設施蔬菜耗水時空特征及水敏感期研究

摘要：在天津武清區以田間小區試驗進行了設施蔬菜土壤耗水時空特征和水分虧缺敏感性研究。分別在黃瓜苗期（定植后緩苗期）、初花期、初瓜期、盛瓜期等生育期的其中一個生育期灌溉常規水量的50%、75%，其余生育期恢復到常規灌水量，分層監測土壤含水量和黃瓜產量。結果表明，在土壤質地黏重的濱海地區設施條件下，不論是灌溉常規水量50%的處理，還是灌溉常規水量75%的處理，其田間耗水量均以黃瓜盛瓜期較大，而且以苗期減少灌水處理的田間耗水量最高；田間耗水強度以盛瓜期較高，黃瓜苗期、初花期缺水會增加盛瓜期的耗水強度；黃瓜定植后的苗期水分虧缺敏感指數最大，其次是初花期，而初瓜和盛瓜期為負值。苗期和初花期缺水對黃瓜產量影響較大，初瓜期、盛瓜期適當減少灌水定額對產量影響較小。

關鍵詞：設施蔬菜；水分虧缺敏感指數；灌溉；耗水量；耗水強度；濱海地區

中圖分類號：S63 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）03-0595-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.03.012

Abstract： Field experiments were conducted in Tianjin Wuqing district to study spatial and temporal characteristics of soil water consumption and water deficit sensitivity of facility vegetables. 50% or 75% of conventional amount water in one of five growth stage of cucumber， including planting stage， initially flowering stage， initially fruiting stage， picking stage and last stage of picking， and conventional amount water in the rest growth stage were irrigated respectively， and soil moisture and yield were monitored. The results showed that the picking stage was much water consumption and water shortage in planting stage and initially flowering stage increased its intensity， moreover it was the most water consumption when the irrigation amount was reduced at planting stage， under the heavy clay soil condition in coastal area. Water deficit sensitivity index at planting stage was the greatest， followed by the initially flowering stage， while it was negative at initially fruiting stage and picking stage. Cucumber yield was greatly impacted by lacking water both in planting stage and initially flowering stage， while was less impacted by properly reducing water use in initially fruiting stage or picking stage.

Key words：facility vegetables；water deficit sensitivity index；irrigation；water consumption；consumption intensity；Coastal areas

近幾年設施農業發展迅速，以天津為例，據統計，截至2012年底天津市設施農業面積累計達到近4.33萬hm2，約占蔬菜面積的40%，分布在輕度鹽漬化、中度鹽漬化，甚至重度鹽漬化土壤上，其面積還在擴大，這些地區沒有可利用的地表淡水[1-6]，均依賴緊缺的深層地下淡水，保護地或設施農業1年灌溉需用大量淡水，按公頃每次900 m3，4.33萬hm2用水量約為3 900萬m3。每次節約淡水25%，可節水975萬m3；每次節約淡水50%，可節水1 950萬m3。雖然微灌的推廣應用大大節約了灌溉用水量，但蔬菜用水量仍是個不可小視的數目[7-10]，而且這些水在短期內是很難得到補充的，解決設施蔬菜用水與深層地下淡水貯量的矛盾已刻不容緩。研究表明適當降低土壤含水量不僅不會降低蔬菜產量，反而可減少無效水分的消耗，從而提高了水分利用率[11]。蔬菜各生育階段的需水量是指導灌溉的重要參數，確定最佳灌水頻率和灌水量[12-14]有利于在獲得高產和高設施收益[15]的同時達到節約用水的目的。建立蔬菜生產合理灌溉制度，最大限度提高有限水資源的利用效率，在確定灌水定額的同時，又要明確灌溉時期，這就需要掌握一定區域土壤和氣候條件下的蔬菜耗水特征和缺水敏感時期，才能既保障節約水的同時，又能滿足蔬菜關鍵時期用水。本試驗通過研究設施蔬菜某一特定時期減少灌水定額，以確定蔬菜對缺水較敏感的時期，以及土壤水分的時空特征、耗水量和耗水強度，為設施蔬菜合理的灌水次數和灌水量等灌溉制度的確定，節約淡水而又保障設施蔬菜優質高產，增加經濟效益提供數據基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2013 — 2014年在天津市武清區進行，供試土壤為黏質潮土，土壤質地為重黏土。基礎土壤有機質含量為19.62 g/kg，速效磷含量為7.86 mg/kg，速效鉀含量為257.5 mg/kg，水解氮含量為70.89 mg/kg，全鹽含量為0.167%，pH 8.27，土壤養分含量偏低，土壤肥力狀況低下。

供試作物為黃瓜，品種為沃琳3號，于苗2葉1心時（3月29日）定植，覆膜種植。灌溉水的礦化度為1.34 g/L，pH 8.28。

1.2 試驗方法

采用田間小區試驗，隨機區組排列，每個小區面積10 m2，9個處理，3次重復。灌水采用膜下滴灌，灌水量用水表控制。定植水灌水定額375 m3/hm2，各處理一致；苗期灌水2次，初瓜期以后每隔3 d灌水1次，各時期灌溉水量具體方案見表1。其中處理1為對照，各時期灌水均為常規灌水量，處理2、4、6、8分別為在苗期、初花期、初瓜期、盛瓜期灌溉50%的常規水量，處理3、5、7、9分別為在苗期、初花期、初瓜期、盛瓜期灌溉75%的常規水量。各處理施肥一致，基施有機肥（有機質含量≥45%，N+P2O5+K2O≥5%）93 750 kg/hm2，過磷酸鈣562.5 kg/hm2，磷酸二銨937.5 kg/hm2；追肥采用文丘里施肥器，初瓜期以后每7 d施肥1次，施肥養分量為75 kg/hm2（N∶P2O5∶K2O為1.0∶0.3∶1.5）。

1.3 測定項目與方法

每個生育期分0～25、25～40、40～60、60～80、 80～100 cm 5層采集土壤樣品，土壤含水量采用烘干法測定。每次按小區收獲稱重記錄，根據小區面積折算各處理黃瓜產量。拉秧時每個處理各重復選3株作物測定其生物產量。

土壤貯水量、生育期耗水量和耗水強度根據土壤容重、土壤含水量（生育期前）采用以下公式計算。土壤貯水量計算公式：

W=×10

式中，W為土壤貯水量，mm；h為土層厚度，cm；S為面積，cm2；Pb為土壤容重，g/cm3；θg為土壤質量含水量，g；100為風干土重，g。

生育期耗水量計算公式為：

WUi=Pi+Ii+△WiW

式中，WUi為第i個生育時期的耗水量；P為第i個生育時期的降水量；Ii為第i個生育時期內的灌溉量；△Wi為第i個生育時期的土壤供水量，即期前與期后兩時段土壤貯水量的差值，單位均為mm。

耗水強度（mm/d）=耗水量（mm）/生長期（d）。

水分虧缺敏感指數λi計算公式如下：

（Jensen函數模型）

式中，y是實際產量；ymax是沒有水分虧缺時的最大產量；ETi是在第i個生育時期的實際蒸散量；ETim是在第i個生育時期的潛在蒸散量，試驗中用不缺水處理的蒸散量；λi是在第i個生育時期作物缺水敏感指數（冪指數型），它是表明第i階段作物因缺水而影響產量的敏感程度指標；i為生育階段序號，i=1，2，…，n，n為劃分的作物生育階段數。λi越大，對水越敏感，表示該階段缺水后減產越嚴重，反之亦然。其中，蒸散量測定方法按水分平衡法，在地下水較深、對根分布層無水分補給的情況下，通過定期土壤水分含量和灌水量來確定蒸散量（ETi）。

方差分析采用DPS 7.05版本，作圖用Excel 2003和Surfer 8.0軟件。

2 結果與分析

2.1 設施黃瓜減少灌溉量后的耗水時空特征

2.1.1 設施黃瓜各生育期減少灌溉量后的田間耗水量動態 黃瓜整個生長期的其中一個生育期減少灌水定額，監測各生育期的耗水量，結果如圖1所示。由圖1可知，某個生育期灌溉量為50%的常規灌溉水量情況下，田間耗水量以盛瓜期較大，盛瓜期田間耗水量以常規灌水的對照最高，其次為苗期減少灌水的處理，耗水量最低的是盛瓜期減少灌水的處理，三者田間耗水量分別為160、156、89 mm。某個生育期灌溉量為75%的常規灌溉水量情況下，田間耗水量也是盛瓜期較大，盛瓜期田間耗水量以常規灌水的對照最高，其次為苗期減少灌水的處理，耗水量最低的是盛瓜期減少灌水的處理，三者田間耗水量分別為162、153、127 mm。說明減少灌水確實能夠減少田間耗水量。例如，在盛瓜期灌溉常規水量的50%，生育期內耗水量減少近44.38%；盛瓜期灌溉常規水量的75%，生育期內耗水量減少近21.60%。另外，苗期減少灌水將提高后期盛瓜期的田間耗水量。

2.1.2 設施黃瓜各生育期減少灌溉量的耗水強度動態 試驗中分別按苗期、初花期、初瓜期、盛瓜期和結瓜末期分別監測田間耗水強度，結果如圖2所示。由圖2可知，在苗期、初花期、初瓜期、盛瓜期灌溉常規水量的50%，當期的田間耗水強度分別比常規灌水的對照降低了17.25%、36.51%、55.81%、35.61%；在苗期、初花期、初瓜期、盛瓜期灌溉常規水量的75%，當期的田間耗水強度分別比常規灌水的對照降低了19.01%、21.43%、35.31%、8.49%，各生育期灌水量為常規灌水量的50%或75%均使當期的田間耗水強度有所降低，以生育期灌水量為常規水量的50%處理降低得更明顯。

由圖2還可以看出，大部分處理在盛瓜期耗水強度均處于最高值，尤其在苗期、初花期減少灌水量，其盛瓜期的田間耗水強度較高，高于常規灌水。說明設施黃瓜在微灌條件下，盛瓜期的田間耗水強度依然較大，黃瓜苗期（試驗實際為緩苗期）、初花期缺水會增加盛瓜期的耗水強度。

2.1.3 設施黃瓜微灌條件下田間耗水量的垂直分布 在黃瓜的苗期、初花期、初瓜期和盛瓜期分別減少灌水，按0～25、25～40、40～60、60～80、80～100 cm 5層監測生長期各層田間耗水量。結果如圖3所示。由圖3可知，某個生育期灌溉量為50%的常規水量情況下，田間耗水量在0～25 cm土層為300～400 mm，盛瓜期減少灌水的田間耗水量較小，為300 mm左右，包括常規對照在內的其余處理田間耗水量均在400 mm左右；某個生育期灌溉量為75%的常規水量情況下，田間耗水量在0～25 cm土層為350～400 mm，盛瓜期減少灌水的田間耗水量較小，為350 mm左右，包括常規對照在內的其余處理土壤耗水量均在400 mm左右。某個生育期不論是灌溉50%的常規水量，還是灌溉75%的常規水量情況下，25 cm以下土層的田間耗水量均為負值，而且各處理相近。表明設施蔬菜田間耗水在土壤剖面中主要集中在表層（0～25 cm），下層土壤因接納上層滲水、地下毛管水等的補給等，造成田間耗水量較小。

2.2 設施黃瓜減少灌溉量對水分虧缺的敏感度

2.2.1 設施黃瓜減少灌溉量對水分虧缺的敏感程度 分別對苗期、初花期、初瓜期、盛瓜期減少灌水定額的處理進行土壤含水量監測，監測土壤分5層，用Jesen函數計算水分虧缺敏感指數，結果如表2所示。由表2的黃瓜水分虧缺敏感指數來看，某個生育期灌水量為常規灌水量的50%的各處理，黃瓜苗期缺水灌溉的水分虧缺敏感指數最大，為1.80，其次是初花期缺水灌溉，其水分虧缺敏感指數為0.95，而初瓜期和盛瓜期缺水灌溉的水分虧缺敏感指數為負值。某個生育期灌水量為常規灌水量的75%的各處理，黃瓜各生育期缺水灌溉的水分虧缺敏感指數均較低，在-3.63～0.08。說明在試驗的灌溉制度下，在一個生育期灌溉量為常規灌水定額的75%時，對黃瓜產量影響不大；缺水50%對產量影響較大，而且苗期缺水對產量影響最大。

2.2.2 設施黃瓜減少灌溉量對黃瓜產量的影響 各處理單獨記產，折算成單位面積產量，結果如圖4所示。由圖4可知，產量以處理2、4、8較低，分別為74 494、78 088、80 463 kg/hm2，比對照分別減產18.62%、14.70%、12.10%，另外，處理4也減產12.05%，其為苗期的灌溉定額為常規水量的75%，其余處理與對照相比，減產幅度在6%～9%。由此可知，設施黃瓜整個生長期內的一個生育期灌溉定額減少50%，就會明顯降低黃瓜的產量，以黃瓜苗期、初花期缺水灌溉對黃瓜產量影響明顯；設施黃瓜整個生長期內的一個生育期灌溉定額減少25%，對設施黃瓜也有減產效應，但不明顯。

3 結論

都市城郊設施黃瓜定植后的苗期水分虧缺敏感指數最大，其次是初花期，而初瓜期和盛瓜期為負值。苗期和初花期對黃瓜產量影響較大，初瓜期、盛瓜期適當減少灌水定額或灌溉礦化度較高的水對產量影響較小。灌溉常規水量50%和75%的情況下，田間耗水量均以黃瓜盛瓜期較大。盛瓜期田間耗水量以常規灌水的處理最高，其次為減少苗期灌水。設施黃瓜在微灌常規灌溉量條件下，田間耗水強度以盛瓜期較大，黃瓜苗期（定植后緩苗期）、初花期缺水會增加盛瓜期的耗水強度。

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