王 鑫 王海英
(1.張家口市農(nóng)業(yè)高效節(jié)水研究所 河北張北076450;2.張家口市水務(wù)局規(guī)劃計(jì)劃辦公室 河北張家口075000)
架豆作為冀西北壩上地區(qū)設(shè)施蔬菜中的主要作物,由于經(jīng)濟(jì)效益良好,在該區(qū)發(fā)展迅速,現(xiàn)階段冀西北壩上地區(qū)年播種面積達(dá)2 000 hm2左右[1]。 耗水規(guī)律是確保作物科學(xué)灌溉、 豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和灌溉工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ), 亦是水資源緊缺地區(qū)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水和提高水分生產(chǎn)率的前提。 目前關(guān)于蔬菜耗水規(guī)律和灌溉制度的研究多集中于番茄、黃瓜等瓜果類菜蔬,但針對溫室種植架豆的耗水規(guī)律研究很少[2-8]。 日光溫室滴灌是一種先進(jìn)的灌水技術(shù)和覆膜種植栽培技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它通過滴頭將有壓水流送到作物根部,能夠有效地避免深層滲漏; 同傳統(tǒng)的灌水方式和栽培技術(shù)相比,具有節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效的優(yōu)點(diǎn)[5]。通過開展日光溫室膜下滴灌條件下架豆的耗水規(guī)律研究,為冀西北壩上地區(qū)溫室內(nèi)架豆種植建立科學(xué)的水分管理機(jī)制、制定合理的灌溉制度,為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水,提高其水分生產(chǎn)率的目標(biāo)提供技術(shù)支撐。
試驗(yàn)在張家口市農(nóng)業(yè)高效節(jié)水研究所的日光溫室中進(jìn)行,位于張家口市張北縣張北鎮(zhèn)廟灘村,東經(jīng)114°40′,北緯 41°11′,海拔 1 382 m,為典型的冀西北壩上地區(qū)。 氣候類型為典型的寒溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,降水稀少,氣溫低、晝夜溫差大,多風(fēng)、蒸發(fā)強(qiáng)烈。 太陽總輻射 5.96×109J/(m2·年),年日照時(shí)數(shù)2 844.0 h,日照百分率67.0%,年平均氣溫3.5℃,年大于10℃積溫 1 989.0℃, 無霜期 120 d, 多年平均降水量385.8 mm, 多年平均蒸發(fā)量1 846.3 mm, 年相對濕度57%[9-10]。 試驗(yàn)區(qū)土壤以農(nóng)牧交錯(cuò)地帶典型的栗鈣土為主, 土壤耕作層pH 值8.32, 有機(jī)質(zhì)含量 21.54 g/kg, 全 氮 含 量 1.36 g/kg, 速 效 磷 含 量68.85 mg/kg, 速效鉀含量 131.0 mg/kg, 緩效鉀含量546.5 mg/kg, 土壤干容重 1.616 g/kg, 田間持水量14.82%。
根據(jù)架豆的生長特性,以“前控后促”的方式灌水。 試驗(yàn)以土壤含水量下限作為各處理的控制指標(biāo),設(shè)置 L1、L2、L3、L4四個(gè)處理 (土壤水分控制下限設(shè)置見表1),苗期到抽蔓期灌水下限均為65%θf,初花期蹲苗不進(jìn)行灌水,結(jié)莢期四個(gè)灌水下限水平(70%θf、75%θf、80%θf、85%θf),每個(gè)處理重復(fù) 3 次。 實(shí)際操作中灌水下限按θ±2%計(jì)算,θ為各生長階段試驗(yàn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的土壤質(zhì)量含水量。 所有處理灌水上限均設(shè)為田間持水量的95%。 除苗期計(jì)劃潤濕深度為20 cm外,其他各個(gè)生育時(shí)期均為40 cm。
試驗(yàn)小區(qū)面積為 6.5 m×8 m=52 m2, 共計(jì) 12 個(gè)小區(qū),為了減少試驗(yàn)誤差,采用隨機(jī)排列并在兩側(cè)設(shè)置保護(hù)區(qū)。供試架豆品種為“永盛先鋒”,2017 年6 月上旬種植,壟寬60 cm,壟間距60 cm,每小區(qū)5 壟,每壟起2 行,壟上覆黑色地膜,行距為40 cm,株距50 cm。 灌水方式為膜下滴灌,滴灌帶流量為2.0 L/h,滴頭間距為300 mm,管徑16 mm,壁厚0.2 mm,一條滴灌帶控制兩行,灌水采用水表計(jì)量(精度為0.01 m3)。架豆底肥為有機(jī)肥80 kg/畝,復(fù)合肥50 kg/畝;隨水滴施追肥,抽蔓期1 次,結(jié)莢期4 次,每次10 kg/畝,結(jié)莢后期每7 d 噴施一次葉面肥。
表1 架豆灌溉試驗(yàn)各個(gè)生育階段灌水控制下限
土壤含水率:土壤含水量采用烘干法測定,在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)取土測定土壤含水量時(shí), 每次應(yīng)選定2 個(gè)測點(diǎn)。 從地表起取土,每隔20 cm 一層,至耗水層深度止。前后兩次取土點(diǎn)的距離宜為100 cm,每次取土后應(yīng)用土將取土孔回填密實(shí)。
灌溉水量:記錄各個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的灌水時(shí)間、灌溉水量。
植株數(shù)據(jù): 株高、 莖粗、 葉面積, 每個(gè)生育期測一次。
生物產(chǎn)量: 每個(gè)生育期測量整株生物產(chǎn)量及根系的干鮮重,每小區(qū)測3 株。
小區(qū)產(chǎn)量:待架豆可以收獲時(shí),取每個(gè)小區(qū)內(nèi)固定行測定產(chǎn)量。
日光溫室架豆膜下滴灌條件下不同水分處理灌溉情況如表2 所示,展示灌水日期及灌水量。
表2 不同水分處理灌溉情況統(tǒng)計(jì) (單位:mm)
架豆全生育期內(nèi)土壤含水率隨時(shí)間變化曲線如圖 1、圖 2、圖 3、圖 4 所示。 除苗期計(jì)劃潤濕深度為20 cm 外,其他各個(gè)生育時(shí)期均為40 cm。 各處理土壤含水率均隨灌水發(fā)生變化,但變化過程略有不同。L1前期在灌水下限與田持之間上下波動(dòng), 后期低于灌水下限波動(dòng);L2前期在灌水下限與田持之間上下波動(dòng),后期在灌水下限附近波動(dòng);L3前期在灌水下限與田持之間上下波動(dòng), 后期在灌水下限附近波動(dòng);L4前后期均在灌水下限與田持之間上下波動(dòng)。
依據(jù)水量平衡公式,如下:
式中,I為灌溉水量;Ws為土壤水利用量;R為有效降雨量;L為深層滲漏量;ET 為蒸騰蒸發(fā)量,耗水量;以上各參數(shù)單位均為(mm)。
其中土壤水利用量計(jì)算公式如下:
式中,Ws為土壤水利用量(mm);γ為土壤容重(kg/m3);H為計(jì)劃濕潤層深度(m);β0、β1分別為計(jì)算時(shí)段初、末的土壤含水量(以占干土重的%計(jì))。
圖1 處理一土壤含水率隨時(shí)間變化曲線
圖2 處理二土壤含水率隨時(shí)間變化曲線
圖3 處理三土壤含水率隨時(shí)間變化曲線
圖4 處理四土壤含水率隨時(shí)間變化曲線
本試驗(yàn)為架豆溫室大棚滴灌條件下進(jìn)行, 觀測有效降雨量R=0,深層滲漏量L=0,依據(jù)水量平衡公式計(jì)算所得各處理全生育期耗水規(guī)律,如表3。
由表3 可以看出, 架豆是一種耗水量較大且對水分較敏感的蔬菜, 整個(gè)生育期進(jìn)程中, 在日光溫室架豆滴灌條件下架豆表現(xiàn)出較好的耗水規(guī)律, 各處理間耗水規(guī)律趨勢基本一致。 苗期與初花期相對較少, 抽蔓期耗水增多, 結(jié)莢期耗水占比最大, 是架豆整個(gè)生育期最為需水階段。 苗期由于處在種子發(fā)芽至開始生長階段, 耗水量較??; 抽蔓期隨植株的生長, 植株體的蒸騰加大, 耗水量開始增加; 而到了初花期, 為了增加產(chǎn)量, 防止架豆落花, 人為控制了灌溉, 所以初花期耗水量降低; 結(jié)莢期, 隨著架豆植株生長及果實(shí)的成熟, 耗水量大幅度增加, 并且達(dá)到最大值, 是架豆整個(gè)生育期中最為耗水的階段。
本試驗(yàn)所指水分利用效率包括產(chǎn)量水平水分利用效率和灌溉水利用效率。 作物產(chǎn)量水平的水分利用效率是指作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與作物耗水量的比值;灌溉水利用效率是指作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與灌水量的比值。本試驗(yàn)產(chǎn)量及水分利用效率,詳情見表4。 不同水分處理下架豆的產(chǎn)量及水分利用效率存在較大差異。就產(chǎn)量而言, 從高到低為 L2>L1>L3>L4,L2產(chǎn)量最高,與L3和L4形成顯著差異; 從灌溉水分利用效率來看,從高到低為 L4>L3>L2>L1,L1最低,處理間顯著差異;從作物產(chǎn)量水平的水分利用效率看,從高到低為L4>L3>L2>L1,L1最低, 說明過高的水分條件對產(chǎn)量的形成已無很大影響。綜合比較,雖然L4的水分利用效率高, 但其以犧牲經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為前提, 不適合采用;L1的水分利用率最低, 水分充足條件下產(chǎn)量反而不能達(dá)到最高產(chǎn), 也不適宜采用;L3的產(chǎn)量又低于L2;故L2可在保持相對較高的水分利用效率下獲得最高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,可達(dá)到節(jié)水、高產(chǎn)的目的。
表3 日光溫室架豆膜下滴灌條件下耗水規(guī)律(單位:mm)
表4 不同處理對產(chǎn)量及水分利用效率的影響
分析試驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn), 產(chǎn)量與灌水量及耗水量之間存在明顯的二次曲線關(guān)系,其回歸方程分別為:
式中,y為作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(kg/hm2);x為全生育期總灌溉水量(mm)。
式中,y為作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(kg/hm2);x為全生育期耗水量(mm)。
從圖5 可以看出, 產(chǎn)量隨灌水量及耗水量的增加先增大,當(dāng)達(dá)到一定值后,產(chǎn)量不再隨水量的增加而增大,說明水量充足的處理,水分較多地消耗在了植株的營養(yǎng)發(fā)育上, 對果實(shí)的膨大及最終產(chǎn)量影響不大,從產(chǎn)量形成上看,該部分耗水屬于多余的無效耗水,應(yīng)進(jìn)行灌溉控制,使水量控制在適當(dāng)范圍。
圖5 產(chǎn)量與灌水量及耗水量的關(guān)系
(1) 本次試驗(yàn)針對架豆各生育期及全生育期耗水量進(jìn)行了研究,整個(gè)生育期進(jìn)程中,在日光溫室架豆滴灌條件下架豆表現(xiàn)出較好的耗水規(guī)律, 各處理間耗水規(guī)律趨勢基本一致。 苗期與初花期相對較少,抽蔓期耗水增多,結(jié)莢期耗水占比最大,是架豆整個(gè)生育期最為需水階段。最高產(chǎn)的L2, 全生育期耗水量均值為173.41 mm,日均耗水量2.04 mm, 結(jié)莢期耗水量為110.76 mm,占全生育的63.87%。
(2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,以土壤含水率下限作為各處理控制指標(biāo)的4 個(gè)處理中,L2即控制土壤含水率下限為田持的80%的處理獲得最高產(chǎn)量。 試驗(yàn)結(jié)果總體趨勢為產(chǎn)量隨著水量的增大而增加, 但L1即控制土壤含水率下限為田持的85%的處理平均畝產(chǎn)低于L2,已出現(xiàn)下降趨勢,總體趨勢產(chǎn)生了拐點(diǎn)。
(3) 試驗(yàn)對不同處理的水分利用效率進(jìn)行了對比,隨著水量的增加水分生產(chǎn)率反而降低,說明水分未能充分利用, 過高的水分條件對產(chǎn)量的形成已無很大影響。 綜合比較表明,L2可在保持相對較高的水分利用效率下獲得最高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,可達(dá)到節(jié)水、高產(chǎn)的目的。
(4)針對于本次試驗(yàn),以土壤水分下限控制灌水條件下宜從架豆生長特性出發(fā), 宜采用分段灌溉指標(biāo)控制灌溉,最優(yōu)灌水下限分別為開花期65%、抽蔓期65%、初花期控水、結(jié)莢期80%。