地下滲灌不同埋深對(duì)大田茄子產(chǎn)量和水分利用效率的影響

李興強(qiáng)，孫兆軍,，曾玉霞，李夢(mèng)剛，何 俊，韓 磊

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，銀川 750021；3.教育部中阿旱區(qū)特色資源與環(huán)境治理國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021；4.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評(píng)價(jià)與環(huán)境調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021)

0 引 言

地下滲灌是將灌水器或灌溉管道埋于作物根系活動(dòng)層，根據(jù)作物的生長(zhǎng)需水量定時(shí)定量地通過毛細(xì)管或微孔向土壤滲水，滿足作物對(duì)水分需要的一種灌溉模式[1-4]。相較于地面灌溉，地下灌溉可以更精準(zhǔn)的控制灌水量，減少水分的蒸發(fā)損失，提高灌溉水利用效率，還可以實(shí)現(xiàn)水肥一體化，改善土壤環(huán)境，增產(chǎn)增收，被認(rèn)為是最佳的灌水技術(shù)之一[5]。在地下灌溉系統(tǒng)中，毛管埋置深度的不同會(huì)導(dǎo)致土壤中的水分運(yùn)移和分布產(chǎn)生差異，影響作物根系的生長(zhǎng)和對(duì)水分養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而影響產(chǎn)量。莊千燕[6]研究發(fā)現(xiàn)，流量和灌水時(shí)間一定時(shí)，隨著埋深的增加，濕潤(rùn)鋒在水平方向的運(yùn)移距離減小，在垂直方向上增大(埋深20 cm顯著高于其他處理)。馮棣[7]等在滴灌帶埋深為30 cm的條件下，研究地下滴灌不同土壤水分處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響，研究發(fā)現(xiàn)土壤基質(zhì)勢(shì)下限為-30 kPa時(shí)取得最佳灌溉效果。前人關(guān)于地下灌溉的研究，大多側(cè)重于地下滴灌[8-11]，關(guān)于地下滲灌對(duì)作物影響的研究報(bào)道較少。為此，本試驗(yàn)針對(duì)寧夏引黃灌區(qū)氣候條件，設(shè)置不同地下滲灌埋深和不同灌溉定額，通過分析不同埋深和不同灌溉定額對(duì)茄子生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，探索最佳地下滲灌埋深和相應(yīng)的灌溉定額。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)在寧夏銀川市永寧縣和順新村試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行(北緯38°22′，東經(jīng)106°09′)，該地區(qū)處于寧夏銀川平原中部，海拔約1 075 m，多年平均氣溫8.6 ℃，無(wú)霜期160～170 d，多年平均日照3 024 h。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈。多年平均降水量201.6 mm，且全年降水分布極為不均，主要集中在7、8、9月，多年平均水面蒸發(fā)量1 882.5 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤的機(jī)械組成為：沙粒占91.4%，粉粒占8.45%，黏粒占0.15%，根據(jù)土壤質(zhì)地劃分標(biāo)準(zhǔn)可知試驗(yàn)區(qū)土壤為壤質(zhì)沙土，0～60 cm土層田間持水率(FC)和土壤容重分別為16.51%和1.64 g/cm3，具體如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)茄子供試品種為“二苠茄”，2019年5月6日種苗，成熟后分批采摘，種植前底施復(fù)合肥525 kg/hm2。本試驗(yàn)采用二因素三水平的試驗(yàn)方法。因素D分為0(D1)、10(D2)、20 cm(D3)3個(gè)埋深水平，因素W分為1 750(W1)、2 250(W2)、2 750 m3/hm2(W3)3個(gè)灌溉定額水平，共9個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。試驗(yàn)中灌溉定額依據(jù)當(dāng)?shù)毓喔冉?jīng)驗(yàn)值和學(xué)者研究理論值進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用單壟單行種植模式，壟寬0.6 m，壟高0.25 m，壟心距1.0 m，株距30 cm，行向?yàn)槟媳毕颍N植密度48600株/hm2，中間埋置一條滲灌管，種植示意圖如圖1所示。每小區(qū)2壟，小區(qū)長(zhǎng)4.0 m，寬2.4 m，小區(qū)面積9.6 m2，小區(qū)間設(shè)1.5 m寬隔離帶，共9個(gè)小區(qū)。供試滲灌管道采用自主研發(fā)的全滲管道，全滲管規(guī)格為：內(nèi)徑φ20 mm，流量12 L/(m·h)。試驗(yàn)統(tǒng)一施90 kg/hm2的磷肥、135 kg/hm2的鉀肥和180 kg/hm2的氮肥。其他田間管理措施與一般大田相同。

圖1 種植示意圖

1.3 觀測(cè)指標(biāo)及方法

(1)作物生長(zhǎng)指標(biāo)。在茄子定苗后，每個(gè)處理選取5株代表植株進(jìn)行生長(zhǎng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)，每10 d測(cè)量一次。株高采用精度為1 mm的卷尺測(cè)量，莖粗采用精度為0.02 mm的游標(biāo)卡尺通過十字交叉法測(cè)量。茄子拉秧后每個(gè)處理取樣3株測(cè)量地上部分干重，所取樣品在105 ℃下殺青1 h，70℃下烘干8 h至恒重，用精度0.01 g電子天平稱重。

(2)土壤含水率。采用傳統(tǒng)土鉆法在茄子各生育時(shí)期前后分別在各試驗(yàn)小區(qū)取3個(gè)點(diǎn)，分別對(duì)0～20、20～40、40～60 cm土層取樣，用烘干法測(cè)其土壤含水率。

(3)產(chǎn)量。作物成熟后，按小區(qū)分批進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，最后折合成每公頃產(chǎn)量。

(4)作物耗水量。公式為：

ET=P+I+ΔSWS-R-D

(1)

式中：ET為耗水量，mm；P為植物生育期降雨量，mm；I為灌溉量，mm；ΔSWS為生育期開始時(shí)土壤貯水量與生育期結(jié)束時(shí)土壤貯水量之差，mm；R為地表徑流量，mm；D為耕層土壤水的滲漏量，mm。

本試驗(yàn)條件下，R和D可忽略不計(jì)。

(5)水分利用效率。公式為：

WUE=Y/ET

(2)

式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；Y為茄子產(chǎn)量，kg/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)用Microsoft Excel 2010對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行多重分析(LSD)和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 地下滲灌管不同埋深和不同灌溉定額處理對(duì)茄子株高、莖粗的影響

不同滲灌埋深和不同灌溉定額處理對(duì)茄子株高和莖粗的影響如圖2、圖3所示。

圖2 不同灌溉定額和不同埋深對(duì)茄子株高的影響

圖3 不同灌溉定額和不同埋深對(duì)茄子莖粗的影響

由圖2可知，各處理株高變化趨勢(shì)相同，定苗后20～40 d內(nèi)茄子株高增長(zhǎng)迅速，50～70 d內(nèi)株高增速逐漸降低。方差分析表明，定苗后30 d內(nèi)各處理對(duì)株高的影響不顯著；50～70 d時(shí)，各處理茄子株高差異顯著，最終表現(xiàn)為T8>T7>T9>T5>T6>T4>CK>T2>T1>T3。其中，T8處理株高最大，為90.4 cm，T1處理株高最小，為67.8 cm；

由圖3可知，各處理茄子莖粗變化趨勢(shì)相同，莖粗隨定苗后天數(shù)的增加而增大。茄子定苗后10～20 d時(shí)，各處理莖粗差異不顯著；定苗后30～50 d時(shí)，T5處理茄子莖粗增速加快，最終達(dá)到27.46 mm；茄子定苗后50～70 d時(shí)，T5處理茄子莖粗始終表現(xiàn)最好，其次是T8處理。

2.2 地下滲灌不同埋深和不同灌溉定額處理對(duì)茄子干物質(zhì)積累量的影響

由圖4可知，各處理茄子總的干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為：T8>T9>T7>T5>T6>T4>T3>T2>T1。

圖4 不同灌溉定額與不同管道埋深對(duì)茄子干物質(zhì)積累量的影響

在灌溉定額為1 750 m3/hm2(W1)條件下，茄子干物質(zhì)積累量隨管道埋深的增大而增大，表現(xiàn)為D3>D2>D1。在灌溉定額為2 250 m3/hm2(W2)和2 750 m3/hm2(W3)條件下，茄子干物質(zhì)積累量隨管道埋深的增大先增大后減小，滲灌管道埋深10 cm處理明顯優(yōu)于其他2個(gè)埋深處理。相同管道埋深處理下，干物質(zhì)積累隨著灌溉水量的增加而增加，即W3>W2>W1，其中T8處理干物質(zhì)積累總量最大，為12 233.82 kg/hm2，與其他處理差異著性。根、莖、葉的干物質(zhì)積累量均為T9處理最大，果實(shí)干物質(zhì)積累量T8處理最大，為8 889.74 kg/hm2。

如圖5所示，就干物質(zhì)分配而言，T5處理果實(shí)干物質(zhì)分配比例最大，為73.71%，T8處理次之，為72.65%。就不同器官而言，各處理果實(shí)干物質(zhì)分配比例均為干物質(zhì)中最大，都達(dá)到68.71%以上。相同埋深處理下，隨著灌溉水量的增加，果實(shí)干物質(zhì)分配比例增加；相同灌溉定額下，埋深10 cm處理果實(shí)干物質(zhì)分配比例最大。

圖5 不同灌溉定額與不同管道埋深對(duì)茄子干物質(zhì)分配比例的影響

2.3 地下滲灌不同埋深和不同灌溉定額處理對(duì)茄子產(chǎn)量的影響

不同埋深和不同灌溉定額處理對(duì)茄子產(chǎn)量的影響如表3所示，不同處理下茄子產(chǎn)量表現(xiàn)為：T8>T7>T9>T5>T6>T4>T3>T2>T1。

表3 不同灌溉定額與不同埋深對(duì)茄子產(chǎn)量的影響

注：括號(hào)外面字母表示相同灌溉定額條件下不同管道埋深處理間的差異性檢驗(yàn)結(jié)果(P<0.05)；括號(hào)內(nèi)字母表示相同管道埋深條件下不同灌溉定額處理間的差異性檢驗(yàn)結(jié)果(P<0.05)，下同。

在灌溉定額為1 750 m3/hm2(W1)條件下，不同埋深處理茄子產(chǎn)量表現(xiàn)為:D3>D2>D1，D3處理產(chǎn)量最大，為23 496.6 kg/hm2，各處理間茄子產(chǎn)量差異顯著；在灌溉定額為2 250 m3/hm2(W2)和2 750 m3/hm2(W3)條件下，茄子產(chǎn)量隨管道埋深的增大先增加后減少，表現(xiàn)為D2>D3>D1，D2處理茄子產(chǎn)量和D1、D3之間差異顯著。同一埋深條件下，茄子產(chǎn)量隨灌溉定額的增大而增大，表現(xiàn)均為W3>W2>W1。中灌溉定額處理和高灌溉定額處理顯著高于低灌溉定額處理，但隨著灌溉定額的增大，中灌溉定額處理與高灌溉定額處理茄子產(chǎn)量之間的差異變小。在不同處理中，T8處理產(chǎn)量最高，為28 468.3 kg/hm2，T5處理次之。

2.4 地下滲灌不同埋深和不同灌溉定額處理對(duì)茄子耗水量和水分利用效率的影響

不同滲灌管埋深和不同灌溉定額處理對(duì)茄子耗水量和水分利用效率的影響如表4所示。

表4 不同灌溉定額與不同管道埋深對(duì)茄子耗水量和水分利用效率的影響

注：不同英文小寫字母表示不同處理在0.05水平差異顯著。

由表4可知，各處理茄子耗水量表現(xiàn)為：T8>T9>T7>T6>T4>T5>T3>T2>T1。本試驗(yàn)結(jié)果表明：同一灌溉定額水平下，茄子耗水量隨埋深的增大而增大；在同一滲灌埋深條件下，茄子耗水量隨灌溉定額的增大而增大。在不同處理?xiàng)l件下，T8耗水量最大，為441.32 mm，T9處理次之。

由表4可知，T5處理的水分利用效率最高，T8處理次之。在灌溉定額為1 750 m3/hm2(W1)條件下，茄子水分利用效率表現(xiàn)為D3>D2>D1，D3處理較D1和D2增加12.59%和6.72%，差異顯著；D1與D3處理之間的水分利用效率差異顯著。在灌溉定額為2 250 m3/hm2(W2)條件下，茄子水分利用效率表現(xiàn)為D2>D3>D1，D2較D1、D3增大12.21%、10.03%，處理之間的差異兩兩顯著。在灌溉定額為2 750 m3/hm2(W3)條件下，茄子水分利用效率表現(xiàn)為D2>D1>D3，D2較D1與D3增大7.27%、9.87%，差異顯著。

由表4可知，在埋深0(D1)條件下，茄子水分利用效率表現(xiàn)為W2>W3>W1，W2處理較W1、W3處理增大16.13%、3.48%，W2與W1、W3處理之間的差異顯著。管道埋深10 cm(D2)條件下，茄子水分利用效率表現(xiàn)為W2>W1>W3，W2處理水分利用效率最高為7.35 kg/m3，W2較W1、W3處理增大23.53%、8.25%，W1、W2和W3處理間差異兩兩顯著。埋深20 cm(D3)條件下，茄子水分利用效率表現(xiàn)為W2>W1>W3，W2較W1、W3處理增大5.20%、8.09%，W2與W1、W3處理之間的差異均顯著。

3 討 論

3.1 地下滲灌不同埋深和不同灌溉定額處理對(duì)茄子生長(zhǎng)、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響

水分對(duì)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育起著關(guān)鍵作用，是影響作物株高、莖粗、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量的重要因素。作物的干物質(zhì)是其光合作用的產(chǎn)物，是反映有機(jī)物質(zhì)積累的一個(gè)重要指標(biāo)，也是影響作物產(chǎn)量的重要因素。光照、土壤環(huán)境等因素均與作物干物質(zhì)積累和分配有關(guān)[12]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：同一滲灌管埋深條件下，茄子株高、莖粗、干物質(zhì)積累量隨灌溉定額的增大而增大。這與焦炳忠[13]等的研究相符。蔣樹芳[14]等通過設(shè)置不同地下滴灌埋深，研究同一土壤水分控制條件下番茄產(chǎn)量對(duì)地下滴灌的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)番茄產(chǎn)量隨著滴灌埋深的增大先增大后減小。這與本試驗(yàn)的中、高灌溉水平結(jié)果相符，與低灌溉水平不符。仝國(guó)棟[15]等通過設(shè)置不同灌水量研究對(duì)茄子產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)不同灌水量處理下茄子產(chǎn)量隨灌溉量的增加先增加后減小。這與本試驗(yàn)研究結(jié)果相符。造成這一現(xiàn)象的原因可能是低灌溉水平下土壤含水率較低，土水勢(shì)較小，不利于植株吸收水分，不能滿足茄子生長(zhǎng)發(fā)育的需求，導(dǎo)致茄子干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量降低；高灌溉水平下，管道埋深20 cm處理下地面蒸發(fā)量最小，使得茄子根際土壤含水率過高，植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過盛從而抑制了生殖生長(zhǎng)，造成茄子開花結(jié)果推遲，落花落果等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致茄子產(chǎn)量降低，同時(shí)，根系附近過多的水分，減少了茄子根際環(huán)境中氧氣含量，抑制了茄子根系的呼吸作用，從而導(dǎo)致茄子的產(chǎn)量降低。

3.2 地下滲灌不同埋深和不同灌溉定額處理對(duì)茄子耗水量和水分利用效率的影響

本試驗(yàn)中，T5處理的水分利用效率最高為7.35 kg/m3，耗水量為387.2 mm，產(chǎn)量為28 462.7 kg/m3；T8處理灌溉定額最大為2 750 m3/hm2，水分利用效率為6.79 kg/m3，耗水量為441.3 mm，產(chǎn)量最大為29 968.3 kg/hm2；T1處理的水分利用效率最低，為5.64 kg/m3。研究結(jié)果表明：高灌溉水平下水分利用效率和產(chǎn)量不一定最高，適度水分虧缺可增加茄子根系發(fā)達(dá)，吸收水分和養(yǎng)分以滿足植株生長(zhǎng)。這與劉秋麗[16]的研究相符。本研究發(fā)現(xiàn)，在中、高灌溉定額下，滲灌管埋深為D2(10 cm)處理的茄子產(chǎn)量和水分利用效率都優(yōu)于其他2個(gè)埋深處理，表明對(duì)茄子而言，埋深10 cm為最佳處理。主要原因可能是：①茄子根系85%分布在距地表0～30 cm土層中，0～40 cm可達(dá)到96%。②在垂直于滲灌管鋪設(shè)的方向上，滲灌管下方的垂直方向上濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率大于上方濕潤(rùn)峰運(yùn)移速率。這與仝國(guó)棟[15]和高西寧[17]的研究相符。考慮當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水資源現(xiàn)狀，選擇合適的地下滲灌管埋深，適當(dāng)降低大田茄子的灌水量，有利于提高茄子的水分利用效率。

4 結(jié) 論

(1)從不同處理間株高、莖粗和干物質(zhì)積累量表現(xiàn)可發(fā)現(xiàn)：較高的土壤水分更有利于植株地上部分的生長(zhǎng)，但土壤水分過高則會(huì)促進(jìn)植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)而抑制生殖生長(zhǎng)，適度干旱可以促進(jìn)根系發(fā)達(dá)，植株粗壯。

(2)不同處理之間果實(shí)產(chǎn)量表現(xiàn)為T8>T5>T9>T7>T6>T4>T3>T2>T1，同一滲灌埋深條件下，茄子產(chǎn)量隨灌溉定額的增大而增大，表現(xiàn)為W3>W2>W1。灌溉定額為2 250 m3/hm2、埋深10 cm時(shí)對(duì)果實(shí)生長(zhǎng)最為有利，產(chǎn)量較高，過多或過少的土壤水均會(huì)抑制茄子生殖生長(zhǎng)，使得茄子產(chǎn)量和單果重降低。

(3)各處理茄子耗水量表現(xiàn)為T8>T9>T7>T6>T4>T5>T3>T2>T1，同一埋深條件下，茄子耗水量隨灌溉定額的增大而增大。水分利用效率表現(xiàn)為：在同一灌溉定額下，埋深D2(10 cm)處理水分利用效率高于其他2個(gè)埋深處理。

(4)綜合考慮茄子冠層發(fā)育、產(chǎn)量和水分利用效率，在本試驗(yàn)條件下，地下滲灌埋深為10 cm，灌溉定額為2 250 m3/hm2時(shí)，茄子產(chǎn)量較高為28 462.7 kg/hm2，水分利用效率最高為7.35 kg/m3，是寧夏引黃灌區(qū)地下滲灌大田茄子生產(chǎn)中適宜的地下滲管埋深和灌溉定額組合。