提高蔬菜水分仪利用效率的途径.doc

提高蔬菜水分仪利用效率的途径 为了寻求有效提高蔬菜水分仪利用效率的途径，以探索解决半干旱区设施蔬菜生产的可持续发展问题。试验从20012004 年分别对降水集聚量、蔬菜耗水量、蔬菜经济产量和降水量进行不间断的测定，并对膜下渗灌、膜下滴灌、膜下沟灌和露地沟灌(对照)供水效率、产量、耗水量以及水分利用效率进行了观测。结果表明.集水效率与降雨量密切相关，降水强度增大则集水效率提高， 3 日平均集水效率为64.75% ，丰水年(2003) 的集水效率为71. 25% ，较平均值提高了1 1. 92%; 干旱年份(2002) 的集水效率为59.33 % ，较3 a 平均降低了5.42% 。膜下渗淮的供水效率和WUE 最高，膜下滴灌次之.再次为膜下沟灌，露地沟灌最低。膜下渗灌和膜下滴灌的WUE 分别较露地沟灌在黄瓜生产中提高了49.41% ?27.20% ，在番茄生产中分别提高了69. 20 % , 65. 34 %。黄瓜和番茄地膜覆盖较露地分别节水27.36 % 和26 % 。膜下渗灌的节水效率最高.在黄瓜和番茄生产中分别较露地对照节水42.64 % 和3 l. 3 % 。食用菌是一种耗水少的蔬菜种类，在本试验中，它节余的水分可以补充高耗水蔬菜种类的需水不足.来维持整个温室生产中的水分平衡和提高温室生产的经济效益，所以食用菌必须纳入整个温室生产的循环体系中，以维持整个温室生产体系水分供需平衡。人工降水聚集技术体系(ARCS) 或集水技术(RCS) 已经在很多国家被广泛应用1.2J 0 近年来，由于干旱加剧和农业生产进一步发展的需要，集水技术在我国黄土高原也有快速的推广应用时，它已经成为我国雨养农业进一步发展的突破口。节水灌溉技术体系包括节水灌溉设备(即渗灌和滴罐设备) ，作物需水规律和最佳供水模式等因子，能够显著提高作物的水分利用效率以-6J 。研究证明，通过集水技术体系和节水灌溉技术的有机组合能够部分或全部满足作物生长的水分需求。黄土高原丘陵沟整区属中温半干旱气候类型，具备发展节能日光温室的基本条件。但水资源稀少，有效降雨少，分布不均匀，无法进行蔬菜生产或只能种植些粗放型的叶菜，经济效益差。随着集水农业技术在该地区的试验、示范和推广，为该地区发展节能日光温室提供了新思路和途径，集雨补灌技术在早区蔬菜生产中起非常重要的作用阳。在日光温室蔬菜生产中如何应用集水技术和节水灌概技术以满足旱区蔬菜生产的水分需求和提高水分经济产量，仍是一项亟待解决的问题。为完善该项技术，我们在西北型节能日光温室的基础上，加入集水技术因素，设计出适用于雨水聚集贮存的新型集水型日光温室(图1)，以收集棚面、后屋面和温室四周硬化地面的自然降水，聚集的雨水贮存在温室外面的两个水害和温室内的水池中，然后在蔬菜生长阶段进行灌溉。种植的轮作系统租种植制度不同，水分的利用效率差异明显叫，本试验选择菜一菌一菜的周年轮作种植制度，以实现经济收入和经济用水效率的双赢，从而探索有利于促进半干旱区节能日光温室可持续发展的途径。1 材料与方法1. 1 试验区概况技术设备：托普仪器的蔬菜水分仪LDS-1S型，作用于农业区蔬菜灌溉的水分仪。 试验于2001 年4 月2004 年6 月在甘肃省农业科学院定西试验站进行。该区域是典型黄土高原丘陵沟整区(北纬35 0 23 ，东经104 0 30 ，海拔（2 100 m) ，年均气温6.2 C 。土壤属黄麻土，有机质(SOM) 含量8.22 g kg- 1 ， 015 cm 速效N为10. 2 mg ? kg - 1 ，速效P 为2. 7 mg ? kg- 1 ，速效K 为190 mg ? kg- 1 。年降水量416 mm ，其中60% 分布在79 月，属典型的半干旱雨养农业区。 1. 2 集水型日光温室的结构特点 集水型日光温室较普通西北型节能日光温室具有较长的仰角和跨度，其仰角为45 0 ，跨度为7m ，有利于接纳更多的光照和自然降水，本试验用温室的长度为70 m (图1)。主要集水面为前屋面的拱形棚膜、后屋面和硬化路面，其集水面的投影面积为875 m 2 。聚集的雨水首先通过集水渠道进入沉沙池，然后进入水害和温室内的蓄水池，前屋面的拱形棚膜分为以下3 部分:从D 点到E点为顶部放风口， E 点固定在温室脊顶， D 端为放风口，其宽度为1800mm; 从C 点到D 点的棚膜全部固定，其宽度为6 000 mm; 从A 点到B 点为底端放风口， B 点固定而活动A端以交换空气，其幅宽为1200 mm保温被固定在被电动机驱动的钢管上，冬季保温被早揭晚盖以保持温室内温度。图1 集水型日光温室剖面图Fig. 1 Side- section of rain-collection greenhouse 1. 3 试验设计和处理 黄瓜和番茄的试验均、采用裂区设计，主处理为灌概方式，副处理为灌溉量，每处理3 重复。黄瓜和番茄试验的对照为足水沟灌，灌j既量为4800 m 3? hm- 2 ，小区面积为1. 1 m X 7 m ，将每个小区之间用1. 8m 深、厚度为0.15 mm 的塑料膜分隔。4 种灌溉方式为渗灌(S I)、滴灌(DI)、膜下沟灌(FIP) 和露地沟灌(OF I)。黄瓜的3 个灌溉量为1 500 m 3 ? hm- 2 、3 000 m 3? hm- 2 和4500 m 3 hm- 2 ，番茄为1 950 m l ? hm- 2 、2 850m 3? hm- 2 和3 750 m 3? hm- 2 (总水量分配方式见表1)。在种植前以漫灌的方式进行灌溉，在花前以点挠的方式灌溉，开花后利用不同灌溉方式灌慨。双抱菇试验采用完全随机设计，每处理3 重复，试验处理为供水量，分别为300 、400 、500 、600 和700 mL/(m2 .次) ，小区面积1 mX 7 m ，小区间用拱形塑料棚分隔;在双抱菇出土有黄豆大小开始在晴天喷水两次，阴天喷洒一次，湿度因不同供水处理而异;温度白天维持在2426 oC ，夜晚维持在1315 C 。黄瓜(cucumissatusL) 、番茄( Lycicum esculentum Mill) 和双抱菇(Pleurotus sajor-caJu (Fr.) Sing) 分别在20012002 年、20022003 年和20032004 年种植。番茄和黄瓜总施肥量为纯N150 kg hm-2 , P205180 kg hm- 2 ，肥9000 kg. hm- 2 ，油饼1500kg ? hm- 2 。全部有机肥料和10% 的化肥作为底肥施入翻耕， 20% 的化肥在开花前结合灌概施入，70%的化肥在结果期结合灌概施人。双于包菇每100 m 2 培养基质包括2 000 kg 干秸籽， 1 500 kg干马粪， 45 kg 油饼， 4.5 kg 尿素， 30 kg 硝酸钱，35 kg 过磷酸钙， 40 kg 石灰石.40 kg 石膏。黄瓜 供试品种为温棚2 号， 2001 年10 月30 号播种，11 月21号嫁接， 12 月15 号移裁，种植密度为48000 株!hm气其盛果期在2002 年4 月上旬开始7月中下旬结束。番茄供试品种为毛粉802 ， 2002年9 月20 号在育苗床播种,10月25移栽，种植密度为45 000 株/hm 2 ，盛果期在2003 年3 月上旬开始，至2003 年6 月20 号拉秧。黄瓜和番茄均采用沟垄种植的方式，垄上为蔬菜种植区，垄间小沟作为灌溉沟渠。双抱菇栽培基质在2003 年8 月15 号;昆合发酵，发酵成熟的基质在2003 年9月移入温室，将之在温室内按照7mX l. Om 规格整理为试验小区，每小区接种菌种800 mL ?m-2 ，然后将基质分别在9 月25 号和10月10号用园土覆盖两次，使培养基质的最终厚度达到20cm o 双于包菇在10 月中下旬出土，开始前期收获，12 月气温下降后用干麦草覆盖培养基质， 2004 年3 月双抱菇重新开始生长，在2004年5月下旬停止。 1. 4 不同灌溉方式的布设 渗灌管是直径为15 mm 的黑色橡胶软管，管身密布小孔渗出水分，渗灌管埋人垄下25 cm 深处，管间距因蔬菜种植行距而定。滴灌管是直径 为15 mm的黑色软塑料管，管身按一定间距布设滴水口，埋入垄底15 cm 处，管间距因蔬菜种植行距而定。主输水管沿温室走道铺设。渗灌和滴灌处理的垄沟均以0.8 mm 的塑料薄膜覆盖。膜下沟灌处理的垄上开一小沟，直接将水分从小沟用单管注入。对照为足量灌溉处理，垄沟不用薄膜覆盖。 1. 5 数据测定方法 集水效率:在水害(温室内蓄水池)和沉沙池之间的进水口装置水表来测定每次降水后的集水量，降水量用简易量雨筒测定，集水效率按照下列公式计算: RCC= CRA (m3)/ CA (m2 ) X R (mm)!1000J X100%式中， RCC 为集水效率;CRA 为集水量;CA为集水面积(875m 2 );R 为降水量。产量:将每小区全部收获的鲜果(菇)重做为小区产量。黄瓜和番茄前期每34d 采收并测定一次，盛果期每天采收并测定产量。黄瓜瓜条长度25 cm 左右、直径34 cm 左右，番茄在变色期后坚熟期时采摘，以电子称称重。双于包菇菇盖直径达24cm 左右时及时采收，测定小区的总产量。土壤含水量:以烘干法测定土壤含水量。在0200 cm 土层范围内，每20 cm 为一个取样单元。土样取出后置入铝盒称鲜重，然后在105C烘箱内烘至恒重后称干重和盒重。以下面的公式、计算土壤含水量.:SM (g kg- 1) = (Wr-Wd )/(Wd-W.) X 1000 ，式中， SM 为土壤含水量;W r为土壤鲜重和铝盒重的总和;W d 为土壤干重和铝盒重的总和;W. 为铝盒重量。土壤贮水量: SWS = SM ? V ? H ? A ?10- 6 0 式中， SWS 为土壤贮水量(旷);SM 为土壤含水量(g. kg- 1); V 为土壤容重(g ? cm- 3);H 为土层深度(200 cm); A 为小区面积(cm勺。土壤容重按照Km et al (2000) 的方法用环刀法测定。水分利用效率(WUE): WUE = Yield /(SWC 十IR) ，式中， SWC 为土壤耗水量(m 3 ) ，等于灌溉底埔水前的SWS 减去收获后的SWS ， IR为灌溉量(m3 )。节水效率(WSE): WSE (%) CWCPWCPc)/WCP c ，式中， WCP 为不同处理每生产lkg 鲜果(菇)的耗水量(m 3 ? kg- 1 );WCPC 对照每生产kg 鲜果(菇)的起水量Cm 3? kg 一1 ) ;每生产1 kg 鲜果(菇)的耗水量的值等于WUE 的倒数。 1. 6 数据分析 采用DPS 统计分析软件对数据进行相关分析与One-Way ANOVA 方差分析，并用LSD 法进行多重比较。 2 结果与分析 2. 1 集水型日光温室的集水效果及其对3 种蔬菜的满足率不同年份的集水效率见表2 。在相对丰水的2003 年，其集水效率较3 a 平均提高了5.99% ;在相对干旱的2002 年其集水效率较3 a 平均降低了5.42% ，表明集水效率和降雨量密切相关联。3 a 平均降水集水效率为64.75% ，年均集水量212.28 m 3 ，通过改进集水面材料，其集水效率仍有很大增长潜力。不同蔬菜种类的需水量和相对于集水量的满足率见表2 表2 结果显示，采用黄瓜-番茄-双抱菇循环种植的方案，集蓄的水分可以全部满足蔬菜生长需求。 3 年集水量是蔬菜水分需求的1. 26 倍。但是集蓄的水分不能满足高耗水蔬菜种类的水分需求(如黄瓜) ，因此，改进灌溉方式和提高集水效率是解决早区温室蔬菜生产水分匮乏的两条重要途径。2.2 不同灌溉方式对产量和WUE 的影晌不同灌溉方式下黄瓜和番茄的产量见表3 。黄瓜最高产量出现在渗灌3000 或者4500 m hm-2 ，在滴灌、膜下沟灌4500 m hm-2 以及对照的产量之间无显著差异。不同灌溉方式对番茄产量的影响与黄瓜相似，渗灌条件下，供水3 750m 3 ? hm- 2 番茄产量最高，能够满足其生长所需的全部水分。相比较于对照，滴灌和膜下沟灌同样可以在获得高产的条件下降低水分消耗，提高有限水分的利用效率。 不同灌概方式的WUE 和节水效率CWSE)结果见图2 。不同灌概方式的WUE 和WSE 有显著差异，渗灌的WUE 和WSE 最高，依次为滴灌、膜下沟灌和露地沟灌。与对照相比，黄瓜渗灌、滴灌和膜下沟灌的WSE 分别为42. 64% 、32.64% 和27.36%; 番茄分别为3 1. 3% 、29.0%和26.02% ， WSE 在滴灌和渗灌之间元显著差异。结果表明，渗灌具有最高的WUE 和WSE ，是最为节水的灌溉方式，滴灌和膜下沟灌同样能够降低水分的无效消耗，但其效果没有渗灌显著。 图2 不同灌溉方式下黄瓜和番茄的WUE 和WSEFig. 2 The WUEs (A) and WSEs (剧。f cucumber and tomato in different irrigation treatments 2.3 不同灌溉方式下的适宜灌溉量不同灌概方式的产量和WUE 有显著差异(表3 和图3) ，综合分析不同灌溉方式的产量和WUE ，在渗灌条件下，黄瓜的灌溉量为3 000m? hm- 2 时同时可以获得最高的产量和较高的WUE; 滴灌和膜下沟灌时供水4 500 m 3? hm-产量最高，但在供水3 000 m 3 ? hm 时具有最高的WUE 。针对旱区水资源短缺的实际现状，认为3 000 m 3 ? hm- 2 是最为节水供水量。番茄有相似的研究结果，而且在渗灌和滴灌条件下供水2 850 m 3 ? hm- 可以同时获得最高的产量和较高的WUE ，所以早区采用节水灌溉方式条件下，番茄的适宜灌溉量为2 850 旷.hm 寸。对节水效率的比较结果同样证明了上述结论。 双子包菇的产量和WUE 见图4 。每m 2 喷水400 mL 的处理产量和WUE 均显著高于其他处理，每m 2 喷水300 mL 的处理的产量与其他高于400 mL 的水分处理元显著差别。按照WUE 的大小顺