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，目前我國水資源僅占世界總量的6%，其中農(nóng)業(yè)是我國用水量最多的產(chǎn)業(yè)，占全國總用水量的70%以上，水資源緊缺嚴(yán)重制約了我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，迫使我國發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)[1]。微潤灌溉技術(shù)是眾多節(jié)水灌溉技術(shù)中的一種，微潤灌溉技術(shù)于2011年被深圳微潤公司提出，該技術(shù)主要采用微潤管地埋的方式，微潤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)以萬計(jì)的微孔[2,3]。當(dāng)灌溉系統(tǒng)開始供水時，微潤管內(nèi)充滿水，水分通過微孔向外呈發(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，是在灌溉過程中, 使土壤垂直剖面或水平面的某個區(qū)域保持干燥,僅讓另一部分區(qū)域灌水濕潤,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養(yǎng)生長，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)者對微潤灌溉條件下各因素對作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響進(jìn)行研究，研究內(nèi)容主要集中在埋深、間距及壓力水頭[12-20]等因素，為了對微潤灌溉有更深入的了解，本試驗(yàn)對交替灌溉周期做進(jìn)一步的研究，以大葉茼蒿為研究對象，設(shè)置不同的交替灌溉周期并設(shè)置普通灌溉作為對照，以期為微潤灌溉技術(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×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，在作物整個生長周期各處理均無做施肥處理。試驗(yàn)設(shè)備主要有高位水箱、種植箱、PE輸水管、微潤管和閥門等。試驗(yàn)過程中保持高位水箱出水口水壓穩(wěn)定，灌溉水為城市自來水，并加裝過濾裝置以避免堵塞。

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個種植箱。A、B處理均為雙管布置(左管和右管)如圖1(b)微潤管埋深為20 cm，間距為30 cm。每個種植箱種植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處理雙管同時打開，8月26日起，先打開左管，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 土壤含水率測定

土壤含水率測定采用烘干法，每6 d測定一次。在a、b、c 3個分區(qū)分別取3個土樣，取土深度為20 cm，用電子秤測出土樣的濕重和干重，計(jì)算出每個區(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 大葉茼蒿生長狀況

定植15 d后開始測定大葉茼蒿生長狀況，每隔6 d測定一次株高、莖粗等指標(biāo)，在每個處理的每行作物中隨機(jī)選取3株長勢均勻的大葉茼蒿進(jìn)行測量，并取平均值。株高測定用精度為0.01的米尺從大葉茼蒿根部以上部分進(jìn)行量取；莖粗測量選用0.01 cm的電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量。

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量，在每個處理每行選擇3株長勢均勻的進(jìn)行稱重，并取平均值。進(jìn)行9月19日，收取作物，進(jìn)行最后一次測量結(jié)束實(shí)驗(yàn)，用電子秤測定每筐產(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個區(qū)域的土壤含水率變化趨勢。由圖2可知初次測量時，各處理各區(qū)的土壤含水率相近，在植株整個生長周期過程中，C處理的a、b、c 3區(qū)的土壤含水率先呈現(xiàn)下降趨勢，后保持在比較平穩(wěn)的水平。總體而言，微潤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兩個處理開左管時，對應(yīng)a區(qū)的土壤含水率要比b、c區(qū)高；開右管時，對應(yīng)c區(qū)的土壤含水率上升。a、c兩區(qū)的土壤含水率受對應(yīng)微潤管開閉影響，呈現(xiàn)周期性的上下波動，定植前期波動幅度較大后期較小，究其原因大葉茼蒿生長后期，植株生長所需水分越來越多，蒸騰作用也越來越明顯，因此土壤含水率逐漸下降，即使相應(yīng)區(qū)域有微潤管進(jìn)行灌水，水分除去土壤表面蒸發(fā)，大部分用來滿足植物生長所需，故土壤含水率不會有明顯的上升趨勢；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，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，大葉茼蒿的長勢也較好，說明交替微潤灌溉不僅在節(jié)水方面有明顯優(yōu)勢，還更有利于植物生長。

2.2 株 高

圖3顯示了不同處理下a、b、c 3個區(qū)域的植株株高變化趨勢。由圖3可知，第一次測量時，3組處理的各區(qū)株高沒有明顯差異，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，試驗(yàn)大棚中土壤蒸發(fā)量較穩(wěn)定，隨著植株的生長蒸騰作用在增加，可用于植株生長利用的水分越來越少，不能滿足植株生長需要，因此，在普通灌溉的情況下，植株株高生長較微潤灌溉處理組緩慢。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；a、c區(qū)中A處理的平均土壤含水率高于B處理，但由于微潤管周邊土壤含水率過高，而大葉茼蒿屬于喜干性植物，土壤含水率過高會影響其正常生長，嚴(yán)重時可能會引起病害發(fā)生，所以B處理更有利于大葉茼蒿生長。

就各處理株高而言，微潤灌溉處理組明顯高于普通灌溉組，對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。

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，由圖4可以看出，不同處理的莖粗隨定植時間推移呈現(xiàn)遞增的趨勢，在0～15 d，各個處理的平均莖粗基本相同，定植15～21 d，植株莖粗生長緩慢，21～39 d，3組處理的平均莖粗均呈現(xiàn)直線上升趨勢。在整個生長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，可知微潤灌溉處理組植株莖粗明顯高于普通灌溉處理組，對比兩組不同交替周期的微潤灌溉組，交替周期為12 d的處理更有利于大葉茼蒿莖粗增長。

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，由圖5可以看出，不同處理的植株鮮重隨時間推移呈遞增趨勢，在0～21 d，3組處理的單株平均鮮重沒有明顯差異，隨著植株生長，A、B處理的植株鮮重明顯高于普通灌溉組，在種植33 d后，兩組微潤灌溉處理的植株鮮重仍呈現(xiàn)直線生長趨勢時，C處理呈現(xiàn)緩慢平穩(wěn)上升趨勢，與其他兩組處理單株平均鮮重的差值越來越大。就各處理的植株鮮重而言，與株高、莖粗類似，微潤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，交替微潤灌溉在提高產(chǎn)量方面有明顯的優(yōu)勢，且交替周期為12 d時，在提高產(chǎn)量方面更優(yōu)。不同微潤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，說明微潤灌溉在節(jié)水方面有明顯優(yōu)勢。

(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發(fā)育，但土壤含水率與產(chǎn)量及植株生長情況不成正比。

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

(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，此時的產(chǎn)量最高。