日光温室滴灌和渗灌对日光温室黄瓜水分利用的影响

日光温室滴灌和渗灌对日光温室黄瓜水分利用的影响

0灌溉对土壤盐分运动及运移的影响黄瓜是种植蔬菜的主要原因之一。它对水的缺乏和缺水的反应非常敏感。在实际生产过程中,黄瓜仍以畦灌为主,灌水量大,除造成大量水分深层渗漏外,随灌溉水渗漏造成的硝酸盐淋洗现象也相当严重,并且有可能造成地下水的硝酸盐污染。滴灌和渗灌作为新型的灌溉方式,受到较多的关注和研究。有研究表明,滴灌和渗灌可以使表层土壤较快的湿润并达到蔬菜生长所要求的水分,同时显著减少灌溉水的深层渗漏,提高灌溉水的利用效率。Alva、习金根等研究表明,滴灌施肥显著地减少了NO3_N向土壤下层的淋失,尤其是在容易发生养分流失、质地较粗的土壤上,滴灌施肥的效果更为明显。渗灌将灌水管埋于地下,可以提高灌水质量,改善土壤环境,缓解土壤退化。但是由于水分运动的多维性以及灌溉的高频性,目前对不同灌溉方式下,灌溉水的分配规律以及水盐在土壤中的运动等研究还不够充分。滴灌和渗灌现已成为成熟的微灌技术,发展迅速,很多学者对此进行了大量的研究。有结果表明,滴灌和渗灌与传统漫灌方式相比灌水量显著减少,灌溉水的深层渗漏显著降低。灌溉方式影响了水分的运移规律,而土壤盐分的变化与水分运动是分不开的,温度势梯度下土壤盐分的迁移仍然以水分运动为基础,因此灌溉方式还会对盐分的运移产生影响。有研究表明,滴灌施肥能显著地减少NO3-N向土壤下层的淋失。张计峰等研究了灌溉方式对新疆棉花条田盐分运移的影响,结果表明,滴灌处理盐分在土壤表层有轻微表积现象,随深度增加盐分含量下降,常规淹灌处理,土壤表层含盐量低于滴灌处理,而随深度增加在0~60cm深度范围内盐分含量逐渐增加。杨丽娟等人比较了渗灌、沟灌对设施栽培条件下土壤溶质运移的影响,结果表明,渗灌条件下表层土壤(0~30cm)硝态氮含量大于沟灌。本试验以日光温室黄瓜生产为研究对象,研究畦灌(对照)、滴灌和渗灌对灌溉水的分配及硝态氮运移的影响。目的是在评价灌溉节水的同时,研究不同灌溉方式对环境(包括耕层土壤环境和地下水环境)的影响效果,为合理灌溉提供依据。1材料和方法1.1供试温室土壤理化性状及灌溉方式本试验于2006年9月至2007年12月在北京市顺义区大孙各庄镇绿奥蔬菜合作社日光温室内进行。2006年秋冬茬为预备试验,本论文数据主要采用2007年冬春茬和2007年秋冬茬的数据。供试黄瓜(CucumissativusL)品种为津育5号。供试温室耕层土壤(0~40cm)的基本理化性状见表1。试验分冬春茬(2007年1月至6月)和秋冬茬(2007年9月至12月),宽窄行种植(宽行80cm,窄行50cm),株距30cm。设畦灌(BI,农民经验灌溉水量)、滴灌(DI,每个栽培畦有2条滴灌带,滴头位于黄瓜定植点附近,滴头间距30cm,灌水量约为畦灌的50%~60%)和渗灌(SI,渗灌管除埋深为15cm外,其余与滴灌相同)3种灌溉方式。每个小区有6个栽培畦,畦长5.0m,畦宽1.3m,小区面积39m2,3次重复,随机区组排列。为防止水分侧渗,不同处理小区之间用垂直埋深50cm的薄膜隔开。根据黄瓜的生长发育状况,以畦灌为基准确定灌水时间,3种灌溉方式同时灌水,灌水量用精确度为0.001m3的水表计量。具体灌水时间及每次灌水量见表2。1.2测试方法1.2.1蒸渗仪测定参照雷延武等的方法利用排水式蒸渗仪测量,对蒸渗仪的规格按照黄瓜栽培要求进行了改进(蒸渗仪长宽高规格分别为150cm×130cm×90cm,为方便表层耕作,其顶部安装于距地表30cm处),因此所测渗漏量至少为距地表120cm以下水分,每次灌溉后用水泵将蒸渗仪中的水分抽出并计量。每个试验小区下均埋1个蒸渗仪,所获得的渗漏量为3次重复的平均值。1.2.2方法模型测定采用改进的微型蒸发器(PVC管做成,高100mm,管壁厚5mm,内径100mm)测定,具体测定方法参照孙宏勇等研究方法。每个小区设两个重复,宽窄行间均放置,每天16:00用精度0.01g的电子天平称质量,2d质量的差值即为蒸发量,质量每减少1g相当于0.1274mm的土面蒸发量。1.2.3土样含水率测定黄瓜各生育期开始与结束时于窄行2条滴灌带的中间位置用土钻采集0~80cm的土样,将土层分为0~20、>20~40、>40~60、>60~80cm4层,每小区5次重复,同层土壤混合混匀,烘干法测定土壤含水率。1.2.4植物蒸发t的测量由水量平衡法(式(1))计算得到式中:I——灌水量,mm;Wo——土壤储水变化量,mm;D——渗漏量,mm;E——土面蒸发量,mm。1.2.5硝态氮淋洗量法用连续流动分析仪(TRAACS2000)测定每次从蒸渗仪中抽出水的NO3-N质量浓度(C),每个蒸渗仪取3个样。硝态氮淋洗量(L)由以下公式计算式中:C——渗漏液中NO3-N质量浓度,mg/L1;D——渗漏量,mm。1.2.6土壤硝化强度测定盛瓜期冬春茬和秋冬茬分别取样2次,于窄行2条滴灌带的中间位置取灌水前、灌水当天及灌水后3次(冬春茬隔2d,秋冬茬隔5d)0~10、>10~20、>20~30cm土壤,每小区5次重复,同层混合混匀,用连续流动分析仪(TRAACS2000)测定硝态氮含量,结果为每个茬口2次结果的平均值。1.2.7根长密度和根钻体积盛瓜期用直径10cm、深15cm的根钻按照0~15、>15~30、>30~45cm3层取样,每层9个点(以黄瓜植株为中心,南、中、北各3点)。根样取回后,立即用0.5mm的筛子冲洗,去除杂物后,用交叉网格法测定根长,计算根长密度,根长密度(cm/cm3)=根长/根钻体积。将测定完根长的根样按照所处的层次,每株分成3部分,于80℃烘干至恒质量,测定根干质量,计算根质量密度,根质量密度(g/cm3)=根质量/根钻体积。1.2.8黄瓜产量y的统计数据每小区选定一畦计产,记录每次摘瓜质量,换算成每公顷的产量即为黄瓜的经济产量。1.2.9计算出的流量水平水的利用率利用产量水平水分利用效率(WUEY)公式计算得到式中:Y——经济产量,kg/hm2;I——灌水量,mm。1.3数据分析利用SPSS数据分析软件对数据进行处理分析。2结果与分析2.1灌溉水对黄瓜蒸发的影响灌溉水的去向主要包括深层渗漏、土面蒸发、植株蒸腾和土壤储水四个方面,灌溉方式不同,灌溉水总量与灌溉水的分配规律也不同。从表3可以看出,无论是冬春茬还是秋冬茬,滴灌和渗灌处理的总灌水量都少于畦灌,冬春茬渗灌和滴灌的灌水量分别为畦灌的65.4%~72.3%;秋冬茬为72.9%~77.4%。滴灌和渗灌的渗漏量都明显低于畦灌,2个栽培茬口趋势相同。冬春茬滴灌和渗灌的渗漏量分别比畦灌减少了43.7%、48.3%,与畦灌达到显著性差异;秋冬茬分别减少了32.0%和36.9%,各处理之间也达到了显著差异。这主要是因为黄瓜缓苗水后,滴灌和渗灌的每次灌水量减少,因而渗漏量也随之减少。土面蒸发量与渗漏量有相同的规律。冬春茬滴灌和渗灌条件下的土面蒸发量分别比畦灌减少了36.5%和59.6%,各处理之间达到显著性差异;秋冬茬分别减少了27.9%和37.0%,滴灌和渗灌与畦灌之间达到显著性差异。畦灌由于灌水量大,土壤湿润面积大,导致蒸发量大;渗灌灌水管埋于地下,土壤表面干燥,蒸发量最少。黄瓜蒸腾量的大小与灌溉方式之间没有直接关系,无论冬春茬还是秋冬茬,3种灌溉方式下黄瓜蒸腾量没有显著差异,灌溉量的减少并没有影响黄瓜的蒸腾作用,表明在本试验灌溉量范围内,没有引起黄瓜生理缺水。冬春茬黄瓜蒸腾所占比例远远高于秋冬茬,这是冬春茬黄瓜总耗水量高于秋冬茬的主要原因之一。灌溉方式对土壤储水变化的影响也不显著,各处理之间没有显著性差异,2个栽培茬口趋势相同。总之,灌溉水在渗漏、蒸发、蒸腾和土壤储水的分配比例因处理而有所差异,其中,渗漏占灌溉水的41%~62%,蒸发占11%~17%,蒸腾占17%~44%,土壤储水变化占2%~9%。土壤储水量相对较小且较恒定,蒸腾是蔬菜作物重要的生理过程,与生长发育密切相关,因此节水的重要环节应集中在降低深层渗漏和土面蒸发上。2.2不同浓度no3-n累积淋洗硝态氮是植物能够直接吸收利用的速效性氮素,不易被土壤胶体所吸附,易随水移动。灌溉方式影响了灌溉水的水分分配,必然会对硝态氮的分布产生影响。表4表明,不论冬春茬还是秋冬茬,渗漏液中NO3-N累积淋洗量具有相同规律,即渗漏量大,NO3-N淋洗累积量也大,因此畦灌>滴灌>渗灌。从黄瓜不同生育期NO3-N淋洗量累积看,与需水量有关,需水量大的时期,灌水频繁,NO3-N淋洗量大,如黄瓜盛瓜期NO3-N淋洗量明显高于其他时期。2.3各处理硝态氮含量的变化对不同灌溉方式下0~30cm土壤中灌溉前后土壤中NO3-N的测定结果如图1所示,随土层深度增加,硝态氮含量逐渐降低且变化幅度减小;灌溉方式不同,硝态氮运移的规律也不同,渗灌与滴灌和畦灌相比,0~10cm土壤的硝态氮变化比较平稳。冬春茬与秋冬茬根层土壤硝态氮运移规律相似,现以秋冬茬为例。灌溉前0~10cm土层硝态氮含量滴灌>渗灌>畦灌,滴灌、渗灌分别比畦灌增加了36.0%和12.0%;灌溉当天各处理硝态氮含量均呈现降低的趋势,畦灌降低的幅度最大,比灌溉前减少了52.64kg/hm2、滴灌次之,减少了24.51kg/hm2、渗灌最少,只减少了1.58kg/hm2;灌溉后随着蒸发的进行,各处理硝态氮含量均逐渐增加,畦灌增加的幅度最大,滴灌次之,渗灌最少,灌溉周期结束时硝态氮含量仍然是滴灌>渗灌>畦灌。原因是畦灌灌水量大,淋洗量高,造成表层硝态氮含量低,滴灌灌水量少,淋洗量也少,留在表层的硝态氮量相对较多,渗灌由于灌水管埋于地下,表层干燥,蒸发量少,硝态氮含量的变化幅度小;>10~20cm土层灌溉前硝态氮含量滴灌>畦灌>渗灌,灌溉当天各处理硝态氮含量均下降,灌溉后随着蒸发的进行,各处理硝态氮含量缓慢增加,渗灌增加幅度最大,畦灌次之,滴灌最小,灌溉周期结束时硝态氮含量滴灌>畦灌>渗灌,与0~10cm的规律不同,原因主要是由于渗灌灌水管埋于地面下15cm处,作为灌水的源头,该层土壤淋洗程度比较大;>20~30cm土层灌溉前硝态氮含量滴灌>渗灌>畦灌,灌溉当天各处理硝态氮含量都有所下降,但是下降幅度都很小,不如前2层变化明显,各处理之间没有达到显著性差异。2.4不同土层黄瓜根长分布规律作为吸收水分和矿质营养物质的器官,根系在植物生长中起着极其重要的作用。从表5可以看出,无论是冬春茬还是秋冬茬,随着土层深度的增加,黄瓜根系逐渐减少,这与黄瓜的生长习性有关。但是灌溉方式对黄瓜不同深度根系的分布产生了影响,而且冬春茬与秋冬茬趋势不同。冬春茬0~15cm土层黄瓜根长畦灌>滴灌>渗灌,畦灌与渗灌之间达到显著性差异;>15~30cm黄瓜根长分布规律与0~15cm相反,渗灌>滴灌>畦灌,>30~45cm黄瓜根长渗灌>畦灌>滴灌,渗灌与畦灌、滴灌之间均达到显著性差异;0~45cm土层黄瓜根长畦灌>滴灌>渗灌,各处理之间差异不显著。秋冬茬0~15cm土层黄瓜根系滴灌>渗灌>畦灌,各处理之间没有达到显著性差异;>15~30cm是渗灌>滴灌>畦灌,渗灌与畦灌之间达到显著性差异;>30~45cm黄瓜根长渗灌>畦灌>滴灌,渗灌与滴灌、畦灌之间达到显著性差异;0~45cm土层黄瓜根长渗灌>滴灌>畦灌,渗灌与畦灌之间达到显著性差异。根长密度、根质量、根质量密度与根长的变化趋势相似。上述结果表明,渗灌和滴灌有利于增加作物深层根系,尤其在温度比较低的秋冬季节栽培黄瓜,采用渗灌或滴灌方式,比传统畦灌利于根系的生长,这在温室黄瓜冬季生产中具有重要意义。2.5不同光照、灌草、灌草的黄瓜产量不同灌溉方式黄瓜产量存在差异。由表6可以看出,冬春茬黄瓜产量显著高于秋冬茬,这主要是因为冬春茬温光环境要优于秋冬茬,利于黄瓜产量的形成。但无论是冬春茬还是秋冬茬,黄瓜产量均是渗灌>滴灌>畦灌,与畦灌相比,冬春茬滴灌、渗灌增产11.9%和15.8%,秋冬茬增产11.1%和13.9%。水分利用效率冬春茬滴灌、渗灌处理分别比畦灌提高54.6%和77.1%,秋冬茬提高43.5%和57.1%。3灌装剂和施肥量的选择滴灌和渗灌可以降低温室空气相对湿度,在早春和秋冬低温期提高土壤温度,增加作物深层根系,本试验结果与此一致,>15~45cm黄瓜根系滴灌和渗灌多于畦灌。但是使用滴灌和渗灌也存在一定的局限性,比如说滴头易堵塞等问题,在采用滴灌和渗灌时合理的施肥量问题,否则可能会导致根层土壤盐分浓度的快速升高,影响黄瓜等蔬菜的生长,这也是本课题下一步需要进一步研究的问题。本试验认为滴灌和渗灌减少了水分深层渗漏、土面蒸发,降低了硝态氮的深层淋洗,增加了黄瓜产量,提高了水分利用效率,对保护水资源具有重要意义。4结论4.1设施黄瓜栽培农艺节水的重点是减蒸土面蒸发控漏,降蒸提水气回用1)渗灌将灌水管埋在地下,整个作物生长季地面一直保持干燥状态,减少了地面水分蒸发损失,极大地提高了灌溉水的利用效率。2)滴灌和渗灌比畦灌节水25.9%和32.0%,渗漏量减少32.0%和72.9%,土面蒸发量减少了33.6%和52.1%,增产11.6%和15.3%,水分利用效率提高49.9%和68.7%,但蒸腾不同灌溉方式之间没有显著差异,因此设施黄瓜栽培农艺节水的重点应该是减蒸(土面蒸发)控漏(降低深