冀西北坝上地区日光温室膜下滴灌条件下架豆耗水规律研究

王 鑫 王海英

（1.张家口市农业高效节水研究所 河北张北076450；2.张家口市水务局规划计划办公室 河北张家口075000）

架豆作为冀西北坝上地区设施蔬菜中的主要作物，由于经济效益良好，在该区发展迅速，现阶段冀西北坝上地区年播种面积达2 000 hm2左右[1]。 耗水规律是确保作物科学灌溉、 丰产优质和灌溉工程设计的基础， 亦是水资源紧缺地区实现农业节水和提高水分生产率的前提。 目前关于蔬菜耗水规律和灌溉制度的研究多集中于番茄、黄瓜等瓜果类菜蔬，但针对温室种植架豆的耗水规律研究很少[2-8]。 日光温室滴灌是一种先进的灌水技术和覆膜种植栽培技术相结合的产物，它通过滴头将有压水流送到作物根部，能够有效地避免深层渗漏； 同传统的灌水方式和栽培技术相比，具有节水、高产、优质和高效的优点[5]。通过开展日光温室膜下滴灌条件下架豆的耗水规律研究，为冀西北坝上地区温室内架豆种植建立科学的水分管理机制、制定合理的灌溉制度，为实现高产、优质、节水，提高其水分生产率的目标提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在张家口市农业高效节水研究所的日光温室中进行，位于张家口市张北县张北镇庙滩村，东经114°40′，北纬 41°11′，海拔 1 382 m，为典型的冀西北坝上地区。 气候类型为典型的寒温带半干旱大陆性季风气候，降水稀少，气温低、昼夜温差大，多风、蒸发强烈。 太阳总辐射 5.96×109J/（m2·年），年日照时数2 844.0 h，日照百分率67.0%，年平均气温3.5℃，年大于10℃积温 1 989.0℃， 无霜期 120 d， 多年平均降水量385.8 mm， 多年平均蒸发量1 846.3 mm， 年相对湿度57%[9-10]。 试验区土壤以农牧交错地带典型的栗钙土为主， 土壤耕作层pH 值8.32， 有机质含量 21.54 g/kg， 全 氮 含 量 1.36 g/kg， 速 效 磷 含 量68.85 mg/kg， 速效钾含量 131.0 mg/kg， 缓效钾含量546.5 mg/kg， 土壤干容重 1.616 g/kg， 田间持水量14.82%。

1.2 试验设计与方法

根据架豆的生长特性，以“前控后促”的方式灌水。 试验以土壤含水量下限作为各处理的控制指标，设置 L1、L2、L3、L4四个处理 （土壤水分控制下限设置见表1），苗期到抽蔓期灌水下限均为65%θf，初花期蹲苗不进行灌水，结荚期四个灌水下限水平（70%θf、75%θf、80%θf、85%θf），每个处理重复 3 次。 实际操作中灌水下限按θ±2%计算，θ为各生长阶段试验设计相应的土壤质量含水量。 所有处理灌水上限均设为田间持水量的95%。 除苗期计划润湿深度为20 cm外，其他各个生育时期均为40 cm。

试验小区面积为 6.5 m×8 m=52 m2， 共计 12 个小区，为了减少试验误差，采用随机排列并在两侧设置保护区。供试架豆品种为“永盛先锋”，2017 年6 月上旬种植，垄宽60 cm，垄间距60 cm，每小区5 垄，每垄起2 行，垄上覆黑色地膜，行距为40 cm，株距50 cm。 灌水方式为膜下滴灌，滴灌带流量为2.0 L/h，滴头间距为300 mm，管径16 mm，壁厚0.2 mm，一条滴灌带控制两行，灌水采用水表计量（精度为0.01 m3）。架豆底肥为有机肥80 kg/亩，复合肥50 kg/亩；随水滴施追肥，抽蔓期1 次，结荚期4 次，每次10 kg/亩，结荚后期每7 d 喷施一次叶面肥。

表1 架豆灌溉试验各个生育阶段灌水控制下限

1.3 数据观测

土壤含水率：土壤含水量采用烘干法测定，在试验小区内取土测定土壤含水量时， 每次应选定2 个测点。 从地表起取土，每隔20 cm 一层，至耗水层深度止。前后两次取土点的距离宜为100 cm，每次取土后应用土将取土孔回填密实。

灌溉水量：记录各个试验小区的灌水时间、灌溉水量。

植株数据： 株高、 茎粗、 叶面积， 每个生育期测一次。

生物产量： 每个生育期测量整株生物产量及根系的干鲜重，每小区测3 株。

小区产量：待架豆可以收获时，取每个小区内固定行测定产量。

2 结果与分析

2.1 灌水量与灌水时间

日光温室架豆膜下滴灌条件下不同水分处理灌溉情况如表2 所示，展示灌水日期及灌水量。

表2 不同水分处理灌溉情况统计 (单位：mm)

2.2 土壤含水率变化情况

架豆全生育期内土壤含水率随时间变化曲线如图 1、图 2、图 3、图 4 所示。 除苗期计划润湿深度为20 cm 外，其他各个生育时期均为40 cm。 各处理土壤含水率均随灌水发生变化，但变化过程略有不同。L1前期在灌水下限与田持之间上下波动， 后期低于灌水下限波动；L2前期在灌水下限与田持之间上下波动，后期在灌水下限附近波动；L3前期在灌水下限与田持之间上下波动， 后期在灌水下限附近波动；L4前后期均在灌水下限与田持之间上下波动。

2.3 架豆耗水规律

依据水量平衡公式，如下：

式中，I为灌溉水量；Ws为土壤水利用量；R为有效降雨量；L为深层渗漏量；ET 为蒸腾蒸发量，耗水量；以上各参数单位均为（mm）。

其中土壤水利用量计算公式如下：

式中，Ws为土壤水利用量（mm）；γ为土壤容重（kg/m3）；H为计划湿润层深度（m）；β0、β1分别为计算时段初、末的土壤含水量（以占干土重的%计）。

图1 处理一土壤含水率随时间变化曲线

图2 处理二土壤含水率随时间变化曲线

图3 处理三土壤含水率随时间变化曲线

图4 处理四土壤含水率随时间变化曲线

本试验为架豆温室大棚滴灌条件下进行， 观测有效降雨量R=0，深层渗漏量L=0，依据水量平衡公式计算所得各处理全生育期耗水规律，如表3。

由表3 可以看出， 架豆是一种耗水量较大且对水分较敏感的蔬菜， 整个生育期进程中， 在日光温室架豆滴灌条件下架豆表现出较好的耗水规律， 各处理间耗水规律趋势基本一致。 苗期与初花期相对较少， 抽蔓期耗水增多， 结荚期耗水占比最大， 是架豆整个生育期最为需水阶段。 苗期由于处在种子发芽至开始生长阶段， 耗水量较小； 抽蔓期随植株的生长， 植株体的蒸腾加大， 耗水量开始增加； 而到了初花期， 为了增加产量， 防止架豆落花， 人为控制了灌溉， 所以初花期耗水量降低； 结荚期， 随着架豆植株生长及果实的成熟， 耗水量大幅度增加， 并且达到最大值， 是架豆整个生育期中最为耗水的阶段。

2.4 对架豆水分利用效率的影响

本试验所指水分利用效率包括产量水平水分利用效率和灌溉水利用效率。 作物产量水平的水分利用效率是指作物经济产量与作物耗水量的比值；灌溉水利用效率是指作物经济产量与灌水量的比值。本试验产量及水分利用效率，详情见表4。 不同水分处理下架豆的产量及水分利用效率存在较大差异。就产量而言， 从高到低为 L2＞L1＞L3＞L4，L2产量最高，与L3和L4形成显著差异； 从灌溉水分利用效率来看，从高到低为 L4＞L3＞L2＞L1，L1最低，处理间显著差异；从作物产量水平的水分利用效率看，从高到低为L4＞L3＞L2＞L1，L1最低， 说明过高的水分条件对产量的形成已无很大影响。综合比较，虽然L4的水分利用效率高， 但其以牺牲经济产量为前提， 不适合采用；L1的水分利用率最低， 水分充足条件下产量反而不能达到最高产， 也不适宜采用；L3的产量又低于L2；故L2可在保持相对较高的水分利用效率下获得最高经济产量，可达到节水、高产的目的。

表3 日光温室架豆膜下滴灌条件下耗水规律（单位：mm）

表4 不同处理对产量及水分利用效率的影响

2.5 产量与灌水量及耗水量的关系

分析试验结果可发现， 产量与灌水量及耗水量之间存在明显的二次曲线关系，其回归方程分别为：

式中，y为作物经济产量（kg/hm2）；x为全生育期总灌溉水量（mm）。

式中，y为作物经济产量（kg/hm2）；x为全生育期耗水量（mm）。

从图5 可以看出， 产量随灌水量及耗水量的增加先增大，当达到一定值后，产量不再随水量的增加而增大，说明水量充足的处理，水分较多地消耗在了植株的营养发育上， 对果实的膨大及最终产量影响不大，从产量形成上看，该部分耗水属于多余的无效耗水，应进行灌溉控制，使水量控制在适当范围。

图5 产量与灌水量及耗水量的关系

3 结论

（1） 本次试验针对架豆各生育期及全生育期耗水量进行了研究，整个生育期进程中，在日光温室架豆滴灌条件下架豆表现出较好的耗水规律， 各处理间耗水规律趋势基本一致。 苗期与初花期相对较少，抽蔓期耗水增多，结荚期耗水占比最大，是架豆整个生育期最为需水阶段。最高产的L2， 全生育期耗水量均值为173.41 mm，日均耗水量2.04 mm， 结荚期耗水量为110.76 mm，占全生育的63.87%。

（2）根据试验结果，以土壤含水率下限作为各处理控制指标的4 个处理中，L2即控制土壤含水率下限为田持的80%的处理获得最高产量。 试验结果总体趋势为产量随着水量的增大而增加， 但L1即控制土壤含水率下限为田持的85%的处理平均亩产低于L2，已出现下降趋势，总体趋势产生了拐点。

（3） 试验对不同处理的水分利用效率进行了对比，随着水量的增加水分生产率反而降低，说明水分未能充分利用， 过高的水分条件对产量的形成已无很大影响。 综合比较表明，L2可在保持相对较高的水分利用效率下获得最高经济产量，可达到节水、高产的目的。

（4）针对于本次试验，以土壤水分下限控制灌水条件下宜从架豆生长特性出发， 宜采用分段灌溉指标控制灌溉，最优灌水下限分别为开花期65%、抽蔓期65%、初花期控水、结荚期80%。