日光溫室滴灌和滲灌對日光溫室黃瓜水分利用的影響

日光溫室滴灌和滲灌對日光溫室黃瓜水分利用的影響

0灌溉對土壤鹽分運(yùn)動及運(yùn)移的影響黃瓜是種植蔬菜的主要原因之一。它對水的缺乏和缺水的反應(yīng)非常敏感。在實際生產(chǎn)過程中,黃瓜仍以畦灌為主,灌水量大,除造成大量水分深層滲漏外,隨灌溉水滲漏造成的硝酸鹽淋洗現(xiàn)象也相當(dāng)嚴(yán)重,并且有可能造成地下水的硝酸鹽污染。滴灌和滲灌作為新型的灌溉方式,受到較多的關(guān)注和研究。有研究表明,滴灌和滲灌可以使表層土壤較快的濕潤并達(dá)到蔬菜生長所要求的水分,同時顯著減少灌溉水的深層滲漏,提高灌溉水的利用效率。Alva、習(xí)金根等研究表明,滴灌施肥顯著地減少了NO3_N向土壤下層的淋失,尤其是在容易發(fā)生養(yǎng)分流失、質(zhì)地較粗的土壤上,滴灌施肥的效果更為明顯。滲灌將灌水管埋于地下,可以提高灌水質(zhì)量,改善土壤環(huán)境,緩解土壤退化。但是由于水分運(yùn)動的多維性以及灌溉的高頻性,目前對不同灌溉方式下,灌溉水的分配規(guī)律以及水鹽在土壤中的運(yùn)動等研究還不夠充分。滴灌和滲灌現(xiàn)已成為成熟的微灌技術(shù),發(fā)展迅速,很多學(xué)者對此進(jìn)行了大量的研究。有結(jié)果表明,滴灌和滲灌與傳統(tǒng)漫灌方式相比灌水量顯著減少,灌溉水的深層滲漏顯著降低。灌溉方式影響了水分的運(yùn)移規(guī)律,而土壤鹽分的變化與水分運(yùn)動是分不開的,溫度勢梯度下土壤鹽分的遷移仍然以水分運(yùn)動為基礎(chǔ),因此灌溉方式還會對鹽分的運(yùn)移產(chǎn)生影響。有研究表明,滴灌施肥能顯著地減少NO3-N向土壤下層的淋失。張計峰等研究了灌溉方式對新疆棉花條田鹽分運(yùn)移的影響,結(jié)果表明,滴灌處理鹽分在土壤表層有輕微表積現(xiàn)象,隨深度增加鹽分含量下降,常規(guī)淹灌處理,土壤表層含鹽量低于滴灌處理,而隨深度增加在0~60cm深度范圍內(nèi)鹽分含量逐漸增加。楊麗娟等人比較了滲灌、溝灌對設(shè)施栽培條件下土壤溶質(zhì)運(yùn)移的影響,結(jié)果表明,滲灌條件下表層土壤(0~30cm)硝態(tài)氮含量大于溝灌。本試驗以日光溫室黃瓜生產(chǎn)為研究對象,研究畦灌(對照)、滴灌和滲灌對灌溉水的分配及硝態(tài)氮運(yùn)移的影響。目的是在評價灌溉節(jié)水的同時,研究不同灌溉方式對環(huán)境(包括耕層土壤環(huán)境和地下水環(huán)境)的影響效果,為合理灌溉提供依據(jù)。1材料和方法1.1供試溫室土壤理化性狀及灌溉方式本試驗于2006年9月至2007年12月在北京市順義區(qū)大孫各莊鎮(zhèn)綠奧蔬菜合作社日光溫室內(nèi)進(jìn)行。2006年秋冬茬為預(yù)備試驗,本論文數(shù)據(jù)主要采用2007年冬春茬和2007年秋冬茬的數(shù)據(jù)。供試黃瓜(CucumissativusL)品種為津育5號。供試溫室耕層土壤(0~40cm)的基本理化性狀見表1。試驗分冬春茬(2007年1月至6月)和秋冬茬(2007年9月至12月),寬窄行種植(寬行80cm,窄行50cm),株距30cm。設(shè)畦灌(BI,農(nóng)民經(jīng)驗灌溉水量)、滴灌(DI,每個栽培畦有2條滴灌帶,滴頭位于黃瓜定植點附近,滴頭間距30cm,灌水量約為畦灌的50%~60%)和滲灌(SI,滲灌管除埋深為15cm外,其余與滴灌相同)3種灌溉方式。每個小區(qū)有6個栽培畦,畦長5.0m,畦寬1.3m,小區(qū)面積39m2,3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列。為防止水分側(cè)滲,不同處理小區(qū)之間用垂直埋深50cm的薄膜隔開。根據(jù)黃瓜的生長發(fā)育狀況,以畦灌為基準(zhǔn)確定灌水時間,3種灌溉方式同時灌水,灌水量用精確度為0.001m3的水表計量。具體灌水時間及每次灌水量見表2。1.2測試方法1.2.1蒸滲儀測定參照雷延武等的方法利用排水式蒸滲儀測量,對蒸滲儀的規(guī)格按照黃瓜栽培要求進(jìn)行了改進(jìn)(蒸滲儀長寬高規(guī)格分別為150cm×130cm×90cm,為方便表層耕作,其頂部安裝于距地表30cm處),因此所測滲漏量至少為距地表120cm以下水分,每次灌溉后用水泵將蒸滲儀中的水分抽出并計量。每個試驗小區(qū)下均埋1個蒸滲儀,所獲得的滲漏量為3次重復(fù)的平均值。1.2.2方法模型測定采用改進(jìn)的微型蒸發(fā)器(PVC管做成,高100mm,管壁厚5mm,內(nèi)徑100mm)測定,具體測定方法參照孫宏勇等研究方法。每個小區(qū)設(shè)兩個重復(fù),寬窄行間均放置,每天16:00用精度0.01g的電子天平稱質(zhì)量,2d質(zhì)量的差值即為蒸發(fā)量,質(zhì)量每減少1g相當(dāng)于0.1274mm的土面蒸發(fā)量。1.2.3土樣含水率測定黃瓜各生育期開始與結(jié)束時于窄行2條滴灌帶的中間位置用土鉆采集0~80cm的土樣,將土層分為0~20、>20~40、>40~60、>60~80cm4層,每小區(qū)5次重復(fù),同層土壤混合混勻,烘干法測定土壤含水率。1.2.4植物蒸發(fā)t的測量由水量平衡法(式(1))計算得到式中:I——灌水量,mm;Wo——土壤儲水變化量,mm;D——滲漏量,mm;E——土面蒸發(fā)量,mm。1.2.5硝態(tài)氮淋洗量法用連續(xù)流動分析儀(TRAACS2000)測定每次從蒸滲儀中抽出水的NO3-N質(zhì)量濃度(C),每個蒸滲儀取3個樣。硝態(tài)氮淋洗量(L)由以下公式計算式中:C——滲漏液中NO3-N質(zhì)量濃度,mg/L1;D——滲漏量,mm。1.2.6土壤硝化強(qiáng)度測定盛瓜期冬春茬和秋冬茬分別取樣2次,于窄行2條滴灌帶的中間位置取灌水前、灌水當(dāng)天及灌水后3次(冬春茬隔2d,秋冬茬隔5d)0~10、>10~20、>20~30cm土壤,每小區(qū)5次重復(fù),同層混合混勻,用連續(xù)流動分析儀(TRAACS2000)測定硝態(tài)氮含量,結(jié)果為每個茬口2次結(jié)果的平均值。1.2.7根長密度和根鉆體積盛瓜期用直徑10cm、深15cm的根鉆按照0~15、>15~30、>30~45cm3層取樣,每層9個點(以黃瓜植株為中心,南、中、北各3點)。根樣取回后,立即用0.5mm的篩子沖洗,去除雜物后,用交叉網(wǎng)格法測定根長,計算根長密度,根長密度(cm/cm3)=根長/根鉆體積。將測定完根長的根樣按照所處的層次,每株分成3部分,于80℃烘干至恒質(zhì)量,測定根干質(zhì)量,計算根質(zhì)量密度,根質(zhì)量密度(g/cm3)=根質(zhì)量/根鉆體積。1.2.8黃瓜產(chǎn)量y的統(tǒng)計數(shù)據(jù)每小區(qū)選定一畦計產(chǎn),記錄每次摘瓜質(zhì)量,換算成每公頃的產(chǎn)量即為黃瓜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。1.2.9計算出的流量水平水的利用率利用產(chǎn)量水平水分利用效率(WUEY)公式計算得到式中:Y——經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,kg/hm2;I——灌水量,mm。1.3數(shù)據(jù)分析利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。2結(jié)果與分析2.1灌溉水對黃瓜蒸發(fā)的影響灌溉水的去向主要包括深層滲漏、土面蒸發(fā)、植株蒸騰和土壤儲水四個方面,灌溉方式不同,灌溉水總量與灌溉水的分配規(guī)律也不同。從表3可以看出,無論是冬春茬還是秋冬茬,滴灌和滲灌處理的總灌水量都少于畦灌,冬春茬滲灌和滴灌的灌水量分別為畦灌的65.4%~72.3%;秋冬茬為72.9%~77.4%。滴灌和滲灌的滲漏量都明顯低于畦灌,2個栽培茬口趨勢相同。冬春茬滴灌和滲灌的滲漏量分別比畦灌減少了43.7%、48.3%,與畦灌達(dá)到顯著性差異;秋冬茬分別減少了32.0%和36.9%,各處理之間也達(dá)到了顯著差異。這主要是因為黃瓜緩苗水后,滴灌和滲灌的每次灌水量減少,因而滲漏量也隨之減少。土面蒸發(fā)量與滲漏量有相同的規(guī)律。冬春茬滴灌和滲灌條件下的土面蒸發(fā)量分別比畦灌減少了36.5%和59.6%,各處理之間達(dá)到顯著性差異;秋冬茬分別減少了27.9%和37.0%,滴灌和滲灌與畦灌之間達(dá)到顯著性差異。畦灌由于灌水量大,土壤濕潤面積大,導(dǎo)致蒸發(fā)量大;滲灌灌水管埋于地下,土壤表面干燥,蒸發(fā)量最少。黃瓜蒸騰量的大小與灌溉方式之間沒有直接關(guān)系,無論冬春茬還是秋冬茬,3種灌溉方式下黃瓜蒸騰量沒有顯著差異,灌溉量的減少并沒有影響黃瓜的蒸騰作用,表明在本試驗灌溉量范圍內(nèi),沒有引起黃瓜生理缺水。冬春茬黃瓜蒸騰所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于秋冬茬,這是冬春茬黃瓜總耗水量高于秋冬茬的主要原因之一。灌溉方式對土壤儲水變化的影響也不顯著,各處理之間沒有顯著性差異,2個栽培茬口趨勢相同?？傊?灌溉水在滲漏、蒸發(fā)、蒸騰和土壤儲水的分配比例因處理而有所差異,其中,滲漏占灌溉水的41%~62%,蒸發(fā)占11%~17%,蒸騰占17%~44%,土壤儲水變化占2%~9%。土壤儲水量相對較小且較恒定,蒸騰是蔬菜作物重要的生理過程,與生長發(fā)育密切相關(guān),因此節(jié)水的重要環(huán)節(jié)應(yīng)集中在降低深層滲漏和土面蒸發(fā)上。2.2不同濃度no3-n累積淋洗硝態(tài)氮是植物能夠直接吸收利用的速效性氮素,不易被土壤膠體所吸附,易隨水移動。灌溉方式影響了灌溉水的水分分配,必然會對硝態(tài)氮的分布產(chǎn)生影響。表4表明,不論冬春茬還是秋冬茬,滲漏液中NO3-N累積淋洗量具有相同規(guī)律,即滲漏量大,NO3-N淋洗累積量也大,因此畦灌>滴灌>滲灌。從黃瓜不同生育期NO3-N淋洗量累積看,與需水量有關(guān),需水量大的時期,灌水頻繁,NO3-N淋洗量大,如黃瓜盛瓜期NO3-N淋洗量明顯高于其他時期。2.3各處理硝態(tài)氮含量的變化對不同灌溉方式下0~30cm土壤中灌溉前后土壤中NO3-N的測定結(jié)果如圖1所示,隨土層深度增加,硝態(tài)氮含量逐漸降低且變化幅度減小;灌溉方式不同,硝態(tài)氮運(yùn)移的規(guī)律也不同,滲灌與滴灌和畦灌相比,0~10cm土壤的硝態(tài)氮變化比較平穩(wěn)。冬春茬與秋冬茬根層土壤硝態(tài)氮運(yùn)移規(guī)律相似,現(xiàn)以秋冬茬為例。灌溉前0~10cm土層硝態(tài)氮含量滴灌>滲灌>畦灌,滴灌、滲灌分別比畦灌增加了36.0%和12.0%;灌溉當(dāng)天各處理硝態(tài)氮含量均呈現(xiàn)降低的趨勢,畦灌降低的幅度最大,比灌溉前減少了52.64kg/hm2、滴灌次之,減少了24.51kg/hm2、滲灌最少,只減少了1.58kg/hm2;灌溉后隨著蒸發(fā)的進(jìn)行,各處理硝態(tài)氮含量均逐漸增加,畦灌增加的幅度最大,滴灌次之,滲灌最少,灌溉周期結(jié)束時硝態(tài)氮含量仍然是滴灌>滲灌>畦灌。原因是畦灌灌水量大,淋洗量高,造成表層硝態(tài)氮含量低,滴灌灌水量少,淋洗量也少,留在表層的硝態(tài)氮量相對較多,滲灌由于灌水管埋于地下,表層干燥,蒸發(fā)量少,硝態(tài)氮含量的變化幅度小;>10~20cm土層灌溉前硝態(tài)氮含量滴灌>畦灌>滲灌,灌溉當(dāng)天各處理硝態(tài)氮含量均下降,灌溉后隨著蒸發(fā)的進(jìn)行,各處理硝態(tài)氮含量緩慢增加,滲灌增加幅度最大,畦灌次之,滴灌最小,灌溉周期結(jié)束時硝態(tài)氮含量滴灌>畦灌>滲灌,與0~10cm的規(guī)律不同,原因主要是由于滲灌灌水管埋于地面下15cm處,作為灌水的源頭,該層土壤淋洗程度比較大;>20~30cm土層灌溉前硝態(tài)氮含量滴灌>滲灌>畦灌,灌溉當(dāng)天各處理硝態(tài)氮含量都有所下降,但是下降幅度都很小,不如前2層變化明顯,各處理之間沒有達(dá)到顯著性差異。2.4不同土層黃瓜根長分布規(guī)律作為吸收水分和礦質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)的器官,根系在植物生長中起著極其重要的作用。從表5可以看出,無論是冬春茬還是秋冬茬,隨著土層深度的增加,黃瓜根系逐漸減少,這與黃瓜的生長習(xí)性有關(guān)。但是灌溉方式對黃瓜不同深度根系的分布產(chǎn)生了影響,而且冬春茬與秋冬茬趨勢不同。冬春茬0~15cm土層黃瓜根長畦灌>滴灌>滲灌,畦灌與滲灌之間達(dá)到顯著性差異;>15~30cm黃瓜根長分布規(guī)律與0~15cm相反,滲灌>滴灌>畦灌,>30~45cm黃瓜根長滲灌>畦灌>滴灌,滲灌與畦灌、滴灌之間均達(dá)到顯著性差異;0~45cm土層黃瓜根長畦灌>滴灌>滲灌,各處理之間差異不顯著。秋冬茬0~15cm土層黃瓜根系滴灌>滲灌>畦灌,各處理之間沒有達(dá)到顯著性差異;>15~30cm是滲灌>滴灌>畦灌,滲灌與畦灌之間達(dá)到顯著性差異;>30~45cm黃瓜根長滲灌>畦灌>滴灌,滲灌與滴灌、畦灌之間達(dá)到顯著性差異;0~45cm土層黃瓜根長滲灌>滴灌>畦灌,滲灌與畦灌之間達(dá)到顯著性差異。根長密度、根質(zhì)量、根質(zhì)量密度與根長的變化趨勢相似。上述結(jié)果表明,滲灌和滴灌有利于增加作物深層根系,尤其在溫度比較低的秋冬季節(jié)栽培黃瓜,采用滲灌或滴灌方式,比傳統(tǒng)畦灌利于根系的生長,這在溫室黃瓜冬季生產(chǎn)中具有重要意義。2.5不同光照、灌草、灌草的黃瓜產(chǎn)量不同灌溉方式黃瓜產(chǎn)量存在差異。由表6可以看出,冬春茬黃瓜產(chǎn)量顯著高于秋冬茬,這主要是因為冬春茬溫光環(huán)境要優(yōu)于秋冬茬,利于黃瓜產(chǎn)量的形成。但無論是冬春茬還是秋冬茬,黃瓜產(chǎn)量均是滲灌>滴灌>畦灌,與畦灌相比,冬春茬滴灌、滲灌增產(chǎn)11.9%和15.8%,秋冬茬增產(chǎn)11.1%和13.9%。水分利用效率冬春茬滴灌、滲灌處理分別比畦灌提高54.6%和77.1%,秋冬茬提高43.5%和57.1%。3灌裝劑和施肥量的選擇滴灌和滲灌可以降低溫室空氣相對濕度,在早春和秋冬低溫期提高土壤溫度,增加作物深層根系,本試驗結(jié)果與此一致,>15~45cm黃瓜根系滴灌和滲灌多于畦灌。但是使用滴灌和滲灌也存在一定的局限性,比如說滴頭易堵塞等問題,在采用滴灌和滲灌時合理的施肥量問題,否則可能會導(dǎo)致根層土壤鹽分濃度的快速升高,影響黃瓜等蔬菜的生長,這也是本課題下一步需要進(jìn)一步研究的問題。本試驗認(rèn)為滴灌和滲灌減少了水分深層滲漏、土面蒸發(fā),降低了硝態(tài)氮的深層淋洗,增加了黃瓜產(chǎn)量,提高了水分利用效率,對保護(hù)水資源具有重要意義。4結(jié)論4.1設(shè)施黃瓜栽培農(nóng)藝節(jié)水的重點是減蒸土面蒸發(fā)控漏,降蒸提水氣回用1)滲灌將灌水管埋在地下,整個作物生長季地面一直保持干燥狀態(tài),減少了地面水分蒸發(fā)損失,極大地提高了灌溉水的利用效率。2)滴灌和滲灌比畦灌節(jié)水25.9%和32.0%,滲漏量減少32.0%和72.9%,土面蒸發(fā)量減少了33.6%和52.1%,增產(chǎn)11.6%和15.3%,水分利用效率提高49.9%和68.7%,但蒸騰不同灌溉方式之間沒有顯著差異,因此設(shè)施黃瓜栽培農(nóng)藝節(jié)水的重點應(yīng)該是減蒸(土面蒸發(fā))控漏(降低深