微润灌溉技术下大棚小葱生长动态试验研究

2017-03-21郭云梅申丽霞张国祥

节水灌溉 2017年2期

郭云梅，申丽霞，张国祥

(太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024)

在水资源日益紧缺的今天，微润灌溉技术作为一种新型的节水灌溉技术，它的出现与发展已成为中国农业水资源有效利用的一项重要保障措施[1,2]。

微润灌溉技术是通过完整的、系统的微润灌溉装置实现植物对水分的高效利用，是以半透膜为核心材料制成的软管状给水器新型节水灌溉技术[3]。微润管由双层结构构成，内部为半透膜管，管壁上分布着无限多个孔径为10～900 nm的微孔。这种纳米级微孔可允许水分子通过，但是不允许尺寸较大的分子团或固体粒通过。外部结构为护套，是由具有高强度且透水的材料组成，它可以保护内部的半透膜管不致被外力损伤[3，4]。微润灌溉通过减少作物区域内土壤表面水分的蒸发以及阻隔重力水的下渗，从而使植物附近区域的土壤水分明显高于其他区域[3-6]。与传统的灌溉技术相比，微润灌溉可以有效地降低生产成本、提高节水效果、改善植株区域土壤的环境，有利于植物生长[5,6]。同时微润灌溉可以将肥料溶解于水，实现水肥一体化。随着节水技术的发展推广，阳台种菜与屋顶绿化也已成为时代发展的一种需要。微润灌溉技术的出现发展可以实现屋顶绿化的自动化灌溉，将微润灌溉技术应用于屋顶绿化，可以更好地提高屋顶灌溉的质量和管理水平，能最大限度地节约能源与水源，在未来的实际生产中会有很大的应用潜力。同时，微润灌溉技术合理化的应用，将会使发展阳台种植更为方便。

目前，关于微润灌溉技术还没有形成独立的理论系统，现有的研究大多集中在室内模拟试验阶段，大棚种植试验相对就少[6]。因此，本试验将微润灌溉技术应用于大棚种植，以小葱为研究对象，探究微润灌溉技术条件下，微润管埋深与压力水头对大棚小葱在整个生育期内生长发育、用水量、土壤含水率和产量的影响。所得数据可以为定制灌溉制度和灌溉参数提供参考依据，也可以为微润灌溉技术在大棚种植与阳台种菜和屋顶绿化方面的应用与推广提供理论支撑。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料及装置

本试验于2015年8-10月在太原理工大学迎西校区小型简易塑料大棚内进行。试验期长为小葱的1个生育期，57 d。试验种子为四季小葱，是由北京华蔬种子有限公司研制。试验装置主要由高位水箱、阀门、输水管、微润管、种植箱组成。高位水箱可以为植物连续供水，同时起到保持水位恒定的作用，确保进入微润管的压力水头恒定。阀门根据需要分别有两通阀与三通阀。通过输水管把水从水箱引入种植箱，微润管埋入种植箱内，连续渗水，试验小葱在种植箱内种植。水源为城市自来水。土壤为质地疏松的营养土，是以草炭、蛭石、珍珠岩为主要原材料配置而成。土壤中富含多种营养元素，可为小葱根系提供健康良好的生长环境。土壤干密度为0.38 g/cm3，初始土壤体积含水率为21.40%。

1.2 试验设计

本试验设置编号为T1～T55种不同的处理，每种处理分别设置了3个种植箱重复。根据四季小葱主根系深度情况，设置微润管埋深分别为4与7 cm。压力水头分别为2与1.5 m。微润灌溉为连续灌溉，灌溉时间贯穿于小葱生长发育的整个过程。T5处理为常规浇灌方式。由于四季小葱并没有统一确定的灌水制度，故在四季小葱整个生育期内，T5处理下的各种植箱根据小葱的生长发育情况和小葱根系土壤含水率进行适时适量浇灌。所有种植箱的其他种植管理方法，如通风、除草等均保持一致。试验设计如表1所示。

表1 不同处理的试验设计

1.3 试验方法

本试验采用烘干法测定土壤体积含水率，每次取土位置控制均相同，与微润管横向水平距离约5 cm处；由于小葱主根系较短，所以取土样深度范围为0～10 cm, 每4 d测定1次。在小葱整个生育期内，每4 d用卷尺从基部开始测量小葱的株高并记录。播种后，为保证T5处理情况下的3个种植箱出苗率，各种植箱各浇水3 L。此后，根据小葱的生长发育情况和小葱根系土壤含水率对T5处理下各种植箱进行适时适量浇灌，每4 d浇水1次，并记录浇水量。小葱生育期结束后，分别采收每个种植箱内小葱的地上部分，每个种植箱不掐尖各选3丛，每丛5株，共15株小葱进行产量测定，每个处理取各种植箱的平均值。每4 d记录1次水箱刻度，小葱采收后，分别计算各处理的用水量。

2 结果与分析

2.1 不同处理间用水量的比较

如图1所示，不同处理间累计用水量在小葱生长发育期间随时间变化趋势一致，大体呈现“S”型，说明日均用水量先增大后减小。T5处理的累计用水量略高于其他微润灌溉处理。T5处理为常规浇灌，是从地表灌水，其处理下各种植箱的地表蒸发大于微润灌溉技术下各处理种植箱的地表蒸发，故微润灌溉略微节水。在小葱播种约30 d内，T1处理>T3处理，T2处理>T4处理，说明在微润管埋深相同下，压力水头为2 m的用水量多。而在播种约30 d之后，T3处理>T1处理，T4处理>T2处理，压力水头为2 m的用水量反而小。分析其原因，可能是在小葱生长前期，土壤水分未达到饱和状态，且小葱需水量较少，压力水头为2 m的微润管出流量快。随小葱的生长，压力水头为2 m处理下的土壤水分先达到饱状态，而水头为1.5 m处理下土壤水分还未达到饱和状态，此时微润管出流量大于2 m水头的。在小葱整个生育期内，用水量T2处理>T1处理,T4处理>T3处理,可以看出，在相同压力水头下，微润管埋设深度大的用水量多。原因可能是小葱根系较短，埋深为7 cm的微润管湿润锋区域大于小葱根系生长区域，造成水分的浪费。

图1 不同处理间累计用水量随时间的变化

2.2 不同处理间土壤含水率的比较

本实验在日光塑料大棚里种植箱内进行，不受降雨影响，也无需考虑地下水补给。同时，在微润灌溉处理下，由于微润管是地埋方式，地表蒸发过小，可忽略不计。可以认为土壤水分变化仅受灌水量以及植物根系对土壤水分吸收两因素的影响。由图2可以看出，微润灌溉技术下，各处理的土壤体积含水率变化趋势大体一致，在小葱整个生育期内大体呈现先增长后趋于平稳状态。T1处理下与T3处理下的土壤体积含水率相差不大。T2处理与T4处理下的土壤体积含水率相近。在播种后约20 d前，各处理的体积含水率一直随小葱的生长而增加，说明在小葱生长前期，微润管出流量大于小葱根系对土壤水分的吸收。在小葱播种约20 d后，各处理的含水率基本趋于平稳状态，此时微润管出流量与小葱耗水量大致处于平衡状态。就整个生育期而言，相同压力水头下，微润管埋深为4 cm的含水率远大于埋深为7 cm的，说明在该质地土壤下，埋深对土壤水分的分布有很大的影响；而在不同的压力下，土壤含水率相差不大，说明压力对土壤水分的分布影响较小。这与张子卓等[6]认为微润管埋深对番茄生育期内土壤水分分布影响较大，而压力对水分的影响很小的结论一致。同时牛文全等[9]通过室内土箱模拟试验验证了微润管埋深与水头是影响土壤水分的主要因素。此试验中，不同微润灌溉处理下，土壤含水率一直在波动变化，这与高振军等[7]人认为微润灌溉下，土壤含水率是一条平滑的曲线不一致，原因可能是该营养土过于疏松，也可能是微润管设计技术未达到所需要求，这有待进一步试验验证。

图2 不同处理间土壤含水率随时间的变化

2.3 不同处理对植株生长的影响

由图3可以看出，不同处理下，小葱生长株高随时间变化趋势规律一致，曲线大体呈现“S”型。T1处理下小葱株高微大于T3处理下的，而远大于T2处理下的，说明微润管压力水头与埋深通过影响土壤水分的分布从而来影响小葱的生长发育。只有T4处理下小葱的长势弱于T5处理下，而其他3个微润灌溉条件处理都强于T5处理的。说明，在此试验中，微润灌溉条件下小葱的长势优于普通常规浇灌。微润灌溉下，小葱株高随生育进程成“S”型，这与张立坤等[8]的研究结果相一致。此试验中，微润管埋深为4 cm，压力水头为2 m时，更适合小葱的生长；而张子卓等[6]认为微润带埋深为15 cm，压力水头为180 cm时最有利于番茄生长。原因是小葱与番茄的根系长度不同，生长状况不同，适合其生长的条件也应有所不同。

图3 不同处理间小葱株高随时间的变化

2.4 不同处理对小葱产量的影响

由表2可以看出，不同处理间小葱的产量随小葱长势一致。T1处理鲜量最大，为33.22 g，干物质积累为2.89 g。T1处理、T2处理、T3处理产量均高于T5，说明微润灌溉下小葱产量高于普通常规浇灌。T4处理产量最小，原因可能是T4处理埋深大，而水头压力小，没能满足小葱关键期需水量。在此试验下，微润管埋设深度的对小葱产量的影响明显高于水头压力。