王銀花，申麗霞，梁 鵬，陳建琦

(太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024)

0 引 言

鑒于我國(guó)目前農(nóng)業(yè)缺水現(xiàn)狀，深圳微潤(rùn)公司于2011年提出了一種微潤(rùn)灌溉技術(shù)。微潤(rùn)灌溉是通過微潤(rùn)管地埋的方式，利用半透膜軟管的膜內(nèi)外水勢(shì)差作為驅(qū)動(dòng)力，將灌溉水以發(fā)汗?fàn)钚问捷斔偷阶魑锔祬^(qū)，達(dá)到慢速、長(zhǎng)久潤(rùn)土的效果，有利于作物根部持續(xù)保持相同的土壤水分狀態(tài)，滿足作物需水要求，在作物整個(gè)生長(zhǎng)周期起到持續(xù)灌溉的作用[1,2]。在節(jié)水灌溉的前提下，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了不同灌溉技術(shù)的研究，根系分區(qū)交替灌溉是其中的一種。研究指出[2-4]根系分區(qū)交替灌溉，是使作物根系的一部分和另一部分交替處在較干燥和較濕潤(rùn)的土壤中，使不同區(qū)域部位的根系交替經(jīng)受一定程度的干旱鍛煉，有利于作物生長(zhǎng)；當(dāng)土壤初始含水率及土壤質(zhì)地一定時(shí)，入滲水頭是影響微潤(rùn)灌入滲量的主要因素，適宜壓力水頭在0～250 cm[1]。

目前已有眾多學(xué)者對(duì)微潤(rùn)灌溉條件下管帶埋深和鋪設(shè)間距對(duì)各種蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響進(jìn)行了大量研究[5-7]，而在壓力水頭方面的研究主要集中在室內(nèi)模擬[8,9]，為了對(duì)微潤(rùn)灌溉技術(shù)有更進(jìn)一步的研究，不斷完善微潤(rùn)灌溉理論，本試驗(yàn)以大葉茼蒿為研究對(duì)象，將微潤(rùn)灌溉技術(shù)與大棚種植技術(shù)相結(jié)合，探究其在不同壓力水頭處理下植株的生長(zhǎng)情況，并設(shè)置普通灌溉為對(duì)照試驗(yàn)，為該技術(shù)日后的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地區(qū)位于山西省太原理工大學(xué)校園內(nèi)，屬于典型的溫帶性大陸氣候，四季分明，晝夜溫差較大，日光充足。本試驗(yàn)從2017年8月11日至9月19日在溫室大棚中進(jìn)行。種植于90 cm×45 cm×40 cm(長(zhǎng)×寬×高)PVC材質(zhì)的箱子，種植土壤取自山西省太原市尖草坪區(qū)芮城村，土壤初始含水率為27.99%，作物整個(gè)生長(zhǎng)周期各處理均無做施肥處理。試驗(yàn)設(shè)備主要有高位水箱、種植箱、PE輸水管、微潤(rùn)管和閥門等。試驗(yàn)過程中保持高位水箱出水口水壓穩(wěn)定，灌溉水為城市自來水，并加裝過濾裝置以避免堵塞。

1.2 試驗(yàn)處理

本試驗(yàn)共設(shè)置了A～C 3組處理，每種試驗(yàn)處理重復(fù)試驗(yàn)3次，一共設(shè)置9個(gè)種植箱。A、B處理均為雙管布置如圖1(b)微潤(rùn)管埋深為20 cm，兩管之間的間距為30 cm，每個(gè)種植箱種植兩行，其中每行苗距離箱邊7.5 cm，苗距為30 cm。A處理為1 m壓力水頭12 d交替灌溉周期，B處理為1.5 m壓力水頭12 d交替灌溉周期，C處理為普通對(duì)照，根據(jù)之前學(xué)者種植經(jīng)驗(yàn)[3]每天8∶00和17∶00分別澆水1次，每次灌溉量為1 L。播種后為了保證出苗率，前期各處理均雙管全開，定植15 d時(shí)開始測(cè)量各指標(biāo)，同時(shí)關(guān)閉右管僅開左管，12 d后交換。

圖1 試驗(yàn)裝置圖Fig.1 The figures of experiment installing

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤含水率測(cè)定

土壤含水率測(cè)定采用烘干法，每6 d測(cè)定一次。在a、b、c 3個(gè)分區(qū)分別取3個(gè)土樣，取土深度為20 cm，用電子秤測(cè)出土樣的濕重和干重，計(jì)算出每個(gè)區(qū)域的土壤含水率并求取平均值。計(jì)算公式為：土壤含水率=(土壤濕重-土壤干重)/土壤干重×100%。

1.3.2 大葉茼蒿生長(zhǎng)狀況

定植15 d后開始測(cè)定大葉茼蒿生長(zhǎng)狀況，每隔6 d測(cè)定一次株高、莖粗等指標(biāo)，在每個(gè)處理的每行作物中隨機(jī)選取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的大葉茼蒿進(jìn)行測(cè)量，并取平均值。株高測(cè)定用精度為0.01的米尺從大葉茼蒿根部以上部分進(jìn)行量??；莖粗測(cè)量選用0.01 cm的電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量。

1.3.3 產(chǎn)量及水分利用效率

9月19日，收取作物，進(jìn)行最后一次測(cè)量結(jié)束實(shí)驗(yàn)，用電子秤測(cè)定每筐產(chǎn)量。水分利用效率測(cè)量的是灌溉水分生產(chǎn)率，計(jì)算公式為灌溉水分生產(chǎn)率=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量÷灌溉量。

最終的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel制圖與分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 土壤含水率

圖2顯示了各處理不同時(shí)期的土壤含水率的變化趨勢(shì)，由圖2可知，初次測(cè)量時(shí)各處理的土壤含水率沒有明顯差異，定植15～27 d期間，由于微潤(rùn)灌溉處理均開左管，故左管對(duì)應(yīng)的a區(qū)域的土壤含水率呈遞增趨勢(shì)，c區(qū)域的土壤含水率先呈現(xiàn)下降趨勢(shì)后保持平穩(wěn)。27 d時(shí)關(guān)閉左管打開右管，27～39 d期間，由于定植后期作物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)迅速需水量增加，a區(qū)域灌溉水量少，土壤含水率呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)；c區(qū)域雖有灌溉水補(bǔ)充，但土壤水分除表面蒸發(fā)外大部分用于作物生長(zhǎng)所需，所以土壤含水率沒有呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。在作物的整個(gè)生長(zhǎng)周期過程中，各區(qū)各處理的土壤含水率為B處理>A處理>C處理。

圖2 各區(qū)土壤含水率變化圖Fig.2 The change of soil water content of three area of every process with time

2.2 株 高

圖3顯示了各處理不同時(shí)期的作物株高的變化趨勢(shì)，由圖2可知，作物株高隨著時(shí)間推移單調(diào)遞增，定植前期和后期增長(zhǎng)較平緩，定植21～33 d植株生長(zhǎng)迅速，33～39 d植株生長(zhǎng)平穩(wěn)且緩慢，整個(gè)生長(zhǎng)曲線呈“S”型曲線。整個(gè)生長(zhǎng)周期中3組處理的各區(qū)域植株株高為A處理>B處理>C處理，因此，在普通灌溉條件下，大葉茼蒿的生長(zhǎng)較微潤(rùn)灌溉處理緩慢。

圖3 平均株高的變化Fig.3 The average plant height changes

對(duì)比A處理和B處理可知相同交替灌溉周期下，1 m壓力水頭更有利于大葉茼蒿生長(zhǎng)，究其原因，結(jié)合圖2可知，B處理各區(qū)的土壤含水率均高于A處理，大葉茼蒿是喜干性作物，土壤含水率過高會(huì)影響其正常生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起病害發(fā)生。已有研究表明在一定范圍內(nèi)微潤(rùn)管出水量隨壓力水頭增大而增大，故1.5 m壓力水頭下微潤(rùn)管出水量會(huì)明顯多余1 m壓力水頭，出水量過多導(dǎo)致土壤濕度大，不利于大葉茼蒿生長(zhǎng)。灌水結(jié)束時(shí)，由圖3可知微潤(rùn)灌溉處理組植株株高明顯高于普通灌溉處理組，對(duì)比兩組不同壓力水頭處理的微潤(rùn)灌溉組，壓力水頭為1 m的微潤(rùn)灌溉更有利于大葉茼蒿的生長(zhǎng)。

2.3 根 長(zhǎng)

圖4顯示了各處理不同時(shí)期的作物根長(zhǎng)的變化趨勢(shì)，由圖4可知，植株的整個(gè)生長(zhǎng)周期3組處理的植株平均根長(zhǎng)為A處理>B處理>C處理，結(jié)合圖2分析，第一次測(cè)量時(shí)，與株高情況不同，A、B、C 3組處理的根長(zhǎng)沒有明顯差異，定植15 d后，A處理的根長(zhǎng)明顯高于其他兩組處理，而B、C兩組處理從定植后15～27 d一直沒有明顯差異。由圖可知植株地下部分的生長(zhǎng)趨勢(shì)與地上部分相同。根部作為植株重要的吸水部位，定植后期，C處理的根長(zhǎng)明顯低于其他兩組，當(dāng)作物需水量增加時(shí)，普通灌溉處理除蒸發(fā)量大以外，作物根系也不能夠充分吸水，來滿足植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的需要，故普通灌溉組作物長(zhǎng)勢(shì)較兩組微潤(rùn)灌溉組弱。

圖4 平均根長(zhǎng)的變化Fig.4 The change of average root length

對(duì)比A處理和B處理可知相同交替灌溉周期下，1 m壓力水頭比1.5 m壓力水頭更有利于大葉茼蒿的根部發(fā)育。灌水結(jié)束時(shí)，A、B、C處理平均株高分別為10.02、9.1、7.8 cm，可知微潤(rùn)灌溉處理組作物根長(zhǎng)明顯高于普通灌溉處理組，對(duì)比兩組不同壓力水頭處理的微潤(rùn)灌溉組，壓力水頭為1 m的微潤(rùn)灌溉更有利于大葉茼蒿根部發(fā)育。

2.4 莖 粗

圖5顯示了各處理不同時(shí)期的作物莖粗的變化趨勢(shì)，由圖5可知，壓力水頭對(duì)植株莖粗的影響基本與株高、根長(zhǎng)類似，隨著定植天數(shù)增長(zhǎng)，植株莖粗也呈現(xiàn)“S”型增長(zhǎng)趨勢(shì)，定植前期和后期作物莖粗增長(zhǎng)平緩，中期增長(zhǎng)迅速。植株的整個(gè)生長(zhǎng)周期3組處理的植株平均莖粗為A處理>B處理>C處理，定植前期B、C處理的莖粗沒有明顯差異，定植15 d后，B處理的莖粗迅速增長(zhǎng)，C處理的莖粗一直呈現(xiàn)平穩(wěn)緩慢的增長(zhǎng)趨勢(shì)。定植后33～39 d與株高和根長(zhǎng)的緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)不同，3組處理的莖粗近乎沒有增長(zhǎng)。

圖5 平均莖粗的變化Fig.5 Change in average stem diameter

灌水結(jié)束時(shí)，A、B、C處理平均莖粗分別為3.39、2.83、2.02 mm，可知微潤(rùn)灌溉處理組植株莖粗明顯高于普通灌溉處理組，對(duì)比兩組不同壓力水頭處理的微潤(rùn)灌溉組，壓力水頭為1 m的微潤(rùn)灌溉更有利于大葉茼蒿莖粗增長(zhǎng)。

2.5 產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率

圖6顯示了不同處理平均總產(chǎn)量的值，對(duì)比各個(gè)處理的產(chǎn)量，微潤(rùn)灌溉處理組的產(chǎn)量明顯高于普通灌溉組處理，其產(chǎn)量分別是普通灌溉的4.92倍和4.15倍，A處理的產(chǎn)量高于B處理的產(chǎn)量，說明相比較普通灌溉，交替微潤(rùn)灌溉在提高產(chǎn)量方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，且壓力水頭為1 m時(shí)，在提高產(chǎn)量方面更優(yōu)。

圖6 平均總產(chǎn)量對(duì)比圖Fig.6 Average output comparison chart

表1為不同微潤(rùn)灌溉處理和普通灌溉處理下的灌溉水分生產(chǎn)率，C處理的灌溉水分生產(chǎn)率1.8 g/L，A處理和B處理的灌溉水分生產(chǎn)率分別為C處理的3.5倍和2.4倍，明顯高于C處理，B處理的灌溉水分生產(chǎn)率低于A處理。

表1 不同處理灌溉水分生產(chǎn)率Tab.1 The water use of efficency of every process

3 結(jié) 語

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果與分析，得出如下結(jié)論。

(1)交替微潤(rùn)灌溉組的灌水量明顯低于普通灌溉組的灌水量，體現(xiàn)了微潤(rùn)灌溉在節(jié)水方面的優(yōu)勢(shì)。

(2)壓力水頭對(duì)大葉茼蒿的植株生長(zhǎng)狀況及產(chǎn)量有明顯影響，在植株生長(zhǎng)過程中，株高、根長(zhǎng)以及莖粗呈現(xiàn)指數(shù)型增長(zhǎng)，微潤(rùn)灌溉處理組的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)較普通灌溉組明顯，1 m壓力水頭處理下的大葉茼蒿生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)比1.5 m壓力水頭好，故選擇適當(dāng)?shù)膲毫λ^有利于作物生長(zhǎng)，為以后的推廣應(yīng)用提供理論參考。

(3)從最終的產(chǎn)量上來看，微潤(rùn)灌溉組的產(chǎn)量明顯優(yōu)于普通灌溉組，相同的交替灌溉周期下，壓力水頭為1 m的處理的產(chǎn)量要高于1.5 m壓力水頭；從灌溉水分生產(chǎn)率來看，微潤(rùn)灌溉組的灌溉水分生長(zhǎng)率明顯提高，壓力水頭為1 m的處理的灌溉水分生產(chǎn)率最高。

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