樊 耀，申麗霞，劉榮豪，孫雪嵐，牛 爽，郭晗笑

(太原理工大學水利科學與工程學院，太原 030024)

0 引 言

目前，微潤灌溉技術(shù)已廣泛應用于中國湖北、新疆、貴州、云南、內(nèi)蒙古等地區(qū)，在促進蔬菜、果蔬和玉米等作物增產(chǎn)方面發(fā)揮了不可替代的作用，但在山西省的應用尚且處于試驗階段，尚未在生產(chǎn)實際中有所應用[1]。微潤灌溉水肥一體化最大的優(yōu)勢在于它可以將化肥均勻的溶解于微潤管中，把肥料直接輸送到作物根部，減少肥料的損失[2-6]。目前關(guān)于微潤灌溉的應用基礎(chǔ)研究基本集中于土壤水分，微潤灌溉水肥一體化技術(shù)在生產(chǎn)實際當中有所應用，但缺少相關(guān)量化的具體試驗研究數(shù)據(jù)，不能有效地指導生產(chǎn)，給該技術(shù)推廣造成一定阻礙。水肥是作物生長的主要限制因子[7]，在作物生產(chǎn)中傳統(tǒng)的灌溉施肥對水肥資源利用不合理，不僅浪費水肥資源，而且嚴重威脅環(huán)境，因此，對水肥施用技術(shù)的研究日益受到重視[8-12]。近年來隨著設(shè)施園藝的大力發(fā)展，設(shè)施蔬菜種植業(yè)已成為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的重要途徑。蔬菜為需肥需水較多的作物，為探索設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展，克服大水漫灌、盲目施肥引起的水資源利用率低、肥料養(yǎng)分嚴重流失、環(huán)境污染加劇和產(chǎn)品品質(zhì)下降等問題，生產(chǎn)上推廣應用水肥一體化技術(shù)已成為必然，因此探討和研究科學的灌溉施肥技術(shù)將對設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義，可以為生產(chǎn)上的科學、合理應用提供必要的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗地區(qū)位于山西省太原市太原理工大學校園內(nèi)，地理坐標為東經(jīng)111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′，屬北溫帶大陸性氣候，日照充足，晝夜溫差較大，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。年平均氣溫9.5 ℃，無霜期平均202 d，年均降水量456 mm。本試驗以大棚盆栽辣椒為試材，辣椒幼苗定植于2018年5月26日，定植植株所用木質(zhì)土箱尺寸為90 cm×45 cm×40 cm(長×寬×高)土箱填土質(zhì)量密度為0.77 g/cm3，初始含水率21.36%，供試肥料采用農(nóng)戶常規(guī)使用的尿素，試驗期間將肥料均勻溶解于高位水箱內(nèi)，在壓力水頭的作用下使其能夠隨微潤管中的水分滲入填土內(nèi)，繼而對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計供水水頭為1.5、2 m，施氮水平為0、500、1 000 mg/L，共設(shè)A-F6組處理，各組處理分別為：1.5 m壓力水頭下施氮水平500 mg/L、1.5 m壓力水頭下施氮水平1 000 mg/L、1.5 m壓力水頭下施氮水平0 mg/L、2 m壓力水頭下施氮水平500 mg/L、2 m壓力水頭下施氮水平1 000 mg/L、2 m壓力水頭下施氮水平0 mg/L，每組處理重復試驗3次。每個土箱內(nèi)定植三行辣椒苗，行間距為15 cm，外側(cè)兩行植株與土箱邊緣距離為7.5 cm，自土箱箱底15 cm處設(shè)置兩根間距為30 cm的微潤管，箱內(nèi)填土高度為距土箱頂5 cm處，試驗裝置及微潤管鋪設(shè)圖見圖1。試驗處理A-C由水頭為1.5 m的自制穩(wěn)壓水箱持續(xù)供水至試驗完全結(jié)束，處理D-F由水頭為2 m的自制穩(wěn)壓水箱持續(xù)供水至試驗結(jié)束。

圖1 實驗裝置Fig.1 The figures of experiment installing

1.3 觀測項目與方法

(1)土壤含水率。本試驗土壤含水率測定使用烘干法，于植株定株14 d后開始取土測定，取土位置為距每行植株水平距離5 cm處，使用內(nèi)徑為5 cm的取土器在每行土壤深度10 cm處隨機取3個土樣置于鋁盒內(nèi)，先用感量為0.01g的電子天平稱量其濕土重，然后置于烘箱中用105 ℃恒溫烘干8 h后測其烘干土重，計算土壤含水率。

(2)植株株高及莖粗。定株14 d后開始測定辣椒生長指標，每隔12 d測定一次辣椒生理指標，每個處理均隨機取每行長勢均勻的3株辣椒進行測定，用卷尺測量辣椒株高，株高測量標準為除根后基部到地上部分最高處；莖粗由精度為0.02 mm的游標卡尺測量，對基部第二伸長節(jié)中部最大直徑和最小值進行測量后取平均值。

(3)植株鮮重及產(chǎn)量。植株鮮重直接用電子秤測量后計算平均值；于8月14日測定每個處理辣椒的單株產(chǎn)量，于每個處理隨機取樣四株辣椒利用電子秤測其產(chǎn)量后計算其單株產(chǎn)量，自此日起大棚辣椒試驗結(jié)束。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤含水率

各組處理不同時期的土壤含水率如圖2。從圖2中可以看出，定植14 d后各組處理土壤含水率沒有明顯變化。辣椒種植24～54 d，各組處理土壤含水率均呈明顯遞增趨勢，種植54～64 d，土壤含水率開始下降，64～84 d土壤含水率又開始遞增。究其原因，辣椒植株生長前期需水量較大，故而對土壤中的水分吸收快且較多，所以前期土壤含水率較低，隨著辣椒植株進入生長中期需水量緩慢減少，土壤含水率逐漸增大，到了辣椒植株開花期，植株蒸騰作用加強，辣椒植株的需水量開始急劇增加而吸收了土壤中的大量水分，所以此階段土壤含水率又開始下降，辣椒植株生長后期雖然由于室外高溫使得土壤表面蒸發(fā)較高且植株依然從土壤中吸收較多的水分，但土壤含水率還在遞增是因為持續(xù)微潤灌溉使得土壤中累積的水分越來越多，所以這個階段土壤含水率依然緩慢遞增。從辣椒植株的整個生長周期看來，1.5 m水頭下3組處理土壤含水率處理B<處理A<處理C，2 m水頭下土壤含水率處理E<處理D<處理F。可以看出，對辣椒做施肥處理可以促進辣椒植株生長過程中對土壤水分的吸收。

圖2 不同處理土壤含水率變化圖Fig.2 Change of soil moisture content in different treatments

2.2 株 高

各處理辣椒株高生長變化趨勢見圖3。從圖3中可以看出各組處理株高隨種植時間的推移均呈現(xiàn)上升趨勢。辣椒植株定植24 d后，1.5 m壓力水頭下的3組處理株高規(guī)律為處理C<處理B<處理A，2 m壓力水頭下的三組處理株高規(guī)律為處理F<處理E<處理D，且處理A與處理D在辣椒生長后期長勢依然明顯，而其他4組處理在辣椒生長后期幾乎已經(jīng)沒有長勢，這說明相同壓力水頭下氮肥對辣椒株高的影響明顯，且500 mg/L施氮處理更有利于辣椒的生長。此外，可以看出辣椒生長前期，1.5 m水頭下各組處理平均株高幾乎沒有差距，2 m水頭下處理F平均株高與處理D相差無幾且大于處理E，而總體長勢2 m水頭下較好，究其原因，2 m壓力水頭下微潤管出水量較多，相比較更能滿足辣椒生長前期的需水量要求，所以總體長勢較好，且前期施入氮肥對辣椒的生長發(fā)育影響不大。在辣椒生長的中后期，相同壓力水頭下各組處理平均株高之間的差距明顯拉大，這說明在辣椒生長的中后期對辣椒施入氮肥可以明顯促進其生長發(fā)育。就株高而言，2 m壓力水頭下處理D長勢拔尖，說明這種條件下為辣椒生長的最為適宜條件。

圖3 不同處理平均株高變化圖Fig.3 Change chart of average plant height under different treatments

2.3 莖 粗

如圖4所示為不同處理作物莖粗隨種植后天數(shù)的變化趨勢。從圖4中可以看出，6組處理的莖粗在整個生長周期均呈現(xiàn)遞增的趨勢。在辣椒植株株莖發(fā)育前期，1.5 m水頭下三組處理平均莖粗規(guī)律為處理B<處理C<處理A，2 m水頭下處理F平均莖粗明顯小于處理D和處理E，而處理D和處理E相近，這說明低水頭下高肥處理對株莖的發(fā)育有抑制作用，低肥處理有促進株莖發(fā)育的作用；而高水頭下的兩組施肥處理對株莖的發(fā)育均有促進作用。究其原因，2 m水頭下微潤管出水量能夠滿足該作物株莖發(fā)育的需水量要求，而1.5 m水頭下微潤管出水量較少，滿足不了植株前期發(fā)育的需水量要求，且辣椒植株株莖發(fā)育前期對需水量的要求比氮肥的要求高，所以高水頭下的施肥處理均對株莖的發(fā)育均有促進作用。作物生長發(fā)育中后期階段，不同處理間株莖平均莖粗規(guī)律與株高相類似。結(jié)合株高生長變化趨勢，2 m壓力水頭下D處理對辣椒生長發(fā)育的影響作用最大。

圖4 不同處理平均莖粗變化圖Fig.4 Changes of average stem diameter under different treatments

2.4 植株鮮重

各處理不同時期的植株鮮重增長趨勢見圖5。由圖5可知，隨著時間的推移不同處理下的植株鮮重遞增。從作物的整個生長周期來看，植株鮮重一直增加，作物生長前期各組處理均增長較快，中期較慢，后期處理A與處理D增長又開始加快，而其他四組處理依舊增長較慢，這說明500 mg/L施氮處理對辣椒后期開花結(jié)果的促進作用明顯。圖中處理D平均鮮重最高，處理A次之，這說明處理D的優(yōu)勢最大，更加有利于辣椒植株的生長發(fā)育。

圖5 不同處理平均鮮重變化圖Fig.5 Change of average fresh weight in different treatments

2.5 植株產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率

圖6顯示了不同處理單株產(chǎn)量的值。對比各個處理產(chǎn)量，與辣椒植株的生長趨勢大致相同。由圖6可知不同壓力水頭下500 mg/L施氮處理的產(chǎn)量均為最高，而相同施氮水平處理下2 m水頭下單株產(chǎn)量均高于1 m水頭單株產(chǎn)量。結(jié)合前面植株生長情況分析，辣椒植株單株產(chǎn)量和辣椒植株的生長發(fā)育呈正相關(guān)關(guān)系。

圖6 不同處理單株產(chǎn)量變化圖Fig.6 Variation of yield per plant under different treatments

表1為各組處理的灌溉水分生產(chǎn)率，2 m壓力水頭下，雖然處理D的灌溉量最大，但是其經(jīng)濟產(chǎn)量也相對較高，故而灌溉水分生產(chǎn)率最大，其灌溉水分生產(chǎn)率是F處理的1.79倍，這說明處理D條件下的辣椒生長發(fā)育的具有顯著優(yōu)勢。同樣，1.5 m壓力水頭下處理A灌溉水分生產(chǎn)率最大。不同壓力水頭下500 mg/L的施肥處理能夠顯著提高辣椒的灌溉水分生產(chǎn)率。

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

綜合上述結(jié)果與分析，得出如下結(jié)論：

(1)在大棚內(nèi)種植辣椒的條件下，2 m壓力水頭下大棚辣椒植株的生長狀況均優(yōu)于1.5 m壓力水頭，相同壓力水頭下500 mg/L施肥處理下的辣椒植株生長發(fā)育狀況最好。6組處理中2 m壓力水頭處理D辣椒植株的生長發(fā)育最好，且D處理下辣椒的單株產(chǎn)量最高。

(2)由試驗可知，對比辣椒植株的整個生長周期，在辣椒植株生長前期施肥對辣椒植株的生長發(fā)育的促進作用不明顯，而在辣椒植株生長中后期施肥對其生長發(fā)育促進作用明顯。所以，辣椒生長前期應對辣椒盡量施入較少的氮肥，而在辣椒生長中后期可以增加施肥量但不宜過多。

(3)在持續(xù)微潤灌溉中，雖然施肥處理下灌溉水量會增加，但是其灌溉水分生產(chǎn)率顯著提高，故而對大棚作物通過微潤施肥處理可以提高灌溉過程中的水分利用效率，從而達到高效用水的效果。