羅 朋

（山西省水利水電科學研究院 山西太原 030002）

負壓灌溉對山地果樹土壤水分及產(chǎn)量的影響研究

羅 朋

（山西省水利水電科學研究院 山西太原 030002）

負壓灌溉是一種新型的將灌水器埋入地下的節(jié)水灌溉技術，該研究針對山西省山地蘋果樹為研究對象，對負壓和常規(guī)2種灌溉方式下田間土壤水分、蘋果增長速率及產(chǎn)量進行分析研究。試驗表明：負壓比常規(guī)灌溉土壤含水率提高13.7%～18%，0～120 cm多儲水量394.0～473.1 m3/hm2；對于相同灌水周期，平均可延長灌水時間11.8 d；同時提高水分利用效率11.9%；負壓比常規(guī)灌溉蘋果平均增長快0.024～0.064 cm/d，平均果徑大6.1%～6.4%，果重增加18.5%～21.6%，產(chǎn)量增加14.4%～29.6%。

負壓灌溉；常規(guī)灌溉；土壤水分；水分利用效率；產(chǎn)量

0 引言

山西日照充足，土層深厚，其中山地丘陵占山西總面積80%，為發(fā)展果樹種植提供了宜林面積廣、潛力大、條件好等土地資源，但山西又干旱少雨，水源和動力的限制成了微灌等節(jié)水灌溉的制約因素。因此，尋求山地果樹高效的節(jié)水灌溉方式對提高水資源利用效率具有非常重要的理論和實踐意義。負壓灌溉是一種新型的將灌水器埋入地下的節(jié)水灌溉技術，“負壓”是系統(tǒng)中灌溉水源的高程低于灌水器的高程[1]，運行時供水水頭為負值，在土壤吸力作用下，灌水器內的水流入土壤，輸水管內形成負壓，在大氣壓的作用下，水從水源被“壓入”輸水管以補充流入土壤的水分，從而實現(xiàn)負壓灌溉自動補給功能，無需提水加壓，可大幅減少地面灌溉過程中的水資源浪費，這對改變山西省地面灌溉的落后狀況、緩解農業(yè)水資源短缺矛盾，促進灌溉農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義，也將為山西省農業(yè)現(xiàn)代化奠定基礎。

1 試驗區(qū)概況

本試驗在運城市臨猗縣臨晉鎮(zhèn)下豆氏村蘋果園進行，隸屬于運城市夾馬口灌區(qū)的引黃管理局灌溉試驗站范圍內。

1.1 試驗區(qū)氣候條件

臨猗縣氣候屬暖溫帶大陸性氣候。四季分明，日照時間充足。歷年平均氣溫13.5°C，年平均最高氣溫19.7°C，極端最高氣溫 42.8°C。

1.2 試驗區(qū)土壤肥力情況

試驗小區(qū)地下水埋深31.0 m，土壤質地為中壤土，土壤多年平均物理性質及化學性質指標見表1。

表1 土壤多年平均物理及化學性質指標

2 試驗設計

試驗地蘋果品種為紅富士，果嶺近10年，蘋果樹株距2.5 m，行距3.5 m。每個試驗對比為負壓和常規(guī)2種灌溉方式。負壓灌溉系統(tǒng)布設于田間，常規(guī)灌溉指大田畦灌；2種灌溉方式的灌水次數(shù)均為3次，結果期1次，膨大期2次；2種灌溉方式下每次的灌水時間相同；每套負壓灌溉面積和常規(guī)灌溉面積相同，均為（3.5×5）×（2.5×4）=0.018 hm2，各 10 個重復。

每4棵樹中間布置一套負壓灌溉系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要組成為：集水井（儲水桶）、過濾袋、灌水器及其支撐結構；每個集水井設置3個土壤含水率測點，編號為1-1、1-2和1-3，分別表示集水井第1個測點（距離集水井最近），第2個測點（距離集水井最遠），第3個測點（相鄰兩個集水井與相鄰兩棵果樹形成的菱形中心點）。負壓灌溉系統(tǒng)的布置見圖1。

圖1 負壓灌溉系統(tǒng)布置圖

3 田間土壤水分檢測分析

2015-2016年5月至10月從果樹萌芽到收獲期間田間土壤含水量進行監(jiān)測，根據(jù)試驗方案，分負壓和常規(guī)兩種灌溉方式。田間土壤水分負壓灌溉3個測點，常規(guī)灌溉3個測點，分層取土監(jiān)測，每20 cm一層，監(jiān)測深度為120 cm，每種灌溉方式設重復2個。

3.1 土壤含水量分析

通過對2015年、2016年0～120 cm田間土壤進行分層（20 cm）含水量進行監(jiān)測分析：6月8日以后，2015年負壓灌溉和常規(guī)灌溉負壓灌溉田間土壤水分含量[2]明顯高于常規(guī)灌溉土壤含水量，最大相差2.5%，此時負壓灌溉田間土壤含水量為20.8%，常規(guī)灌溉田間土壤含水量為18.3%，二者相比，負壓灌溉比常規(guī)灌溉提高了土壤含水量的13.7%，如圖2；2016年負壓灌溉和常規(guī)灌溉土壤水分最大相差3%，此時負壓灌溉土壤含水量為19.7%，常規(guī)灌溉土壤含水量為16.7%，二者相比提高了土壤含水量18%，如圖3。

兩種灌溉情況下，土壤水分2015-2016年含水量0～120 cm深不同土壤水分最大差2015年為1.3%～4.6%，2016年為3%～4%，2015年土壤水分為6.6%～28.4%，2016年為17.8%～29.3%，見表2。

圖2 2015年負壓和常規(guī)灌溉土壤水分（0-120cm平均）變化曲線

圖3 2016年負壓和常規(guī)灌溉土壤水分（0-120cm平均）變化曲線

表2 不同土壤深度2種灌溉土壤水分差異情況表

負壓灌溉系統(tǒng)中由于集水井和集水槽增加了土壤入滲水量的存儲，減少了深層滲漏損失；從土壤表層往下，土層越深，負壓與常規(guī)灌溉的土壤含水量差值越大；當集水槽外土壤水分下降到一定程度，由于負壓作用，集水槽中儲存的水分通過土壤水吸力對果樹進行負壓灌溉，從而提高了土壤水分利用效率。

3.2 土壤儲水量分析

對負壓和常規(guī)灌溉兩種灌溉模式下0~120 cm深的土壤儲水量進行計算，采用公式：

式中：W——不同深度土壤儲水量，mm；

r——土壤容重，g/cm3，取1.32；

v——土壤含水量，%；

h——土層深度，cm。

計算結果見表3?？梢娫谕冉涤辍⒐嗨螖?shù)和灌水量情況下，2種灌溉土壤儲水量相差很大，負壓比常規(guī)灌溉多儲水394.0～473.1 m3/hm2，幾乎相當于灌水1次。

2015年兩種灌溉方式最大值出現(xiàn)在9月4日，負壓較常規(guī)灌溉多儲水39.6 mm，在平水年蘋果8月份耗水強度為4.05 mm/d，9月份耗水強度3.11 mm/d，據(jù)此計算負壓灌溉系統(tǒng)降到與常規(guī)灌溉土壤水分相同時還需要12.7 d。

表3 兩種灌溉土壤儲水量差值

2016年負壓較常規(guī)灌溉同一時間可延長灌水時間情況見表4。由表可知，在灌水周期相同時，負壓系統(tǒng)儲水量大，最大可延長灌水時間21.6 d，加權平均可延長灌水時間11.8 d，一般情況可延長灌水時間10～15 d。

表4 同一時間可延長灌水時間表

3.3 兩種灌溉水分利用效率分析

水分生產(chǎn)率為單位水資源量所獲得的產(chǎn)量或產(chǎn)值，則：

1 m3灌水水分生產(chǎn)率=產(chǎn)量/灌水量。

水分利用效率：WUE=產(chǎn)量/耗水量。

根據(jù)以上公式，計算兩種灌溉水分利用效率，見表5。由計算結果可知，負壓灌溉系統(tǒng)水分利用效率為8.69 kg/m3，常規(guī)灌溉系統(tǒng)水分利用效率為7.76 kg/m3，負壓灌溉系統(tǒng)較常規(guī)灌溉提高了11.9%。

表5 兩種灌溉水分生產(chǎn)效率表

4 蘋果增長速率及產(chǎn)量分析

對2015年、2016年負壓和常規(guī)兩種灌溉情況下，進行果實的增長速率和產(chǎn)量分析。根據(jù)試驗設計進行理論測產(chǎn)：每個處理定2株，每株果樹定3枝，每枝定3個蘋果，共計6株、18枝、36個；實際測產(chǎn)即為果園實際產(chǎn)量。

4.1 增長速率分析

2015年果徑變化從8月后負壓較常規(guī)灌溉果樹增長發(fā)育快[3]，負壓灌溉果徑明顯比常規(guī)灌溉果徑大，前期規(guī)律不大明顯，后期兩者的差值呈增大趨勢；負壓灌溉果徑平均增長值為0.406 mm/d，常規(guī)灌溉果徑平均增長值為0.342 mm/d，負壓較常規(guī)灌溉平均增長快0.064 mm/d。果徑增長速率及比較情況見圖4。

圖4 負壓及常規(guī)灌溉2015年蘋果果徑增長速率及比較圖

2016年果徑負壓較常規(guī)灌溉全生育期蘋果生長發(fā)育快，每個階段負壓灌溉果徑均較常規(guī)灌溉果徑大，隨著生長，果徑差值逐漸增大；負壓灌溉果徑平均增長值為0.375 mm/d，常規(guī)灌溉果徑平均增長值為0.351 mm/d，負壓較常規(guī)灌溉平均增長快0.024 mm/d。果徑增長速率及比較情況見圖5。

圖5 負壓及常規(guī)灌溉2016年蘋果果徑增長速率及比較圖

4.2 產(chǎn)量分析

對負壓和常規(guī)兩種灌溉方式下蘋果產(chǎn)量進行測產(chǎn)，理論測產(chǎn)和實際產(chǎn)量進行了比對[4]，測產(chǎn)指標負壓灌溉優(yōu)于常規(guī)灌溉，見表6。

表6 2015-2016年山地果樹負壓和常規(guī)灌溉蘋果產(chǎn)量表

其中：2015年負壓灌溉平均果徑81.3 mm，平均果重253.2 g/個，平均產(chǎn)量 62 341.5 kg/hm2；常規(guī)灌溉平均果徑76.4 mm，平均果重213.5 g/個，平均產(chǎn)量54 504.0 kg/hm2；負壓灌溉比常規(guī)灌溉平均果徑大6.4%，果重多18.5%，增產(chǎn)14.4%；2016年負壓灌溉平均果徑 85.8 mm，平均果重 322.5 g/個，平均產(chǎn)量78 016.5 kg/hm2；常規(guī)灌溉平均果徑80.6 mm，平均果重265.2 g/個，平均產(chǎn)量60 186.0 kg/hm2；負壓灌溉比常規(guī)灌溉平均果徑大6.1%，果重多21.6%，增產(chǎn)29.6%，見表 7。

表7 2015-2016年山地果樹負壓和常規(guī)灌溉測產(chǎn)指標表

5 結論

通過兩年對山地果樹在負壓和常規(guī)灌溉條件下田間土壤水分、蘋果增產(chǎn)速率及產(chǎn)量的分析研究得出：

負壓比常規(guī)灌溉土壤含水率提高13.7%～18%，0～120 cm 多儲水量 394.0～473.1 m3/hm2。

對于相同灌水周期，平均可延長灌水時間11.8 d；同時提高水分利用效率11.9%。

負壓比常規(guī)灌溉蘋果平均增長快0.024～0.064 cm/d，平均果徑大6.1%～6.4%，果重增加18.5%～21.6%，產(chǎn)量增加14.4%～29.6%。

負壓灌溉提高了土壤含水率，有利于蘋果生長發(fā)育，具有明顯的增產(chǎn)效益。參考文獻：

［1］雷廷武，江培福，VincentF.Bralts，等.負壓自動補給灌溉原理及可行性試驗研究［J］.水利學報，2005，36（1）:298-302.

［2］王相玲，武雪萍，肖海強，等.負壓灌溉對土壤水分含量與小白菜產(chǎn)量品質的影響［J］.灌溉排水學報，2015（34）增刊 1:64-68.

［3］肖海強，丁亞會，黃楚瑜，等.負壓灌溉對烤煙生長及水肥利用率的影響［J］.中國煙草學報，2016（2）:56-64.

［4］耿 偉，萬克江，薛緒掌，等.負壓供水下菠菜某些生理指標的變化［J］.農業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究，2006，22（4）:248-251.

Study on the Effect of Negative Pressure Irrigation on Soil Moisture and Fruit Production in Mountain Fruit Tree

LUO Peng

The negative pressure irrigation is a new water-saving irrigation technology whose emitter is buried underground.The study chooses the apple tree as the object to research and analyze soil moisture，irrigation growth rate and yield of apple bettwen the negative pressure irrigation type and the normal type.The experiment results show that soil moisture increased 13.7%～18.0%and water storage increased 394.0～473.1m3/hm2of 0～120 cm in the negative pressure type compared with the normal type；For the same irrigation cycle，the average delay of irrigation time is 11.8 days while the water use efficiency increased 11.9%.Compared with the normal type，the average growth of negative pressure in apple increased 0.024～0.064 cm/d，average fruit size increased 6.1%～6.4%，fruit weight increased 18.5%～21.6%，the yield increased 14.4%～29.6%.

negative pressure irrigation；normal irrigation；soil moisture；water use efficiency；yield.

S275.4

B

2017-04-21

2017-05-23

羅朋（1979-），女，2008年畢業(yè)于西北農林科技大學，工學碩士，工程師，主要從事節(jié)水、農業(yè)灌溉與農業(yè)水土環(huán)境研究。

山西省水利科研項目“山地果樹微型集雨負壓灌溉系統(tǒng)研究（201422）”；“汾河灌區(qū)農業(yè)面源污染的水肥優(yōu)化調控技術研究（2015SHJ5）”。

1006-8139（2017）03-080-04