TSZ-1型土壤水分速測儀在設施辣椒節水灌溉上的應用初探

項小敏，趙東風，章心惠，劉慧琴，郭勤衛，張婷

(衢州市農業科學研究院，浙江 衢州 324000)

隨著經濟、社會發展，水資源日趨緊張，世界各國都十分重視發展節水灌溉技術，節水、節能已成為全世界灌溉技術發展的總趨勢,推廣節水灌溉也是世界各國為緩解水資源危機和實現農業現代化的必然選擇。美國、日本、荷蘭、以色列等國對節水灌溉技術研究起步早，自動化程度較高，已經形成比較完善的灌溉控制體系。特別是以色列，全國農業生產基本上實現了灌溉管理自動化，可按時、按量將水、肥送入農作物根部，水資源利用率和單位用水量的糧食產量都達到了較高水平[1]。

近年來，國內微灌技術應用速度加快，實現了水肥同步管理，提高了水肥利用率，改善了作物生長微環境，降低了生產成本，增加了生產效益。但是，微灌技術應用中水肥管理環節仍采用傳統的“大水大肥”粗放式管理，灌溉決策主要依據生產經驗判斷，主觀性強、隨意性大，過量灌溉施肥現象較為普遍，灌溉管理技術較發達國家還存在較大差距，導致水、肥資源浪費，土壤鹽漬化、酸化，水體環境污染加重。因此，國內節水灌溉技術在推廣應用中應著力解決灌溉科學決策的問題，按照原農業部《水肥一體化技術指導意見》要求，加強土壤墑情監測，掌握土壤水分供應和作物缺水狀況，科學制定灌溉制度，全面推進測墑灌溉。目前，土壤墑情監測設備主要有土壤水分儀(水分傳感器)、張力計等。土壤水分儀在葡萄[2]、黃瓜[3]等作物的節水灌溉中均已得到應用，但在設施辣椒節水灌溉技術上的應用尚未見報道。為此，特開展土壤水分速測儀在設施辣椒節水灌溉上的應用試驗，旨在利用土壤水分速測儀，確立合理的灌溉參數，為建立設施辣椒灌溉制度、實現肥水精準管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2017年3—7月在衢州市農業科學研究院梨園試驗基地的GP825型鋼架大棚內進行。土壤系黏質土，基本理化性質如下：堿解氮93.67 mg·kg-1，有效磷154 mg·kg-1，速效鉀55 mg·kg-1，有機質21.5 g·kg-1，pH值6.72。試驗田塊地勢較高，地下水位低，排水方便，耕作層平均深度20 cm。

供試辣椒品種系衢州市農業科學研究院育成的青辣椒組合衢椒3號。供試肥料為錦大綠牌商品有機肥(杭州錦大綠產業技術有限公司)、尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硝酸鉀(N 13%，K2O 46%)、硫酸鉀(K2O 45%)。667 m2化肥施用總量為N 10 kg、P2O58 kg、K2O 13 kg。

1.2 方法

試驗小區面積208 m2。3月20日，整地時667 m2施商品有機肥2 000 kg，以及40%的磷肥和30%的氮、鉀肥，其余肥量于苗期、花蕾期、盛花期、掛果期用滴灌分12次追施。整畦后，每壟鋪設2條滴灌帶，滴灌帶內徑16 mm，滴灌系統工作壓力0.15 MPa，滴頭流量2 L·h-1，滴頭間距30 cm。畦面覆蓋銀黑雙色地膜保濕防草害。3月31日移栽，667 m2種植密度為2 000株，定植后667 m2澆定根水2 t。

大棚前端進水處安裝水表，每次灌溉或滴灌施肥時，記載灌水量。

試驗采用托普TSZ-1型土壤水分速測儀測定土壤含水率。

土壤水分速測儀測定田間持水量。用對角線法取3點，將3個土壤水分傳感器橫向分別埋設在土面下10 cm處。用50 cm×50 cm、高20 cm的鋁框插入土中，往鋁框內不斷灌水至土壤飽和，灌完后用薄膜蓋嚴，防止水分散失。設置水分儀隔0.5 h測定水分1次。24 h后從云平臺或直接從土壤水分速測儀手持端讀取土壤含水量數據，取3點土壤含水量的平均值為田間持水量。讀取數據后，用取土環刀(容積100 cm3)在與傳感器同一層處取土，用烘干法測定土壤含水量。

土壤水分速測儀監測土壤墑情。參考韓玉國等[4]土壤水分傳感器最佳埋設深度試驗方法，同時考慮到辣椒根系主要分布于畦面下15 cm范圍內，將土壤水分傳感器水平埋設在離滴頭橫向距離0～10 cm、畦面下垂直距離15 cm處土壤中。土壤含水量數據從托普云平臺或土壤水分速測儀手持端讀取。每天08:00前讀取土壤含水量以決定是否需要灌溉。灌水前和灌水后記載土壤含水量。

辣椒5月6日開始采摘，至7月31日結束，共采摘8次，累積計產。

1.3 數據處理與分析

試驗數據采用Excel 2010軟件進行統計學分析。

2 結果與分析

2.1 不同測定方法比較

利用土壤水分傳感器測定田間持水量，土壤含水量24 h演變過程見圖1。土壤飽和24 h(土壤水分變化無明顯差異)讀取土壤含水量數值，此數值為土壤田間持水量，可知本試驗土壤田間持水量為32%。用烘干法測定土壤田間持水量為31.60%，與土壤水分傳感器測定結果較一致。土壤水分儀的測定方法簡單、直觀、數據可靠，測定結果可從云平臺或土壤水分速測儀手持端讀取。

圖1 土壤含水量24 h的變化趨勢

2.2 灌水量對土壤含水量的影響

如表1所示，灌后土壤最高含水量隨灌水量增加而增加。當667 m2灌水量介于1.0～1.3 t·d-1時，灌水后土壤最高含水量為27%～29%，相當于85%～90%的田間持水量，灌溉后水分基本保留在辣椒根區(辣椒主要根系分布在15 cm范圍內)土壤中，肥水利用率較高；當667 m2灌水量大于1.6 t·d-1時，土壤最高含水量達到32%，相當于100%田間持水量；當667 m2灌水量為6.7 t·d-1時，土壤最高含水量為43.5%，土壤水分達到飽和狀態。

黃興學等[5]研究了溫室辣椒節水灌溉的適宜土壤水分上限值，苗期為90%田間持水量，開花坐果期為90%田間持水量，結果期為90%～95%田間持水量。馬甜[6]盆栽試驗發現，線辣椒獲得最大產量的適宜灌水上限為田間持水量的84.1%，土壤水分下限為田間持水量的49%。根據前述研究成果，當667 m2灌水量大于1.6 t·d-1時，灌水后土壤最高含水量明顯超過了辣椒適宜土壤水分上限。由于灌水過多，水分會在重力作用下向根區外下層土壤滲漏，造成肥水流失。同時，土壤水分過多，通透性差，會使根系呼吸和生長發育受阻，甚至引發漚根或落花落果[7]。

表1 灌水量與土壤含水量的關系

注：每天8時從云平臺或手持端讀取土壤含水量，以便決定是否需要灌水。5月24日、5月27日因土壤含水量未達到灌溉下限，因而未進行灌溉。

辣椒生長旺期，晴熱天氣下一日一灌，當667 m2灌水量介于1.0～1.3 t·d-1時，灌水后土壤最高含水量為27%～29%，相當于85%～90%田間持水量，次日灌前土壤含水量為15.8%～19.0%，相當于50%～60%田間持水量。一個灌溉周期內，辣椒根區土壤含水量上下限與黃興學等[5]、馬甜[6]結論相符，表明667 m2灌水量介于1.0～1.3 t·d-1即可滿足辣椒生長對土壤水分的需求，可作為辣椒灌水定額， 16%～19%和27%～29%的土壤含水量可分別作為灌溉起點和灌溉上限，用于設施辣椒土壤水分的精準管理。

2.3 不同月份灌溉頻次和灌水量比較

從灌溉頻次看，4—7月，辣椒灌溉頻次逐月增加(表2)。4月，僅于定植后25 d灌溉施肥1次；5月，晴天每天灌溉1次，共灌溉8次；6月，晴天每天灌溉1次，共灌溉11次；7月，除陰天外每天灌溉，共灌溉28次。

從灌溉量看：4月最低，667 m2灌溉量為6.3 t；7月最高，667 m2灌溉量為37.8 t。5月份灌水量比6月份高，可能是因為5月份測試了灌溉量對土壤含水量的影響，測試期間灌水量偏大，導致數據偏高。

表2 不同月份灌溉頻次和灌溉量比較

覆膜條件下，辣椒需水量取決于植株的蒸騰量，而蒸騰量與植株生長階段、溫度、光照強度有關。隨氣溫升高，光照強度、辣椒植株生長和葉面積增大，需水量增加，灌溉頻次、灌溉量增加。結合2.2節結論，辣椒生長前期，定植25 d左右開始澆水，辣椒植株生長中后期，只須在晴熱天氣一日一灌，按2.2節確定的灌水定額即可滿足植株生長需要。

2.4 產量和化肥施用量對比

在本試驗條件下，辣椒667 m2總產量3 270 kg，比當地667 m2平均產量2 500 kg增幅達30.8%。本試驗條件下，磷、鉀肥及有機肥施用量同當地習慣施用量，但667 m2氮肥(N)施用量僅為10 kg，較當地施用量(667 m2施純N 15～18 kg)減少33.3%～44.4%。本試驗條件下，辣椒化肥用量減少卻能實現高產，主要是因為實行了水肥精準管理，肥料流失少，利用率提高。

3 小結

本試驗表明，TSZ-1型土壤水分速測儀可用于土壤田間持水量測定。用土壤水分速測儀測定土壤田間持水量的方法簡單、直觀、數據可靠，測定結果可直接從云平臺或土壤水分速測儀手持端讀取，避免了其他測定方法的反復烘干、稱重測量、計算。將土壤水分速測儀用于設施辣椒土壤水分監測和管理時，應將土壤水分傳感器埋設在離滴頭橫向距離0～10 cm、畦面下垂直距離15 cm處的土壤中。在本試驗條件下，辣椒田16%～19%和27%～29%的土壤含水量可分別作為灌溉起點和灌溉上限，用于對設施辣椒土壤水分進行精準管理，667 m2適宜灌水定額為1.0～1.3 t·d-1。