微潤灌溉對向日葵生長的影響研究

田德龍，鄭和祥，李熙婷

(1.中國水科院牧區水利科學研究所， 呼和浩特 010020；2.內蒙古農業大學水利與土木建筑工程系，呼和浩特 010018)

0 引 言

內蒙古河套灌區是國家重要的糧油生產基地，是一個完全依靠黃河水的生態綠洲。該灌區面臨著政策性引黃水量的銳減，農業灌溉用水空間逐步被壓縮。缺水因素將是影響到灌區可持續發展的重要因素之一。因此，發展節水農業和提高水資源利用率已成為保證經濟可持續發展和維護生態環境安全的關鍵所在。開發和應用未來節水灌溉技術不僅是時代發展的必然要求，也是拓寬農民增收和解決三農問題的重要途徑之一。

基于微潤灌溉出流近似線源，主要依靠土壤吸力和半透膜內外驅動力為主的被動供水方式，與常規的地面灌，線源滴灌、垂直線源入滲不同(張俊，2013年)，作為新技術，微潤灌溉尚缺乏完整的灌溉試驗參數。根據生物半透膜的原理，當管壁滲出的水遇到土壤的鹽分后，形成了鹽的濃溶液，該溶液的溶質勢很高而水勢很低，半透膜管內淡水的溶質勢很低而水勢很高，會導致膜內的水勢向低水勢的膜外滲透，膜外的鹽類溶質則反向滲透。并且隨著滲透過程的進行，膜內鹽濃度不斷升高，當升高至與膜外濃度相等時，內外達到平衡，濃度不在升高，從而將鹽水排入排水溝中，水帶走土壤中一定量的鹽分。使土壤的含鹽量降低，達到改良土壤的目的。河套灌區是鹽漬化土壤發育典型地區，輕度鹽堿化土壤占耕地面積24%，中、重度鹽堿化土地面積占耕地面積31%。微潤灌溉作為一種新型灌溉技術，國內外對其研究較少，未曾開展大量的試驗研究，從目前有關研究文獻可知，對于微潤灌溉機理方面的研究主要集中于室內模擬試驗，土質均一，環境恒定，試驗條件處于理想狀態，而對于大田試驗特別針對鹽漬化引黃灌區灌溉機理方面研究報道尚少。因此，開展鹽漬化土壤微潤灌溉試驗研究，為微潤灌溉技術在鹽漬化灌區的適用性和應用推廣提供參考，為指定微潤灌溉制度提供理論依據，對實現灌區農業的可持續發展具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于內蒙古河套灌區磴口縣壩楞村(N 40°24′32″，E 107°02′19″，海拔1 072 m)。地處干旱、半荒漠草原帶，為中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫6.3～7.7℃，冬季嚴寒少雪，夏季少雨干旱，多年平均無霜期133～144 d，年均日照時數3 210 h，年均降水量為138.2 mm，且主要集中在7-9月份；年均蒸發量2 030～2 700 mm；年均風速2.5～3.0 m/s；多年平均無霜期130 d。凍土層厚度1.0～1.3 m。土壤主要是灌淤土，土壤容重為1.48 kg/cm3，土壤田間持水量為21.4%，土壤凋萎系數為8%。

1.2 試驗方法

試驗采用美國產美葵909。試驗所用微潤帶為雙層結構，內層為厚度0.06mm的特制半透膜，其表現采用化學溶解方式，形成均勻而密集的微孔，孔密度約為10個/cm2，外層為無紡布保護層增加微潤帶的強度，防止鋪設過程中劃傷微潤帶，微潤帶直徑為16 mm。一帶兩行的種植模式，株距為26 cm，行距40 cm，播種時間為6月5日，9月28日收獲。試驗采用灌水水平、微潤管埋深；施肥量為當地施肥量的2/3，二銨作為底肥一次性全部施入，尿素作為追肥，分別在現蕾前期(50%、150 kg/hm2)、開花期(50%、150 kg/hm2)與灌水一塊施入。灌水水平設4個，包括1個充分灌溉和3個非充分灌溉。微潤管埋深2種類型：10、20 cm；試驗地為輕度含鹽土壤；以畦灌作為對照，共計9個處理，每個處理3次重復。各小區東西寬約4 m，南北長6 m，為避免試驗小區的邊行效應，在小區東西兩側各設1m寬，南北各設0.4 m的保護帶，在試驗區的兩端設置寬度為2.5 m的保護區，各處理耕作等措施一致，試驗處理見表1。

表1 試驗處理

1.3 測定內容與數據處理

生育指標主要測定向日葵的株高、莖粗、花盤直徑，每個小區選取3株，實行定株測定，15 d測定一次，并在試驗結束后測量各小區產量及品質。葉片數、干物質每個生育期測定一次。

作物根系測量通過剖面法對根系進行挖取，裝袋帶回試驗室，過3 mm篩后將根系從土樣中分離出來，裝入保鮮袋保存，然后用水沖洗根系，采用EPSONPERFECTION4870PHOTO全彩掃描器掃描根樣，再用WinRHIZO分析軟件分析即可得到根系相關參數，每生育期測定一次。

試驗數據采用Excel 2003制作圖表,用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析；如果差異顯著,則采用鄧肯式新復極差檢驗法進行多重比較,檢驗不同處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 微潤灌溉對向日葵生育指標的影響

向日葵的生育指標包括株高、莖粗、花盤直徑及干物質(圖1)。不同處理向日葵的株高全生育期呈“S”形曲線，如圖1(a)，總體生長趨勢經過兩次由快到慢的過程,向日葵到后期株高明顯下降。在整個生育過程中,在8月底株高達到峰值，隨著灌漿的完成花盤重量增大，花盤下垂，自然株高降低。整個生育期內，微潤灌溉各處理株高顯著大于CK；在相同水分處理的條件下，微潤管埋深為20 cm的充分灌溉、輕度水分虧缺、中度水分虧缺處理向日葵的株高明顯大于微潤管埋深10 cm的各處理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7；而重度水分虧缺的向日葵為微潤管埋深為20 cm小于微潤管埋深為10 cm，即KH-8>KH-4，出現這種情況的原因是因為向日葵根系的發達區為0-15cm土層，微潤管埋深為10 cm的KH-8可以將重度水分虧缺的少量的灌水量直接送至根系發達區便于根部的直接吸收利用；在相同微潤管埋設深度條件下，微潤管埋深為20 cm的株高規律為：充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4，微潤管埋深為10 cm的株高規律為充分灌溉>重度水分虧缺>輕度水分虧缺>中度水分虧缺，即KH-5>KH-8>KH-6 >KH-7。

不同處理向日葵的莖粗在整個生育期內總體生長趨勢為由快到慢,向日葵到后期莖粗略有下降。在整個生育過程中,在8月底莖粗達到峰值，之后略有下降。整個生育期內，微潤灌溉各處理莖粗顯著大于CK；在相同水分處理的條件下，微潤管埋深為20 cm的各處理向日葵的莖粗明顯大于微潤管埋深10 cm 的各處理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7、KH-4>KH-8；在相同微潤管埋設深度條件下，微潤管埋深為20 cm的莖粗，灌漿期以前輕度水分虧缺、中度水分虧缺大于充分灌溉、重度水分虧缺，進入灌漿期后輕度水分虧缺、中度水分虧缺莖粗生長速率減慢，而充分灌溉莖粗保持生長速率快速，在灌漿期后為充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4，微潤管埋深為10 cm的莖粗規律與株高規律相同，均為充分灌溉>重度水分虧缺>輕度水分虧缺>中度水分虧缺，即KH-5>KH-8>KH-6 >KH-7。

圖1 不同處理對向日葵生育指標的影響

不同處理向日葵的花盤直徑在整個生育期內總體生長趨勢為由快到慢。在整個生育過程中, 花盤直徑在收獲時達到峰值，花期～灌漿期花盤直徑的生長速率最快，灌漿期后逐漸緩慢。整個生育期內，微潤灌溉各處理花盤直徑顯著大于CK；在相同水分處理的條件下，微潤管埋深為20 cm的各處理向日葵的花盤直徑明顯大于微潤管埋深10 cm的各處理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7、KH-4>KH-8；在相同微潤管埋設深度條件下，微潤管埋深為10 cm與埋深為20 cm的花盤直徑規律相同，為充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺。

干物質的累積量在一定程度上影響產量的大小。從苗期～現蕾期與花期～灌漿期的兩個時期向日葵干物質累積速率最快。整個生育期內，微潤灌溉各處理干物質質量明顯大于CK；在相同水分處理的條件下，微潤管埋深為20 cm的各處理向日葵的莖粗明顯大于微潤管埋深10 cm的各處理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7、KH-4>KH-8；在相同微潤管埋設深度條件下，微潤管埋深為10 cm與埋深為20 cm的花盤直徑規律相同，為充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺，在灌漿期～成熟期充分灌溉兩個處理的干物質累積速率明顯大于非充分灌溉的各處理，出現這種情況是由于，進入灌漿期后充足的水分條件使充分灌溉的向日葵灌漿期比非充分灌溉的灌漿期時間長，干物質的累積量也明顯增大。

2.2 微潤灌溉對向日葵根系分布的影響

微潤灌溉向日葵的根系開花期達到最大，灌漿期到成熟期根系幾乎處于停滯狀態，成熟期開始逐漸減少老化，收獲時開始枯死，變暗。向日葵的根系主要在0～30 cm土層中，而土壤鹽堿情況嚴重對根系影響明顯，向日葵的吸水主要依靠側根進行，對側根的根長密度、根體積密度、根表面積密度進行分析。

根長密度表示單位土壤容積里的根系總長度，可反映根系數量的多少，也間接反映根系吸收水分、養分的范圍和強度大小，是表征根系分布特性的重要指標。苗期～現蕾期是向日葵的根系快速生長期，在開花期達到峰值，灌漿期后根系有萎縮現象，到收獲期萎縮更為明顯，根長密度如圖2(a)。整個生育期內，微潤灌溉向日葵根長密度顯著大于CK。在相同的水分條件下，苗期、現蕾期、開花期的根長密度均為微潤管埋深為20 cm的充分灌溉、輕度水分虧缺、重度水分虧缺大于微潤管埋深為10 cm的，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-4>KH-8，而中度水分虧缺的根長密度為微潤管埋深為10 cm大于微潤管埋深為20 cm，即KH-7>KH-3；在灌漿期、成熟期根長密度均為微潤管埋深為20 cm大于微潤管埋深為10 cm。在相同的微潤管埋設深度條件下，微潤管埋深為20 cm的各處理在苗期、現蕾期、開花期根長密度為充分灌溉>輕度水分虧缺>重度水分虧缺>中度水分虧缺，即KH-1>KH-2>KH-4 >KH-3，出現這種情況是由于，當微潤管埋深較大時，促使重度水分虧缺向日葵根長密度在主要的根系生長期的增長，便于吸收利用周圍土層中的水分，是作物對環境適應的結果；灌漿期、收獲期根長密度為充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4。微潤管埋深為10 cm的各處理在整個生育期的根長密度均為充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺，即KH-5>KH-6>KH-7 >KH-8。作物在生長后期根系出現萎蔫，灌水量越少的水分處理根長密度的萎蔫速率越低，是由于適當的水分虧缺可以保持根系生長后期的活性，萎蔫速率也降低。

圖2 微潤灌溉對根系分布的影響

向日葵的根體積密度是反映其根系生長分布特征的另一個重要指標。根體積密度如圖2(b)，整個生育期內，微潤灌溉向日葵根體積密度顯著大于CK。向日葵根體積密度與根長密度的規律基本相同，均為在相同的水分條件下，苗期、現蕾期、開花期的根體積密度均為微潤管埋深為20 cm的充分灌溉、輕度水分虧缺、重度水分虧缺大于微潤管埋深為10 cm的各處理，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-4>KH-8，而中度水分虧缺的根體積密度為微潤管埋深為10 cm大于微潤管埋深為20 cm，即KH-7>KH-3；在灌漿期、成熟期根體積密度均為微潤管埋深為20 cm大于微潤管埋深為10 cm。在相同的微潤管埋設深度條件下，微潤管埋深為20 cm的各處理在苗期、現蕾期、開花期根體積密度為充分灌溉>輕度水分虧缺>重度水分虧缺>中度水分虧缺，即KH-1>KH-2>KH-4 >KH-3；灌漿期、收獲期根體積密度為充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4。微潤管埋深為10 cm的各處理在整個生育期的根體積密度均為充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺，即KH-5>KH-6>KH-7 >KH-8。

向日葵根表面積密度在一定程度上可以反映出根系對土壤資源利用能力，根表面積越大則與土壤接觸面積越大，吸收土壤水分與養分的能力越大。根表面積密度見圖2(c)，整個生育期內，微潤灌溉向日葵根表面積密度顯著大于CK。在相同的水分條件下，整個生育期內根表面積密度均為微潤管埋深為20 cm的大于微潤管埋深為10 cm的，即KH-1>KH-5、KH-2>KH-6、KH-3>KH-7、KH-4>KH-8；在相同的微潤管埋設深度條件下，微潤管埋深為20 cm的各處理在苗期、現蕾期根表面積密度為充分灌溉>輕度水分虧缺>重度水分虧缺>中度水分虧缺，即KH-1>KH-2>KH-4 >KH-3；開花期、灌漿期、收獲期根表面積密度為充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺，即KH-1>KH-2>KH-3 >KH-4。微潤管埋深為10 cm的各處理在整個生育期的根體積密度均為充分灌溉>輕度水分虧缺>中度水分虧缺>重度水分虧缺，即KH-5>KH-6>KH-7 >KH-8。

2.3 滴灌帶埋深深度對向日葵水分利用效率的影響

根據試驗站的氣象資料，從播種到收獲有效降雨量為45.1 mm，主要集中在苗期到開花期，灌漿期和成熟期降水較少(表2)。向日葵的整個生育期不同處理的耗水量為CK>充分灌溉處理>輕度水分虧缺處理>中度水分虧缺>重度水分虧缺處理。通過與CK的比較，微潤灌溉KH-1、KH-2、KH-3、KH-4、KH-5、KH-6、KH-7、KH-8的產量分別提高了69.4%、50.6%、36.7%、35.8%、57.7%、37.3%、26.2%、10.8%；水分利用效率分別提高了73.6%、79.9%、68.2%、60.4%、61.4%、64%、 55.3%、30.9%。可以看出，相同的水分條件下，微潤管埋深為20cm的各處理的產量、水分利用效率都顯著高于微潤管埋深為10cm；微潤管深為20cm的輕度水分虧缺處理水分利用效率最高，更有利于鹽堿地作物的節水增產。

表2 不同處理向日葵的耗水量及水分利用效率

3 結 語

通過微潤灌溉的田間試驗初步得出：

(1)微潤灌溉提高了株高，增大了莖粗和花盤直徑，促進了干物質的累積。綜合各項生育指標，微潤灌溉埋深為20 cm促進了向日葵的生長，顯著提高了向日葵的產量。

(2)微潤灌溉各處理的各項根系指標在不同生育期均明顯大于CK；其根長密度、根表面積密度均為微潤管埋深為20 cm大于微潤管埋深為10 cm的各處理，在灌漿期、成熟期根體積密度均為微潤管埋深為20 cm大于微潤管埋深為10 cm，且各項根系指標與水分處理呈正比。

(3)微潤灌溉各處理較對照產量分別提高了69.4%、50.6%、36.7%、35.8%、57.7%、37.3%、26.2%、10.8%；水分利用效率分別提高了73.6%、79.9%、68.2%、60.4%、61.4%、64%、55.3%、30.9%%。

河套地區地處干旱、半荒漠草原帶，蒸發量遠遠大于降雨量，灌溉水容易蒸發不易被土壤吸收利用。針對河套灌區的氣候及種植結構的特點，研究微潤灌溉對向日葵生長及產量的影響，為今后在河套灌區微潤灌溉的向日葵生產提供理論依據與技術支持。

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