冀西北壩上地區日光溫室膜下滴灌條件下架豆耗水規律研究

王 鑫 王海英

（1.張家口市農業高效節水研究所 河北張北076450；2.張家口市水務局規劃計劃辦公室 河北張家口075000）

架豆作為冀西北壩上地區設施蔬菜中的主要作物，由于經濟效益良好，在該區發展迅速，現階段冀西北壩上地區年播種面積達2 000 hm2左右[1]。 耗水規律是確保作物科學灌溉、 豐產優質和灌溉工程設計的基礎， 亦是水資源緊缺地區實現農業節水和提高水分生產率的前提。 目前關于蔬菜耗水規律和灌溉制度的研究多集中于番茄、黃瓜等瓜果類菜蔬，但針對溫室種植架豆的耗水規律研究很少[2-8]。 日光溫室滴灌是一種先進的灌水技術和覆膜種植栽培技術相結合的產物，它通過滴頭將有壓水流送到作物根部，能夠有效地避免深層滲漏； 同傳統的灌水方式和栽培技術相比，具有節水、高產、優質和高效的優點[5]。通過開展日光溫室膜下滴灌條件下架豆的耗水規律研究，為冀西北壩上地區溫室內架豆種植建立科學的水分管理機制、制定合理的灌溉制度，為實現高產、優質、節水，提高其水分生產率的目標提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在張家口市農業高效節水研究所的日光溫室中進行，位于張家口市張北縣張北鎮廟灘村，東經114°40′，北緯 41°11′，海拔 1 382 m，為典型的冀西北壩上地區。 氣候類型為典型的寒溫帶半干旱大陸性季風氣候，降水稀少，氣溫低、晝夜溫差大，多風、蒸發強烈。 太陽總輻射 5.96×109J/（m2·年），年日照時數2 844.0 h，日照百分率67.0%，年平均氣溫3.5℃，年大于10℃積溫 1 989.0℃， 無霜期 120 d， 多年平均降水量385.8 mm， 多年平均蒸發量1 846.3 mm， 年相對濕度57%[9-10]。 試驗區土壤以農牧交錯地帶典型的栗鈣土為主， 土壤耕作層pH 值8.32， 有機質含量 21.54 g/kg， 全 氮 含 量 1.36 g/kg， 速 效 磷 含 量68.85 mg/kg， 速效鉀含量 131.0 mg/kg， 緩效鉀含量546.5 mg/kg， 土壤干容重 1.616 g/kg， 田間持水量14.82%。

1.2 試驗設計與方法

根據架豆的生長特性，以“前控后促”的方式灌水。 試驗以土壤含水量下限作為各處理的控制指標，設置 L1、L2、L3、L4四個處理 （土壤水分控制下限設置見表1），苗期到抽蔓期灌水下限均為65%θf，初花期蹲苗不進行灌水，結莢期四個灌水下限水平（70%θf、75%θf、80%θf、85%θf），每個處理重復 3 次。 實際操作中灌水下限按θ±2%計算，θ為各生長階段試驗設計相應的土壤質量含水量。 所有處理灌水上限均設為田間持水量的95%。 除苗期計劃潤濕深度為20 cm外，其他各個生育時期均為40 cm。

試驗小區面積為 6.5 m×8 m=52 m2， 共計 12 個小區，為了減少試驗誤差，采用隨機排列并在兩側設置保護區。供試架豆品種為“永盛先鋒”，2017 年6 月上旬種植，壟寬60 cm，壟間距60 cm，每小區5 壟，每壟起2 行，壟上覆黑色地膜，行距為40 cm，株距50 cm。 灌水方式為膜下滴灌，滴灌帶流量為2.0 L/h，滴頭間距為300 mm，管徑16 mm，壁厚0.2 mm，一條滴灌帶控制兩行，灌水采用水表計量（精度為0.01 m3）。架豆底肥為有機肥80 kg/畝，復合肥50 kg/畝；隨水滴施追肥，抽蔓期1 次，結莢期4 次，每次10 kg/畝，結莢后期每7 d 噴施一次葉面肥。

表1 架豆灌溉試驗各個生育階段灌水控制下限

1.3 數據觀測

土壤含水率：土壤含水量采用烘干法測定，在試驗小區內取土測定土壤含水量時， 每次應選定2 個測點。 從地表起取土，每隔20 cm 一層，至耗水層深度止。前后兩次取土點的距離宜為100 cm，每次取土后應用土將取土孔回填密實。

灌溉水量：記錄各個試驗小區的灌水時間、灌溉水量。

植株數據： 株高、 莖粗、 葉面積， 每個生育期測一次。

生物產量： 每個生育期測量整株生物產量及根系的干鮮重，每小區測3 株。

小區產量：待架豆可以收獲時，取每個小區內固定行測定產量。

2 結果與分析

2.1 灌水量與灌水時間

日光溫室架豆膜下滴灌條件下不同水分處理灌溉情況如表2 所示，展示灌水日期及灌水量。

表2 不同水分處理灌溉情況統計 (單位：mm)

2.2 土壤含水率變化情況

架豆全生育期內土壤含水率隨時間變化曲線如圖 1、圖 2、圖 3、圖 4 所示。 除苗期計劃潤濕深度為20 cm 外，其他各個生育時期均為40 cm。 各處理土壤含水率均隨灌水發生變化，但變化過程略有不同。L1前期在灌水下限與田持之間上下波動， 后期低于灌水下限波動；L2前期在灌水下限與田持之間上下波動，后期在灌水下限附近波動；L3前期在灌水下限與田持之間上下波動， 后期在灌水下限附近波動；L4前后期均在灌水下限與田持之間上下波動。

2.3 架豆耗水規律

依據水量平衡公式，如下：

式中，I為灌溉水量；Ws為土壤水利用量；R為有效降雨量；L為深層滲漏量；ET 為蒸騰蒸發量，耗水量；以上各參數單位均為（mm）。

其中土壤水利用量計算公式如下：

式中，Ws為土壤水利用量（mm）；γ為土壤容重（kg/m3）；H為計劃濕潤層深度（m）；β0、β1分別為計算時段初、末的土壤含水量（以占干土重的%計）。

圖1 處理一土壤含水率隨時間變化曲線

圖2 處理二土壤含水率隨時間變化曲線

圖3 處理三土壤含水率隨時間變化曲線

圖4 處理四土壤含水率隨時間變化曲線

本試驗為架豆溫室大棚滴灌條件下進行， 觀測有效降雨量R=0，深層滲漏量L=0，依據水量平衡公式計算所得各處理全生育期耗水規律，如表3。

由表3 可以看出， 架豆是一種耗水量較大且對水分較敏感的蔬菜， 整個生育期進程中， 在日光溫室架豆滴灌條件下架豆表現出較好的耗水規律， 各處理間耗水規律趨勢基本一致。 苗期與初花期相對較少， 抽蔓期耗水增多， 結莢期耗水占比最大， 是架豆整個生育期最為需水階段。 苗期由于處在種子發芽至開始生長階段， 耗水量較??； 抽蔓期隨植株的生長， 植株體的蒸騰加大， 耗水量開始增加； 而到了初花期， 為了增加產量， 防止架豆落花， 人為控制了灌溉， 所以初花期耗水量降低； 結莢期， 隨著架豆植株生長及果實的成熟， 耗水量大幅度增加， 并且達到最大值， 是架豆整個生育期中最為耗水的階段。

2.4 對架豆水分利用效率的影響

本試驗所指水分利用效率包括產量水平水分利用效率和灌溉水利用效率。 作物產量水平的水分利用效率是指作物經濟產量與作物耗水量的比值；灌溉水利用效率是指作物經濟產量與灌水量的比值。本試驗產量及水分利用效率，詳情見表4。 不同水分處理下架豆的產量及水分利用效率存在較大差異。就產量而言， 從高到低為 L2＞L1＞L3＞L4，L2產量最高，與L3和L4形成顯著差異； 從灌溉水分利用效率來看，從高到低為 L4＞L3＞L2＞L1，L1最低，處理間顯著差異；從作物產量水平的水分利用效率看，從高到低為L4＞L3＞L2＞L1，L1最低， 說明過高的水分條件對產量的形成已無很大影響。綜合比較，雖然L4的水分利用效率高， 但其以犧牲經濟產量為前提， 不適合采用；L1的水分利用率最低， 水分充足條件下產量反而不能達到最高產， 也不適宜采用；L3的產量又低于L2；故L2可在保持相對較高的水分利用效率下獲得最高經濟產量，可達到節水、高產的目的。

表3 日光溫室架豆膜下滴灌條件下耗水規律（單位：mm）

表4 不同處理對產量及水分利用效率的影響

2.5 產量與灌水量及耗水量的關系

分析試驗結果可發現， 產量與灌水量及耗水量之間存在明顯的二次曲線關系，其回歸方程分別為：

式中，y為作物經濟產量（kg/hm2）；x為全生育期總灌溉水量（mm）。

式中，y為作物經濟產量（kg/hm2）；x為全生育期耗水量（mm）。

從圖5 可以看出， 產量隨灌水量及耗水量的增加先增大，當達到一定值后，產量不再隨水量的增加而增大，說明水量充足的處理，水分較多地消耗在了植株的營養發育上， 對果實的膨大及最終產量影響不大，從產量形成上看，該部分耗水屬于多余的無效耗水，應進行灌溉控制，使水量控制在適當范圍。

圖5 產量與灌水量及耗水量的關系

3 結論

（1） 本次試驗針對架豆各生育期及全生育期耗水量進行了研究，整個生育期進程中，在日光溫室架豆滴灌條件下架豆表現出較好的耗水規律， 各處理間耗水規律趨勢基本一致。 苗期與初花期相對較少，抽蔓期耗水增多，結莢期耗水占比最大，是架豆整個生育期最為需水階段。最高產的L2， 全生育期耗水量均值為173.41 mm，日均耗水量2.04 mm， 結莢期耗水量為110.76 mm，占全生育的63.87%。

（2）根據試驗結果，以土壤含水率下限作為各處理控制指標的4 個處理中，L2即控制土壤含水率下限為田持的80%的處理獲得最高產量。 試驗結果總體趨勢為產量隨著水量的增大而增加， 但L1即控制土壤含水率下限為田持的85%的處理平均畝產低于L2，已出現下降趨勢，總體趨勢產生了拐點。

（3） 試驗對不同處理的水分利用效率進行了對比，隨著水量的增加水分生產率反而降低，說明水分未能充分利用， 過高的水分條件對產量的形成已無很大影響。 綜合比較表明，L2可在保持相對較高的水分利用效率下獲得最高經濟產量，可達到節水、高產的目的。

（4）針對于本次試驗，以土壤水分下限控制灌水條件下宜從架豆生長特性出發， 宜采用分段灌溉指標控制灌溉，最優灌水下限分別為開花期65%、抽蔓期65%、初花期控水、結莢期80%。