微润灌溉条件下不同交替周期对室外辣椒生长的影响研究

陈建琦，申丽霞，王银花，梁 鹏

(太原理工大学 水利科学与工程学院，太原 030024)

0 引 言

针对我国农业缺水现状，深圳微润公司在2011年提出了微润灌溉技术。微润灌溉是一种新型的节水灌溉方式，其核心产品为微润管。微润管的工作原理是通过水势差向土壤中运移适量水分，保证土壤水分供作物生长吸收，同时管壁纳米级的设计保证了水分的单向运移，防止其他大颗粒物质通过。这种技术可以最大化满足作物灌溉要求，同时有效的节水保证了水的利用效率[1-3]。

由康绍忠[4]等研究提出的根系分区交替灌溉，是指灌溉过程中只有一部分作物根系处于湿润的土壤区域，而另一部分作物根系处于较为干燥的土壤区域，并在固定周期后交换状态，由此根系经历水分胁迫锻炼，同时也达到了一定的节水效果。在微润交替灌溉发展的这些年，已经有大量学者对其影响因素进行了研究，例如水头高低、微润管埋深、微润管间距、土壤容重等等[5-10]。交替周期是影响微润灌入渗的重要因素，目前只有少量学者对交替周期的影响展开了研究。李洪任对番茄研究证明[11]在适度水分亏缺范围内，提高交替周期，可以在保证作物产量的条件下提高水分利用效率。刘贤赵对苹果树研究表明[12]不同交替周期对苹果树生长指标没有产生显著的影响，且不同周期下果实生长趋势也很类似，但随着处理天数的增加果实直径差异有所增大。因而，交替周期对不同作物的影响还有待进一步研究。

本试验以辣椒为研究对象，采用交替灌水的方式，研究微润灌溉技术在不同交替周期下下植株的生长情况，为该技术的发展提供一定参考案例。

1 材料与方法

1.1 试验概况

本试验进行于太原理工大学迎西校区，位于山西省太原市。地理坐标为东经111°30′～113°09′，北纬37°27′～38°25′，属北温带大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年平均温度为9.5 ℃。霜冻期为10月中旬至次年4月中旬，无霜期平均149～175 d。年均降水量468.4 mm。试验种植作物为辣椒，实验设备有高位水箱、阀门、输水管、微润管、种植箱等，其中种植箱的长和宽都为100 cm，高为75 cm。实验过程中定期为水箱补充水分保持水压稳定，并进行有效记录。实验灌水采用城市用水，经过过滤装置处理，尽可能减少和避免堵塞现象出现。

1.2 试验方法

本试验设计了 A～D 4组处理，因而设置4个种植箱，每箱定植四行辣椒苗，苗间距为25 cm，其中A～C处理辣椒苗位于两条微润管之间区域。A～C处理均铺设5条微润管，高位水箱出水口分为左管和右管，其中左管连接1、3、5号微润管，右管连接2、4号微润管，微润管埋深为20 cm，间距为25 cm。D处理为普通对照不布设微润管，根据辣椒的生理状态，结合A～C处理耗水量进行定期浇水灌溉。辣椒移苗后，为了提高苗的存活率，A～C处理双管同时打开进行灌水，同时给D处理灌水12 L。4月6号开始，A，B处理关闭右管，仅开左管，C处理保持全开不变。A处理每隔4 d换管，B处理每隔8 d换管。试验开始后，定期测量每个处理土壤含水率、植株株高和植株茎粗。

图1 试验装置图(单位：cm)Fig.1 The figures of experiment installing

1.3 试验测定

1.3.1 土壤含水率

土壤含水率每隔12 d测量一次，在每行辣椒种植区域取3个土样，共12个土样，取土深度为0～15 cm，每个土样使用烘干法求出土壤含水率，再求其平均值作记录。

1.3.2 茎 粗

茎粗采用0.01 cm精度的电子游标卡尺测量，每隔12 d测量一次，每次在每一行随机挑选2株达到平均生长水平的植株，共计8株，记录并计算平均值。

1.3.3 株 高

用精度为0.1 cm的米尺测定，每隔12 d测量一次，采用测量茎粗的8株植株，记录并算出平均值。

1.3.4 产量及灌水量

收获时，用电子秤对每个种植箱中的果实进行称重并计算单株产量，同时统计计算每个处理的累计总灌水量。

2 试验结果与分析

2.1 土壤含水率

从图2中可以看出不同处理各个时期土壤含水率的变化趋势，4组处理土壤含水率呈现C处理>B处理>A处理>D处理，说明在1 m水头下8 d交替周期的土壤含水率要高于4 d交替周期。原因是8 d交替周期换管前水分积累时间更长，更容易积累更多水分。在整个灌溉周期C处理的土壤含水率最高，D处理的土壤含水率最低，其他2组处理呈小范围上升趋势。究其原因，C处理在整个灌溉周期5根微润灌均处于开启状态，而D处理虽进行定时定量灌水，但土壤表面水分蒸发量大而没有水分及时补充，故土壤含水率不高。种植前期各处理的土壤含水率波动较大，后期较稳定。研究表明作物种植后期因作物需水量增加土壤含水率会呈现下降趋势，本试验后期土壤含水率上升主要是因为试验在室外进行，正值当地雨季，故土壤含水率不仅受灌水量的影响，短时间内自然降雨量对土壤含水率的升降起主要作用。

图2 土壤含水率变化趋势Fig.2 The change of soil water content

2.2 茎 粗

从图3中可以看出不同处理各个时期茎粗的变化趋势，在整个生长周期中各个处理的茎粗均呈现单调递增的趋势。种植前期各处理的茎粗没有太大差异，种植第68 d后，A组处理茎粗增长较其他3组处理明显。结合图2可知，在整个灌水周期中C处理的土壤含水率一直最高，但其作物生长趋势并没有表现出优势，说明在适当范围内提高土壤含水率有助于作物生长，但土壤含水率过高反而会影响根部发育，不利于作物生长发育。而A处理凭借周期短使各处土壤水分得到及时补充，在土壤含水率不是很高的情况下，反而生长情况更加良好。因而，在1 m压力水头下，4 d交替周期的辣椒获得水分补充更及时，生长得更好，同时又不浪费大量水分。

图3 辣椒平均茎粗的变化Fig.3 Change in average stem diameter

2.3 株 高

从图4中看出不同处理的株高有着类似的稳定增长趋势，但相互之间始终存在较小的差距。前期除A处理外其他各个处理的株高没有明显差异，而A处理高于其他处理，说明种植前期4 d交替周期更有利于幼苗的生长发育，而原因是辣椒幼苗期对水分存在需求，4 d交替周期提供水分的频率更快，能使每根微润管附近土壤更及时得到水分补充。中期C处理生长得更好，而其他几组处理的株高相对较低，探究原因，辣椒生长中期需水量增加，五管全开持续灌溉处理下土壤含水率会更高，因此辣椒生长更优。而在后期，A处理又好于其他3组。结合图3作物茎粗分析，结果表明水分过多过少均不利于辣椒生长。C处理虽五管全开，但除自身外还有大量的自然水分补充，因为试验在室外进行，又处于本地夏季降雨期，因而土壤处于湿涝状态，是不利于辣椒生长的。A处理灌溉量不是很大，且高于普通灌溉，同时凭借合理的交替周期，使土壤水分更利于辣椒生长。

图4 辣椒平均株高的变化Fig.4 The change of average stem length

2.4 作物产量及灌溉水分生产率

从图5中可以看出，A处理的产量最高，D处理的产量最低。对比A处理和B处理发现，4 d交替周期产量更高，结合前面的生长数据指标，更好地说明4 d交替周期有利于辣椒生长。

图5 单株平均产量对比图Fig.5 Comparison of average yield per plant

表1为不同处理下的灌溉水分生产率，由表可知A处理灌溉水分生产率最高，说明1 m水头下4 d交替周期较8 d更优。C处理的灌水量最高，但其产量一般，其灌溉水分生产率要较前两组微润处理低，说明室外种植情况下土壤含水率不宜太高。同时可以看出，普通灌溉处理的灌溉水分生产率是要明显低于微润灌溉处理的。

表1 不同处理灌溉水分生产率Tab.1 The water use of efficiency of every process

3 结 语

综合前述分析，可以得出以下结论。

(1)在室外种植情况下，微润灌溉试验处于1 m压力水头，4 d交替周期比8 d交替周期更适合辣椒生长，且4 d交替周期处理组的生长指标和水分生产率在所有处理中都是最好的。在其他压力水头下这个结论是否同样符合，尚待证实。

(2)由试验可知微润灌溉处理组灌水量高于普通处理组，但是其保证了辣椒生长过程中对水分的充分需要，增加了作物的产量。而且经过计算发现，微润灌溉处理组的水分生产率明显高于普通处理组，这说明了微润灌溉技术保证了对单位水分的利用效率，在节水方面有着先进性和优越性。

(3)室外种植情况下，五管全开的微润灌溉组含水率最高，但其生长数据并不是最优，相反采用交替灌溉的试验组反而生长情况更好。在室外情况下，尤其是夏季，降雨较多，对作物影响较大，本就含水率高的土壤增加大量水分使土壤湿涝，抑制作物生长。相反采用合理周期的微润交替灌溉，不仅能促进作物生长，还能达到有效节水的作用。