基于微润灌溉技术的大棚白菜生长状况试验研究

张国祥，申丽霞，郭云梅

(太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024)

针对当前已广泛应用的节水灌溉技术的一些不足和突出问题，一项全新的地下节水灌溉技术——微润灌溉技术于2011年被提出，即以膜内外水势梯度为驱动，根据作物需水要求，以缓慢出流的方式为作物根区实时、自动、适时、适量地连续供水[1]。其特点是管壁上没有固定孔距的出水孔道，而是在管壁上分布着数量巨大的微孔，微孔的孔径为10～900 nm，该孔径使其具有半透膜特性[2]。与其他节水灌溉技术相比，微润灌具有节水效果明显、改善作物根区土壤环境、运行成本低、抗堵塞性能强等优点，适宜旱区作物的用水需求[3,4]。

目前关于微润灌溉的研究大多集中在室内模拟试验，将其引入实际种植的研究相对较少。在大棚种植管理中，微灌能够明显地减少灌溉水的蒸发，显著降低棚内湿度，而且能够提高空气温度和土壤温度[5,6]，并能有效抑制作物病害的发生及传播。而在大棚中进行种植试验，既可以排除雨水、病虫害等其他自然或人为因素的干扰，又能保证作物生长所必需的光照，故本试验将微润灌溉技术与大棚种植相结合，并选取白菜作为试验对象，探究其在不同微润灌溉方式下的生长状况，并较之于普通浇灌，对比两种灌溉方式的用水量，验证微润灌的节水性能，为该技术的推广提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在山西省太原市万柏林区太原理工大学校内进行。北纬37°44＇～37°55＇，东经112°21＇～112°31＇，其地貌为西高东低，西部呈由西向东倾斜的慢坡，海拔780～1 400 m，东部呈带状平原，属于太原盆地的组成部分之一。该地区气候四季分明，昼夜温差较大，属于典型的北温带大陆性气候。由于受西北气流的影响。春季多风沙，夏季炎热多雨，秋季凉爽宜人，冬季干燥寒冷。雨季为7-9月，平均年降雨量480～500 mm。一年四季日照充足，全年日照时数平均2 800 h，霜冻期为10月中旬到次年4月中旬，无霜期120～190 d，年平均气温9.5～11 ℃。

1.2 试验装置及材料

试验所用大棚面积为5 m×4 m(长×宽)，顶部用塑料膜覆盖。试验装置主要由高位水箱、浮球阀、阀门、输水管、微润管和种植箱组成。供水水箱为尺寸70 cm×35 cm×35 cm的塑料储水器；浮球阀用于保持水箱出水口与微润管之间的压差为恒定值；输水管为Φ16黑色PE管。作为微润灌溉系统的核心部件，微润管是一种以半透膜为核心材料制成的软管状给水器，具有双层结构，内径约16 mm，壁厚1 mm，内层为厚0.06 mm的特制半透膜。管的内壁上分布着数量巨大的微孔，数量为每立方厘米10万个以上。微润管与输水管之间通过Φ16三通连接。本次白菜的种植在种植箱中进行，种植箱尺寸为73 cm×23 cm×20 cm(长×宽×高)。所用土壤为质地较疏松的营养土，土壤初始体积含水率约12.2%，密度约为0.39 g/cm3；白菜种子为“京研快菜2号”，为喜湿作物，生长期为2个月；水源为城市自来水。

1.3 试验处理

本次试验共设置A～E 5种不同的处理，每种处理设置3组重复试验，共15个种植箱。

A处理为U形微润管布置，即双管布置[见图1(a)]，管埋深约8 cm，管长150 cm；B处理进行直线型微润管布置，即单管布置[见图1(b)]，管埋深约8 cm，管长85 cm；C处理为单管布置，管埋深约3.5 cm，管长85 cm；D处理为双管布置，管埋深约3.5 cm，管长150 cm；E处理采用普通浇灌方式，根据白菜的生长需求适时浇灌。采用微润灌溉的4种处理各设置一个供水水箱，压力水头均为2 m。

图1 微润管布置图Fig.1 The layout of moistube tube

1.4 试验方法

撒种后打开水箱阀门开始灌水，同时对进行E处理的种植箱浇水各3 L。每隔5 d记一次水箱的刻度；每隔5 d取一次土样，用烘干法测各种植箱土壤含水率(体积)，每箱取4个点，计算平均值，取土位置均相同，与微润管横向距离约5 cm，取土深度约10 cm。白菜出苗后，每隔5 d测量一次株高，株高采用米尺从白菜基部开始量取。撒种约1个月后，对各箱进行定苗，每箱留4株白菜，株距约15 cm。撒种约60 d后，采收所有白菜，并称其鲜重，计算各箱株均产量。同时关闭水箱阀门，记下刻度，计算各箱耗水量。整个生长期内，采用微润灌的各水箱阀门一直处于打开状态，而E处理则根据白菜的生长状况适时浇灌。试验数据采用Excel分析、制图。

2 试验结果与分析

2.1 含水率

将各处理每次所测各箱土壤含水率平均值进行拟合得到图2。从图2可以看出，采用微润灌的各处理中，在取土深度为10 cm的条件下，灌水约20 d之前，含水率一直随时间趋于增大，此后则处于小幅度波动态势。分析其原因，可能是前期白菜需水量较小，微润管出流大于消耗，而随着白菜生长，需水量不断增加，微润管出流与消耗则大致处于平衡状态。微润管埋深为3.5 cm时土壤含水率，从始至终均明显高于埋深为8 cm时含水率。可以推测，在该质地土壤条件下，微润管在垂直向上方向渗流较小，即湿润锋运移距离较小，可见重力对该质地土壤水分运移的影响较大。此外，双管布置含水率均高于单管布置含水率，这种差异在埋深较浅时尤为明显。

图2 各处理土壤含水率随时间变化图Fig.2 The change of soil water content1 of every process with time

2.2 株 高

各处理不同时期的株高对比如图3所示。可以看出，各处理株高均随时间推移逐渐增高。微润管埋深较浅时的株高明显高于其他处理，尤其是采用单管布置。分别对比C处理和D处理以及A处理和B处理，结合图2土壤含水率得出的结论，白菜为喜湿性作物，土壤湿度大，而株高并没有相应地增高，这可能是因为双管布置出流量过多，土壤湿度过大，使土壤中空气缩减，抑制作物根系呼吸作用所致。对比A处理和E处理发现，就株高而言，采用微润灌和普通浇灌并无明显差异。灌水结束时，C处理的平均株高最大，为33.0 cm；A处理的平均株高最小，为26.5 cm。可见，微润管采用单管布置，且埋深为3.5 cm时，相比其他处理更有利于白菜生长。

图3 各处理平均株高随时间变化图Fig.3 The change of average stem length of every process with time

2.3 耗水量

对比图4发现，各处理累积耗水量均随时间推移而逐渐增加。但采用微润灌耗水量均高于采用普通灌溉方式耗水量，仅C处理在生长期末期略低于E处理，这与以往的任何研究结果均不同，也与微润灌的节水性产生矛盾。分析其原因，一方面可能与压力水头过大有关，另一方面则是因为土质过于疏松，微润管出流量过多，造成用水浪费。另外，由于本试验在大棚中进行，地表水分蒸发量较小，使微润灌在减少水分蒸发方面的优势未得到发挥。采用相同的微润管布置时，埋深为8 cm时的耗水量均高于埋深为3.5 cm时的耗水量。可见在实际生产中，应当注意合适的土壤类型、压力水头的选择，以充分发挥微润灌优良的节水性能。

图4 各处理累积耗水量随时间变化图Fig.4 The change of accumulative water consumption of every process with time

2.4 产 量

从图5中可以看出，不同处理之间的产量对比，与株高大致相同。埋深为3.5 cm时的产量均高于埋深为8 cm时的产量，而采用单管布置的产量均高于双管布置的产量；采用微润灌时产量明显高于普通灌溉产量，只有A处理低于普通灌溉，说明微润灌在提高作物产量方面的确具有明显优势。结合耗水量试验结果分析，耗水量多并不一定导致产量提高，某些处理甚至会造成作物减产，可见采用正确的微润管布置与埋深至关重要。

图5 各处理株均产量图Fig.5 The average output of each cabbage of every process

3 讨 论

目前关于微润灌溉技术的种植试验研究还处于初级阶段，褚丽妹和张子卓等分别通过对苹果树和番茄生长状况的观察与分析，得到的结论与本试验各有异同，具体如下。

(1)褚丽妹[7]等通过微润灌和沟灌对比试验研究了不同灌溉方式对苹果树生长的影响。试验结果表明苹果树在微润灌溉条件下，生育期内各生长指标均优于沟灌灌溉，微润灌溉技术有利于作物生长，具有明显的节水增产特点。而本试验结果验证了微润灌的确具有增产的优势，但由于采用的种植土壤为较疏松的营养土，且在大棚中进行，微润灌的节水性能并未得到体现。

(2)张子卓[8]等设置了3种不同埋深和2种不同工作压力，研究了微润带埋设深度和压力对番茄生长产量及水分利用效率的影响。结果发现，微润带埋深是影响土壤水分时空变化的主要因素，且埋深对产量的影响明显。本试验设置了3.5和8 cm 2种不同埋深，结果表明，无论是白菜株高还是产量，埋深为3.5 cm时均优于埋深为8 cm，埋深对白菜生长的影响显著。

由于本试验只进行了一次，存在一定的局限性，尚需不同研究人员的进一步试验验证。

4 结 语

综合以上试验结果，得出如下结论。

(1)采用微润灌灌水约20 d之前，土壤含水率一直随时间趋于增大，此后则处于小幅度波动态势。在该质地土壤条件下，受重力影响，微润管在垂直向上方向渗流较小，即湿润锋运移距离较小。

(2)微润管采用单管布置，且埋深为3.5 cm时，相比其他处理更有利于白菜生长。采用双管布置时，土壤中空气受过量水分排挤，抑制了作物根系的呼吸作用，影响了白菜生长。

(3)在本试验条件下，微润灌的节水性能并没有得到充分体现，这可能是因为压力水头过大及土质过于疏松，造成用水浪费所致，此结论尚需进一步试验验证。两种 布置中，埋深较深时耗水量均大于埋深较浅时的耗水量。

(4)从最终各箱的产量来看，埋深为3.5 cm时的产量均高于埋深为8 cm时的产量，可见在该试验条件下，微润管的最适埋深为3.5 cm左右；而采用单管布置的产量均高于双管布置的产量，所以本试验条件下微润管更适合采用单管布置。但采用微润灌在提高作物产量方面的优点普遍得到了验证。

[1] 杨文君，田 磊，杜太生，等. 半透膜节水灌溉技术的研究进展[J].水资源与水工程学报，2008,19(6):60-63.

[2] 谢香文，祁世磊，刘国宏. 地埋微润管入渗试验研究[J].新疆农业科学，2014,51(12):2 201-2 205.

[3] Koumanov K S，Hopmans J W，Schwankl L W． Spatial and temporal distribution of root water uptake of an almond tree under microsprinkler irrigation[J].Irrigation Science，2006,24(4):267-278．

[4] Glcü M，Pancar Y Y．Sekmen energy saving in a deep well pump with splitter blade[J].Energy Conversion and Management，2006,47(5):638-651．

[5] 张立坤，窦超银，李光永，等. 微润灌溉技术在大棚娃娃菜种植中的应用[J].中国农村水利水电，2013,(4):53-55,60.

[6] 沈红芬，陈莉静，张依群. 大棚番茄滴灌试验[J].长江蔬菜，2010,(16):40-41.

[7] 褚丽妹，葛 岩，潘兴辉，等. 苹果树微润灌溉技术试验研究[J].节水灌溉，2012,(4):30-31,36.

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