覆蓋方式和灌水量對甘藍水分利用和干物質積累的影響

李 娟 范鳳翠 石玉芳 李志宏* 高麗紅 劉勝堯

（1中國農業大學農學與生物技術學院，北京 100193；2河北省農林科學院農業信息與經濟研究所，河北石家莊 050051）

近幾年，隨著世界性水資源危機的日益突出，節水灌溉技術成為蔬菜生產的關鍵。不同農藝節水技術對蔬菜水分利用效率和干物質積累的影響，已經積累了大量實驗數據。李振東等（2009）研究發現，地膜覆蓋可降低黃瓜耗水量，減少土壤表面蒸發，提高黃瓜產量，但對植株蒸騰量影響不大。郭文忠等（2007）認為在一定的范圍內，隨著灌溉頻率的增加干物質的積累也在增加，黃瓜干物質積累量最大的時期是結果中期。蔡紹珍等（1993）研究發現，地膜覆蓋明顯促進黃瓜生育前期的干物質積累，以后逐漸減少，直至拉秧期。姚剛等（2000）認為地膜覆蓋促進了玉米干物質的積累和生物產量的提高，前期效果最大，后期最小。

膜孔灌溉技術是20世紀80年代新疆發展起來的一種膜上灌水技術，是指在作物行間覆蓋的塑料薄膜上行水，水流從薄膜上的小孔下滲以浸潤作物根部土壤的一種節水灌溉方法。它能阻止棵間土壤的無效蒸發，增強土壤的保溫、保墑能力，減少深層滲漏，提高田間水有效利用率（李方紅 等，2005）。但膜孔灌溉在甘藍（Brassica oleraceaL. var.capitataL.）上應用的效果及其對干物質積累影響的研究鮮有報道，而甘藍是全國栽培面積很大的主要露地蔬菜之一，在北方地區蔬菜周年均衡供應中發揮重要作用，但華北地區水資源緊缺與蔬菜生產耗水量大的矛盾日益突出，因此研究北方地區露地栽培主要蔬菜的節水灌溉技術具有重要理論與現實意義。本試驗以生產中農民的經驗灌水量〔每次30 m3·（667 m2）-1〕為對照，研究不同灌水量在膜孔灌溉和裸地灌溉下甘藍的水分利用情況及干物質積累，以期為制定合理的節水灌溉技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2010年2～6月在河北省農林科學院科技示范園內進行，以甘藍品種中甘11號為試材，于2010年2月27日播種，4月14日定植，定植水量為41.7 m3·（667 m2）-1；生長期為4月26日～6月4日（開始處理至收獲），共灌4次水，分別為4月27日（蓮座期）、5月8日（結球前期）、5月18日（結球中期）、5月30日（結球末期）。采用裂區設計，灌水量為主處理，分別設計為 10 m3·（667 m2）-1（G10）、20 m3·（667 m2）-1（G20）、30 m3·（667 m2）-1（G30）；膜孔灌溉（F）與裸地灌溉（N）為副處理，即G10F、G10N、G20F、G20N、G30F和G30N共計6個處理。緩苗后覆蓋地膜，開始處理。以裸地灌溉每次30 m3·（667 m2）-1（G30N）為對照。覆蓋地膜處理，在壟的兩側及中間溝內扎孔（孔直徑15 mm左右），間距20 cm。每小區6行，3行膜孔灌溉，3行裸地灌溉，株距35 cm，行距50 cm，小區面積19.8 m2（3.3 m×6.0 m），采用隨機區組排列，3次重復。為防止水分側滲，不同小區之間用垂直埋深50 cm的油氈隔開。為防止降雨對試驗的影響，搭建防雨棚。3種灌水量處理同時從壟頭灌水，灌水量用精確度為0.000 1 m3的水表計量，不同處理同時收獲。

供試地塊耕層（0～30 cm）土壤基礎理化性狀：有機質含量 0.64%，全氮 0.12%，有效磷61.07 mg·kg-1，速效鉀116.78 mg·kg-1，容重1.61 g·cm-3，田間持水量22.8%，pH值7.92，EC值254.11 μS·cm-1。

1.2 測定項目

1.2.1 階段耗水量測定 階段耗水量：Et=I+R+Cr-Dp-Rf±ΔW①

公式①中：I為各階段的灌水量（mm）；R為降雨量（試驗搭建防雨棚，R=0，mm）；Cr為作物利用地下水量（地下水位高，Cr=0）；Dp為滲漏量（灌溉前60 cm土層含水量+灌溉水量-田間持水量，mm）（Ertek et al.，2004）；Rf為地表徑流（試驗采用溝灌，Rf=0）；ΔW為土壤儲水量變化（mm）。

1.2.2 土壤儲水變化量的測定 于各生育期始末用土鉆采集0～60 cm土壤，每10 cm一層，打完土后將洞用土填上，烘干測定其含水量，結果為3次重復的平均值。計算土壤儲水變化量（ΔW）：ΔWi=Wi–W0=（θi-θ0）γh④

公式④中：ΔWi為i階段測定土體的土壤儲水變化量（mm），Wi為i階段結束時的土壤儲水量（mm），W0為i階段開始時的土壤儲水量（mm），θi為i階段結束時的土壤質量含水量（%），θ0為i階段開始時的土壤質量含水量（%），γ為測定土體的容重，h為土體厚度。

1.2.3 土面蒸發量的測定 土面蒸發量參照孫宏勇等（2004）的研究方法，采用改進的微型蒸發器（PVC管做成，高150 mm，管壁厚5 mm，內徑100 mm）測定，各小區兩處理各放置一個，獲得棵間與行間的土面蒸發量。每天17：00用精度0.1 g的電子天平稱質量，2 d質量的差值即為蒸發量，質量每減少1 g相當于0.127 4 mm的土面蒸發量。

1.2.4 干物質積累的測定 甘藍收獲時取樣測定地上部干物質量，每處理選中間位置取 3株，葉、莖分開，在105 ℃下殺青30 min，后置80 ℃下烘至恒質量。

收獲時，選每個處理中有代表性的甘藍植株用根鉆取根，取根深度為30 cm，每10 cm一層，將根洗凈，烘干、稱質量。

1.2.5 產量和水分利用效率的測定 收獲時，記錄各小區的甘藍產量，折算成667 m2產量。

2 結果與分析

2.1 不同處理對甘藍水分分配和耗水量的影響

2.1.1 不同處理對甘藍滲漏量、儲水變化量和耗水量的影響 表1所示，隨著甘藍的生長，水分滲漏量呈遞減的趨勢。其中G10處理在蓮座期滲漏量最大，以后各時期均為0；G20、G30處理滲漏量呈下降趨勢，在結球末期均為0，且膜孔灌溉大于裸地灌溉。這主要是因為蓮座期（開始處理前）土壤含水量較高，處理后土壤含水量超過田間持水量，多余的水分滲漏，灌水量越大，滲漏越多；5月29日（灌溉前一天）測得土壤水分含量極低，灌溉后，水分全部被土壤和植株所吸收，無滲漏。同一時期，滲漏量大小均為G10＜G20＜G30，膜孔灌溉處理的滲漏量明顯高于裸地灌溉。

某生育期的土壤儲水變化量表示某生育期始末的土壤含水量變化。正值表明土壤含水量增加，負值則減少。由表1可看出，各個時期儲水變化量（除結球末期G10F外）均為負值，以結球中期變化量最大，這與甘藍結球中期生長量大、需水量大有關；G10處理的儲水變化量高于G20、G30處理，這表明G10處理的灌溉水不足以滿足甘藍生長的需求，只能以土壤中的水分來補充，水分虧缺越嚴重，土壤中的水分損耗越多；裸地灌溉的儲水變化量高于膜孔灌溉，這與地膜的保水能力有關。

表1 不同處理對甘藍生長期的儲水變化量、滲漏量和耗水量的影響 mm

不同時期甘藍耗水量不同，整個生長期均先增加后降低。各處理均以結球中期耗水量最大，結球末期最小。這主要是因為結球中期甘藍生長最快，對水分的需求最強，所以耗水量最大；結球末期，葉球已形成，生長緩慢，耗水量下降。同一時期，不同灌溉量之間耗水量也不同。蓮座期、結球前期以G20最小，結球中期、結球末期以G10最小，G20次之，G30最大，且不同處理間耗水量膜孔灌溉小于裸地灌溉（表1）。

從整個生長期來看，G10處理儲水變化量顯著高于 G20、G30處理；滲漏量大小為 G30＞G20＞G10，各處理間差異顯著，膜孔灌溉大于裸地灌溉；耗水量以 G30最大，G20其次，G10最小，且膜孔灌溉的耗水量小于同一灌溉量下的裸地灌溉（表1）。

2.1.2 不同處理對甘藍土面蒸發量和蒸騰量的影響 甘藍耗水量主要用于兩部分，一是棵間蒸發，二是植株蒸騰。從表1可以看出，蒸發量大小為蓮座期＞結球前期＞結球中期＞結球后期，這是因為蓮座期甘藍葉片較小，遮蓋地面面積較小，蒸發量較大；結球期甘藍葉片數逐漸增多，葉片面積增大，相互遮蓋，阻礙了土壤表面的蒸發，蒸發量逐漸減小，這與前人研究結果一致（Shao et al.，2009）。同一時期，裸地灌溉處理的蒸發量大多顯著高于膜孔灌溉處理，且總體上 G30N＞G20N＞G10N，但膜孔灌溉不同處理間無顯著性差異。這是因為灌水量大，地表濕潤范圍大，土面蒸發量增加；覆蓋地膜后，地膜阻止水分蒸發，使蒸發量大大減少。蒸騰作用是植物對水分吸收和運輸的主要動力，表1所示，蒸騰量以結球中期最大，蓮座期最小，這與甘藍的生育情況有關。從整個生長期看，G30處理蒸騰量最大，但膜孔灌溉＜裸地灌溉。

2.2 不同處理對甘藍干物質積累分配的影響

2.2.1 不同處理對甘藍不同部位干物質積累的影響 不同處理對甘藍干物質積累與分配影響不同。由表2可知，外葉干質量各處理間無顯著差異，說明灌水量和覆蓋方式對其影響不大；G20、G10膜孔灌溉處理的葉球干質量均大于裸地灌溉處理，而G30F＜G30N，表明在適宜的灌水量條件下，覆蓋地膜能有效地增加甘藍的葉球干物質量。莖干質量大小總體上為G10＞G30＞G20，且膜孔灌溉處理的均大于裸地灌溉，以G10F處理最大。G10、G30處理的根干質量膜孔灌溉與裸地灌溉差異顯著，膜孔灌溉以G10處理最大，而裸地灌溉以G30處理最大，且G20F、G30F均小于G20N、G30N，這說明裸地灌溉下，增大灌水量有利于甘藍根系的生長，而膜孔灌溉下，增大灌水量，會造成根區水分過多，抑制根系生長。以總干質量來看，G10、G20膜孔灌溉處理均顯著高于裸地灌溉，G10F與G20F及G10N與G20N之間差異不顯著，但G30F＜G30N，表明增大灌水量有利于甘藍植株干物質的積累，但覆膜條件下，過多的灌溉量則限制干物質的積累。

表2 不同處理對甘藍不同部位干物質積累的影響

2.2.2 不同處理對甘藍不同層次根干質量的影響 根干質量是反映作物吸收水肥能力的重要指標。從圖1可以看出，甘藍根系主要分布在0～10 cm的土層中，10～30 cm土層逐漸減少。其中0～10 cm土層，G20、G30處理膜孔灌溉的根干質量小于裸地灌溉，而G10F＞G10N，各處理以G10F最大，分別比G10N、G20N、G20F、G30N（CK）、G30F高 21.84%、5.11%、10.24%、3.66%、14.99%；10～20 cm土層，G10N最大，顯著高于G20F、G30F，其他處理間差異不顯著；20～30 cm土層，G10＞G20＞G30，且膜孔灌溉處理均小于裸地灌溉處理，以G10N處理根干質量最大，可見虧缺灌溉有利于深層根系生長。從0～30 cm總根系根干質量看，G10F最大，分別比G10N、G20N、G20F、G30N（CK）、G30F增加了16.70%、4.73%、10.25%、3.31%、15.42%，表明土壤中水分不足或過多都會影響根系生長。

2.2.3 不同處理對甘藍產量和水分利用效率的影響 從表3可以看出，不同處理對甘藍產量和水分利用效率影響顯著。收獲時甘藍的產量G30＞G20＞G10，且膜孔灌溉處理的產量大于裸地灌溉，G20與G30差異不顯著，可見充足的土壤水分有利于甘藍植株的生長及產量的形成；水分利用效率 G10＞G20＞G30，相同灌水量下膜孔灌溉與裸地灌溉處理間無顯著差異，但不同灌水量間差異顯著。

圖1 不同處理對甘藍根系干質量的影響

G10、G20處理灌水量分別比 G30處理低49.47%和24.74%，但G10N、G10F、G20N產量比G30N僅低10.76%、6.31%與2.48%，且G20F產量高于G30N。可見，甘藍產量的降低量遠低于灌水量的降低量，綜合經濟和生產雙因素考慮，G10F、G20N能滿足甘藍生產上的需求。

表3 不同處理對甘藍產量和水分利用效率的影響

3 結論與討論

本試驗結果表明：同一時期滲漏量大小為 G30＞G20＞G10，膜孔灌溉>裸地灌溉，這與已有研究結果一致。已有研究認為，灌水量增加，土壤含水量增大（巨龍 等，2007），根層土壤含水量高于田間持水量，導致水分滲漏量增加（于紅梅，2007）；覆蓋地膜后滲漏量和滲漏率增大（李振東 等，2009）。同一時期，膜孔灌溉的土面蒸發量小于裸地灌溉，處理間差異顯著，而裸地灌溉下總體上G30＞G20＞G10，這是因為減小灌水量，土壤濕潤面積減小，蒸發量也減小（張喜英，2001），而覆蓋地膜后在膜下可形成較小的水循環體系，土壤水分蒸發后在膜下凝結成水滴又返回土壤，從而減少土面蒸發（王增紅 等，2009）。蒸騰量以對照（G30N）最大，與 G10、G20處理差異顯著，這是由減小灌溉量后根系感受到干旱信號，把“信息”傳給地上部，減少葉片的氣孔開度造成的（安順偉，2010）。土壤儲水量以G10處理最小，與G30N差異顯著，同一灌水量下膜孔灌溉＞裸地灌溉，這是因為G10灌水量小，不足以滿足甘藍的水分需求，甘藍必須從土壤中吸收水分以滿足其生長發育。

裸地灌溉下，增大灌水量，甘藍外葉、葉球、根和總干物質量增加，即G30＞G20＞G10，而莖的干物質量減小，即G30＞G10＞G20；膜孔灌溉下，適當地減少灌水量，各部分干物質量相應提高。這是因為充足的土壤水分有助于根系對礦質營養的吸收，促進光合作用和其他生理過程，使營養物質很好地轉運到產品器官，植株生長良好；而灌水量過多，易造成根區水分“富集”，影響地下部的生長，進而影響地上部的干物質積累。

增大灌水量，甘藍產量增加，即G30＞G20＞G10，但水分利用效率降低。其中，G10F〔膜孔灌溉每次10 m3·（667 m2）-1〕、G20N〔裸地灌溉每次20 m3·（667 m2）-1〕處理的灌水量比對照減少了49.47%、24.74%，而產量僅降低了6.31%、2.48%，產量的減少幅度遠低于水分的減少幅度，綜合生產和節水兩方面考慮，值得在生產上推廣。但對于膜孔灌溉更深入的研究是今后的研究目標。

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