溫室草莓需水規(guī)律試驗(yàn)研究

柏 青

(沈陽工學(xué)院能源與水利學(xué)院，遼寧 撫順 113122)

1 研究背景

草莓作為經(jīng)濟(jì)作物，屬于薔薇科草莓屬小果樹，在東北溫室大棚內(nèi)廣泛種植。草莓果實(shí)因其外形美觀，顏色鮮艷，并且具有較好的口感，草莓果實(shí)97%以上部分皆可食用，除此之外，草莓果實(shí)具有高營養(yǎng)價(jià)值，可為人體提供必須的氨基酸、維生素B1和B2等多種糖類、礦物元素。草莓果實(shí)因外形美觀、營養(yǎng)價(jià)值高和口感上佳等用作鮮食外，還可作為蛋糕和飲品的輔助材料。草莓因受到溫度和生長周期的限制，在冬季東北地區(qū)草莓果實(shí)供銷缺口較大，為滿足人們對草莓果實(shí)的需求，草莓種植一般采用設(shè)施栽培技術(shù)，來滿足人們對草莓鮮果的需求。

草莓植株在生長過程中，具有小果樹根系分布特點(diǎn)，其根系在土壤淺層分布，因此在生長過程中，草莓根系對土壤溫度變化和土壤含水量變化反應(yīng)靈敏，草莓在其生育期內(nèi)需要充足的水分和肥料，研究表明，通過合理的灌水處理和施肥能夠?qū)Σ葺L起到促進(jìn)作用，能夠促進(jìn)草莓果實(shí)產(chǎn)量、提升草莓果實(shí)品質(zhì)。當(dāng)在草莓生長階段，灌水量、施肥量過大或虧缺時(shí)，都會(huì)抑制草莓植株的生長，從而造成草莓果實(shí)產(chǎn)量降低和草莓果實(shí)品質(zhì)下降的的情況發(fā)生，進(jìn)而水肥耦合效應(yīng)降低。草莓生長根系在土壤中的適宜溫度在15℃～22℃，在草莓生長過程中，根區(qū)土壤溫度超出適宜溫度時(shí)，都會(huì)對草莓根系和莖葉發(fā)育產(chǎn)生影響，草莓植株在生長過程中除了對土壤溫度等有要求外，還需要根區(qū)土壤具有良好通氣性，這是為了滿足根系呼吸和根區(qū)土壤微生物代謝的需要。我國人均水資源量偏低，農(nóng)業(yè)用水量大，灌溉制度和灌溉方式不合理，造成大量水資源流失，農(nóng)業(yè)用水虧缺嚴(yán)重，在我國設(shè)施農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)國家起步晚，灌溉水利用系數(shù)偏低，相較于西方發(fā)達(dá)國家0.7～0.8的灌溉水利用率，我國僅為0.5左右，我國灌溉水利用率還有較大提高的空間。不僅是灌溉水利用率低，我國農(nóng)業(yè)氮素的利用率僅為30%～40%，較低的水肥利用率下，一些地方為了提高產(chǎn)量不得不采取高水高肥傳統(tǒng)的種植方式，這些不僅造成了水肥流失、作物產(chǎn)量降低，更造成了土壤和水體污染，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，在當(dāng)下，發(fā)展高效節(jié)水的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是保障國家糧食安全的基本要求，是國家安全的需要，是滿足人們食品安全的前提。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)處理與設(shè)計(jì)

2.1.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備及試驗(yàn)布置

試驗(yàn)所在地為沈陽市蘇家屯區(qū)灌溉試驗(yàn)站，東經(jīng)123°19′，北緯41°39′，海拔高度38m，可耕地面積約為25畝。試驗(yàn)選用大棚為室內(nèi)均為無柱式，大棚骨架為鋼平面桁架結(jié)構(gòu)形式。長度為54.7 m，寬度為7.5 m。草莓種植品種選用當(dāng)?shù)仄贩N，草莓試驗(yàn)采用大壟雙行種植方式，大壟雙行種植方式為每壟栽植兩行草莓植株，其壟頂寬度為0.4 m，栽植時(shí)草莓行距0.2 m，壟底寬度為0.4 m，兩壟間距離為0.6 m，草莓栽植時(shí)，每行株距0.3 m，每行栽植草莓45株。草莓試驗(yàn)共分為12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為3.6 m×7.5 m，每連續(xù)3壟為一個(gè)小區(qū)，每區(qū)設(shè)3 壟。依照有、無膜試驗(yàn)處理，有膜處理時(shí)壟臺(tái)鋪好滴灌帶后覆蓋黑色聚乙烯膜，棵間蒸發(fā)量可不計(jì)。采用滴灌方式灌水處理的小區(qū)每壟頂鋪設(shè)滴頭間距為0.3 m的滴灌帶兩條，每條長7.5 m，將TDR探管(1 m)在草莓栽植前安裝在每個(gè)小區(qū)，安裝位置離滴灌帶0.05 m處的每壟中間位置，便于在草莓植株生長期用TDR觀測土壤含水率變化情況。

2.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1)試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過草莓試驗(yàn)觀測，研究有、無覆膜條件下草莓的滴灌、溝灌需水量變化，得出草莓在不同灌水方式下有、無覆膜條件不同灌水方式的需水規(guī)律。提出沈陽地區(qū)節(jié)水、高產(chǎn)的冷棚草莓適宜種植方式。

2)控制因素水平

共4個(gè)處理，覆膜滴灌處理(FD)、覆膜溝灌處理(FG)、無覆膜滴灌處理(ND)與無覆膜溝灌處理(NG)，每處理3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)。通過在每個(gè)小區(qū)支管上安裝的球閥、水表，控制和統(tǒng)計(jì)每個(gè)的灌水量。根據(jù)草莓生長特性，試驗(yàn)草莓生育階段分別為苗期、現(xiàn)蕾期、開花期、果實(shí)膨大期、果實(shí)成熟期，各時(shí)期按當(dāng)?shù)卦O(shè)施草莓生產(chǎn)常規(guī)灌水量進(jìn)行灌溉，當(dāng)?shù)卦O(shè)施草莓不同生育期內(nèi)常規(guī)灌水量見表 1。

2.2 觀測指標(biāo)與方法

2.2.1 土壤含水率

草莓定植后，采用TDR通過試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)土壤水分檢測管觀測土壤中水分含量變化情況。試驗(yàn)小區(qū)每壟各選一個(gè)測點(diǎn)，觀測深度為10 cm，20 cm，30 cm，40 cm，60 cm等5個(gè)不同深度，草莓生長過程中，每隔7天觀測一次土壤含水率變化，當(dāng)每個(gè)生育期始末、灌水前、后需加測一次。

表1 溫室草莓灌水下限設(shè)計(jì)

2.2.2 灌水量

通過支管上安裝的水表記錄每小區(qū)灌水量，主要記錄灌水時(shí)長及日期、水表每次灌水前后的水表讀數(shù)。

2.2.3 植株生長性狀

1)葉面積指數(shù)：在每個(gè)小區(qū)內(nèi)，從中挑選植株長勢良好并且具有代表性的草莓植株5株，在所選草莓植株上掛牌進(jìn)行標(biāo)記。在草莓植株不同生育期，運(yùn)用鋼卷尺測量草莓中心葉向外展開的第三片葉，主要測量指標(biāo)為葉片的寬度和葉片的長度，計(jì)算葉面積=長×寬×0.794，單位為 cm2，每10 d一次。

2)株高：使用直尺采用直尺觀測掛牌的5株草莓株高，自然垂直株高測定范圍為草莓植株根部開始到草莓植株中心點(diǎn)最高處，單位為 cm，觀測周期為10 d。

3)莖粗：采用游標(biāo)卡尺，觀測掛牌的5株草莓的莖粗，觀測周期為10 d。

2.2.4 地溫

觀測各處理的不同深度地溫，測量地溫深度為5 cm、15 cm和30 cm，每日早8點(diǎn)及下午2點(diǎn)各一次。

2.2.5 草莓產(chǎn)量性狀指標(biāo)

單株果數(shù)：在每個(gè)小區(qū)中，選取連續(xù)10株草莓，每小區(qū)做3次重復(fù)，將草莓生育期內(nèi)果實(shí)產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

單株產(chǎn)量：在每個(gè)小區(qū)中，選取連續(xù)10株草莓，每小區(qū)做3次重復(fù)，將草莓生育期內(nèi)果實(shí)重量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

單果重：在每個(gè)小區(qū)中，選取連續(xù)10株草莓，每小區(qū)做3次重復(fù)，測定草莓果實(shí)生育期內(nèi)果實(shí)單果平均重。

2.2.6 溫室溫濕度的測定

溫室內(nèi)地溫測定：使用地溫計(jì)測定地溫，對每個(gè)處理的5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm土層溫度8:00和14:00各監(jiān)測一次。

溫室內(nèi)溫度和濕度測定：使用溫濕度計(jì)測定，對溫室內(nèi)溫度和濕度8:00和14:00各監(jiān)測一次。

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

1)將測定數(shù)據(jù)用Excel錄入和數(shù)據(jù)整理。

2)運(yùn)用SPSS數(shù)據(jù)處理軟件，將整理后數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要有不同生育期的方差分析、相關(guān)分析等。

3)運(yùn)用SPSS軟件、Excel軟件繪制相關(guān)圖形。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

日光溫室草莓生產(chǎn)栽培與大田相比差別很大，如光、溫、水、肥等影響植物生長發(fā)育的因素都有很大差別，草莓植株生長對土壤中水分的含量多少最為敏感，在草莓植株不同的生育時(shí)期，植株需水量也是不同的，并且草莓的生長發(fā)育趨于階段性，這是因?yàn)槿缢拳h(huán)境因子的作用和其本身遺傳特性有關(guān)，從而出現(xiàn)草莓植株生長速率不同的特點(diǎn)。植株在生長過程中，需要水分參與，通過水分運(yùn)移和作用，植株葉片進(jìn)行光合作用，積累大量干物質(zhì)，隨著干物質(zhì)的累計(jì)，直接反映到了植株高度、葉面積指數(shù)、草莓莖粗和草莓產(chǎn)量、品質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化上。

3.1 不同灌水方式對土壤含水率影響

圖1為草莓植株在生育期內(nèi)不同灌水方式對0～40 cm土層含水率的影響。根據(jù)圖中土壤含水率變化規(guī)律可知，不同灌水方式土壤含水率都呈現(xiàn)波狀變化趨勢，其中土壤含水率迅速增大的為覆膜滴管種植方式。從圖可看出，草莓植株進(jìn)入果實(shí)膨大期后，不同處理間土壤含水率出現(xiàn)顯著差異，這是因?yàn)椴葺仓暝诜N植時(shí)不同的灌水方式和種植方式影響了前期土壤水分滲透形態(tài)，進(jìn)而造成草莓植株根系分布變化，從而使草莓植株在果實(shí)膨大期土壤水分出現(xiàn)不同趨勢。

圖1 不同灌水方式0～40cm土壤含水率動(dòng)態(tài)變化

綜上說明，F(xiàn)D處理0～40 cm土壤含水率最高，生育期平均33.83%，ND處理土壤含水率低，生育期平均30.38%，主要原因是土壤水分蒸發(fā)較大，損失較多土壤水分。

3.2 不同灌水方式下土壤水分對草莓長勢的影響分析

3.2.1 不同灌水方式下土壤水分對草莓株高的影響

株高作為草莓植株生長發(fā)育的基本指標(biāo)，分析不同灌水處理對草莓植株株高的影響，不同處理株高變化趨勢基本相同，均呈現(xiàn)出“前矮后高”趨勢分布，在盛果期達(dá)到頂峰，株高基本保持不變，這主要是水分對冠層結(jié)構(gòu)影響，從而在植株生長發(fā)育過程中，灌水量虧缺或過多都會(huì)抑制草莓植株株高生長，這也影響了草莓植株的光合作用，減少植株干物質(zhì)累計(jì)，造成草莓果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的降低。

圖2 草莓植株高度的變化

由圖2可以看出，不同灌水處理下株高隨著生育期的變化呈現(xiàn)不同的趨勢；前期草莓株高處理FD 高于其他處理，但隨著草莓生育時(shí)期的變化，草莓植株高度的生長變化為FD> FD> ND>NG，前期植株在FD、 FG處理下，高度較其他處理優(yōu)勢明顯，造成這種結(jié)果的原因可能是大苗期和現(xiàn)蕾期耗水強(qiáng)度大，覆膜灌水條件下，有效阻止土壤水分蒸發(fā)，突然體積含水率處于較高水平，因此FD、 FG植株快速生長。

表2 不同灌水處理下草莓苗期株高方差分析表

如表2，對草莓處在不同生育期內(nèi)的不同灌水下限處理株高進(jìn)行了方差分析，顯著性都小于0.05，達(dá)到了極顯著水平，表明不同灌水處理對草莓株高有顯著影響。草莓植株高度作為草莓植株生長發(fā)育的基本指標(biāo)，它可直觀的反映出草莓植株根系對土壤肥力吸收和土壤水分吸收的好壞，是草莓植株生長的具體表現(xiàn)。

綜上，說明對于不同灌水處理的草莓，在大苗期期，株高生長迅速，各處理間差異性顯著?？梢钥闯鎏幚鞦D和處理FG對草莓植株的株高影響顯著優(yōu)于其他處理，覆膜處理有效保障了植株對營養(yǎng)的累計(jì)。

3.2.2 不同灌水條件下土壤水分對草莓葉面積的影響

草莓植株冠層結(jié)構(gòu)是否合理，直接影響草莓植株葉片能否充分進(jìn)行光合作用。葉面積指數(shù)作為草莓植株重要的生理指標(biāo)，通過分析，草莓果實(shí)產(chǎn)量與葉面積指數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)。

草莓植株葉面積生長速率隨著不同灌水處理，不同生育期呈現(xiàn)不同變化趨勢，通過分析圖3可知，葉面積生在11月19日左右葉面積指數(shù)增長較快，并且FD、FN和ND增速明顯。

圖3 不同灌水方式下不同生育階段對草莓葉面積指數(shù)的影響

不同水分處理下草莓初苗期、大苗期、現(xiàn)蕾期期葉面積方差分析如表3所示。

對草莓處在不同生育期內(nèi)的不同灌水下限處理葉面積進(jìn)行了方差分析，四個(gè)生育期內(nèi)顯著性都小于0.05，達(dá)到了極顯著水平，表明不同灌水處理對草莓葉面積生長有顯著影響。葉片是植株光合作用的重要器官，直接影響著草莓產(chǎn)量和品質(zhì)。

對不同時(shí)期草莓葉面積與不同灌水處理進(jìn)行差異性分析，如表3和圖3所示，初苗期時(shí)，各處理葉面積大小依次為：處理ND、處理FG、處理FD、處理NG；對大苗期草莓葉面積大小與不同灌水處理進(jìn)行差異性分析，處理FD和處理FG與處理ND和處理NG均達(dá)到顯性相關(guān)，其中處理FD和處理FG植株葉面積指數(shù)明顯高于其他兩個(gè)處理；對現(xiàn)蕾期草莓葉面積與不同灌水處理進(jìn)行差異性分析，各處理都具有顯著性差異，但葉面積指數(shù)增長緩慢。

表3 不同生育階段草莓株葉面積指數(shù)的比較

(1)不同灌水處理方式對草莓植株不同生育期內(nèi)，植株葉面積生長速率影響為0.05，達(dá)到顯著不同，可從圖3得出，在初苗期和現(xiàn)蕾期期，草莓植株葉面積生長緩慢，說明植株在此階段長勢緩慢，草莓植株在大苗期，不同處理間葉面積指數(shù)生長速率差異變化較大，葉面積生長速率相較植株生長前期提高幅度較大，說明在此期間植株形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)變化較快，并為后面的現(xiàn)蕾期期和膨果期做準(zhǔn)備。

(2)不同灌水處理對草莓植株不同生育期內(nèi)葉面積生長速率影響程度不同，比如草莓植株在現(xiàn)蕾期時(shí)影響不大，但是在大苗期影響較為顯著，因此初苗期和大苗期期需水量較大。

3.3 不同灌水方式下土壤水分對草莓產(chǎn)量的影響分析

產(chǎn)量是衡量經(jīng)濟(jì)作物的重要指標(biāo)，通過產(chǎn)量可以得出不同灌水方式處理對草莓生長的影響。由表4不同灌水處理下對草莓果實(shí)和產(chǎn)量的影響可知，不同處理的產(chǎn)量大小為： FD>FG >ND > NG，各灌水處理與處理NG的產(chǎn)量比較分別增加：44.61%、30.14%、28.15%。根據(jù)不同的灌水方式可知，處理FD在相同灌水條件下的情況下，通過草莓產(chǎn)量在各個(gè)處理中最高，并且在不同灌水處理下草莓的單果均重最重、單株結(jié)果數(shù)量最多。說明覆膜滴灌(FD)條件下種植草莓，有利于草莓增產(chǎn)。而無膜溝灌時(shí)導(dǎo)致土壤生產(chǎn)能力降低，土壤體積含水率、土壤溫度均低于其他處理，各項(xiàng)生理指標(biāo)的構(gòu)成因素均在不同程度有所降低，從而使草莓產(chǎn)量降低。

如表5，對不同灌水處理與草莓產(chǎn)量做方差分析，結(jié)果顯著性為0.001，達(dá)到極顯著水平。說明不同灌水處理對草莓產(chǎn)量具有顯著影響，不同灌水處理影響著草莓長勢，并且最終影響草莓的產(chǎn)量，處理FD產(chǎn)量最高，灌水方式更適合草莓生長。

草莓生育期耗水量呈現(xiàn)“先增后減”的趨勢，與灌水量正相關(guān)，膜下滴灌條件下產(chǎn)量最高，草莓產(chǎn)量達(dá)到15 903.43 kg/hm2，無膜溝灌條件下產(chǎn)量最低，草莓產(chǎn)量最低為10 997.56 kg/hm2。各處理間草莓產(chǎn)量差異較大，顯著性達(dá)0.001，達(dá)到極顯著水平，膜下滴灌條件有助于草莓產(chǎn)量增加，說明膜下滴灌不僅能保證草莓生長所需溫度、滴灌將水分精準(zhǔn)輸送到植株根部，提高水分利用率，并且覆膜能夠防止土壤水分蒸發(fā)。從而改善草莓生長環(huán)境，增加草莓產(chǎn)量。

表4 不同水分處理下對草莓果實(shí)和產(chǎn)量的影響

表5 不同水分處理下對草莓果實(shí)產(chǎn)量方差分析表

3.4 不同灌水方式下灌水利用效率分析

灌溉水利用效率(I)的計(jì)算公式如下：

I=100Y/I

(1)

式中：I為灌溉水利用效率，kg/m3；Y為草莓產(chǎn)量，t/hm2；I為草莓灌水量，mm。

利用公式(1)計(jì)算得出灌溉水利用效率從大到小的順序?yàn)椋篎D>ND>FG>NG。

根據(jù)草莓田間需水量與灌溉水利用效率分析得出：草莓的最佳灌水方式為FD，此時(shí)草莓灌水利用效率最高，草莓產(chǎn)量最高。

3.5 不同灌水方式下草莓灌溉制度分析

通過對草莓各個(gè)生育階段土壤含水率測定及灌水量的分析，初步獲得草莓灌水時(shí)間、灌水頻次和灌水量見表6。由此表可知，本年度草莓滴灌處理灌水次數(shù)為20，灌溉定額為195 mm。

表6 草莓灌溉制度 mm

4 結(jié)語

通過對草莓在溫室大棚條件下，采用大壟雙行膜下滴灌、膜下溝灌、無膜滴灌、無膜溝灌四種種植方式，研究不同種植和灌水方式對草莓產(chǎn)量、水分及植株長勢的影響，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法分析，得出以下結(jié)論：

(1) 膜下滴灌方式下，草莓植株葉面積指數(shù)等基本指標(biāo)高于膜下溝灌方式，不同生育期內(nèi)不同種植方式的草莓植株長勢呈顯著性差異。說明不同種植方式對草莓長勢具有差異性，因此膜下滴灌方式適用于草莓植株生長。

(2)草莓膜下滴灌方式下，草莓產(chǎn)量高于其他種植方式，不同處理的產(chǎn)量大小為： FD>FG >ND > NG，各處理與處理NG的產(chǎn)量比較分別增加：44.61%、30.14%、28.15%。草莓膜下滴灌方式下，平均單果重達(dá)到241.51 g，明顯高于其他處理。草莓各項(xiàng)生理指標(biāo)較好，各處理間顯著不同，因此草莓的最佳種植方式是覆膜滴灌。

(3)通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，從草莓果實(shí)產(chǎn)量、長勢與灌水利用率，草莓植株在FD處理下，灌水利用率最高，因此建議沈陽地區(qū)大棚草莓種植采用覆膜滴灌種植方式，灌水次數(shù)為20，灌溉定額為195 mm。