梁 鵬，申麗霞，王銀花，陳建琦，劉澤宇

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

0 引 言

我國(guó)水資源比較匱乏，節(jié)水灌溉技術(shù)成為日益發(fā)展的趨勢(shì)。深圳微潤(rùn)灌溉技術(shù)有限公司于2011年提出了新型的節(jié)水灌溉技術(shù)——微潤(rùn)灌溉。該技術(shù)利用半透膜原理，通過(guò)一定的壓力水頭起持續(xù)灌溉作用[1]。微潤(rùn)管主要成分是半透膜，管壁上遍布微孔，當(dāng)開(kāi)始供水時(shí)，水分呈發(fā)汗?fàn)畛掷m(xù)供水，使周?chē)寥朗冀K保持濕潤(rùn)狀態(tài)[2]。由康紹忠[3]等研究提出的控制性分根交替灌溉，是指在灌溉過(guò)程中使土壤中作物根系一部分區(qū)域保持濕潤(rùn)，另一部分區(qū)域保持干燥，通過(guò)交替灌水的方式使作物根系經(jīng)受一定程度的水分脅迫鍛煉[4]。

在微潤(rùn)灌溉條件下，眾多學(xué)者主要在不同的管帶埋深、周期、間距以及壓力水頭等方面對(duì)不同蔬菜做了大量研究，并分析了對(duì)蔬菜生長(zhǎng)以及產(chǎn)量的影響[5-13]。本試驗(yàn)主要探究同周期和壓力水頭下，微潤(rùn)灌溉對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，為此技術(shù)日后推廣應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行于太原理工大學(xué)日光溫室大棚內(nèi)，北緯37°44′～37°55′，東經(jīng)112°21′～112°31′，屬于北溫帶大陸性氣候。該地區(qū)四季特征明顯，日照充足，晝夜溫差比較明顯，雨季多集中于7—9月，霜凍期為10月中旬至次年4月中旬。辣椒種植日期從2017年3月19日至6月26日，選取90 cm × 45 cm × 40 cm(長(zhǎng)×寬×高)PVC材質(zhì)的箱子用于本實(shí)驗(yàn)辣椒的種植，土壤初始含水率為30.23 %，種植土體質(zhì)量為0.70 g/cm3。試驗(yàn)期間，高位水箱出水口水壓保持均衡穩(wěn)定，由于灌溉水中有泥沙顆粒，微潤(rùn)管容易發(fā)生堵塞，故增加過(guò)濾裝置。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)一共設(shè)置編號(hào)為A～D 4組不同處理，每組試驗(yàn)處理重復(fù)3次，每箱種植辣椒三行。A～C處理采用雙管布設(shè)(如圖1)，設(shè)定微潤(rùn)管埋深為15 cm，間距為30 cm，高位水箱的壓力水頭均為1 m，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，始終開(kāi)啟高位水箱閥門(mén)，D處理為普通灌溉作為對(duì)照試驗(yàn)。高位水箱出水口處通過(guò)輸水管在每個(gè)種植箱中連接L、R兩根微潤(rùn)管。其中A處理的作物種植于距邊框22.5 cm處，選取b區(qū)為研究對(duì)象，當(dāng)打開(kāi)L管關(guān)閉R管時(shí)，作物從a區(qū)側(cè)灌水，當(dāng)打開(kāi)R管關(guān)閉L管時(shí)，作物從c區(qū)側(cè)灌水，以達(dá)到交替灌溉的目的；B處理的作物種植于微潤(rùn)管上方距邊框7.5 cm處，選取a、c區(qū)為研究對(duì)象，當(dāng)打開(kāi)L管關(guān)閉R管時(shí)，a區(qū)作物灌水，當(dāng)打開(kāi)R管關(guān)閉L管時(shí)，c區(qū)作物灌水，以達(dá)到間歇性灌溉的目的；C處理的作物種植方式與A、B相同，a、b、c三區(qū)均為研究對(duì)象，L、R管一直同開(kāi)，保持持續(xù)灌水；D處理種植作物與A、B相同，為普通對(duì)照不布設(shè)微潤(rùn)管。辣椒移苗后，為了提高幼苗存活率，A～C處理雙管同時(shí)打開(kāi)進(jìn)行灌水，根據(jù)A～C處理的高位水箱下降水位給D處理灌溉相同水量的水。定植13 d后，A、B處理關(guān)閉R管，保持L管開(kāi)啟，每隔4 d換另一輸水管灌水，C處理雙管一直同開(kāi)，D處理根據(jù)之前學(xué)者種植經(jīng)驗(yàn)[14]每天8∶00澆水一次，每天灌溉量為1.2 L。

圖1 試驗(yàn)裝置Fig.1 TheFigures of experiment installing

1.3 測(cè)試項(xiàng)目與試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤含水率

采用烘干法測(cè)定土壤含水率，從4月1日起每隔12 d測(cè)定1次，取土區(qū)域?yàn)榫嚯x植株3 cm處，取土深度為20 cm，每行取3個(gè)土樣，用電子秤稱(chēng)土樣濕重，然后用烘箱105 ℃恒溫烘8 h，稱(chēng)其干重，計(jì)算土壤含水率并取平均值。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 株 高

各個(gè)處理每行辣椒均勻隨機(jī)取3個(gè)植株樣本進(jìn)行測(cè)量。每隔12 d測(cè)定1次，采用0.1 cm的卷尺從植株根與莖的分節(jié)處開(kāi)始量取到植株頂端的最長(zhǎng)距離后取其平均值。

1.3.3 株 莖

植株株莖的測(cè)定選用0.01 cm的電子游標(biāo)卡尺，每12 d測(cè)定一次，株莖的測(cè)定為上述選取植株的根與徑的分節(jié)處。

1.3.4 產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率

6月26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)定辣椒產(chǎn)量。A～C處理根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中記錄的高位水箱下降刻度計(jì)算出各個(gè)處理的總灌水量。計(jì)算公式為：灌溉水分生產(chǎn)率%=產(chǎn)量÷灌溉量×100 %。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水率

4組處理不同時(shí)期的土壤含水率如圖2所示。從圖2中可以看出，定植13 d后4組處理第一次測(cè)定土壤含水率時(shí)沒(méi)有明顯變化。測(cè)量階段前期土壤含水率呈現(xiàn)小幅度上升，種植25～49 d，A、B處理土壤含水率穩(wěn)定且差別不大，C處理土壤含水率相比其他3組處理較高，而D處理土壤含水率一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。種植49～97 d，辣椒進(jìn)入生長(zhǎng)中后期4組處理土壤含水率均呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，由于C處理采用雙管布設(shè)故土壤含水率明顯高于其他3組處理，到辣椒生長(zhǎng)后期A、B、D 3組處理的土壤含水率無(wú)明顯差異，究其原因一方面由于室外溫度越來(lái)越高，土壤表面水分蒸發(fā)量增加，而且辣椒生長(zhǎng)中后期，作物生長(zhǎng)迅速，蒸騰作用加強(qiáng)，作物需水量增加，因此4組處理的土壤含水率下降都非常明顯。

圖2 不同處理土壤含水率變化圖Fig.2 The change of soil water content under different treatments

2.2 株 高

不同處理作物株高隨種植后天數(shù)的變化趨勢(shì)如圖3所示。由圖可知，4組處理的株高在整個(gè)生長(zhǎng)周期均呈現(xiàn)單調(diào)遞增的趨勢(shì)。種植13～49 d，4組處理的株高沒(méi)有明顯差異，結(jié)合圖2土壤含水率變化趨勢(shì)可知，作物生長(zhǎng)前期土壤含水率下降不明顯，說(shuō)明此階段作物需水量較低故作物生長(zhǎng)較緩慢，各個(gè)處理的株高沒(méi)有明顯增加。種植49～97 d，4組處理的株高均呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中C處理>B處理>A處理>D處理，究其原因C處理的土壤含水率一直較其他3組處理高，到生長(zhǎng)后期作物需水量增加，土壤含水率較高有助于作物充分吸收水分用于生長(zhǎng)發(fā)育和開(kāi)花結(jié)果，D處理作物株高低于其他3組處理，究其原因當(dāng)灌水量保持不變的前提下，作物生長(zhǎng)后期隨著氣溫變暖，大棚內(nèi)平均溫度越來(lái)越高，因此辣椒蒸騰作用增加，棵間蒸發(fā)明顯，土壤表面水分蒸發(fā)加快，導(dǎo)致辣椒能夠吸收的水分降低，株高生長(zhǎng)速度變慢，故在D處理情況下，辣椒株高的生長(zhǎng)發(fā)育較A～C處理緩慢，且在相同的壓力水頭和交替周期下，間歇性灌溉處理組的株高要高于交替灌溉處理組。

圖3 不同處理平均株高變化圖Fig.3 The change of average stem length under different treatments

2.3 莖 粗

不同處理作物莖粗隨種植后天數(shù)的變化趨勢(shì)如圖4所示。由圖可知，4組處理的莖粗在整個(gè)生長(zhǎng)周期均呈現(xiàn)單調(diào)遞增的趨勢(shì)。結(jié)合圖2、圖3可知，不同灌水方式對(duì)作物莖粗的影響基本與株高類(lèi)似。種植后13～49 d，作物莖粗增長(zhǎng)緩慢，且不同處理間沒(méi)有明顯差異。種植后49～97 d，A～C 3組處理增長(zhǎng)較D處理明顯，雖有各處理間有微小波動(dòng)，但整體莖粗生長(zhǎng)趨勢(shì)為C處理>B處理>A處理。

灌水結(jié)束時(shí)，A、B、C、D處理平均莖粗分別為5.88、6.08、6.32、5.2 mm，可知D處理下植株莖粗相比A～C處理低，對(duì)比3組不同灌水方式的微潤(rùn)灌溉組，溫潤(rùn)管雙管全開(kāi)時(shí)對(duì)作物莖粗增長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)更加明顯。

圖4 不同處理平均莖粗的變化Fig.4 Change in average stem diameter under different treatments

2.4 產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率

圖5顯示了不同處理單株產(chǎn)量的值，由圖可知微潤(rùn)灌溉處理組的產(chǎn)量高于普通灌溉組處理，其中C處理的單株產(chǎn)量最高，對(duì)比A處理和B處理，說(shuō)明同樣試驗(yàn)條件下間歇性灌溉處理組的產(chǎn)量要高于交替灌溉處理組，但差異不大。

圖5 不同處理單株產(chǎn)量Fig.5 Different treatments yield per plant

A～D處理的灌溉水分生產(chǎn)率如表一所示，由表可知，D處理的灌溉水分生產(chǎn)率0.71 g/L，A～C處理的灌溉水分生產(chǎn)率分別為D處理的2.13倍、3.08倍和2.97倍。A處理和B處理的灌溉量接近，但B處理產(chǎn)量明顯高于A處理，B處理的灌溉水分生產(chǎn)率高于A處理，且四組處理中B處理的灌溉水分生產(chǎn)率最高，C處理產(chǎn)量最高，但由于其灌溉量較高，故灌溉水分生產(chǎn)率略低于B處理。由此可知，在該試驗(yàn)條件下，灌溉水分生產(chǎn)率最高的是間歇性灌溉處理組。

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)大棚內(nèi)種植前提下，相同周期和壓力水頭，微潤(rùn)灌溉處理組均比普通灌溉處理組更有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育，其中持續(xù)灌溉處理組灌水方式對(duì)辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育最好。

(2)對(duì)比A～D處理，微潤(rùn)灌溉處理組灌溉水分生產(chǎn)率均比普通灌溉處理組高，持續(xù)灌溉處理組，雖然產(chǎn)量高，但灌溉水分生產(chǎn)率相比間歇性灌溉處理組低，其中間歇性灌溉處理組的灌溉水分生產(chǎn)率最高，間歇性灌溉處理在節(jié)水方面效果更好。

(3)由本試驗(yàn)可知，大棚內(nèi)辣椒在不同灌水方式下的全生育期，微潤(rùn)灌溉處理?xiàng)l件下辣椒的生長(zhǎng)情況、產(chǎn)量以及灌溉水分生產(chǎn)率均優(yōu)于普通灌溉，故微潤(rùn)灌溉能夠更加高效的發(fā)揮節(jié)水作用。