不同节水方式对油菜水分利用、分配及产量的影响

孙梦遥, 徐岚俊, 李小龙, 李传友, 陈华, 张传帅, 刘婞韬

(北京市农业机械试验鉴定推广站， 北京 100079)

油菜(BrassiacampestrisL.)是一年生草本植物，芸薹属(Brassica)，十字花科(Cruciferae)白菜变种，叶片宽大呈卵圆形或椭圆形[1]。我国是白菜型油菜的起源中心，栽培历史悠久，栽种面积大，从青藏高原亚区、东北平原亚区等春油菜区，到长江中游亚区、长江下游亚区、华南沿海亚区等冬油菜区均有不同程度的分布，种植面积仅次于印度，位居世界第二，目前已成为我国重点蔬菜种类之一[2-3]。油菜中含有丰富营养元素、矿物质，尤其是维生素C、胡萝卜素，具有丰富的营养价值，使油菜受到越来越多消费者的喜爱[4]。近年来，油菜种植面积逐步扩大，在我国南北广泛栽培。

我国水资源匮乏、供求矛盾突出，大水漫灌的农耕方式至今还被广泛应用，农作物水分利用效率低，缺乏科学的灌溉方式与理念使本就短缺的水资源浪费更加严重。因此，如何科学灌水提高水分利用效率，是目前领域研究亟待解决的问题。油菜性喜凉，生长周期短，且油菜的光合作用效率对土壤水分含量变化十分敏感，而人工灌溉又成为设施蔬菜栽培水分的重要来源，可有效控制设施蔬菜的生长发育[5-6]。国内外有关油菜的研究主要集中在栽培管理技术和施肥管理方面[2]，有关日光温室油菜节水灌溉报道较少，且不同灌溉方式对油菜品质、产量和水分分配规律影响的研究报道更少。深入研究蔬菜的需水规律和灌溉方式，提高蔬菜灌溉水分利用效率，实现蔬菜的高效生产，对于缓解我国当前水资源紧缺具有重要的现实指导意义。本研究以油菜品种春油5号、夏绿2号为试验材料，以畦灌为对照，探究了微喷带、膜下畦灌、膜下微喷等节水方式对春、秋季栽培油菜的水分利用、分配及产量的影响，旨在为建立高效率、低成本、实用性的油菜节水技术体系提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

油菜品种：春季试验选用春油5号、秋季试验选用夏绿2号，均由北京北农种业有限公司提供。地膜种类：春季试验选用普通透明农用地膜，厚度为0.008 mm；秋季试验选用黑色有孔地膜，厚度为0.02 mm，生产商为稼乐蜜农膜有限公司。微喷带：直径28.6 mm，五孔，孔径为0.1 mm；主水管为直径50 mm的硬胶管。水表：旋翼式数字冷水表(宁波金龙LXS)，精确度为0.001 m3。张力计：Water-mark张力计，德国STEPS公司生产。

1.2 试验地概况

播种前、收获后采用五点取样法对各试验小区按照0—10、10—20、20—30 cm分3层采集春秋两季土壤样品。每层土壤分别混合均匀，自然风干、压碎、过筛，供后续使用。温室油菜播种前，土壤理化性质见表1。

表1 供试土壤基础理化性状Table 1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

1.3 试验设计

试验于2018年9月至2019年5月在中国农业大学西校区科学园进行。春季试验，油菜品种选用春油5号， 露地栽培,3月31日播种，5月25日收获。秋季试验，油菜品种选用夏绿2号，露地栽培,8月31日播种，10月20日收获结束。

油菜采用平畦栽培，小区面积为3.60 m2，畦长5.00 m，畦宽为1.00 m。播种前每公顷施腐熟鸡粪67 500 kg(N、P、K≥4%，有机质总量≥30%)、复合肥1 950 kg(N∶P2O5∶K2O为15∶10∶15，总养分≥51%)。株距为20 cm，行距为25 cm，每畦播种4行油菜。试验设畦灌(CK)、微喷带(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微喷(T3)4个处理，在土壤含水量下降至阀值时进行定量灌溉。每个处理为1畦，3次重复。为了防止水分横向侧漏，各小区间50 cm土层用塑料薄膜隔开。

1.4 测定项目及方法

1.4.1土壤容重和田间持水量的测定 利用烘干法测定不同土层土壤容重(r)，田间持水量(θf)的测定参考《土壤农化分析》[7]。

1.4.2油菜灌溉水分配的测定 ①灌溉量。春、秋季油菜每次灌水量分别为220.5、219.5 m3·hm-2。春季CK、T1、T2、T3分别灌溉11、10、9、7次，其中在播种后为保证试验顺利进行，在播种水和缓苗水的灌溉时进行了2次足量灌溉，共多灌溉147 m3·hm-2；秋季CK、T1、T2、T3分别灌溉10、9、7、6次，其中在播种后为保证试验顺利进行，在播种水和缓苗水的灌溉时进行了2次足量灌溉，共多灌溉146.4 m3·hm-2。油菜灌溉量(I)计算公式如下。

I=r×p×h×θf×s×(q1_q2)/η

(1)

式中，I为油菜灌溉量，m3；r为土壤容重，g·cm-3。p为土壤湿润比，取100%；h为灌水计划湿润层，0.3 m；θf为田间持水量，%；q1、q2 分别为80%、60%；s为灌溉面积，hm2；η为水分利用系数，本试验取1。

②土壤贮存水量。分别于油菜播种前、幼苗期、莲座期，每天利用烘干法测定土壤0—30 cm的含水量变化，并利用下面公式计算土壤贮水量(ΔW)。

△Wx=W1-W0=θ1γh_θ0γh

(2)

式中，△Wx为x阶段土壤贮水量，m3；W0为x阶段初的土壤贮水量，m3；W1为x阶段末的土壤贮水量，m3；θ0为x阶段初土壤质量含水量，%；θ1为x阶段末土壤质量含水量，%；γ为土壤容重，g·cm-3；h为土体厚度，30 cm。

③土壤蒸发量。采用厚5 mm、直径100 mm、高100 mm的PVC管制成的微型蒸发器，测定土壤蒸发量(E)。每天于16：00测定微型蒸发器的重量，从而计算得到每天的蒸发量， 3次重复，取平均值。

④植物蒸腾量。 整个试验过程中没有渗漏水，因此植物蒸腾量(T)计算公式[8-9]如下。

T=I-ΔW-E

(3)

式中：T为植物蒸腾量，m3；I为灌溉量m3；△W为土壤贮存水量，m3；E为土壤蒸发量，m3。

1.4.3油菜产量及植株含水量 分别将春、秋两季各处理的油菜全部收获，用精确度0.01 g的电子秤分别称量植株地上部、地下部及全株鲜重。每个处理随机取10株带回并于105 ℃杀青30 min，80 ℃恒温烘干至恒重，称量油菜地上部、地下部及全株干重，计算产量及植株含水量(W)。植株含水量(W)计算公式如下。

W=(FW-DW)/ρh

(4)

式中，W为植株含水量，m3·hm-2；FW为每公顷植株鲜重，t·hm-2；DW为每公顷植株干重t·hm-2；ρh为水的密度，取1 t·m-3。

1.4.4灌溉水水分利用效率 经济产量灌溉水水分利用效率(WUEe)和生物产量灌溉水水分利用效率(WUEb)计算公式[10]如下。

WUEe=EY/I

(5)

WUEb=BY/I

(6)

式中，WUEe为经济产量灌溉水水分利用效率，kg·m-3；WUEb为生物产量灌溉水水分利用效率，kg·m-3；EY为经济产量，kg·hm-2；BY为生物产量，kg·hm-2；I为灌溉量，m3。

1.5 数据处理

采用 Excel 2010和 SPSS 13.0软件对试验数据进行处理分析，各处理间的差异采用 LSD多重比较检验。

2 结果与分析

2.1 不同节水方式对油菜产量和灌溉水水分利用效率的影响

由表2可知，春季畦灌(CK)栽培的油菜生物产量为49 066.8 kg·hm-2，生物产量灌溉水水分利用效率为14.81 kg·m-3，微喷带(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微喷(T3)生物产量分别比对照高23.65%、44.88%、81.65%；生物产量灌溉水水分利用效率分别比对照提高32.48%、67.15%、147.57%。春季畦灌(CK)栽培的油菜经济产量为46 999.8 kg·hm-2，经济产量灌溉水水分利用效率为14.19 kg·m-3；微喷带(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微喷(T3)经济产量分别比对照高24.45%、45.99%、82.01%；经济产量灌溉水水分利用效率分别比对照提高33.35%、68.45%、148.08%。

表2 不同节水方式下油菜产量及水分利用效率Table 2 Yield and water use efficiency of rape under different water-saving methods

秋季畦灌栽培(CK)的生物产量为49 824.9 kg·hm-2，生物产量灌溉水水分利用效率为13.11 kg·m-3；微喷带(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微喷(T3)栽培灌溉量分别比畦灌(CK)生物产量提高15.13%、20.50%和36.55%；生物产量灌溉水水分利用效率分别提高22.12%、45.69%和75.50%。秋季畦灌栽培(CK)的经济产量为47 757.15 kg·hm-2，经济产量灌溉水水分利用效率为12.56 kg·m-3；微喷带(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微喷(T3)栽培灌溉量分别比畦灌(CK)经济产量提高15.29%、20.41%和36.73%；经济产量灌溉水水分利用效率分别提高22.37%、45.62%和77.79%。可见，微喷带和地膜可显著降低灌溉量，提高产量和水分利用率的作用，而膜下微喷栽培效果最佳。

2.2 不同节水方式对油菜灌溉量和节水效率的影响

由表3可知，春季油菜畦灌栽培(CK)的灌溉量为3 312.90 m3·hm-2；微喷带(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微喷(T3)栽培灌溉量分别比对照减少6.66%、13.31%和26.62%。秋季露地畦灌栽培(CK)灌溉量为3 801.60 m3·hm-2，微喷带(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微喷(T3)栽培灌溉量分别比畦灌减少5.77%、17.32%和23.09%。春季油菜膜下微喷(T3)栽培节水效率最高为26.62%，秋节油菜膜下微喷(T3)栽培节水效率最高为23.09%。可见，微喷带(T1)和膜下畦灌(T2)可降低油菜灌溉量，而膜下微喷(T3)节水效果较好(P>0.05)。

表3 不同节水方式下油菜灌溉量和节水效率Table 3 Irrigation amount of rape under different water-saving methods

2.3 不同节水方式对露地油菜灌溉水分配规律的影响

由表4可知，春季油菜畦灌(CK)栽培的土壤蓄水、地面蒸发、植物蒸腾、植株含水量分别占灌溉量的5.85%、73.88%、18.86%和1.41%，膜下微喷(T3)栽培4部分分别占灌溉量的3.24%、27.01%、66.28%和3.47%；土壤蓄水减少2.61%，地面蒸发减少46.87%，植株蒸腾增加47.42%，植株含水量增加2.06%。秋季油菜畦灌(CK)栽培的土壤蓄水、地面蒸发、植物蒸腾、植株含水量分别占灌溉量的4.29%、46.40%、48.09%和1.22%，膜下微喷(T3)栽培四部分分别占灌溉量的5.26%、22.29%、70.29%和2.16%；土壤蓄水增加0.97%，地面蒸发减少24.11%，植株蒸腾增加22.20%，植株蓄水增加0.94%。可见，微喷带(T1)和膜下畦灌(T2)能改善灌溉水的分配，减少地面蒸发，提高蒸腾比例。综合考虑，膜下微喷(T3)效果最显著。

表4 不同节水方式下油菜水分分配Table 4 Water distribution of rape under different water-saving methods

3 讨论

本研究显示，在油菜水分利用率方面，微喷带(T1)较畦灌(CK)水分利用效率提高了22%左右，膜下畦灌(T2)较畦灌(CK)提高了45.69%，且膜下微喷(T3)与畦灌(CK)的水分利用效率存在显著性异。姚素梅等[10]研究发现，小麦使用微喷灌技术相比于常规灌溉可提高水分利用率，与本研究结论一致。

研究作物需水规律和水分分配规律，对作物的高产、优质栽培有重要指导意义。灌溉水分配主要在植株蒸腾、地面蒸发、地下渗漏和土壤贮水4个方面。王炳英等[11]通过比较夏玉米的覆膜种植与露地种植的需水量，发现覆膜种植比露地种植节水34.14 mm，水分利用率高于露地，与本研究结果一致。此外，李巧生[12]研究发现，水蜜桃使用微喷灌技术后，每亩可比常规灌水节约150 t。本研究中，油菜为浅根系作物，根系分布在0—30 cm土层，因此计划湿润土层为30 cm，通过合理控制灌溉量，忽略地下渗漏。本研究以常规畦灌为对照(CK)，设置微喷带(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微喷(T3)3个处理。结果表明，地面蒸发量表现为畦灌(CK)>微喷带(T1)>膜下畦灌(T2)>膜下微喷(T3)，春季油菜整个生育期内，与畦灌(CK)相比，微喷带(T1)、膜下畦灌(T2)、膜下微喷(T3)蒸发量分别减少了19.64%、56.86%、66.13%，植株蒸腾量、植株含水量均表现为膜下微喷(T3)>膜下畦灌(T2)>微喷带(T1)>畦灌(CK)，其中春季油菜蒸腾量表现为膜下畦灌(T2)和膜下微喷(T3)较畦灌(CK)分别比高43.03%、38.09%，说明微喷带(T1)和膜下畦灌(T2)能减少地面蒸发，提高蒸腾量和植株含水量，这可能是由于微喷带均匀的水流能有效减少水分的流失和渗漏，膜下畦灌能保持土壤的温、湿度，有利于提高水分利用效率，优化水分分配。

不同节水方式下的产量表现为膜下微喷(T3)>膜下畦灌(T2)>微喷带(T1)>畦灌(CK)，且膜下微喷(T3)相比畦灌(CK)的产量有明显提高。研究发现，使用膜下微喷技术的黄瓜较常规灌溉节水40%且产量增加[13]。在生菜和芹菜[14]上也表现为相似的规律，本研究结果与前人一致。这是由于不同的节水方式能通过对土壤环境的影响，保持土壤含水量，减少无效耗水，影响油菜对水分的分配和矿质元素的吸收利用，提高了光合作用强度，最终影响了油菜的产量。