尹玉娟，申麗霞，郭英姿，張春一

(1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；2.山西水務(wù)工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，太原 030024)

我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重匱乏的國家，作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)用水已達(dá)到總用水量的73.4%[1]。為了在保證產(chǎn)量的前提下減少農(nóng)業(yè)用水，尋找能夠高效節(jié)水的方法就顯得尤為重要。微潤灌溉將半透膜技術(shù)[2]應(yīng)用到農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域，灌溉水通過管壁上的微孔由內(nèi)向外呈發(fā)汗?fàn)顫B出，隨即通過管壁周圍土壤顆粒的吸水作用向土體擴(kuò)散，給作物根層供水，一次連續(xù)性實(shí)現(xiàn)作物灌溉[3]。由康紹忠等[4]研究提出的根系分區(qū)交替灌溉，是使作物的根系的一部分和另一部分交替處在較干燥和較濕潤的土壤中，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，既可以減少棵間無效蒸發(fā)和作物蒸騰，提高根系對水分或養(yǎng)分的利用率，又不會使作物生物學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量降低而達(dá)到節(jié)水高產(chǎn)的目的[5]。已有研究表明，微潤灌溉和交替灌溉在節(jié)水和增產(chǎn)方面較常規(guī)灌溉有較大的優(yōu)勢[6-8]，微潤灌溉和交替灌溉可以有效減少地表蒸發(fā)和深層滲漏，節(jié)水效率高，適用于環(huán)境較差的地區(qū)，且具有運(yùn)行成本低、容易操作等優(yōu)點(diǎn)[9,10]。目前關(guān)于微潤管埋深和壓力水頭等參數(shù)變化對大棚作物生長指標(biāo)及土壤水分情況的影響已有一定的研究，而在微潤管鋪設(shè)間距方面的研究尚不充分。故本試驗(yàn)以空心菜為供試品種，將微潤灌溉與交替灌溉結(jié)合，分別在不同間距交替微潤灌溉和普通灌溉條件下，對空心菜的長勢和水分利用情況及灌水量進(jìn)行分析，以進(jìn)一步完善交替微潤灌溉的技術(shù)參數(shù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)區(qū)位于太原理工大學(xué)校園內(nèi)，屬北溫帶，常年光照充足，年日照總時(shí)數(shù)約2 360～2 796 h；年平均氣溫9.5 ℃，晝夜溫差大；降水集中，七八月平均降水量達(dá)250～280 mm。試驗(yàn)于2016年6月2日至2016年7月10日在大棚內(nèi)進(jìn)行，選取PVC材質(zhì)箱體，土箱尺寸為 90 cm×45 cm×40 cm(長×寬×高)，種植土體積質(zhì)量為0.75 g/cm3，初始含水率為23.21%。本試驗(yàn)選取柳葉空心菜為供試品種，成熟期約45～65 d，于6月2日定植在土箱內(nèi)，每個(gè)土箱種植三行，土箱中間種植一行，距該行左右各15 cm處種植一行，每行定植75株，種植深度約8 cm。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，每組處理設(shè)3次重復(fù)：對照組為常規(guī)定量灌水(S0)，每天8∶00和17∶00分別澆水1次，每次灌溉量為1 L；試驗(yàn)組為交替微潤灌溉，在每個(gè)土箱中平行鋪設(shè)兩條微潤管，埋深15 cm，兩根微潤管(L管和R管)水平間距分別為20 cm(S1)、30 cm(S2)，如圖1所示。

圖1 不同間距微潤管處理示意圖Fig.1 The layout of moistube in different space

交替灌溉周期為16 d，壓力水頭為150 cm，6月2日至6月7日兩根管同時(shí)打開，提高土壤的含水率，使種植土達(dá)到一定的濕度，種子快速萌發(fā)，6月8日起，先打開L管，R管關(guān)閉，8 d后交換，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

1.2 測試項(xiàng)目與方法

1.2.1 土壤含水率

土壤含水率的測定采用烘干法，每8 d測定一次，收獲時(shí)再測一次。在a、b、c 3個(gè)區(qū)域分別取4個(gè)土樣，取土深度為25cm，用電子秤稱土樣濕重、干重，算出每個(gè)區(qū)域土壤含水率，并求平均值。計(jì)算公式如下：

表1 不同試驗(yàn)處理參數(shù)設(shè)計(jì)Tab.1 Parameter design of experiment of every process

(1)

1.2.2 植株株高

植株株高用精度為0.01的米尺測定，在每個(gè)處理的每行植株中隨機(jī)取3株長勢均勻的測定，株高的測定是由植株根與莖的分節(jié)處到植株頂端的最長距離，后取其平均值。

1.2.3 植株鮮重及干物質(zhì)積累量

在每個(gè)土箱的每行植株中均勻隨機(jī)取3個(gè)植株樣本，用電子秤測其重量，即植株鮮重。植株干物質(zhì)積累量的測定采用烘干法，將植株樣本放入烘箱于105 ℃殺青處理15～20 min后，烘箱溫度調(diào)至80 ℃繼續(xù)烘5～6 h至重量不變，稱量植株干重。定植13 d開始長出第二組葉時(shí)起測，每8 d測定一次。

1.2.4 產(chǎn)量及水分利用效率

用電子秤稱量不同處理的產(chǎn)量，7月9日收獲，分別測定每個(gè)處理每行的植株產(chǎn)量，并計(jì)算每個(gè)土箱的總產(chǎn)量。水分利用效率測量的是灌溉水水分利用效率(IWUE)，計(jì)算公式如下：

(2)

式中：IWUE為灌溉水水分利用效率，g/L；EY為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，g；I為灌溉量，L。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間距處理對土壤含水率的影響

圖2顯示了不同處理的a、b、c區(qū)土壤含水率的變化趨勢，在S0處理下，a、b、c 3個(gè)區(qū)的土壤含水率都保持在比較平穩(wěn)的水平，與初始含水率無明顯差別。在S1、S2處理下，第0～9 d，a、b、c 3個(gè)區(qū)域的土壤含水率增大，第9～17 d，保持平穩(wěn)，第17～37 d，呈下降的趨勢?？傮w而言，S1、S2處理的土壤含水率高于S0處理的土壤含水率。

在開始試驗(yàn)9 d內(nèi)，S1、S2處理的總灌水量約1.5 L，常規(guī)定量灌溉的總灌水量約為交替微潤灌溉的2倍， S1、S2兩組處理的土壤含水率高于S0處理且呈遞增趨勢，在第9 d測得的土壤含水率為S0處理的1.4～1.65倍。在空心菜生長中期，3組處理的土壤含水率都保持穩(wěn)定，一部分水分供植物生長，另一部分水分主要是蒸騰與蒸發(fā)損失，S1、S2處理的a、b、c 3個(gè)區(qū)的土壤含水率明顯高于S0處理，在試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)，S1、S2處理的土壤較S0處理的松弛，說明交替微潤灌溉具有一定的保水性能，并可以防止土壤板結(jié)。S1處理的微潤管間距較S2處理的小，相同條件下各區(qū)的土壤含水率較S2處理的高?？招牟松L后期，溫度較高，水分蒸發(fā)較多，植株生長所需水分也越來越多，蒸騰作用也越來越明顯，因此S1、S2處理的土壤含水率逐漸下降，S1處理的植物生長狀況較S2處理的好，水分消耗較S2的多，土壤含水率下降的較S2處理的快。

從灌水量來看，S0處理的總灌水量為61.0 L， S1處理和S2處理為48.4 L，S1處理和S2處理的灌水量比S0處理少21%，但其土壤含水率較S0處理高，空心菜的長勢也較好，說明交替微潤灌溉在節(jié)水方面有明顯的優(yōu)勢。

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 植株株高

圖3為各處理a、b、c區(qū)植株平均株高的變化趨勢，由圖3可知，第0～13 d，各處理的a、b、c區(qū)平均株高基本相同，從第13 d起，a、b、c 3個(gè)區(qū)植株平均株高均為S1>S2>S0。S0處理的土壤含水率基本保持穩(wěn)定，隨著蒸發(fā)與植物蒸騰作用的增加，可用于植株生長的水分相對減少，使植物的營養(yǎng)生長減慢，因此，在常規(guī)定量灌水的情況下，空心菜的生長較交替微潤灌溉處理緩慢。a、b、c 3個(gè)區(qū)S1處理的平均株高均大于S2處理的平均株高，究其原因是在植株生長后期，雖然水分散失較多，但植物光合作用較強(qiáng)，營養(yǎng)生長較迅速，S1處理土壤含水率較S2處理高，平均株高增長較快。交替微潤灌溉處理的第29 d，開啟R管，關(guān)閉L管，使得土壤含水率增加值為b區(qū)>c區(qū)>a區(qū)(土壤含水率降低)，此時(shí)，b區(qū)可以更好地為植株生長提供水分，植株平均株高增長最大，a區(qū)最小，這種變化在S2處理中較為明顯。就各處理的株高來看，S0、S1、S2處理平均株高分別為24.65、44.93、39.64 cm，可知交替微潤灌溉處理植株的株高明顯高于常規(guī)定量灌溉，對于兩種不同間距處理的交替微潤灌溉，微潤管間距為20 cm的交替微潤灌溉更有利于空心菜的生長。

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 植株鮮重與干物質(zhì)積累量變化

圖4顯示了不同處理單株平均的鮮重變化及干物質(zhì)積累量，由圖4可以看出，不同處理的植株鮮重呈現(xiàn)遞增的趨勢，在第0～13 d，3種處理的單株平均鮮重基本相同，隨著植株的生長，植株鮮重變化一直保持S1>S2>S0，由于S1、S2處理的土壤含水率高于S0處理，水分充足，因此得到的植株鮮重大于S0處理，在種植21 d以后，S1處理的植物生長狀況較S2處理的好，并都優(yōu)于S0處理，使得測得的單株植株平均鮮重的差值越來越大，由此可知，在交替微潤灌溉條件下且微潤管間距為20 cm時(shí)更有利于產(chǎn)物的積累。圖4顯示的各個(gè)處理干物質(zhì)積累量的變化趨勢與植株鮮重的變化一致，即在0～13 d內(nèi)，3種處理的單株干物質(zhì)積累量基本相同，隨著植株的生長，植株干物質(zhì)積累量變化趨勢為：S1>S2>S0，但在空心菜生長后期，S2處理的土壤含水率較S1處理高，植株生長較快，干物質(zhì)積累迅速，S2處理的干物質(zhì)積累量與S1處理差距不大。

圖4 單株平均鮮重與干物質(zhì)積累量變化圖Fig.4 The change of plant fresh weight and dry matter accumulation of every process with time

2.4 產(chǎn)量及水分利用效率

圖5顯示了不同處理植株總產(chǎn)量的平均值，由圖5可知，就總產(chǎn)量而言，S1處理和S2處理的植株總產(chǎn)量明顯高于常規(guī)定量灌溉，其產(chǎn)量分別為常規(guī)定量灌溉的3.87倍和3.44倍，S1處理的總產(chǎn)量高于S2處理的總產(chǎn)量，說明交替微潤灌溉在提高產(chǎn)量方面具有明顯的優(yōu)勢，且管間距為20 cm的交替微潤灌溉在提高產(chǎn)量方面較優(yōu)。

圖5 植株平均總產(chǎn)量對比圖Fig.5 The average output of every process

表2為常規(guī)定量灌溉與兩種交替微潤灌溉的水分利用效率，S0處理的水分利用效率為2.78 g/L，S1處理和S2處理的水分利用效率分別為S0處理的4.88倍和4.34倍，明顯高于S0處理，S2處理的水分利用效率低于S1處理。

表2 不同處理水分利用效率Tab.2 The water use of efficency of every process

3 結(jié) 語

本試驗(yàn)以常規(guī)定量灌溉作對照，設(shè)置了兩組微潤管間距不同的交替微潤灌溉試驗(yàn)，分別分析了不同處理下土壤含水率，植株鮮重、干物質(zhì)積累等生理指標(biāo)以及植株總產(chǎn)量、水分利用效率，得出的結(jié)論如下。

(1)交替微潤灌溉的灌水量低于常規(guī)定量灌溉，但土壤含水率明顯高于常規(guī)定量灌溉，體現(xiàn)了交替微潤灌溉在節(jié)水方面的優(yōu)勢。

(2)在空心菜生長過程中，株高、鮮重以及干物質(zhì)積累量的變化呈指數(shù)型增長，交替微潤灌溉處理?xiàng)l件下，空心菜生長特性具有明顯優(yōu)勢，管間距為20 cm的交替微潤灌處理下空心菜長勢比管間距30 cm的處理好。

(3)就總產(chǎn)量而言，交替微潤灌溉處理?xiàng)l件下產(chǎn)量增多，管間距為20 cm的處理的產(chǎn)量最大；就水分利用效率而言，交替微潤灌溉處理使水分利用效率明顯提高，管間距為20 cm處理的水分利用效率最大。

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