微潤灌溉條件下不同交替周期對室外辣椒生長的影響研究

陳建琦，申麗霞，王銀花，梁 鵬

(太原理工大學 水利科學與工程學院，太原 030024)

0 引 言

針對我國農業缺水現狀，深圳微潤公司在2011年提出了微潤灌溉技術。微潤灌溉是一種新型的節水灌溉方式，其核心產品為微潤管。微潤管的工作原理是通過水勢差向土壤中運移適量水分，保證土壤水分供作物生長吸收，同時管壁納米級的設計保證了水分的單向運移，防止其他大顆粒物質通過。這種技術可以最大化滿足作物灌溉要求，同時有效的節水保證了水的利用效率[1-3]。

由康紹忠[4]等研究提出的根系分區交替灌溉，是指灌溉過程中只有一部分作物根系處于濕潤的土壤區域，而另一部分作物根系處于較為干燥的土壤區域，并在固定周期后交換狀態，由此根系經歷水分脅迫鍛煉，同時也達到了一定的節水效果。在微潤交替灌溉發展的這些年，已經有大量學者對其影響因素進行了研究，例如水頭高低、微潤管埋深、微潤管間距、土壤容重等等[5-10]。交替周期是影響微潤灌入滲的重要因素，目前只有少量學者對交替周期的影響展開了研究。李洪任對番茄研究證明[11]在適度水分虧缺范圍內，提高交替周期，可以在保證作物產量的條件下提高水分利用效率。劉賢趙對蘋果樹研究表明[12]不同交替周期對蘋果樹生長指標沒有產生顯著的影響，且不同周期下果實生長趨勢也很類似，但隨著處理天數的增加果實直徑差異有所增大。因而，交替周期對不同作物的影響還有待進一步研究。

本試驗以辣椒為研究對象，采用交替灌水的方式，研究微潤灌溉技術在不同交替周期下下植株的生長情況，為該技術的發展提供一定參考案例。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

本試驗進行于太原理工大學迎西校區，位于山西省太原市。地理坐標為東經111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′，屬北溫帶大陸性氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。年平均溫度為9.5 ℃。霜凍期為10月中旬至次年4月中旬，無霜期平均149～175 d。年均降水量468.4 mm。試驗種植作物為辣椒，實驗設備有高位水箱、閥門、輸水管、微潤管、種植箱等，其中種植箱的長和寬都為100 cm，高為75 cm。實驗過程中定期為水箱補充水分保持水壓穩定，并進行有效記錄。實驗灌水采用城市用水，經過過濾裝置處理，盡可能減少和避免堵塞現象出現。

1.2 試驗方法

本試驗設計了 A～D 4組處理，因而設置4個種植箱，每箱定植四行辣椒苗，苗間距為25 cm，其中A～C處理辣椒苗位于兩條微潤管之間區域。A～C處理均鋪設5條微潤管，高位水箱出水口分為左管和右管，其中左管連接1、3、5號微潤管，右管連接2、4號微潤管，微潤管埋深為20 cm，間距為25 cm。D處理為普通對照不布設微潤管，根據辣椒的生理狀態，結合A～C處理耗水量進行定期澆水灌溉。辣椒移苗后，為了提高苗的存活率，A～C處理雙管同時打開進行灌水，同時給D處理灌水12 L。4月6號開始，A，B處理關閉右管，僅開左管，C處理保持全開不變。A處理每隔4 d換管，B處理每隔8 d換管。試驗開始后，定期測量每個處理土壤含水率、植株株高和植株莖粗。

圖1 試驗裝置圖(單位：cm)Fig.1 The figures of experiment installing

1.3 試驗測定

1.3.1 土壤含水率

土壤含水率每隔12 d測量一次，在每行辣椒種植區域取3個土樣，共12個土樣，取土深度為0～15 cm，每個土樣使用烘干法求出土壤含水率，再求其平均值作記錄。

1.3.2 莖 粗

莖粗采用0.01 cm精度的電子游標卡尺測量，每隔12 d測量一次，每次在每一行隨機挑選2株達到平均生長水平的植株，共計8株，記錄并計算平均值。

1.3.3 株 高

用精度為0.1 cm的米尺測定，每隔12 d測量一次，采用測量莖粗的8株植株，記錄并算出平均值。

1.3.4 產量及灌水量

收獲時，用電子秤對每個種植箱中的果實進行稱重并計算單株產量，同時統計計算每個處理的累計總灌水量。

2 試驗結果與分析

2.1 土壤含水率

從圖2中可以看出不同處理各個時期土壤含水率的變化趨勢，4組處理土壤含水率呈現C處理>B處理>A處理>D處理，說明在1 m水頭下8 d交替周期的土壤含水率要高于4 d交替周期。原因是8 d交替周期換管前水分積累時間更長，更容易積累更多水分。在整個灌溉周期C處理的土壤含水率最高，D處理的土壤含水率最低，其他2組處理呈小范圍上升趨勢。究其原因，C處理在整個灌溉周期5根微潤灌均處于開啟狀態，而D處理雖進行定時定量灌水，但土壤表面水分蒸發量大而沒有水分及時補充，故土壤含水率不高。種植前期各處理的土壤含水率波動較大，后期較穩定。研究表明作物種植后期因作物需水量增加土壤含水率會呈現下降趨勢，本試驗后期土壤含水率上升主要是因為試驗在室外進行，正值當地雨季，故土壤含水率不僅受灌水量的影響，短時間內自然降雨量對土壤含水率的升降起主要作用。

圖2 土壤含水率變化趨勢Fig.2 The change of soil water content

2.2 莖 粗

從圖3中可以看出不同處理各個時期莖粗的變化趨勢，在整個生長周期中各個處理的莖粗均呈現單調遞增的趨勢。種植前期各處理的莖粗沒有太大差異，種植第68 d后，A組處理莖粗增長較其他3組處理明顯。結合圖2可知，在整個灌水周期中C處理的土壤含水率一直最高，但其作物生長趨勢并沒有表現出優勢，說明在適當范圍內提高土壤含水率有助于作物生長，但土壤含水率過高反而會影響根部發育，不利于作物生長發育。而A處理憑借周期短使各處土壤水分得到及時補充，在土壤含水率不是很高的情況下，反而生長情況更加良好。因而，在1 m壓力水頭下，4 d交替周期的辣椒獲得水分補充更及時，生長得更好，同時又不浪費大量水分。

圖3 辣椒平均莖粗的變化Fig.3 Change in average stem diameter

2.3 株 高

從圖4中看出不同處理的株高有著類似的穩定增長趨勢，但相互之間始終存在較小的差距。前期除A處理外其他各個處理的株高沒有明顯差異，而A處理高于其他處理，說明種植前期4 d交替周期更有利于幼苗的生長發育，而原因是辣椒幼苗期對水分存在需求，4 d交替周期提供水分的頻率更快，能使每根微潤管附近土壤更及時得到水分補充。中期C處理生長得更好，而其他幾組處理的株高相對較低，探究原因，辣椒生長中期需水量增加，五管全開持續灌溉處理下土壤含水率會更高，因此辣椒生長更優。而在后期，A處理又好于其他3組。結合圖3作物莖粗分析，結果表明水分過多過少均不利于辣椒生長。C處理雖五管全開，但除自身外還有大量的自然水分補充，因為試驗在室外進行，又處于本地夏季降雨期，因而土壤處于濕澇狀態，是不利于辣椒生長的。A處理灌溉量不是很大，且高于普通灌溉，同時憑借合理的交替周期，使土壤水分更利于辣椒生長。

圖4 辣椒平均株高的變化Fig.4 The change of average stem length

2.4 作物產量及灌溉水分生產率

從圖5中可以看出，A處理的產量最高，D處理的產量最低。對比A處理和B處理發現，4 d交替周期產量更高，結合前面的生長數據指標，更好地說明4 d交替周期有利于辣椒生長。

圖5 單株平均產量對比圖Fig.5 Comparison of average yield per plant

表1為不同處理下的灌溉水分生產率，由表可知A處理灌溉水分生產率最高，說明1 m水頭下4 d交替周期較8 d更優。C處理的灌水量最高，但其產量一般，其灌溉水分生產率要較前兩組微潤處理低，說明室外種植情況下土壤含水率不宜太高。同時可以看出，普通灌溉處理的灌溉水分生產率是要明顯低于微潤灌溉處理的。

表1 不同處理灌溉水分生產率Tab.1 The water use of efficiency of every process

3 結 語

綜合前述分析，可以得出以下結論。

(1)在室外種植情況下，微潤灌溉試驗處于1 m壓力水頭，4 d交替周期比8 d交替周期更適合辣椒生長，且4 d交替周期處理組的生長指標和水分生產率在所有處理中都是最好的。在其他壓力水頭下這個結論是否同樣符合，尚待證實。

(2)由試驗可知微潤灌溉處理組灌水量高于普通處理組，但是其保證了辣椒生長過程中對水分的充分需要，增加了作物的產量。而且經過計算發現，微潤灌溉處理組的水分生產率明顯高于普通處理組，這說明了微潤灌溉技術保證了對單位水分的利用效率，在節水方面有著先進性和優越性。

(3)室外種植情況下，五管全開的微潤灌溉組含水率最高，但其生長數據并不是最優，相反采用交替灌溉的試驗組反而生長情況更好。在室外情況下，尤其是夏季，降雨較多，對作物影響較大，本就含水率高的土壤增加大量水分使土壤濕澇，抑制作物生長。相反采用合理周期的微潤交替灌溉，不僅能促進作物生長，還能達到有效節水的作用。