王銀花，申麗霞，梁 鵬，陳建琦，李錦濤

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

0 引 言

調(diào)查顯示，目前我國(guó)水資源僅占世界總量的6%，其中農(nóng)業(yè)是我國(guó)用水量最多的產(chǎn)業(yè)，占全國(guó)總用水量的70%以上，水資源緊缺嚴(yán)重制約了我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，迫使我國(guó)發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)[1]。微潤(rùn)灌溉技術(shù)是眾多節(jié)水灌溉技術(shù)中的一種，微潤(rùn)灌溉技術(shù)于2011年被深圳微潤(rùn)公司提出，該技術(shù)主要采用微潤(rùn)管地埋的方式，微潤(rùn)管的主要組成部分是半透膜，具有雙層結(jié)構(gòu)，管壁上分布著數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微孔[2,3]。當(dāng)灌溉系統(tǒng)開(kāi)始供水時(shí)，微潤(rùn)管內(nèi)充滿水，水分通過(guò)微孔向外呈發(fā)汗?fàn)畛掷m(xù)供水，起到持續(xù)灌溉作用[4-6]。由康紹忠[7-10]等研究提出的控制性分根交替灌溉，是在灌溉過(guò)程中, 使土壤垂直剖面或水平面的某個(gè)區(qū)域保持干燥,僅讓另一部分區(qū)域灌水濕潤(rùn),使不同區(qū)域的根系交替經(jīng)受一定程度的水分脅迫鍛煉。張強(qiáng)[11]指出，分根交替灌溉有利于植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，顯著降低蒸騰，能夠達(dá)到不犧牲光合產(chǎn)物積累和產(chǎn)量而大幅度提高作物水分利用效率的目的；尹玉娟[2]等研究表明：根系分區(qū)交替灌溉既可以減少課間無(wú)效蒸發(fā)和作物蒸騰，還可以防止土壤板結(jié)，并提高作物產(chǎn)量。

目前已有眾多學(xué)者對(duì)微潤(rùn)灌溉條件下各因素對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響進(jìn)行研究，研究?jī)?nèi)容主要集中在埋深、間距及壓力水頭[12-20]等因素，為了對(duì)微潤(rùn)灌溉有更深入的了解，本試驗(yàn)對(duì)交替灌溉周期做進(jìn)一步的研究，以大葉茼蒿為研究對(duì)象，設(shè)置不同的交替灌溉周期并設(shè)置普通灌溉作為對(duì)照，以期為微潤(rùn)灌溉技術(shù)的完善提供有力支持，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

本試驗(yàn)于2017年8月11日至9月19日在山西省太原理工大學(xué)溫室大棚中進(jìn)行。試驗(yàn)過(guò)程中大棚日平均氣溫為13.6 ℃，白天日光充足，晝夜溫差較大。作物種植于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%。試驗(yàn)選取大葉茼蒿作為供試品種，成熟期約為35～50 d，在作物整個(gè)生長(zhǎng)周期各處理均無(wú)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(mén)等。試驗(yàn)過(guò)程中保持高位水箱出水口水壓穩(wěn)定，灌溉水為城市自來(lái)水，并加裝過(guò)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(左管和右管)如圖1(b)微潤(rùn)管埋深為20 cm，間距為30 cm。每個(gè)種植箱種植3行作物，定植株距為15 cm。A處理為1 m壓力水頭6 d交替灌溉周期，B處理為1 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。

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

為了提高土壤含水率以保證出苗率，8月11日至8月25日A、B處理雙管同時(shí)打開(kāi)，8月26日起，先打開(kāi)左管，右管關(guān)閉，A處理6 d后交換，B處理12 d后交換。

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(kāi)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?。磺o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 植株鮮重及灌溉水分生產(chǎn)率

植株鮮重用電子秤測(cè)量，在每個(gè)處理每行選擇3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的進(jìn)行稱(chēng)重，并取平均值。進(jìn)行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，并計(jì)算灌溉水分生產(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顯示了不同處理下a、b、c 3個(gè)區(qū)域的土壤含水率變化趨勢(shì)。由圖2可知初次測(cè)量時(shí)，各處理各區(qū)的土壤含水率相近，在植株整個(gè)生長(zhǎng)周期過(guò)程中，C處理的a、b、c 3區(qū)的土壤含水率先呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，后保持在比較平穩(wěn)的水平?？傮w而言，微潤(rùn)灌溉處理下兩組處理的土壤含水率高于普通處理下的土壤含水率。

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

定植15后，A、B兩個(gè)處理開(kāi)左管時(shí)，對(duì)應(yīng)a區(qū)的土壤含水率要比b、c區(qū)高；開(kāi)右管時(shí)，對(duì)應(yīng)c區(qū)的土壤含水率上升。a、c兩區(qū)的土壤含水率受對(duì)應(yīng)微潤(rùn)管開(kāi)閉影響，呈現(xiàn)周期性的上下波動(dòng)，定植前期波動(dòng)幅度較大后期較小，究其原因大葉茼蒿生長(zhǎng)后期，植株生長(zhǎng)所需水分越來(lái)越多，蒸騰作用也越來(lái)越明顯，因此土壤含水率逐漸下降，即使相應(yīng)區(qū)域有微潤(rùn)管進(jìn)行灌水，水分除去土壤表面蒸發(fā)，大部分用來(lái)滿足植物生長(zhǎng)所需，故土壤含水率不會(huì)有明顯的上升趨勢(shì)；b區(qū)中，3組處理的土壤含水率均呈現(xiàn)平穩(wěn)緩慢的下降趨勢(shì)，其中平均土壤含水率為B處理>A處理>C處理。

從總灌水量來(lái)看，C處理的總灌水量為78 L，A處理和B處理均為50.2 L，兩組微潤(rùn)灌溉處理的灌水量比普通灌溉組少35.6%，但土壤含水率較普通灌溉組高，大葉茼蒿的長(zhǎng)勢(shì)也較好，說(shuō)明交替微潤(rùn)灌溉不僅在節(jié)水方面有明顯優(yōu)勢(shì)，還更有利于植物生長(zhǎng)。

2.2 株 高

圖3顯示了不同處理下a、b、c 3個(gè)區(qū)域的植株株高變化趨勢(shì)。由圖3可知，第一次測(cè)量時(shí)，3組處理的各區(qū)株高沒(méi)有明顯差異，定植21～39 d期間，a、b、c 3區(qū)植株平均株高均為B處理>A處理>C處理。結(jié)合圖2可知，21～39 d中，C處理的土壤含水率呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)，試驗(yàn)大棚中土壤蒸發(fā)量較穩(wěn)定，隨著植株的生長(zhǎng)蒸騰作用在增加，可用于植株生長(zhǎng)利用的水分越來(lái)越少，不能滿足植株生長(zhǎng)需要，因此，在普通灌溉的情況下，植株株高生長(zhǎng)較微潤(rùn)灌溉處理組緩慢。B處理的a、b、c 3區(qū)的平均株高均大于A處理，由圖2可知b區(qū)中B處理的土壤含水率略高于A處理，研究表明，在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)提高土壤含水率有利于植株生長(zhǎng)；a、c區(qū)中A處理的平均土壤含水率高于B處理，但由于微潤(rùn)管周邊土壤含水率過(guò)高，而大葉茼蒿屬于喜干性植物，土壤含水率過(guò)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，所以B處理更有利于大葉茼蒿生長(zhǎng)。

就各處理株高而言，微潤(rùn)灌溉處理組明顯高于普通灌溉組，對(duì)比兩組不同的交替灌溉周期，交替周期為12 d更有利于大葉茼蒿的生長(zhǎng)。

圖3 各區(qū)植株平均株高變化圖Fig.3 The change of average stem length of three area of every process with time

2.3 莖 粗

圖4顯示了不同處理單株平均莖粗的變化趨勢(shì)，由圖4可以看出，不同處理的莖粗隨定植時(shí)間推移呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，在0～15 d，各個(gè)處理的平均莖粗基本相同，定植15～21 d，植株莖粗生長(zhǎng)緩慢，21～39 d，3組處理的平均莖粗均呈現(xiàn)直線上升趨勢(shì)。在整個(gè)生長(zhǎng)周期中各處理的平均莖粗為B處理>A處理>C處理，由于B處理的土壤含水率適宜，植株生長(zhǎng)情況較好，因此植株莖粗大于其他兩組處理。

最終，A、B、C處理平均莖粗分別為2.62、2.84、2.03 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)比兩組不同交替周期的微潤(rùn)灌溉組，交替周期為12 d的處理更有利于大葉茼蒿莖粗增長(zhǎng)。

圖4 單株平均莖粗的變化Fig.4 The average stem diameter of individual plant

2.4 植株鮮重

圖5顯示了不同處理單株平均鮮重的變化趨勢(shì)，由圖5可以看出，不同處理的植株鮮重隨時(shí)間推移呈遞增趨勢(shì)，在0～21 d，3組處理的單株平均鮮重沒(méi)有明顯差異，隨著植株生長(zhǎng)，A、B處理的植株鮮重明顯高于普通灌溉組，在種植33 d后，兩組微潤(rùn)灌溉處理的植株鮮重仍呈現(xiàn)直線生長(zhǎng)趨勢(shì)時(shí)，C處理呈現(xiàn)緩慢平穩(wěn)上升趨勢(shì)，與其他兩組處理單株平均鮮重的差值越來(lái)越大。就各處理的植株鮮重而言，與株高、莖粗類(lèi)似，微潤(rùn)灌溉處理組的單株平均鮮重明顯高于普通灌溉組，且在12 d交替周期下植株生長(zhǎng)發(fā)育更好。

圖5 單株平均鮮重的變化Fig.5 Changes in the average fresh weight per plant

2.5 產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率

表1顯示了不同處理平均總產(chǎn)量的值，A、B、C 3組處理的最終產(chǎn)量分別為236.4、357.65、140.28 g，由此可知，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1.69倍和2.55倍，B處理的產(chǎn)量高于A處理的產(chǎn)量。由此可知相比較普通灌溉，交替微潤(rùn)灌溉在提高產(chǎn)量方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，且交替周期為12 d時(shí)，在提高產(chǎn)量方面更優(yōu)。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)率不同，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2.62倍和3.96倍，明顯高于C處理，B處理的灌溉水分生產(chǎn)率高于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) 論

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果與分析，得出如下結(jié)論。

(1)微潤(rùn)灌溉處理組3區(qū)的土壤含水率均高于普通灌溉組，但其總灌水量低于普通灌溉組，說(shuō)明微潤(rùn)灌溉在節(jié)水方面有明顯優(yōu)勢(shì)。

(2)就本試驗(yàn)大葉茼蒿而言在適宜范圍內(nèi)提高土壤含水率有利于植株生長(zhǎng)發(fā)育，但土壤含水率與產(chǎn)量及植株生長(zhǎng)情況不成正比。

(3)不同處理下的植株株高、莖粗及植株鮮重隨定植時(shí)間推移均呈遞增趨勢(shì)，微潤(rùn)灌溉處理組的植株生長(zhǎng)情況、產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率均高于普通灌溉處理組，說(shuō)明微潤(rùn)灌溉在提高產(chǎn)量和灌溉水分生產(chǎn)率上有明顯優(yōu)勢(shì)。

(4)就本試驗(yàn)大葉茼蒿而言在同一壓力水頭下，12 d的交替灌溉周期更有利于大葉茼蒿生長(zhǎng)，此時(shí)的產(chǎn)量最高。