塑料大棚雙孢菇小型行走式噴霧系統灌溉研究

梁 謙，賈生海，安進強

（甘肅農業大學工學院，甘肅蘭州730070）

近年來，我國溫室、塑料大棚等設施作物種植面積增長迅速，但由于受小型溫室噴灌（霧）系統應用技術落后的制約，生產經營者大多沿用傳統的灌溉方式與施肥方法。這種經營方式不僅造成水肥浪費，而且勞動強度大、生產效率低，甚至造成生態環境惡化，農產品品質也無法得到保證。

武威地區位于石羊河中上游，是石羊河流域經濟發展最快、人口密度最大的農業城市之一[1]，農業用水與生態用水之間的矛盾尤為突出。石羊河流域深居大陸腹地，屬大陸性溫帶干旱氣候，年平均降水量為222 mm，流域內可利用水資源量為17.6億m3[2]，按現有人口和耕地計算，人均水資源量為775 m3，低于甘肅省人均水資源量的1 150 m3[3]，屬典型的資源型缺水地區。隨著經濟社會的發展和人口的增加，河西內陸河流域農業灌溉用水大幅增加，水資源短缺現象日益嚴重，已成為河西地區生態、經濟、社會發展的“瓶頸”[4]。設施農業利用人工建造的設施為農業生產提供良好的環境條件，提高了水土及光熱資源的利用率，是區內農業持續發展的有效途徑。結合我國西北地區塑料大棚的實際需要，由甘肅農業大學自主研發了行走式噴霧增濕系統，本試驗在武威地區對該系統的性能進行了比較研究。

1 試驗設計及系統工作原理

1.1 試驗設計

1.1.1 試驗地概況 試驗于2009—2010年在甘肅省武威市謝和鎮食用菌栽培基地進行。武威地區是典型的大陸性氣候，年平均氣溫7.8℃，極端氣溫最高36.6℃，最低-29.8℃。年降水量60～610 mm，蒸發量 1 400～3 010 mm，日照時數2 200～3 030 h，無霜期 85～165 d[5]。

1.1.2 試驗材料 甘肅農業大學自行設計的小型行走式噴霧系統、傳統固定式噴霧系統、雙孢菇、750 W水泵、電焊機、溫度計、土壤水分傳感器、環刀、烘箱、電子秤、量杯。

1.1.3 試驗設計 試驗在雙孢菇塑料大棚（大棚寬6 m，長60 m）內進行，采用小型行走式噴霧系統、傳統固定式噴霧系統，研究使用2種噴霧系統灌溉后的土壤含水量、噴灑均勻度、大棚內溫度、雙孢菇產量。設小型行走式噴霧系統為處理（T），傳統固定式噴霧系統為對照（CK）。

1.2 測量項目及方法

1.2.1 土壤含水量的測定 用土鉆取土，烘干法測量土壤質量含水量。在塑料大棚雙孢菇生長期（2009年12月25日至2010年4月25日）內，每隔3 d測量1次。測量深度為48 cm，分4層，第1層18cm（雙孢菇基料底層），其余每層10cm。結果取平均值。

用TGR型土壤水分傳感器測量土壤體積含水量。在塑料大棚雙孢菇生長期內，每天8：00，10：00，12：00，14：00，16：00，18：00 觀測，共 6 次；測量深度為48 cm，分4層，第1層18 cm（雙孢菇基料底層），其余每層10 cm。結果取平均值。

1.2.2 噴灑均勻度的測定 將同等規格的量杯布置成25 cm×25 cm方形矩陣、25 cm×25 cm梅花形矩陣[6]（用于行走式）或夾角為15°的輻射形[6-8]（用于固定式），小型行走式噴霧系統行走2個來回（固定式噴霧系統噴灑一定時間）后，通過稱量量杯中水的質量，測定噴灑均勻度系數。

1.2.3 雙孢菇產量測定 用電子秤分別稱量T處理與對照（CK）每茬雙孢菇的質量，待雙孢菇全部收獲后，分別統計所有雙孢菇的總質量，比較處理與對照之間的產量。

2 結果與分析

2.1 土壤含水量的分析

在試驗地田間持水率均為19.76%（取各層平均值）的條件下，根據30次測定的不同深度土壤含水量數據得出，處理T土壤水分平均值的變幅在18.616%～17.683%之間，對照（CK）土壤水分平均值的變幅在18.015%～12.148%之間。處理T每層土壤含水量明顯高于對照（CK）同等深度的土壤含水量，最大差值在土壤深度48 cm處，達5.535%；最小差值在雙孢菇生長基料底層18 cm處，差值為0.601%。土壤含水量隨土層深度呈曲線型變化（圖1）。以土壤含水量θ和土層深度h為變量，對土壤含水量進行簡單的分析，其對數回歸方程為T：θ=－575.14 ln h＋1 699.1，R2=0.9942；CK：θ=－76.45lnh＋238.11，R2=0.993。

2.2 噴灑均勻度的分析

Christiansen最早提出了描述噴灌水量分布均勻程度的定量指標——克里斯琴森均勻系數CU[6]，其計算公式為：

式中，xi為第 i測點的降水量（g）；x為降水量平均值（g）；N為量筒數（即測點數）。

將量杯分別布置成梅花形、方形、輻射形（對照量杯采用此種布置）來測量處理T和對照（CK）的噴灑均勻度系數CU。稱量量杯中收集的水的質量（含量杯質量），考慮到邊際不均勻性[9-10]，去除噴頭1和噴頭8的數據，計算噴灑均勻度系數，試驗結果列于表1。

表1 不同布置形式的CU

試驗結果表明，梅花形布置、方形布置和輻射形布置，處理T的噴灑均勻度系數CU均明顯高于對照；梅花形布置時，處理T的噴灑均勻度系數CU可達到84.1。處理T噴灑均勻度系數CU明顯高于對照的主要原因為行走式噴霧系統噴灑的水滴直徑小，霧化程度高，水滴降落至土壤后，水分的水平運移速度快，垂直運移速度慢；而固定式噴霧系統噴灑的水滴直徑較大，霧化程度低，水滴降落至土壤后，水分的水平運移速度較慢，垂直運移速度較快，因此，行走式噴霧系統噴灑的水分入滲更均勻，更有利于雙孢菇的生長。該結論與韓文霆等[7]研究結論一致。

2.3 雙孢菇產量的分析

2009年12月25日至2010年4月25日期間，處理T塑料大棚收獲的雙孢菇總產量為2 916 kg，比對照塑料大棚收獲的雙孢菇總產量（2 275 kg）提高了28.18%。

3 討論

（1）小型行走式噴霧系統噴灌機工作壓力為2～5 kg/cm2，噴水量 6 m3/h，主機質量≤10 kg。與傳統的固定式噴灌系統相比，其具有操作簡單、維修方便；整體質量小，使用時輕巧、便捷[11]；使塑料大棚內設計的“凸”形軌道負載小，不易變形，故障率低，節約用水量等優點。同時，小型行走式噴霧系統適用于跨度為4～8 m、長度可達60 m的塑料大棚，運行平穩，無噪聲。

（2）行走式噴霧系統噴灑的水滴直徑小，霧化程度高，水滴降落至土壤后，水分的水平運移速度快，垂直運移速度慢，而固定式噴霧系統則相反。小型行走式噴霧系統噴灑均勻度系數≥84%，傳統的固定式噴灌系統噴灑均勻度系數＜75%。二者相比，行走式噴霧系統噴灑更均勻，水分入滲更均勻，更有利于雙孢菇的生長，對節約用水及提高雙孢菇的產量都有重要的意義。

（3）小型行走式噴灌機適于在塑料大棚內進行機械化作業，能根據作物的不同生長習性及生理特點，進行不同水量和施肥量的調節[12-16]，而且該系統可以調節噴桿的高度，適用于噴灌植株較矮的多種設施農作物，具有廣闊的應用前景。

（4）針對西北地區老式噴霧系統噴灑農藥浪費嚴重且采取人工噴施的現象，該噴霧系統可替代塑料大棚人工噴施農藥，節省勞動力，降低生產成本。而且小型行走式噴霧系統投資成本、主機額定功率、運行成本等均比固定式噴霧系統低，適合進行推廣和投資。

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