羅 朋

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

負(fù)壓灌溉對(duì)山地果樹(shù)土壤水分及產(chǎn)量的影響研究

羅 朋

（山西省水利水電科學(xué)研究院 山西太原 030002）

負(fù)壓灌溉是一種新型的將灌水器埋入地下的節(jié)水灌溉技術(shù)，該研究針對(duì)山西省山地蘋(píng)果樹(shù)為研究對(duì)象，對(duì)負(fù)壓和常規(guī)2種灌溉方式下田間土壤水分、蘋(píng)果增長(zhǎng)速率及產(chǎn)量進(jìn)行分析研究。試驗(yàn)表明：負(fù)壓比常規(guī)灌溉土壤含水率提高13.7%～18%，0～120 cm多儲(chǔ)水量394.0～473.1 m3/hm2；對(duì)于相同灌水周期，平均可延長(zhǎng)灌水時(shí)間11.8 d；同時(shí)提高水分利用效率11.9%；負(fù)壓比常規(guī)灌溉蘋(píng)果平均增長(zhǎng)快0.024～0.064 cm/d，平均果徑大6.1%～6.4%，果重增加18.5%～21.6%，產(chǎn)量增加14.4%～29.6%。

負(fù)壓灌溉；常規(guī)灌溉；土壤水分；水分利用效率；產(chǎn)量

0 引言

山西日照充足，土層深厚，其中山地丘陵占山西總面積80%，為發(fā)展果樹(shù)種植提供了宜林面積廣、潛力大、條件好等土地資源，但山西又干旱少雨，水源和動(dòng)力的限制成了微灌等節(jié)水灌溉的制約因素。因此，尋求山地果樹(shù)高效的節(jié)水灌溉方式對(duì)提高水資源利用效率具有非常重要的理論和實(shí)踐意義。負(fù)壓灌溉是一種新型的將灌水器埋入地下的節(jié)水灌溉技術(shù)，“負(fù)壓”是系統(tǒng)中灌溉水源的高程低于灌水器的高程[1]，運(yùn)行時(shí)供水水頭為負(fù)值，在土壤吸力作用下，灌水器內(nèi)的水流入土壤，輸水管內(nèi)形成負(fù)壓，在大氣壓的作用下，水從水源被“壓入”輸水管以補(bǔ)充流入土壤的水分，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)壓灌溉自動(dòng)補(bǔ)給功能，無(wú)需提水加壓，可大幅減少地面灌溉過(guò)程中的水資源浪費(fèi)，這對(duì)改變山西省地面灌溉的落后狀況、緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺矛盾，促進(jìn)灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也將為山西省農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)在運(yùn)城市臨猗縣臨晉鎮(zhèn)下豆氏村蘋(píng)果園進(jìn)行，隸屬于運(yùn)城市夾馬口灌區(qū)的引黃管理局灌溉試驗(yàn)站范圍內(nèi)。

1.1 試驗(yàn)區(qū)氣候條件

臨猗縣氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶詺夂?。四季分明，日照時(shí)間充足。歷年平均氣溫13.5°C，年平均最高氣溫19.7°C，極端最高氣溫 42.8°C。

1.2 試驗(yàn)區(qū)土壤肥力情況

試驗(yàn)小區(qū)地下水埋深31.0 m，土壤質(zhì)地為中壤土，土壤多年平均物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土壤多年平均物理及化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地蘋(píng)果品種為紅富士，果嶺近10年，蘋(píng)果樹(shù)株距2.5 m，行距3.5 m。每個(gè)試驗(yàn)對(duì)比為負(fù)壓和常規(guī)2種灌溉方式。負(fù)壓灌溉系統(tǒng)布設(shè)于田間，常規(guī)灌溉指大田畦灌；2種灌溉方式的灌水次數(shù)均為3次，結(jié)果期1次，膨大期2次；2種灌溉方式下每次的灌水時(shí)間相同；每套負(fù)壓灌溉面積和常規(guī)灌溉面積相同，均為（3.5×5）×（2.5×4）=0.018 hm2，各 10 個(gè)重復(fù)。

每4棵樹(shù)中間布置一套負(fù)壓灌溉系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要組成為：集水井（儲(chǔ)水桶）、過(guò)濾袋、灌水器及其支撐結(jié)構(gòu)；每個(gè)集水井設(shè)置3個(gè)土壤含水率測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為1-1、1-2和1-3，分別表示集水井第1個(gè)測(cè)點(diǎn)（距離集水井最近），第2個(gè)測(cè)點(diǎn)（距離集水井最遠(yuǎn)），第3個(gè)測(cè)點(diǎn)（相鄰兩個(gè)集水井與相鄰兩棵果樹(shù)形成的菱形中心點(diǎn)）。負(fù)壓灌溉系統(tǒng)的布置見(jiàn)圖1。

圖1 負(fù)壓灌溉系統(tǒng)布置圖

3 田間土壤水分檢測(cè)分析

2015-2016年5月至10月從果樹(shù)萌芽到收獲期間田間土壤含水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)試驗(yàn)方案，分負(fù)壓和常規(guī)兩種灌溉方式。田間土壤水分負(fù)壓灌溉3個(gè)測(cè)點(diǎn)，常規(guī)灌溉3個(gè)測(cè)點(diǎn)，分層取土監(jiān)測(cè)，每20 cm一層，監(jiān)測(cè)深度為120 cm，每種灌溉方式設(shè)重復(fù)2個(gè)。

3.1 土壤含水量分析

通過(guò)對(duì)2015年、2016年0～120 cm田間土壤進(jìn)行分層（20 cm）含水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析：6月8日以后，2015年負(fù)壓灌溉和常規(guī)灌溉負(fù)壓灌溉田間土壤水分含量[2]明顯高于常規(guī)灌溉土壤含水量，最大相差2.5%，此時(shí)負(fù)壓灌溉田間土壤含水量為20.8%，常規(guī)灌溉田間土壤含水量為18.3%，二者相比，負(fù)壓灌溉比常規(guī)灌溉提高了土壤含水量的13.7%，如圖2；2016年負(fù)壓灌溉和常規(guī)灌溉土壤水分最大相差3%，此時(shí)負(fù)壓灌溉土壤含水量為19.7%，常規(guī)灌溉土壤含水量為16.7%，二者相比提高了土壤含水量18%，如圖3。

兩種灌溉情況下，土壤水分2015-2016年含水量0～120 cm深不同土壤水分最大差2015年為1.3%～4.6%，2016年為3%～4%，2015年土壤水分為6.6%～28.4%，2016年為17.8%～29.3%，見(jiàn)表2。

圖2 2015年負(fù)壓和常規(guī)灌溉土壤水分（0-120cm平均）變化曲線

圖3 2016年負(fù)壓和常規(guī)灌溉土壤水分（0-120cm平均）變化曲線

表2 不同土壤深度2種灌溉土壤水分差異情況表

負(fù)壓灌溉系統(tǒng)中由于集水井和集水槽增加了土壤入滲水量的存儲(chǔ)，減少了深層滲漏損失；從土壤表層往下，土層越深，負(fù)壓與常規(guī)灌溉的土壤含水量差值越大；當(dāng)集水槽外土壤水分下降到一定程度，由于負(fù)壓作用，集水槽中儲(chǔ)存的水分通過(guò)土壤水吸力對(duì)果樹(shù)進(jìn)行負(fù)壓灌溉，從而提高了土壤水分利用效率。

3.2 土壤儲(chǔ)水量分析

對(duì)負(fù)壓和常規(guī)灌溉兩種灌溉模式下0~120 cm深的土壤儲(chǔ)水量進(jìn)行計(jì)算，采用公式：

式中：W——不同深度土壤儲(chǔ)水量，mm；

r——土壤容重，g/cm3，取1.32；

v——土壤含水量，%；

h——土層深度，cm。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。可見(jiàn)在同等降雨、灌水次數(shù)和灌水量情況下，2種灌溉土壤儲(chǔ)水量相差很大，負(fù)壓比常規(guī)灌溉多儲(chǔ)水394.0～473.1 m3/hm2，幾乎相當(dāng)于灌水1次。

2015年兩種灌溉方式最大值出現(xiàn)在9月4日，負(fù)壓較常規(guī)灌溉多儲(chǔ)水39.6 mm，在平水年蘋(píng)果8月份耗水強(qiáng)度為4.05 mm/d，9月份耗水強(qiáng)度3.11 mm/d，據(jù)此計(jì)算負(fù)壓灌溉系統(tǒng)降到與常規(guī)灌溉土壤水分相同時(shí)還需要12.7 d。

表3 兩種灌溉土壤儲(chǔ)水量差值

2016年負(fù)壓較常規(guī)灌溉同一時(shí)間可延長(zhǎng)灌水時(shí)間情況見(jiàn)表4。由表可知，在灌水周期相同時(shí)，負(fù)壓系統(tǒng)儲(chǔ)水量大，最大可延長(zhǎng)灌水時(shí)間21.6 d，加權(quán)平均可延長(zhǎng)灌水時(shí)間11.8 d，一般情況可延長(zhǎng)灌水時(shí)間10～15 d。

表4 同一時(shí)間可延長(zhǎng)灌水時(shí)間表

3.3 兩種灌溉水分利用效率分析

水分生產(chǎn)率為單位水資源量所獲得的產(chǎn)量或產(chǎn)值，則：

1 m3灌水水分生產(chǎn)率=產(chǎn)量/灌水量。

水分利用效率：WUE=產(chǎn)量/耗水量。

根據(jù)以上公式，計(jì)算兩種灌溉水分利用效率，見(jiàn)表5。由計(jì)算結(jié)果可知，負(fù)壓灌溉系統(tǒng)水分利用效率為8.69 kg/m3，常規(guī)灌溉系統(tǒng)水分利用效率為7.76 kg/m3，負(fù)壓灌溉系統(tǒng)較常規(guī)灌溉提高了11.9%。

表5 兩種灌溉水分生產(chǎn)效率表

4 蘋(píng)果增長(zhǎng)速率及產(chǎn)量分析

對(duì)2015年、2016年負(fù)壓和常規(guī)兩種灌溉情況下，進(jìn)行果實(shí)的增長(zhǎng)速率和產(chǎn)量分析。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行理論測(cè)產(chǎn)：每個(gè)處理定2株，每株果樹(shù)定3枝，每枝定3個(gè)蘋(píng)果，共計(jì)6株、18枝、36個(gè)；實(shí)際測(cè)產(chǎn)即為果園實(shí)際產(chǎn)量。

4.1 增長(zhǎng)速率分析

2015年果徑變化從8月后負(fù)壓較常規(guī)灌溉果樹(shù)增長(zhǎng)發(fā)育快[3]，負(fù)壓灌溉果徑明顯比常規(guī)灌溉果徑大，前期規(guī)律不大明顯，后期兩者的差值呈增大趨勢(shì)；負(fù)壓灌溉果徑平均增長(zhǎng)值為0.406 mm/d，常規(guī)灌溉果徑平均增長(zhǎng)值為0.342 mm/d，負(fù)壓較常規(guī)灌溉平均增長(zhǎng)快0.064 mm/d。果徑增長(zhǎng)速率及比較情況見(jiàn)圖4。

圖4 負(fù)壓及常規(guī)灌溉2015年蘋(píng)果果徑增長(zhǎng)速率及比較圖

2016年果徑負(fù)壓較常規(guī)灌溉全生育期蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育快，每個(gè)階段負(fù)壓灌溉果徑均較常規(guī)灌溉果徑大，隨著生長(zhǎng)，果徑差值逐漸增大；負(fù)壓灌溉果徑平均增長(zhǎng)值為0.375 mm/d，常規(guī)灌溉果徑平均增長(zhǎng)值為0.351 mm/d，負(fù)壓較常規(guī)灌溉平均增長(zhǎng)快0.024 mm/d。果徑增長(zhǎng)速率及比較情況見(jiàn)圖5。

圖5 負(fù)壓及常規(guī)灌溉2016年蘋(píng)果果徑增長(zhǎng)速率及比較圖

4.2 產(chǎn)量分析

對(duì)負(fù)壓和常規(guī)兩種灌溉方式下蘋(píng)果產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，理論測(cè)產(chǎn)和實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行了比對(duì)[4]，測(cè)產(chǎn)指標(biāo)負(fù)壓灌溉優(yōu)于常規(guī)灌溉，見(jiàn)表6。

表6 2015-2016年山地果樹(shù)負(fù)壓和常規(guī)灌溉蘋(píng)果產(chǎn)量表

其中：2015年負(fù)壓灌溉平均果徑81.3 mm，平均果重253.2 g/個(gè)，平均產(chǎn)量 62 341.5 kg/hm2；常規(guī)灌溉平均果徑76.4 mm，平均果重213.5 g/個(gè)，平均產(chǎn)量54 504.0 kg/hm2；負(fù)壓灌溉比常規(guī)灌溉平均果徑大6.4%，果重多18.5%，增產(chǎn)14.4%；2016年負(fù)壓灌溉平均果徑 85.8 mm，平均果重 322.5 g/個(gè)，平均產(chǎn)量78 016.5 kg/hm2；常規(guī)灌溉平均果徑80.6 mm，平均果重265.2 g/個(gè)，平均產(chǎn)量60 186.0 kg/hm2；負(fù)壓灌溉比常規(guī)灌溉平均果徑大6.1%，果重多21.6%，增產(chǎn)29.6%，見(jiàn)表 7。

表7 2015-2016年山地果樹(shù)負(fù)壓和常規(guī)灌溉測(cè)產(chǎn)指標(biāo)表

5 結(jié)論

通過(guò)兩年對(duì)山地果樹(shù)在負(fù)壓和常規(guī)灌溉條件下田間土壤水分、蘋(píng)果增產(chǎn)速率及產(chǎn)量的分析研究得出：

負(fù)壓比常規(guī)灌溉土壤含水率提高13.7%～18%，0～120 cm 多儲(chǔ)水量 394.0～473.1 m3/hm2。

對(duì)于相同灌水周期，平均可延長(zhǎng)灌水時(shí)間11.8 d；同時(shí)提高水分利用效率11.9%。

負(fù)壓比常規(guī)灌溉蘋(píng)果平均增長(zhǎng)快0.024～0.064 cm/d，平均果徑大6.1%～6.4%，果重增加18.5%～21.6%，產(chǎn)量增加14.4%～29.6%。

負(fù)壓灌溉提高了土壤含水率，有利于蘋(píng)果生長(zhǎng)發(fā)育，具有明顯的增產(chǎn)效益。參考文獻(xiàn)：

［1］雷廷武，江培福，VincentF.Bralts，等.負(fù)壓自動(dòng)補(bǔ)給灌溉原理及可行性試驗(yàn)研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2005，36（1）:298-302.

［2］王相玲，武雪萍，肖海強(qiáng)，等.負(fù)壓灌溉對(duì)土壤水分含量與小白菜產(chǎn)量品質(zhì)的影響［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2015（34）增刊 1:64-68.

［3］肖海強(qiáng)，丁亞會(huì)，黃楚瑜，等.負(fù)壓灌溉對(duì)烤煙生長(zhǎng)及水肥利用率的影響［J］.中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2016（2）:56-64.

［4］耿 偉，萬(wàn)克江，薛緒掌，等.負(fù)壓供水下菠菜某些生理指標(biāo)的變化［J］.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，2006，22（4）:248-251.

Study on the Effect of Negative Pressure Irrigation on Soil Moisture and Fruit Production in Mountain Fruit Tree

LUO Peng

The negative pressure irrigation is a new water-saving irrigation technology whose emitter is buried underground.The study chooses the apple tree as the object to research and analyze soil moisture，irrigation growth rate and yield of apple bettwen the negative pressure irrigation type and the normal type.The experiment results show that soil moisture increased 13.7%～18.0%and water storage increased 394.0～473.1m3/hm2of 0～120 cm in the negative pressure type compared with the normal type；For the same irrigation cycle，the average delay of irrigation time is 11.8 days while the water use efficiency increased 11.9%.Compared with the normal type，the average growth of negative pressure in apple increased 0.024～0.064 cm/d，average fruit size increased 6.1%～6.4%，fruit weight increased 18.5%～21.6%，the yield increased 14.4%～29.6%.

negative pressure irrigation；normal irrigation；soil moisture；water use efficiency；yield.

S275.4

B

2017-04-21

2017-05-23

羅朋（1979-），女，2008年畢業(yè)于西北農(nóng)林科技大學(xué)，工學(xué)碩士，工程師，主要從事節(jié)水、農(nóng)業(yè)灌溉與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境研究。

山西省水利科研項(xiàng)目“山地果樹(shù)微型集雨負(fù)壓灌溉系統(tǒng)研究（201422）”；“汾河灌區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的水肥優(yōu)化調(diào)控技術(shù)研究（2015SHJ5）”。

1006-8139（2017）03-080-04