設施草莓耗水規律及灌水器選型試驗研究

毛軍　尹世洋　牛勇　王新星　梁翠萍

摘要：以揭示設施草莓耗水規律、明確灌溉器選型模式為研究目的，采用大型稱重式蒸滲儀開展設施草莓耗水規律研究。基于生態環境要素構建了設施草莓耗水經驗模型，對比試驗分析了滴灌帶（管）規格對土壤水分均勻度、產量、根系發育等因素的影響，按照需水特征將草莓全生育期劃分為4個主要階段：花芽分化期、越冬期、盛果期、盛果后期。研究表明：（1）設施草莓全生育期的耗水強度隨生育期呈現“U”型變化趨勢，其中越冬期耗水量最小，試驗監測顯示設施草莓全生育期（2013年9月5日-2014年5月23日）的耗水量為406 mm，日均1.55 mm；（2）相關性分析顯示葉面積指數對草莓耗水強度影響較小；（3）在試驗所處條件下，滴頭間距為20 cm的滴灌帶（管）較為適于設施草莓灌溉。

關鍵詞：設施草莓；耗水規律；灌水器；灌溉設備

中圖分類號：S626；S668.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1683（2017）05-0190-05

自20世紀80、90年代以來，草莓種植業在我國發展十分迅速。1985年我國草莓種植面積為0.33萬hm²，2003年已增加至7.73萬hm²，超過歐美等草莓傳統產區，成為世界第一大草莓生產國。據2010年中國園藝學會草莓分會統計，全國草莓種植面積已達11.4萬hm²。隨著我國草莓種植面積的迅速增加，圍繞草莓生理、栽培、病蟲害防治、采收、儲運等方面開展了大量研究。在草莓灌溉技術領域，雖然高畦腹膜滴灌模式得到了大力推廣，而以經驗為主導的草莓灌溉方式，存在水分生產效率（WUE）低下、肥料淋溶損失嚴重等問題，而且目前設施草莓灌溉設備的配套選型多參照設施蔬菜栽培的模式（單行單滴管帶，滴頭間距30cm），未能充分考慮草莓的生長發育、栽培方式的特戌存在灌水不均勻，缺苗率高的問題。國外相關研究成果由于受到地理位置、栽培模式等因素差異的限制，多數成果無法直接應用，而國內相關研究目前處于起步階段，尚未見有關設施草莓耗水規律的量化研究成果。針對我國設施草莓的生長和栽培特點，開展典型品種的耗水規律及關鍵設備的配套選型等基礎研究，對制定設施草莓栽培技術地方標準有重要意義。

本文將對日光溫室內充分灌溉條件下的草莓耗水過程進行研究，建立草莓需水經驗模型。并通過田間試驗，分析不同滴頭間距的滴灌帶（管）對草莓缺苗率、產量、土壤水潤均勻度等指標的影響，最終提出設施草莓灌水器的選型模式。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗所用的生物材料選取北方地區草莓主栽品種-章姬，滴灌帶選取管徑為16 mm，滴頭間距分別為15 cm、20cm、30 cm，壁厚為0.7 mm管材。

1.2試驗區基本情況

設施草莓耗水規律試驗在北京市節水灌溉試驗中心試驗站（位于北京市通州區永樂店鎮）的日光溫室內進行，其地處北緯39°20′，東經114°20′，海拔12m，多年平均降雨量565 mm，多年平均水面蒸發量1140 mm，多年平均氣溫11.5℃，無霜期185 d。所選用日光溫室內建有大型稱重式蒸滲儀一座。灌水器選型試驗在北京市昌平區百善鎮萬德草莓園的日光溫室內進行，其地處北緯40°11′，東經116°21′，海拔41 m，多年平均氣溫為12℃，多年平均降雨量為500 mm，無霜期190 d。

1.3試驗方法

供試草莓均采用起壟寬窄行方式種植，壟高30cm，壟間距0.9m，每壟種植2行草莓。定植時間為2013年9月5日，選取長勢稍壯、株高為25～30 cm的草莓苗定植，株距20 cm，定植密度為8 000株/畝，每壟草莓由2根滴灌帶（滴頭流量為1.38 L/h）進行灌溉，當年11月5日，土壟表面加蓋黑色塑料膜，提高土壤積溫。次年5月23日全生育期結束。

在溫室中部建有大型稱重式蒸滲儀1臺，其土箱長、寬、高分別為2 m、2 m、2.3 m，設計精度為80g，即0.02 mm水深。蒸滲儀土箱內起2條土壟，種植36株草莓，為保持蒸滲儀內外種植密度一致，將蒸滲儀內未利用的土面（面積為1 m²）用薄膜進行覆蓋。在0～20 cm的耕層內布置4只土壤水分傳感器，采用土壤含水量測定儀（mini-Trase，美國）每天早上8：00測量1次土壤含水量，當土壤含水量低于田間持水量的80%時進行灌溉，使耕層土壤的含水量恢復到田問持水量。試驗開始后，稱重式蒸滲儀整點自動測量。

在開展灌水器選型試驗的日光溫室內，供試草莓的種植方式如前述方式一致。將溫室在東西方向上分為3段，自西向東分別標記為T1區、T2區、T3區，各區所選用的滴頭間距依次為30 cm、20 cm、15cm規格的滴灌帶進行灌溉，并將其作為3種試驗處理（標記為T1、T2、T3處理）。在設施草莓生長過程中監測缺苗率、土壤濕潤均勻度（式1）、根系發育、產量等指標。各處理由獨立的灌溉首部控制，灌溉頻率和灌水量參照當地常規栽培，各區統一管理。

各試驗溫室內均布設小型自動氣象站1臺（watchdog2000，美國），每15 min記錄1次溫室內的溫度（T）、濕度（RH）、太陽輻射（SR）等環境氣象因子值。在草莓生育期內，定期測定土壤含水量、植株存活數等。進入采摘期，將成熟果實按壟計量果實重量和數量。

參考作物蒸發蒸騰量ET₀（潛在蒸散量）的計算采用1998年FA（）_56推薦方法，計算時間步長為1 d，所需氣象數據由溫室內自動氣象站提供。

2結果與分析

2.1設施草莓耗水規律

2.1.1全生育期蒸發蒸騰強度動態變化

蒸騰蒸發是植物利用水分的最主要形式，植株生長、環境因子等眾多因素對其存在不同程度的影響。借助布設在田間的高精度大型稱重式蒸滲儀，可在較小的時間尺度上獲得作物的騰發量。滴灌條件下，設施草莓日耗水動態變化見圖1。設施草莓全生育期的耗水強度變化整體呈現“兩頭高，中間低”的趨勢。由于設施草莓前期（9、10月份）輻射、溫度值相對較大，環境蒸發力強，而且未覆蓋塑料薄膜，造成其耗水量較大，隨著輻射、氣溫的進一步降低，及覆蓋農膜，設施草莓的耗水強度顯現顯著減小趨勢。至次年，輻射溫度等環境值再次回升，果實產量增加，設施草莓的耗水強度呈現快速增加的趨勢。至全生育期的末期，由于設施草莓植株衰老，同化作用等生理過程減弱，耗水強度有所衰減。根據上述設施草莓耗水強度動態變化特點，將全生育期耗水過程劃分為4個耗水階段（如圖1中虛線所示）：花芽生長期、越冬期、盛果期、盛果后期，該劃分方法有別于復雜的植物生理學劃分方法，可以更加準確地區分設施草莓實際耗水階段，便于灌溉管理。

通過對試驗階段稱重式蒸滲儀所采集到的數據進行統計分析（見表1），設施草莓全生育期耗水量為406 mm，日均耗水強度為1.55 mm/d。各生育期耗水總量由大到小依次為越冬期、盛果期、花芽生長期、尾果期。耗水強度均值由大到小依次為盛果期、尾果期、花芽生長期、越冬期。耗水強度最大值為3.65 mm/d，出現在盛果期（2014年4月14日），耗水強度最小值為0.35 mm/d，出現在越冬期（2013年12月5日）。

各生育期作物系數Kc值分布在1.01～1.37之間，蒸發皿系數Kp值分布在0.66～1.23之間。設施草莓的前3個生育階段，其時長占全生長季的85%左右，在該時段內Kc值和Kp值分別分布在1.28和1.07附近，且波動較小，即這一時期設施草莓耗水量大約為同期潛在蒸散量的1.3倍，為同期水面蒸發量的1.1倍，Yuan指出選取水面蒸發量的1.1倍作為灌水量，可獲得較高的產量。

2.1.2設施草莓耗水強度影響因素與模型

通過對草莓耗水強度和輻射、溫度等多個影響因子進行相關性分析，得到各變量間的Pearson相關系數見表2，草莓耗水強度與濕度呈負相關關系，而與輻射、溫度、LAI、水面蒸發量呈正相關關系。草莓耗水強度與水面蒸發量之間的相關系數的絕對值最大其后依次為濕度、輻射、溫度，LAI等其中LAI與草莓耗水強度之間的相關系數僅為0.15，相關性不顯著。如圖2所示，由于受到摘除老葉等栽培措施的作用，設施草莓的葉面積指數在全生育期基本保持在1上下，變幅約為0.3，而全生育期設施草莓耗水強度則隨著環境變化呈現顯著的一致性變化趨勢，變化范圍從0.35～3.65 mm/d，雖然由于“摘老葉栽培作業行為造成的葉面積迅速下降，并在短時間內導致植株蒸騰量下降，但新葉子的增加會促使耗水強度迅速恢復到該時期的平均水平。由此可見，在設施栽培條件下，主導草莓耗水強度的因素是環境因子，而非莖、葉等營養器官的生長。

根據上述發現，選取相關生態環境因子作為參考變量，使用SPSS12.0多元線性回歸模塊構建設施草莓耗水強度多元線性經驗模型如下：

式中：ET為草莓的耗水強度（mm/d）；WE為水面蒸發強度（mm/d）；T為日均溫度（℃）；SR為太陽日輻射量（M J/m²）；RH為相對空氣濕度（%）。

2.2設施草莓灌水器選型

國外眾多文獻顯示，無論是草莓露地栽培還是設施栽培，起壟栽培、膜下滴灌的灌溉模式在提高地溫、減少水分損失、促進根系發育等方面均可獲得較為理想的結果，但對滴管帶（管）的選型方法少有研究。

本文從壁厚、滴頭流量和滴頭間距等三個方面考慮，開展滴管帶的選型試驗。

以往研究發現，壁厚在0.7 mm以上、單組滴頭流量小于3L/h的滴灌帶（管）不僅具有較強的器械強度，以減少栽培措施產生的損傷，而且可以避免壟項積水，以減少灌水過程中水、肥流失。對于滴灌帶的滴頭間距的選擇，本研究通過開展滴頭間距選型試驗，根據根系發育、產量、土壤濕潤均勻度、缺苗率等指標差異對滴灌帶滴頭間距規格進行判斷。

如圖3所示，不同滴頭間距條件下，設施草莓根系在水平方向，主要分布在以主根為中心，半徑為20 cm的范圍內，由于設施草莓株距一般為20 cm，可將單組滴頭水平濕潤半徑取為15cm；在水平垂直方向上，設施草莓根系主要分布在地表以下20cm以內。參考張志新提出的土壤濕潤半徑經驗公式，選取單組滴頭流量為2.8 L/h，滴水時間為20 min，推求得到充分濕潤根系活動層所需要水平濕潤半徑為14 cm，因此在該流量條件下，選取20-25 cm的滴頭間距較為適宜。

通過監測不同滴頭間距條件下灌后24 h根系活動層內（0～20咖）土壤含水量，采用灌水均勻度的計算方法（式1）和方差反映灌后土壤濕潤均勻度狀況。如圖4所示，T1、T2處理的土壤濕潤均勻度為0.92-0.93，相對于T3處理提高了5%，而且T 1、T2處理土壤含水量樣本方差（n=20）均顯著小于T3處理，由此可見，滴頭間距為30 cm的滴灌帶（管）在灌溉過程中會導致水分在土壟上不均勻分布，部分草莓得不到充分供水，造成生長緩慢、死苗、減產等嚴重后果。通過監測各處理缺苗率、產量發現，T1、T2、T3處理的缺苗率為6.05%、5.27%、10.48%，其產量分別為18.1、15.7、14.7 t/hm²（圖5），以上兩個指標均可印證前述選型結論。

因此滴頭間距為15 cm、20cm的滴灌帶（管）均能較好滿足設施草莓的灌溉需求，但由于T1、T2之間各參數差異較小，建議在生產中選擇價格相對較低的滴頭間距為20 cm規格的滴灌帶（管）。

3結論

采用大型稱重式蒸滲儀，首次獲得設施草莓全生育期耗水過程，并由此將草莓全生育期劃分為4個耗水階段：花芽生長期、越冬期、盛果期、盛果后期。提出影響設施草莓耗水強度的主要因子，建立了基于生態環境要素的設施草莓耗水經驗模型，并提出在缺少環境參數時，可使用同期水面蒸發量估算設施草莓耗水強度。

基于壁厚、滴頭流量和滴頭間距等三個參數的考量，通過開展滴頭間距對作物生長影響的對比試驗，認為在試驗條件下，滴頭間距為20 cm規格滴灌帶（管）較為適宜于設施草莓灌溉選配。