微噴調控灌水技術對葡萄耗水特征的影響

白云崗，劉洪波，馮 杰

(新疆水利水電科學研究院，新疆烏魯木齊 830049)

?

微噴調控灌水技術對葡萄耗水特征的影響

白云崗，劉洪波，馮 杰

(新疆水利水電科學研究院，新疆烏魯木齊 830049)

吐哈盆地是我國著名葡萄生產基地，也是嚴重資源性缺水的極端干旱區。年平均降水量僅為16.5 mm，而年平均蒸發能力高達3 300.0 mm，水資源短缺已成為影響該區農業及社會經濟可持續發展的“瓶頸”，目前該區水資源開發利用程度已達到占有水資源量的130%，因此，發展葡萄節水灌溉技術已成為該地區緩減水資源供需矛盾的主要途徑。

采用微噴灌水技術可改變果樹的需、耗水形式，從而導致田間微氣候的改變，形成一種人工的田間微氣候效應。諸多學者對該技術做了大量研究，如張軍翔等[1]研究得出，≥10 ℃活動積溫和葡萄的成熟特性有較大相關性，可反映品種特性[1]。Koblet等[2-3]研究了光照對葡萄整個生長發育中花芽的分化、根系的生長、營養物質的吸收運輸等的影響。而在日照強烈、溫度較高和濕度較小的情況下，微噴灌蒸發飄移損失量可達到整個水量的42%[4-5]。陳志銀[6]對桑園噴灌的農業氣象效應分析表明，微噴灌使白天的平均水汽壓增大1.33～1.73 hPa，相對濕度增大4%～8%，水分生產效率提高10%～49%。劉海軍等[7]研究小麥微噴對農田微氣候的影響，結果表明微噴灌影響灌水當時冠層附近空氣溫度與濕度，且整個噴灌周期均對其產生影響，微噴灌作物冠層上方出現的逆溫時間較長，冠層附近溫度較低且濕度較大。楊慧慧等[8-18]研究了對葡萄、蘋果、花生、香梨等作物采用傳統滴灌、充分微噴灌溉、調虧灌溉等不同灌水技術下的耗水特征。鑒于此，筆者針對吐哈盆地極差干旱的氣候環境，采用滴灌與微噴疊加的灌水技術，研究了微噴調控灌水技術對該區葡萄耗水特征的影響，以期為提高葡萄水分利用效率和制定合理的灌溉制度提供理論依據。

1材料與方法

1.1研究區概況試驗地點位于火焰山以南，吐魯番市東南部的葡萄鄉鐵提爾村，距吐魯番市區12 km，地理坐標為42°56′ N，89°13′ E，海拔為-68.8 m。年均降雨量為16.6 mm，年均蒸發量為3 300.0 mm，地下水位為30 m，年均氣溫為14.4 ℃，多年最高氣溫、最低氣溫分別為48.3、-28.8 ℃，10 ℃以上活動積溫為5 455 ℃，全年年均日照時數為3 095 h，無霜期達210 d。

1.2供試作物葡萄品種為無核白，中晚熟品種，所需大于10 ℃的活動積溫在3 300 ℃左右。大部分葡萄從1998年開始定植，栽培溝為東西走向，溝長為60.0 m，溝寬為1.0～1.2 m，溝深約為0.5 m；株距為1.2～1.5 m，行距為3.5～4.5 m，栽培方式為小棚架栽培。以溝面為參考面，棚架前端高為2.0 m，后端高為 0.8 m，平均高為1.2 m。土壤為粘壤土，質地較均一。傳統灌溉方式為地面溝灌。

1.3試驗設計共設5個微噴彌霧調控灌水技術處理，各微噴彌霧調控灌水技術處理均是在常規滴灌的基礎上通過與微噴疊加，組成微噴彌霧調控灌水技術處理。其中，相同灌水定額不同噴水周期對比處理3個，在相同灌水定額和相同噴水周期下不同噴水時長處理2個。合計試驗小區5個，小區面積為153.34 m2。微噴彌霧灌溉裝置采用噴射直徑為200 cm，流量為40 L/h，噴頭間距為2 m，噴頭的高度為離地面60 cm。微噴在葡萄果實膨大初期(2014年6月4日至7月4日)15：00～16：00開啟，按試驗方案控制開啟時間。對照采用常規滴灌，灌溉定額均為9 150 m3/hm2，具體試驗方案見表1。

表1　葡萄園微噴調控灌水技術試驗方案

注：布設方式為一溝雙管；滴灌帶參數設置為滴頭流量3.2 L/h、滴頭間距30 cm。

Note：Layout method is double channel in a ditch；the parameters of drip irrigation belt are flow rate of drop head 3.2 L/h，separation distance 30 cm.

1.4測定項目與方法

1.4.1土壤含水率。土壤含水量采用CNC-503D型中子儀定期監測。每個處理在葡萄主根兩側各布置2根中子管，分別距離主根20和60 cm，每根中子管的觀測深度為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。土壤含水量從2010年3月20日開始至8月16日止于每次灌水后測定其土壤含水量。此外，在各個生育期選擇1個灌水周期進行連續測定。

1.4.2葡萄生育期的劃分。葡萄的生長發育受到當年氣候、水分等外界條件和自身條件的影響，所以每年各個生育期的劃分日期略有不同，調查得到的試驗期間鄯善試驗站成齡無核白葡萄的各生育期分別為萌芽期(4月18～27日)、展葉期(4月28日至5月29日)、花期(5月30日至6月7日)，果實膨大期(6月8日至7月25日)、果實成熟期(7月26日至8月27日)和枝蔓成熟期(8月28日至10月1日)。

1.4.3耗水量的計算。作物耗水量可根據農田土壤水分平衡方程計算：

ET=I+P-ΔW-R-S

(1)

式中，ET為農田作物生育期內的耗水量，mm；I為灌水量，mm；P為降水量，mm；ΔW為土體貯水量的變化(增加為正，減少為負)，mm；R為徑流量，mm；S為土體下邊界凈通量(向下為正，向上為負)，mm。

式(1)中，灌水量由水表控制，在該試驗過程中由于特殊氣候條件，徑流量和降雨量可忽略不計，ΔW可通過測定土壤含水量獲得，當下邊界遠大于計劃灌水層時，下邊界凈通量可假設為0。在充分滿足作物對水肥需要以及對上述各變量假設的情況下，式(1)可轉化為：

ET=I-ΔW

(2)

2結果與分析

2.1不同微噴處理土壤含水量的變化由圖1可知，各處理平均土壤剖面的水分分布隨著深度的增加大致呈先減小后增大的變化規律。均在100 cm土層深度上的土壤含水量最大，而在60 cm土層深度上的土壤含水量最小。其中，在20 cm深度上WP3的含水量最大，WP5的含水量最小，各處理間土壤含水量的差異較小。隨著土層深度的增加，差異逐漸增大，在40～80 cm深度上，WP3處理的含水量始終最大，對照最小。從各土層上看，并無明顯的規律，雖然灌溉定額相同，但噴水周期和噴水量相同，所以各處理在土壤含水量上表現出明顯差異。

圖1　不同處理土壤剖面含水量變化Fig.1　Change of soil profile moisture under different treatments

2.2不同微噴處理下葡萄總耗水量分析由表2可知，葡萄各生育期總的耗水量除了與生育期內葡萄的耗水能力相關外，還與生育期的時間長短有關，5個不同微噴處理中，僅管每個生育期內不同水分處理間葡萄耗水量存在差別，但5個處理在整個生育期內的耗水量分配規律均呈先增大后減小的變化趨勢。葡萄從萌芽期剛開始生長，耗水量不大；進入新梢生長期后，隨著氣溫迅速增加及葡萄的枝條與葉片的快速增長，葡萄耗水明顯增大；果實膨大期是葡萄的需水高峰期，且由于持續時間最長，所以該時期總的耗水量達到整個生育期耗水量的最大峰值。進入果粒成熟期后，隨著氣溫的下降，葡萄耗水強度相應減小，葡萄在該時期的耗水量也隨之減少。

2.3不同微噴處理下葡萄耗水強度分析由圖2可知，不同微噴處理之間在整個年生長期內差異明顯，但在各個生育期內耗水量的差異不大且變化規律趨于一致，表現為：在萌芽期，由于葡萄葉片未完全展開，該時期氣溫和土溫較低，所以耗水強度較小，不同處理葡萄耗水強度為2.6～3.5 mm/d；進入展葉期后，隨著氣溫和土溫的迅速升高，葡萄葉片開始迅速生長，該時期各處理葡萄耗水強度為2.6～3.5 mm/d；在花期，由于持續時間較短，使平均耗水強度較高，該時期各處理葡萄平均耗水強度為5.4～6.4 mm/d；果粒膨大期是葡萄水分需求的關鍵時期，在該時期溫度達到全年最大值，葡萄需要消耗大量水分，所以該時期葡萄平均耗水強度再次增大，不同處理葡萄耗水強度為8.2～9.0 mm/d；進入果粒成熟期后，氣溫逐漸下降，葡萄耗水強度隨之減小，不同處理葡萄耗水強度為2.5～3.1 mm/d。

表2　不同處理下各生育期葡萄耗水量

圖2　不同處理下各生育期葡萄耗水強度Fig.2　Water consumption intensity of grape under different treatments

2.4不同微噴處理下葡萄耗水模數分析耗水模數是指作物某一階段耗水量占整個生育期耗水總量的百分數，反映了作物各生育階段需水量占需水總量的權重程度。耗水模數主要受日耗水強度和生育期長短2個因素影響，反映出不同生育階段對水分的敏感程度和灌溉的重要性。

由表3可知，不同微噴處理在整個生育期內的耗水模數規律一致，均呈先增大后減小的曲線變化。各處理耗水模數在果實膨大期和果實成熟期達到最大，該時期耗水模數占整個生育期的33%～35%，說明該時期是葡萄整個生育期的需水關鍵期，應充分保障該時期的灌水量。在果漿成熟期，各處理耗水模數在29%～32%，說明該時期是葡萄需水的第二關鍵期。在萌芽期，由于葡萄剛開墩，持續時間較短，尚未展葉，未發生蒸騰耗水，所以各處理耗水相差很小且主要是土面蒸發，各處理耗水模數在5%～7%。花期由于實行控水以防止落花且由于花期持續時間(8 d)較短，所以耗水模數最低，各處理耗水模數在10%～12%。

同時結合表2還可看出，5個不同處理在整個生育期內表現出一定的規律性，如對照處理在前期耗水模數較小，但在花期后耗水模數較大，而WP2和WP3處理在前期耗水模數較大，但花期后的耗水模數較小。

表3　不同處理下各生育期葡萄耗水模數

3結論與討論

通過對葡萄園在微噴調控技術下不同處理的土壤含水量等指標的測定及各生育期不同階段的耗水強度分析顯示，在灌溉定額相同的條件下，由于微噴時長和間隔時間不同，葡萄總耗水量呈現一定的規律性，表現出隨著間隔時間的增大，總耗水量減少，其中CK處理總耗水量最大，為697.5 mm，其次是WP2，而WP5最低，為616.8 mm。葡萄各生育期耗水強度在不同處理之間差異明顯，在萌芽期的葡萄耗水強度為2.6～3.5 mm/d，展葉期為2.6～3.5 mm/d，花期為5.4～6.4 mm/d，果粒膨大期為8.2～9.0 mm/d，果實成熟期為2.5～3.1 mm/d。各微噴處理耗水模數在整個生育期內的規律趨于一致，均呈先增大后減小的變化規律，各處理的耗水模數均在果實膨大期達到最大值，該時期耗水模數占整個生

育期的33%～35%，說明該時期是葡萄整個生育期的需水關鍵期，應充分保障該時期的灌水量。耗水模數的第2次高峰是果實成熟期，該時期耗水模數占整個生育期的29%～32%。在萌芽期各處理耗水模數最低，在5%～7%。

微噴調控技術通過改善田間光照、溫度、濕度和水分等因子使冠層內部和近冠層周圍的濕度增大、溫度降低，起到調節農田小氣候的作用，達到使果樹增產的目的。該試驗針對極端干旱的吐哈地區，基于生境調控的理念，采用在滴灌條件下通過微噴灌霧化技術調控葡萄園微氣候環境，研究了微噴調控技術對葡萄耗水特征的影響，而對于葡萄園微氣候立體調控的葡萄關鍵物候階段及與產量品質的響應關系等以及在極端環境條件下葡萄生理生態與溫濕度的光響應變化特征等機理問題，仍需進一步試驗研究。

參考文獻

[1] 張軍翔，李玉鼎，蔡曉勤.寧夏銀川地區不同成熟期釀酒葡萄品種成熟生物量研究[J].寧夏農學院學報，2000，21(1)：10-13.

[2] KOBLET W.Influence of light and temperature on vine performance in cool climates andapplication to vineyard management[C]//Proceedings of the international symposium on cool climate viticulture and enology.Auckland：New Zealand Society for Viticulture and Oenology，1986.

[3] RICHARD D E.Light quality and quality effecting on fruit ripening for Cabernet Sauvignon[J].Am J Enol Vitic，1988，39(3)：421-436.

[4] TRIMMER W L.Sprinkler evaporation loss equation[J].Journalof irrigation and drainage engineering，1987，113(4)：616-620.

[5] KOHL K D，KOHL R A，DEBOER D W.Measuremen to flow pressure sprinkler evaporation loss[J].Transaction Softhe AsAE，1987，30(4)：1071-1074.

[6] 陳志銀.桑園噴灌的農業氣象效應分析[J].浙江大學學報(理學版)，1996(1)：92-99.

[7] 劉海軍，龔時宏.噴灌水滴的蒸發研究[J].節水灌溉，2000(2)：16-20.

[8] 楊慧慧，王振華，何新林，等.極端干旱區葡萄滴灌耗水規律試驗研究[J]．節水灌溉，2011(2)：24-28，32.

[9] 胡博然，李華.葡萄園合理灌溉制度的建立[J]．中外葡萄與葡萄酒，2002(5)：15-18.

[10] 李巧珍，郝衛平，龔道枝，等.不同灌溉方式對蘋果園土壤水分動態、耗水量和產量的影響[J]．干旱地區農業研究，2007，25(2)：128-133.

[11] 劉洪波，張江輝，白云崗，等.滴灌條件下香梨耗水特征分析[J].新疆農業科學，2014，51(12)：2206-2211.

[12] 劉洪波，張江輝，白云崗，等.極端干旱區成齡葡萄耗水特征分析[J].節水灌溉，2012(11)：5-8.

[13] 黃興法，李光永，王偉，等.充分微噴灌溉條件下蘋果樹耗水量的研究[J]．中國農業大學學報，2001，6(4)：42-46.

[14] 黃興法，李光永，王小偉，等.充分灌與調虧灌溉條件下蘋果樹微噴灌的耗水量研究[J]．農業工程學報，2001，17(5)：43-47.

[15] VAN VOSSELENA A，VERPLANCKEA H，VAN RANST E.Assessing water consumption of banana：Traditional versus modelling approach[J].Agricultural water management，2005，74：201-218.

[16] LI H J，ZHENG L，LEI Y P，et al.Estimation of water consumption and crop water productivity technology of winter wheat in north china plain using remote sensing[J].Agricultural water management，2008，95：1271-1278.

[17] 任罡，武朝寶，張海泉.花生耗水規律及其節水灌溉制度試驗研究[J].山西水利科技，2009，8(3)：84-86.

[18] LIANG Z S，YANG J W，SHAO H B，et al.Investigation on water consumption characteristics and water use efficiency of poplar under soil water deficits on the loess plateau[J].Colloids and surfaces B：Biointerfaces，2006，54：23-28.

摘要[目的]明確微噴調控灌水技術對吐哈盆地葡萄耗水特征的影響。[方法]測定吐哈盆地葡萄園在微噴調控技術下不同處理的土壤含水量等指標并分析各生育期不同階段的耗水強度。[結果]在灌溉定額相同的條件下，不同微噴處理隨著間隔時間的增大，總耗水量減少，其中CK處理總耗水量最大(697.5 mm)，WP2次之(680.8 mm)，WP5最低(616.8 mm)。葡萄萌芽期的耗水強度為2.6～3.5 mm/d，展葉期為2.6～3.5 mm/d，花期為5.4～6.4 mm/d，果粒膨大期為8.2～9.0 mm/d，果實成熟期為2.5～3.1 mm/d。各微噴處理耗水模數在整個生育期內的規律趨于一致，均呈現出先增大后減小的變化規律，在果實膨大期達到最大值，占整個生育期的33%～35%，其次是果實成熟期，占整個生育期的29%～32%，在萌芽期各處理耗水模數最低，為5%～7%。[結論]試驗結果為提高葡萄水分利用效率和制定合理的灌溉制度提供了理論依據。

關鍵詞葡萄；微噴調控；耗水強度；耗水特征

Effect of Micro Irrigation Technology on Water Consumption Characteristics of Grape

BAI Yun-gang，LIU Hong-bo，FENG Jie(Xinjiang Research Institute of Water Resources and Hydropower, Urumqi, Xinjiang 830049)

Abstract[Objective] To clear effect of micro irrigation technology on water consumption characteristics of grape in Tu-Ha basin. [Method] We analyzed the water consumption of different stages through the determination of soil water content and water content in different stages of the grape garden under the micro spray control technology. [Result] The total water consumption was decreased with the increase of the time interval. The total water consumption of CK was the largest (697.5 mm), WP2took the second place (680.8 mm), and WP5was the lowest (616.8 mm). The water consumption intensity was 2.6-3.5 mm/d in the germination stage, was 2.6-3.5 mm/d in the flowering stage, was 5.4-6.4 mm/d in the flowering period, was 8.2-9.0 mm/d in fruit grain expanding stage, and was 2.5-3.1 mm/d in the fruit maturity stage. In the whole growth period, the water consumption modulus of each micro injection treatment had the same law, which all increased firstly and then decreased, and the maximum value appeared in fruit expanding stage was 33%-35%, secondly was 29%-32% appeared in the fruit maturity stage, and the lowest value appeared in the germination stage, with 5%-7%. [Conclusion] The results provide theoretical basis for improving water use efficiency of grape and making up reasonable irrigation system.

Key wordsGrape；Micro jet regulation；Water consumption intensity；Water consume characteristic

收稿日期2015-12-08

作者簡介白云崗(1974-)，男，新疆奇臺人，高級工程師，博士，從事農業水土工程研究及技術推廣工作。

基金項目新疆自治區自然科學基金項目(2014211A050)。

中圖分類號S 275.5

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)01-187-03