微潤(rùn)灌溉條件下不同交替周期對(duì)室外辣椒生長(zhǎng)的影響研究

陳建琦，申麗霞，王銀花，梁 鵬

(太原理工大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024)

0 引 言

針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)缺水現(xiàn)狀，深圳微潤(rùn)公司在2011年提出了微潤(rùn)灌溉技術(shù)。微潤(rùn)灌溉是一種新型的節(jié)水灌溉方式，其核心產(chǎn)品為微潤(rùn)管。微潤(rùn)管的工作原理是通過(guò)水勢(shì)差向土壤中運(yùn)移適量水分，保證土壤水分供作物生長(zhǎng)吸收，同時(shí)管壁納米級(jí)的設(shè)計(jì)保證了水分的單向運(yùn)移，防止其他大顆粒物質(zhì)通過(guò)。這種技術(shù)可以最大化滿足作物灌溉要求，同時(shí)有效的節(jié)水保證了水的利用效率[1-3]。

由康紹忠[4]等研究提出的根系分區(qū)交替灌溉，是指灌溉過(guò)程中只有一部分作物根系處于濕潤(rùn)的土壤區(qū)域，而另一部分作物根系處于較為干燥的土壤區(qū)域，并在固定周期后交換狀態(tài)，由此根系經(jīng)歷水分脅迫鍛煉，同時(shí)也達(dá)到了一定的節(jié)水效果。在微潤(rùn)交替灌溉發(fā)展的這些年，已經(jīng)有大量學(xué)者對(duì)其影響因素進(jìn)行了研究，例如水頭高低、微潤(rùn)管埋深、微潤(rùn)管間距、土壤容重等等[5-10]。交替周期是影響微潤(rùn)灌入滲的重要因素，目前只有少量學(xué)者對(duì)交替周期的影響展開(kāi)了研究。李洪任對(duì)番茄研究證明[11]在適度水分虧缺范圍內(nèi)，提高交替周期，可以在保證作物產(chǎn)量的條件下提高水分利用效率。劉賢趙對(duì)蘋果樹(shù)研究表明[12]不同交替周期對(duì)蘋果樹(shù)生長(zhǎng)指標(biāo)沒(méi)有產(chǎn)生顯著的影響，且不同周期下果實(shí)生長(zhǎng)趨勢(shì)也很類似，但隨著處理天數(shù)的增加果實(shí)直徑差異有所增大。因而，交替周期對(duì)不同作物的影響還有待進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)以辣椒為研究對(duì)象，采用交替灌水的方式，研究微潤(rùn)灌溉技術(shù)在不同交替周期下下植株的生長(zhǎng)情況，為該技術(shù)的發(fā)展提供一定參考案例。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

本試驗(yàn)進(jìn)行于太原理工大學(xué)迎西校區(qū)，位于山西省太原市。地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′，屬北溫帶大陸性氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。年平均溫度為9.5 ℃。霜凍期為10月中旬至次年4月中旬，無(wú)霜期平均149～175 d。年均降水量468.4 mm。試驗(yàn)種植作物為辣椒，實(shí)驗(yàn)設(shè)備有高位水箱、閥門、輸水管、微潤(rùn)管、種植箱等，其中種植箱的長(zhǎng)和寬都為100 cm，高為75 cm。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中定期為水箱補(bǔ)充水分保持水壓穩(wěn)定，并進(jìn)行有效記錄。實(shí)驗(yàn)灌水采用城市用水，經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置處理，盡可能減少和避免堵塞現(xiàn)象出現(xiàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了 A～D 4組處理，因而設(shè)置4個(gè)種植箱，每箱定植四行辣椒苗，苗間距為25 cm，其中A～C處理辣椒苗位于兩條微潤(rùn)管之間區(qū)域。A～C處理均鋪設(shè)5條微潤(rùn)管，高位水箱出水口分為左管和右管，其中左管連接1、3、5號(hào)微潤(rùn)管，右管連接2、4號(hào)微潤(rùn)管，微潤(rùn)管埋深為20 cm，間距為25 cm。D處理為普通對(duì)照不布設(shè)微潤(rùn)管，根據(jù)辣椒的生理狀態(tài)，結(jié)合A～C處理耗水量進(jìn)行定期澆水灌溉。辣椒移苗后，為了提高苗的存活率，A～C處理雙管同時(shí)打開(kāi)進(jìn)行灌水，同時(shí)給D處理灌水12 L。4月6號(hào)開(kāi)始，A，B處理關(guān)閉右管，僅開(kāi)左管，C處理保持全開(kāi)不變。A處理每隔4 d換管，B處理每隔8 d換管。試驗(yàn)開(kāi)始后，定期測(cè)量每個(gè)處理土壤含水率、植株株高和植株莖粗。

圖1 試驗(yàn)裝置圖(單位：cm)Fig.1 The figures of experiment installing

1.3 試驗(yàn)測(cè)定

1.3.1 土壤含水率

土壤含水率每隔12 d測(cè)量一次，在每行辣椒種植區(qū)域取3個(gè)土樣，共12個(gè)土樣，取土深度為0～15 cm，每個(gè)土樣使用烘干法求出土壤含水率，再求其平均值作記錄。

1.3.2 莖 粗

莖粗采用0.01 cm精度的電子游標(biāo)卡尺測(cè)量，每隔12 d測(cè)量一次，每次在每一行隨機(jī)挑選2株達(dá)到平均生長(zhǎng)水平的植株，共計(jì)8株，記錄并計(jì)算平均值。

1.3.3 株 高

用精度為0.1 cm的米尺測(cè)定，每隔12 d測(cè)量一次，采用測(cè)量莖粗的8株植株，記錄并算出平均值。

1.3.4 產(chǎn)量及灌水量

收獲時(shí)，用電子秤對(duì)每個(gè)種植箱中的果實(shí)進(jìn)行稱重并計(jì)算單株產(chǎn)量，同時(shí)統(tǒng)計(jì)計(jì)算每個(gè)處理的累計(jì)總灌水量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 土壤含水率

從圖2中可以看出不同處理各個(gè)時(shí)期土壤含水率的變化趨勢(shì)，4組處理土壤含水率呈現(xiàn)C處理>B處理>A處理>D處理，說(shuō)明在1 m水頭下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交替周期換管前水分積累時(shí)間更長(zhǎng)，更容易積累更多水分。在整個(gè)灌溉周期C處理的土壤含水率最高，D處理的土壤含水率最低，其他2組處理呈小范圍上升趨勢(shì)。究其原因，C處理在整個(gè)灌溉周期5根微潤(rùn)灌均處于開(kāi)啟狀態(tài)，而D處理雖進(jìn)行定時(shí)定量灌水，但土壤表面水分蒸發(fā)量大而沒(méi)有水分及時(shí)補(bǔ)充，故土壤含水率不高。種植前期各處理的土壤含水率波動(dòng)較大，后期較穩(wěn)定。研究表明作物種植后期因作物需水量增加土壤含水率會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，本試驗(yàn)后期土壤含水率上升主要是因?yàn)樵囼?yàn)在室外進(jìn)行，正值當(dāng)?shù)赜昙荆释寥篮什粌H受灌水量的影響，短時(shí)間內(nèi)自然降雨量對(duì)土壤含水率的升降起主要作用。

圖2 土壤含水率變化趨勢(shì)Fig.2 The change of soil water content

2.2 莖 粗

從圖3中可以看出不同處理各個(gè)時(shí)期莖粗的變化趨勢(shì)，在整個(gè)生長(zhǎng)周期中各個(gè)處理的莖粗均呈現(xiàn)單調(diào)遞增的趨勢(shì)。種植前期各處理的莖粗沒(méi)有太大差異，種植第68 d后，A組處理莖粗增長(zhǎng)較其他3組處理明顯。結(jié)合圖2可知，在整個(gè)灌水周期中C處理的土壤含水率一直最高，但其作物生長(zhǎng)趨勢(shì)并沒(méi)有表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明在適當(dāng)范圍內(nèi)提高土壤含水率有助于作物生長(zhǎng)，但土壤含水率過(guò)高反而會(huì)影響根部發(fā)育，不利于作物生長(zhǎng)發(fā)育。而A處理憑借周期短使各處土壤水分得到及時(shí)補(bǔ)充，在土壤含水率不是很高的情況下，反而生長(zhǎng)情況更加良好。因而，在1 m壓力水頭下，4 d交替周期的辣椒獲得水分補(bǔ)充更及時(shí)，生長(zhǎng)得更好，同時(shí)又不浪費(fèi)大量水分。

圖3 辣椒平均莖粗的變化Fig.3 Change in average stem diameter

2.3 株 高

從圖4中看出不同處理的株高有著類似的穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，但相互之間始終存在較小的差距。前期除A處理外其他各個(gè)處理的株高沒(méi)有明顯差異，而A處理高于其他處理，說(shuō)明種植前期4 d交替周期更有利于幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育，而原因是辣椒幼苗期對(duì)水分存在需求，4 d交替周期提供水分的頻率更快，能使每根微潤(rùn)管附近土壤更及時(shí)得到水分補(bǔ)充。中期C處理生長(zhǎng)得更好，而其他幾組處理的株高相對(duì)較低，探究原因，辣椒生長(zhǎng)中期需水量增加，五管全開(kāi)持續(xù)灌溉處理下土壤含水率會(huì)更高，因此辣椒生長(zhǎng)更優(yōu)。而在后期，A處理又好于其他3組。結(jié)合圖3作物莖粗分析，結(jié)果表明水分過(guò)多過(guò)少均不利于辣椒生長(zhǎng)。C處理雖五管全開(kāi)，但除自身外還有大量的自然水分補(bǔ)充，因?yàn)樵囼?yàn)在室外進(jìn)行，又處于本地夏季降雨期，因而土壤處于濕澇狀態(tài)，是不利于辣椒生長(zhǎng)的。A處理灌溉量不是很大，且高于普通灌溉，同時(shí)憑借合理的交替周期，使土壤水分更利于辣椒生長(zhǎng)。

圖4 辣椒平均株高的變化Fig.4 The change of average stem length

2.4 作物產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率

從圖5中可以看出，A處理的產(chǎn)量最高，D處理的產(chǎn)量最低。對(duì)比A處理和B處理發(fā)現(xiàn)，4 d交替周期產(chǎn)量更高，結(jié)合前面的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，更好地說(shuō)明4 d交替周期有利于辣椒生長(zhǎng)。

圖5 單株平均產(chǎn)量對(duì)比圖Fig.5 Comparison of average yield per plant

表1為不同處理下的灌溉水分生產(chǎn)率，由表可知A處理灌溉水分生產(chǎn)率最高，說(shuō)明1 m水頭下4 d交替周期較8 d更優(yōu)。C處理的灌水量最高，但其產(chǎn)量一般，其灌溉水分生產(chǎn)率要較前兩組微潤(rùn)處理低，說(shuō)明室外種植情況下土壤含水率不宜太高。同時(shí)可以看出，普通灌溉處理的灌溉水分生產(chǎn)率是要明顯低于微潤(rùn)灌溉處理的。

表1 不同處理灌溉水分生產(chǎn)率Tab.1 The water use of efficiency of every process

3 結(jié) 語(yǔ)

綜合前述分析，可以得出以下結(jié)論。

(1)在室外種植情況下，微潤(rùn)灌溉試驗(yàn)處于1 m壓力水頭，4 d交替周期比8 d交替周期更適合辣椒生長(zhǎng)，且4 d交替周期處理組的生長(zhǎng)指標(biāo)和水分生產(chǎn)率在所有處理中都是最好的。在其他壓力水頭下這個(gè)結(jié)論是否同樣符合，尚待證實(shí)。

(2)由試驗(yàn)可知微潤(rùn)灌溉處理組灌水量高于普通處理組，但是其保證了辣椒生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)水分的充分需要，增加了作物的產(chǎn)量。而且經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，微潤(rùn)灌溉處理組的水分生產(chǎn)率明顯高于普通處理組，這說(shuō)明了微潤(rùn)灌溉技術(shù)保證了對(duì)單位水分的利用效率，在節(jié)水方面有著先進(jìn)性和優(yōu)越性。

(3)室外種植情況下，五管全開(kāi)的微潤(rùn)灌溉組含水率最高，但其生長(zhǎng)數(shù)據(jù)并不是最優(yōu)，相反采用交替灌溉的試驗(yàn)組反而生長(zhǎng)情況更好。在室外情況下，尤其是夏季，降雨較多，對(duì)作物影響較大，本就含水率高的土壤增加大量水分使土壤濕澇，抑制作物生長(zhǎng)。相反采用合理周期的微潤(rùn)交替灌溉，不僅能促進(jìn)作物生長(zhǎng)，還能達(dá)到有效節(jié)水的作用。