基于微润灌不同交替周期对大棚大叶茼蒿生长的影响

2018-08-29王银花申丽霞陈建琦李锦涛

节水灌溉 2018年8期

王银花，申丽霞，梁鹏，陈建琦，李锦涛

(太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024)

0 引言

调查显示，目前我国水资源仅占世界总量的6%，其中农业是我国用水量最多的产业，占全国总用水量的70%以上，水资源紧缺严重制约了我国农业的发展，迫使我国发展节水农业[1]。微润灌溉技术是众多节水灌溉技术中的一种，微润灌溉技术于2011年被深圳微润公司提出，该技术主要采用微润管地埋的方式，微润管的主要组成部分是半透膜，具有双层结构，管壁上分布着数以万计的微孔[2,3]。当灌溉系统开始供水时，微润管内充满水，水分通过微孔向外呈发汗状持续供水，起到持续灌溉作用[4-6]。由康绍忠[7-10]等研究提出的控制性分根交替灌溉，是在灌溉过程中, 使土壤垂直剖面或水平面的某个区域保持干燥,仅让另一部分区域灌水湿润,使不同区域的根系交替经受一定程度的水分胁迫锻炼。张强[11]指出，分根交替灌溉有利于植物的营养生长，显著降低蒸腾，能够达到不牺牲光合产物积累和产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：根系分区交替灌溉既可以减少课间无效蒸发和作物蒸腾，还可以防止土壤板结，并提高作物产量。

目前已有众多学者对微润灌溉条件下各因素对作物生长发育和产量的影响进行研究，研究内容主要集中在埋深、间距及压力水头[12-20]等因素，为了对微润灌溉有更深入的了解，本试验对交替灌溉周期做进一步的研究，以大叶茼蒿为研究对象，设置不同的交替灌溉周期并设置普通灌溉作为对照，以期为微润灌溉技术的完善提供有力支持，为农业生产实际提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

本试验于2017年8月11日至9月19日在山西省太原理工大学温室大棚中进行。试验过程中大棚日平均气温为13.6 ℃，白天日光充足，昼夜温差较大。作物种植于90 cm×45 cm×40 cm(长×宽×高)PVC材质的箱子，种植土壤取自山西省太原市尖草坪区芮城村，土壤初始含水率为27.99%。试验选取大叶茼蒿作为供试品种，成熟期约为35～50 d，在作物整个生长周期各处理均无做施肥处理。试验设备主要有高位水箱、种植箱、PE输水管、微润管和阀门等。试验过程中保持高位水箱出水口水压稳定，灌溉水为城市自来水，并加装过滤装置以避免堵塞。

1.2 试验处理

本试验共设置了A～C 3组处理，每种试验处理重复试验3次，一共设置9个种植箱。A、B处理均为双管布置(左管和右管)如图1(b)微润管埋深为20 cm，间距为30 cm。每个种植箱种植3行作物，定植株距为15 cm。A处理为1 m压力水头6 d交替灌溉周期，B处理为1 m压力水头12 d交替灌溉周期， C处理为普通对照，根据之前学者种植经验[3]每天8∶00和17∶00分别浇水1次，每次灌溉量为1 L。

图1 试验装置图Fig.1 The figures of experiment installing

为了提高土壤含水率以保证出苗率，8月11日至8月25日A、B处理双管同时打开，8月26日起，先打开左管，右管关闭，A处理6 d后交换，B处理12 d后交换。

1.3 试验方法

1.3.1 土壤含水率测定

土壤含水率测定采用烘干法，每6 d测定一次。在a、b、c 3个分区分别取3个土样，取土深度为20 cm，用电子秤测出土样的湿重和干重，计算出每个区域的土壤含水率并求取平均值。计算公式为：土壤含水率=(土壤湿重-土壤干重)/土壤干重×100%。

1.3.2 大叶茼蒿生长状况

定植15 d后开始测定大叶茼蒿生长状况，每隔6 d测定一次株高、茎粗等指标，在每个处理的每行作物中随机选取3株长势均匀的大叶茼蒿进行测量，并取平均值。株高测定用精度为0.01的米尺从大叶茼蒿根部以上部分进行量取；茎粗测量选用0.01 cm的电子游标卡尺进行测量。

1.3.3 植株鲜重及灌溉水分生产率

植株鲜重用电子秤测量，在每个处理每行选择3株长势均匀的进行称重，并取平均值。进行9月19日，收取作物，进行最后一次测量结束实验，用电子秤测定每筐产量，并计算灌溉水分生产率，计算公式为灌溉水分生产率=经济产量÷灌溉量。

最终的试验数据采用Excel制图与分析。

2 试验结果与分析

2.1 土壤含水率

图2显示了不同处理下a、b、c 3个区域的土壤含水率变化趋势。由图2可知初次测量时，各处理各区的土壤含水率相近，在植株整个生长周期过程中，C处理的a、b、c 3区的土壤含水率先呈现下降趋势，后保持在比较平稳的水平。总体而言，微润灌溉处理下两组处理的土壤含水率高于普通处理下的土壤含水率。

图2 各区土壤含水率变化图Fig.2 The change of soil water content of three area of every process with time

定植15后，A、B两个处理开左管时，对应a区的土壤含水率要比b、c区高；开右管时，对应c区的土壤含水率上升。a、c两区的土壤含水率受对应微润管开闭影响，呈现周期性的上下波动，定植前期波动幅度较大后期较小，究其原因大叶茼蒿生长后期，植株生长所需水分越来越多，蒸腾作用也越来越明显，因此土壤含水率逐渐下降，即使相应区域有微润管进行灌水，水分除去土壤表面蒸发，大部分用来满足植物生长所需，故土壤含水率不会有明显的上升趋势；b区中，3组处理的土壤含水率均呈现平稳缓慢的下降趋势，其中平均土壤含水率为B处理>A处理>C处理。

从总灌水量来看，C处理的总灌水量为78 L，A处理和B处理均为50.2 L，两组微润灌溉处理的灌水量比普通灌溉组少35.6%，但土壤含水率较普通灌溉组高，大叶茼蒿的长势也较好，说明交替微润灌溉不仅在节水方面有明显优势，还更有利于植物生长。

2.2 株高

图3显示了不同处理下a、b、c 3个区域的植株株高变化趋势。由图3可知，第一次测量时，3组处理的各区株高没有明显差异，定植21～39 d期间，a、b、c 3区植株平均株高均为B处理>A处理>C处理。结合图2可知，21～39 d中，C处理的土壤含水率呈现稳定趋势，试验大棚中土壤蒸发量较稳定，随着植株的生长蒸腾作用在增加，可用于植株生长利用的水分越来越少，不能满足植株生长需要，因此，在普通灌溉的情况下，植株株高生长较微润灌溉处理组缓慢。B处理的a、b、c 3区的平均株高均大于A处理，由图2可知b区中B处理的土壤含水率略高于A处理，研究表明，在一定范围内，适当提高土壤含水率有利于植株生长；a、c区中A处理的平均土壤含水率高于B处理，但由于微润管周边土壤含水率过高，而大叶茼蒿属于喜干性植物，土壤含水率过高会影响其正常生长，严重时可能会引起病害发生，所以B处理更有利于大叶茼蒿生长。

就各处理株高而言，微润灌溉处理组明显高于普通灌溉组，对比两组不同的交替灌溉周期，交替周期为12 d更有利于大叶茼蒿的生长。

图3 各区植株平均株高变化图Fig.3 The change of average stem length of three area of every process with time

2.3 茎粗

图4显示了不同处理单株平均茎粗的变化趋势，由图4可以看出，不同处理的茎粗随定植时间推移呈现递增的趋势，在0～15 d，各个处理的平均茎粗基本相同，定植15～21 d，植株茎粗生长缓慢，21～39 d，3组处理的平均茎粗均呈现直线上升趋势。在整个生长周期中各处理的平均茎粗为B处理>A处理>C处理，由于B处理的土壤含水率适宜，植株生长情况较好，因此植株茎粗大于其他两组处理。

最终，A、B、C处理平均茎粗分别为2.62、2.84、2.03 mm，可知微润灌溉处理组植株茎粗明显高于普通灌溉处理组，对比两组不同交替周期的微润灌溉组，交替周期为12 d的处理更有利于大叶茼蒿茎粗增长。

图4 单株平均茎粗的变化Fig.4 The average stem diameter of individual plant

2.4 植株鲜重

图5显示了不同处理单株平均鲜重的变化趋势，由图5可以看出，不同处理的植株鲜重随时间推移呈递增趋势，在0～21 d，3组处理的单株平均鲜重没有明显差异，随着植株生长，A、B处理的植株鲜重明显高于普通灌溉组，在种植33 d后，两组微润灌溉处理的植株鲜重仍呈现直线生长趋势时，C处理呈现缓慢平稳上升趋势，与其他两组处理单株平均鲜重的差值越来越大。就各处理的植株鲜重而言，与株高、茎粗类似，微润灌溉处理组的单株平均鲜重明显高于普通灌溉组，且在12 d交替周期下植株生长发育更好。

图5 单株平均鲜重的变化Fig.5 Changes in the average fresh weight per plant

2.5 产量及灌溉水分生产率

表1显示了不同处理平均总产量的值，A、B、C 3组处理的最终产量分别为236.4、357.65、140.28 g，由此可知，微润灌溉处理组的产量明显高于普通灌溉组处理，其产量分别是普通灌溉的1.69倍和2.55倍，B处理的产量高于A处理的产量。由此可知相比较普通灌溉，交替微润灌溉在提高产量方面有明显的优势，且交替周期为12 d时，在提高产量方面更优。不同微润灌溉处理和普通灌溉处理下的灌溉水分生产率不同，C处理的灌溉水分生产率1.8 g/L，A处理和B处理的灌溉水分生产率分别为C处理的2.62倍和3.96倍，明显高于C处理，B处理的灌溉水分生产率高于A处理。