值的双赢目标。但是本研究仅在西北地区的温室进行, 忽略了降雨等自然条件的影响, 因此在不同地区、不同种植方式下可以进一步进行探究。

4 结论

1)在灌水均匀系数不同情况下(65%~85%), 整个生育期内的土壤含水率均匀系数均值(82.57%~ 93.76%)接近或高于设置最高的滴灌灌水均匀系数(85%), 滴灌灌水均匀系数对土壤含水率均匀系数影响权重最大, 灌水均匀系数、灌水量、土壤初始含水率均值3个影响因素与土壤含水率均匀系数均值之间为线性关系(<0.05), 决定系数为0.918。

2)当土壤初始含水率占田间持水量比重约为60%, 灌水量低于15 mm时, 灌水均匀系数与灌水量二者交互作用与土壤含水率均匀系数为显著线性关系(<0.05), 其他情况下, 均无显著性关系。因此可以多次少量灌溉, 提高每次灌水前的初始土壤含水率均匀系数, 从而适当降低设计滴灌灌水均匀系数而不影响土壤含水率均匀系数。

3)不同灌水量对番茄产量有显著影响, 不同的灌水均匀系数及二者交互作用对番茄产量无显著影响。因此可以选择灌水量220 mm、灌水均匀系数75%的组合达到低成本高产值的目标。

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Effects of drip irrigation uniformity and amount on soil moisture and tomato yield in solar greenhouse*

LIANG Bohui1,2, NIU Wenquan2,3**, GUO Lili2, WANG Yule4, Wang Jingwei5

(1. Ningxia Institute of Water Resources Research, Yinchuan 750021, China; 2. College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 3. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources of the People’s Republic of China, Yangling 712100, China; 4. School of Water Resource and Hydropower Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 5. College of Resources and Environment, Shanxi University of Finance and Economics, Taiyuan 030000, China)

Drip irrigation is an important factor associated with the water and fertilizer integration technology. The uniformity of drip irrigation is an important performance index to measure its quality. Therefore, choosing the appropriate drip uniformity can achieve the dual targets of cost effectiveness as well as high crop yield. A field experiment was carried out from October 2016 to April 2017 in the Yangling Agricultural Hi-tech Industries Demonstration Zone, Shaanxi Province, China. Experimental treatments applied in the split plot design included: three irrigation quantities in Zone A (190 mm, 220 mm, and 250 mm), and three drip irrigation uniformities in Zone B (65%, 75%, and 85%). In the early stages of planting test, no crop experiment was set up in the same area with only the drip irrigation belt laid, and the experimental treatments were also applied in a split plot divided into main treatment (Zone 1) and sub-treatment (Zone 2). The Zone 1 was treated with three irrigation quantities — 5 mm, 10 mm, and 15 mm; and in Zone 2, the same there drip irrigation uniformities to Zone B were set. The results showed that when the irrigation uniformity was between 65% and 85%, the mean soil moisture uniformity during entire growth period was higher than the highest drip irrigation uniformity (85%) approximately. The influence of drip irrigation uniformity on the uniformity coefficient of soil moisture was enormous. There was a significantly linear relationship (< 0.05) with determination coefficient of 0.918 between the mean soil moisture uniformity and the three factors i.e., irrigation quantity, irrigation uniformity, and initial soil water content. When the initial soil moisture was approximately 60% of the field capacity, and the irrigation amount was less than 15 mm, the interaction between the drip irrigation uniformity and the irrigation amount was linear (< 0.05) and significantly related to the soil moisture uniformity. In other cases, there was no significant association. The irrigation amount had significant effect on tomoto, the irrigation uniformity and their interaction had no significant effect on tomato yield. Taking into account the yield and use efficiency of irrigation, the combination of irrigation amount of 220 mm and drip irrigation uniformity of 75% was the optimal one. Considering the economics and reliability of the system, the method involving small amount of multiple irrigation should be chosen. This was also suggested for the reduction in the standard of drip irrigation uniformity in the Northwest China.

Drip irrigation; Drip uniformity coefficient; Irrigation amount; Soil moisture uniformity coefficient; Tomato

S275.6

10.13930/j.cnki.cjea.190543

* 宁夏旱作节水高效农业工程技术研究中心人才奖励资金项目资助

牛文全, 主要从事灌溉节水理论与节水技术研究。E-mail: nwq@nwsuaf.edu.cn

梁博惠, 主要从事灌溉理论与节水新技术研究。E-mail: liangbh229@163.com

2019-07-18

2019-10-28

* The study was supported by the Talent Reward Fund of Ningxia Dry Farming and Water Saving and High Efficiency Agricultural Engineering Technology Research Center.

, E-mail: nwq@nwsuaf.edu.cn

Jul. 18, 2019;

Oct. 28, 2019

梁博惠, 牛文全, 郭丽丽, 王愉乐, 王京伟. 滴灌灌水均匀系数与灌水量对土壤水分分布及温室番茄产量的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(2): 286-295

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