盐碱地大棚番茄膜下滴灌节水试验研究

武晓菲，李记明，宋文浚

(山西省水利水电科学研究院，太原 030002)

山西地处干旱半干旱地区，农业灌溉用水占用水总量的61.8%，水资源短缺已经成为我省农业生产的严重阻碍，如何在农业生产中科学用水，提高水分利用效率，使有限的水资源发挥更大的经济效益是农业发展的必然趋势。蔬菜生产是农业生产的重要组成部分，作为一种高效经济作物，其耗水量大，对水分极为敏感，因此研究蔬菜节水技术对于农业的可持续发展具有重要意义。番茄是山西种植范围最广、最受欢迎的设施蔬菜之一，番茄生长、产量、品质及灌水利用效率等受土壤水分影响较大[1-4]，对盐分较为敏感[5]。膜下滴灌是一种高效节水灌溉技术，它是将滴灌与覆膜种植相结合，其中滴灌通过管道系统供水，使灌溉水成滴状、缓慢、均匀、定时、定量地浸润作物根系发育区域，使作物主要根系区的土壤始终保持在最优含水状态，地膜覆盖则进一步减少了作物棵间水分的蒸发，达到保水保墒的目的。已有研究表明，在干旱区番茄的种植中进行膜下滴灌可以提高其水分利用效率、产量和经济效益[6]。可见，膜下滴灌可以作为一项节水技术在番茄的种植中推广应用。但是以往研究多集中于灌溉水量、灌溉水源、灌水方式等对番茄生长、产量和灌水利用效率的影响[5,7,8]，对于盐碱地大棚条件下番茄膜下滴灌节水技术的研究较少，本文对膜下滴灌和沟灌两种灌水方式下盐碱地大棚番茄的生长状况、耗水量及耗水规律、产量、灌水利用效率和土壤水盐状况进行了研究，旨在为山西盐碱地大棚番茄膜下滴灌节水技术的推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016年在山西省水利水电科学研究院高效节水示范基地进行。山西省水利水电科学研究院高效节水示范基地位于太原市小店区西温庄乡，占地面积8 hm2，属暖温带大陆性气候，多年平均降雨量为430 mm，多年平均蒸发量为1 812.7 mm，年平均气温9.5 ℃，无霜期170 d，年平均日照时数2 676 h。试验地土壤为黏壤土，偏盐碱，地下水位偏高。供试土壤的理化性质为：土壤容重1.39 g/cm3，有机质33.22 g/kg，速效氮89.93 mg/kg，有效磷160.2 mg/kg，速效钾318.3 mg/kg，pH值8.37。灌溉水的pH值为8.14。

1.2 试验材料

供试作物为番茄，品种为晋番茄4号，于2016年3月28日定植栽种，6月5日开始采收，8月底拔秧，定植苗态为6叶1心。

1.3 试验方法

试验设置膜下滴灌番茄(D1)、沟灌番茄(G1)2个处理，每个处理重复3次，共6个小区。为了减少温室内温度不均对试验结果的影响，将试验小区随机排列在温室的中部，各小区之间设隔离带，小区周围设保护行。同时为防止各小区间水分互相侧渗，小区间采用埋深为60 cm的塑料纸隔开。膜下滴灌按单垄双行种植，每行种植30株作物，畦高约30 cm，畦宽0.8 m，株距45 cm，然后整好垄面，每行作物铺设1条滴灌带，上覆幅宽为1.0 m的地膜，试验期间采用膜下滴灌方式进行灌水管理，膜下滴灌带滴头间距0.3 m，滴头流量1.5 L/h，于定植后立即浇1次缓苗水。沟灌按单垄单行种植，每行种植30株作物，畦高约30 cm，畦宽0.5 m，株距45 cm，地头设一出水口，水沿沟灌溉。

在番茄的幼苗期、开花坐果期、盛果期和拔秧期进行灌水，灌溉定额参照山西省作物灌溉用水定额并依据试验地大棚以往的灌溉经验进行确定，由于试验期间大棚温度较高，沟灌的灌水定额根据作物生长的具体情况进行了调整。具体灌溉定额见表1。

表1 试验方法

1.4 指标测定

番茄定植后从各小区选取6株长势良好的植株作为观测对象，每7～10 d测量其株高和叶片数，株高为用直尺从植株的底部量至最高点的高度，叶片数为全部打开的所有叶片。灌溉用水量用水表记录。番茄的产量用电子秤称量，每次采收时称重并记录。土壤盐分用TY1土壤原位盐分速测仪测定。土壤水分含量用烘干法测定。

2 结果与分析

2.1 不同灌水方式对盐碱地土壤水分含量的影响

试验期内分别在第一次灌水后的2、6及10 d三次测定土壤的含水量，测定深度为0～60 cm，间隔为20 cm，结果见图1。从图1可以看出，膜下滴灌和沟灌的土壤含水率均随着灌水后间隔时间的延长而降低，其中沟灌的折线斜率明显大于膜下滴灌，表明沟灌的土壤含水率降低的更快，沟灌条件下番茄消耗水分更快，这主要是由于沟灌未覆膜，作物棵间的水分蒸发量大，保水保墒能力差。随着土层深度的增加，膜下滴灌和沟灌的土壤含水率均呈现增大的趋势，这是由于土壤表层的蒸发大，土壤水分容易散失。同一土层同一时间不同处理间的土壤含水率差异较大，灌水后2 d时，沟灌的土壤含水率明显高于膜下滴灌，这是由于沟灌是沿沟灌溉，短时间内灌入水量较多，造成土壤水分的快速增长，而膜下滴灌是水沿滴头缓缓进入土壤内，灌水速度较慢，灌水量比沟灌少，土壤水分的增长速度较慢，到灌水后6 d时，沟灌的土壤含水率略高于膜下滴灌，随着时间的推移，到灌水后10 d时，沟灌的土壤含水率低于膜下滴灌，这是由于沟灌的蒸发量较大，对土壤水分的保持能力比膜下滴灌差，同样的时间段内，沟灌消耗的水分大于膜下滴灌。

图1 不同灌水方式对土壤水分含量的影响

2.2 不同灌水方式对盐碱地土壤盐分的影响

采用试验开始前和生育期结束后的土样，测定其土壤表层0～30 cm层的电导率，结果见图2。由图2可以看出，膜下滴灌和沟灌的土壤电导率均随着土层的加深而增加，表明土壤表层的盐分随着灌溉水的下移而向下迁移。生育期结束后0～10和10～20 cm土层膜下滴灌和沟灌的土壤电导率均低于土壤初始电导率，0～10 cm土层分别低于土壤初始电导率11.4%和30.0%，10～20 cm土层分别低于土壤初始电导率4.5%和23.5%，表明膜下滴灌和沟灌均会影响表层土壤的盐分，由于膜下滴灌的水分是缓缓地滴入土壤，盐分随水分的迁移速率也较慢，而沟灌是大量水分迅速进入土壤，盐分随水分的迁移速率很快，所以沟灌对表层土壤盐分的影响更大。20～30 cm土层膜下滴灌的土壤电导率高于土壤初始电导率，沟灌的土壤电导率低于土壤初始电导率，表明膜下滴灌条件下，20～30 cm土层出现了积盐现象。0～30 cm各土层膜下滴灌的土壤电导率均高于沟灌，表明沟灌的灌水压盐效果比膜下滴灌好。由上述结果可以看出，膜下滴灌和沟灌都没有造成土壤盐分的大量累积，均可作为盐碱地大棚番茄的灌水方式应用。

图2 生育期前后不同灌水方式土壤盐分状况

2.3 不同灌水方式对盐碱地大棚番茄生长状况的影响

2.3.1 不同灌水方式对盐碱地大棚番茄株高的影响

不同灌水方式下番茄株高的生长变化见图3。由图3可知，膜下滴灌番茄的株高随定植时间的变化而增大，其生长规律表现为先缓慢增长然后快速增长最后趋于稳定，定植28 d内株高增长较慢，此阶段折线斜率为9.41；28 d之后进入快速生长期，此阶段折线斜率为29.23；到56 d后生长速度稳定，此阶段折线斜率为1.07。沟灌番茄株高的生长规律与膜下滴灌大致相同，其生长规律也是先缓慢增长然后快速增长最后趋于稳定，定植28 d内折线斜率为7.56；28～56 d内的折线斜率为27.46；56 d后折线斜率为0.94。综上可见，膜下滴灌番茄株高的生长速率大于沟灌。灌水方式直接影响番茄的株高，全生育期膜下滴灌番茄的株高均高于沟灌。定植两周内膜下滴灌番茄与沟灌番茄的株高差异不大，第14 d时膜下滴灌番茄的株高比沟灌高13.1%。定植两周后膜下滴灌番茄与沟灌番茄的株高差异显著，差异最小时膜下滴灌比沟灌高9.3%，差异最大时膜下滴灌比沟灌高20.4%。这是因为定植初期番茄植株矮小，蒸腾作用较小，植株生长对水分的需求量较低，所以两种灌水方式下番茄的株高差异不大。定植两周后，番茄进入生长旺盛期，水分消耗量增大，且大棚内温度较高，沟灌的水分供应及保水能力与膜下滴灌相比较差，在一次灌水之后沟灌水分消耗和蒸发过快，而膜下滴灌水分随滴头慢慢的入渗，更能保证根系的水分供应，也更有利于满足根系对空气的需求，所以膜下滴灌番茄的株高和生长速率都高于沟灌，表明膜下滴灌更能促进番茄的生长发育。

图3 不同灌水方式番茄株高的生长变化

为了更直观的描述不同灌水方式下株高的变化过程，采用Logistic函数对其进行拟合，拟合方程为：

(1)

式中：y为株高，cm；t为定植后天数，d；A为株高的理论最大值；B、k均为生长系数。

拟合结果见表2。从表2可以看出，不同灌水方式下R2值均在0.99以上，相关性较高，且拟合式中A值与实测值非常接近，说明Logistic生长模型能较好的表达出株高随时间的变化过程。

表2 不同灌水方式下株高与定植后天数的拟合结果

2.3.2 不同灌水方式对盐碱地大棚番茄叶片数的影响

作物的产量主要由水和同化物质的输入决定[9]。叶片关系着作物光合作用和蒸腾作用的发挥，进而影响其水和同化物质的输入，影响作物的产量[5]。表3为各小区内番茄叶片数的平均值，由表3可知，灌水方式对番茄的叶片数影响不大，膜下滴灌和沟灌番茄的叶片数差异不显著。表明膜下滴灌和沟灌均能满足植株叶片生长所需的水分。两种灌水方式下番茄的叶片数变化趋势相同，均为先缓慢增长然后快速增长。

表3 番茄定植后不同时期叶片数测量结果

2.4 不同灌水方式下盐碱地大棚番茄的耗水量及耗水规律

根据水量平衡方程计算耗水量：

ET=P0+I-ΔW-S-G

(2)

ΔW=10γH(W1-W0)

(3)

式中：ET为生育期总耗水量，mm；P0为生育期内有效降水量，mm；I为生育期内灌水量，mm；ΔW为土壤水变化量，mm；W0、W1为各生育期前、后土壤质量含水率，%；S为深层渗漏量，mm；G为地下水补给量，mm；H为土壤水计算深度，cm；γ为土壤容重，g/cm3。

由于试验在大棚中进行，没有有效降雨，即P0=0；试验田地下水位较深，作物不能利用地下水，即G=0；试验灌水量较小，没有发生深层渗漏，即S=0；故式(2)可改写成：

ET=I-ΔW

(4)

在定植时、幼苗期末、开花坐果期末、盛果期末和拔秧期末以20 cm为一层，取种植行上60 cm内土壤样品，用烘干法测定其土壤含水量，计算出土壤的平均含水量。由公式(3)和(4)计算得到不同灌溉方式下番茄的耗水量，见表4。由表4可以看出，膜下滴灌和沟灌的耗水规律没有大的差异，均表现为前期少、中间多、后期少的变化趋势。与沟灌相比，膜下滴灌番茄整个生育期的累计耗水量减少56.2%，这主要是因为膜下滴灌有地膜覆盖可以减少作物棵间水分的蒸发，从而降低水分的消耗。从阶段分布来看，幼苗期膜下滴灌耗水量占全生育期耗水量的14.2%，沟灌耗水量占全生育期耗水量的10.4%，这一阶段番茄叶片刚刚开始生长，耗水量相对较少；开花坐果期膜下滴灌耗水量占全生育期耗水量的18.6%，沟灌耗水量占全生育期耗水量的18.4%，这一阶段开始随着植株的生长和气温的升高，植株体积增大，蒸腾量加大，番茄开始坐果，番茄的耗水量逐渐变大；盛果期膜下滴灌耗水量占全生育期耗水量的59.6%，沟灌耗水量占全生育期耗水量的63.6%，这一阶段果实开始成熟，生理代谢旺盛，营养生长与生殖生长并进，是番茄需水关键期；拔秧期膜下滴灌耗水量占全生育期耗水量的7.6%，沟灌耗水量占全生育期耗水量的7.6%，这一阶段番茄进入生长后期，植株体开始衰老，水分消耗变少。

表4 不同灌溉方式下番茄的灌水量和耗水量 mm

2.5 不同灌水方式对盐碱地大棚番茄产量的影响

由表5可知，膜下滴灌番茄与沟灌番茄相比节水64.2%，产量增加5.5 t/hm2。膜下滴灌的灌水利用效率是沟灌的2.8倍，节水增产效果明显。这主要是因为覆膜技术可以减少作物的棵间水分蒸发，而滴灌使得水分可通过滴头直接输送到了作物的根部，提高作物对水分的利用率，大大地减少作物的耗水量。膜下滴灌少量多次灌水，使番茄的整个生长过程供水均匀，提高了番茄的产量。而沟灌的水分不仅蒸发量大，且在重力作用下水分的渗漏较多，造成水大量浪费，并且各沟之间的灌水差异也较大，灌溉水量不均匀，产量无法保证。

表5 不同灌水方式对番茄产量的影响

3 结 语

不同灌水方式下的土壤含水率均随着灌水后间隔时间的延长而降低。随着土层深度的增加，土壤含水率均呈现增大的趋势。同样的时间段内，沟灌消耗的水分大于膜下滴灌。对表层土壤的电导率进行研究表明，膜下滴灌和沟灌均没有造成土壤盐分的大量累积。试验表明，灌水方式对番茄的株高影响较大，对叶片数影响较小，且膜下滴灌番茄的株高和叶片数均高于沟灌，与沟灌相比，膜下滴灌可以促进番茄的生长发育。膜下滴灌和沟灌番茄全生育期的耗水量变化均为前期少中期多后期少，与沟灌相比，膜下滴灌番茄整个生育期的累计耗水量降低56.2 %。膜下滴灌番茄与沟灌番茄相比节水64.2 %，产量增加5.5 t/hm2，膜下滴灌的灌溉水利用效率是沟灌的2.8倍，其节水和增产效果明显。综上所述，在盐碱地大棚番茄的种植中推广膜下滴灌，不仅没有造成土壤盐分的大量累积，而且可以节约用水，增加产量，提高灌溉水利用效率。

由于试验周期和经费的限制，试验没有对土壤水分分布和土壤温度状况进行研究，对于土壤盐分的研究也仅限于表层土壤，在今后的研究中可以继续开展相关方面的研究。