負(fù)壓灌溉對(duì)土壤水分分布與油菜水分利用的影響.pdf

1、水資源短缺嚴(yán)重制約著我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，隨著勞動(dòng)力資源減少、能源緊張局勢(shì)的加劇，我國(guó)節(jié)水灌溉的重點(diǎn)應(yīng)放在提高機(jī)械化、自動(dòng)化水平，推廣低壓節(jié)能輸水上。負(fù)壓灌溉是將灌水器埋入地下，其供水水頭為負(fù)值無(wú)需動(dòng)力加壓設(shè)備，是一種自動(dòng)補(bǔ)給的新型節(jié)水灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了作物主動(dòng)式土壤水分供應(yīng)。其灌水器采用高性能的負(fù)壓滲水材料，節(jié)水的同時(shí)減少能耗，由于其具有顯著的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和巨大的節(jié)水潛力，因而具有良好的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)外關(guān)于負(fù)壓灌溉的研究目前仍然處于初步的探討階段，

2、有關(guān)負(fù)壓灌溉技術(shù)的應(yīng)用理論、管理參數(shù)都有待進(jìn)一步研究和探討。本論文采用中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃研究所研發(fā)的一種新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)，研究了不同負(fù)壓水頭控制條件下系統(tǒng)的供水特征、土壤水分入滲與分布特點(diǎn)、水分運(yùn)移規(guī)律，系統(tǒng)供水量與土壤含水量及作物耗水量之間的互相關(guān)系、以及不同供水負(fù)壓水頭對(duì)油菜、奶白菜生長(zhǎng)與水分生理特性的影響。通過(guò)研究，初步明確了新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)的供水性能、土壤水分分布和變化規(guī)律，提出了油菜和奶白菜適宜的供水吸力控制范圍，可

3、為負(fù)壓灌溉管理提供參考依據(jù)。主要研究結(jié)論如下:
　　(1)通過(guò)研究初步明確了新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)供水特征與主動(dòng)供水機(jī)制。負(fù)壓灌溉系統(tǒng)是以土壤水勢(shì)（土壤吸力）作為水分進(jìn)入根際土壤的動(dòng)力，作物生長(zhǎng)期間由于作物葉片蒸騰吸水和土壤水分蒸發(fā)耗水，引起土壤水勢(shì)下降，當(dāng)土水勢(shì)低于系統(tǒng)供水負(fù)壓時(shí)，產(chǎn)生了水勢(shì)差，系統(tǒng)開(kāi)始供水;當(dāng)土水勢(shì)和系統(tǒng)供水負(fù)壓平衡時(shí)，系統(tǒng)停止供水保持水勢(shì)平衡。這樣通過(guò)控制系統(tǒng)的供水負(fù)壓，在作物整個(gè)生長(zhǎng)期間，隨著作物生長(zhǎng)發(fā)育，水分不

4、斷被吸收利用，土壤水勢(shì)可以保持與供水負(fù)壓相平衡，實(shí)現(xiàn)了作物對(duì)水分的連續(xù)自動(dòng)獲取，是一種主動(dòng)式供水過(guò)程，新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)在設(shè)定的負(fù)壓供水水頭(-20～0kPa)控制下，可以保持平穩(wěn)供水，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)供水。
　　(2)采用室內(nèi)土柱實(shí)驗(yàn)初步探明了新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)供水條件下，水分入滲過(guò)程，土體濕潤(rùn)鋒運(yùn)移、最大濕潤(rùn)距離、累計(jì)入滲量等隨時(shí)間的變化關(guān)系。研究結(jié)果表明，負(fù)壓條件下，土壤的水分累積入滲量、最大水平和垂直濕潤(rùn)距離隨時(shí)間的變化呈冪函數(shù)變化，

5、變化關(guān)系式分別為y=57.65x0.391、y=7.808x0.185、y=4.27x0.912。濕潤(rùn)鋒開(kāi)始時(shí)運(yùn)移較快，等時(shí)間線較稀疏，而后運(yùn)移變慢，等時(shí)間線變密，濕潤(rùn)體都近似為橢球體，累計(jì)入滲量、最大水平和垂直濕潤(rùn)距離都隨時(shí)間的增加而增大，入滲率隨時(shí)間的增加而減小。本試驗(yàn)以土壤水動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證了負(fù)壓灌溉系統(tǒng)的可行性，為開(kāi)展田間試驗(yàn)和負(fù)壓灌溉關(guān)鍵技術(shù)提供了不同負(fù)壓值控制下的供水量、入滲速度、累計(jì)入滲量、濕潤(rùn)距離等實(shí)驗(yàn)參數(shù)

6、。
　　(3)初步明確了新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)供水條件下盆栽土壤水分分布特點(diǎn)。盆栽試驗(yàn)土壤水分空間分布研究表明，傳統(tǒng)灌水處理土壤水分含量變化波動(dòng)較大，而負(fù)壓灌溉條件下土壤含水量波動(dòng)很小，說(shuō)明負(fù)壓供水系統(tǒng)能夠保持作物生長(zhǎng)過(guò)程中自動(dòng)控制與平穩(wěn)供水。在-5kPa負(fù)壓控制水分供應(yīng)下，土體中土壤水分含量隨著與陶瓷頭距離的增大而降低，最高含水量均出現(xiàn)在盆缽（長(zhǎng)42cm，寬26cm，高26cm）內(nèi)陶瓷頭安放位置，含水量總體分布為中間高四周低，最低含水

7、量均出現(xiàn)在遠(yuǎn)離陶瓷頭的盆缽邊緣，土壤不同層次的平均含水量在15.7％-16.0％之間，最高為17.7％，最低為14.6％，水分在土體內(nèi)空間變異較小。
　　(4)同一負(fù)壓下，灌溉系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)調(diào)控，土壤含水量可以保持相對(duì)恒定，而不同供水負(fù)壓處理間土壤含水量有顯著的差異。新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)在不同負(fù)壓控制處理下土壤含水量有顯著的差異。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)壓設(shè)定在-20～-5kPa，土壤含水量可以控制在3.6％～29.5％之間，隨著供水水勢(shì)增大，系統(tǒng)供水

8、量增加，土壤含水量呈上升趨勢(shì)，土壤含水量隨系統(tǒng)供水量增加呈指數(shù)式增加，y=6.2519e00464(R2=0.8694**)，供水水勢(shì)在較高范圍內(nèi)時(shí)，負(fù)壓變化對(duì)土壤質(zhì)量含水量變化的影響較大。說(shuō)明本負(fù)壓灌溉系統(tǒng)通過(guò)作物主動(dòng)式土壤水分平衡供應(yīng)機(jī)制，在作物不同生長(zhǎng)階段通過(guò)調(diào)控負(fù)壓，可以自動(dòng)控制土壤水分在適宜的范圍內(nèi)，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的土壤和水分環(huán)境。
　　(5)采用新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)灌水，系統(tǒng)供水量與作物耗水量、土壤含水量與作物耗水量之

9、間的關(guān)系均符合指數(shù)函數(shù)變化曲線。變化關(guān)系式為y=0.9849x+0.3865(R2=0.9987**)和y=1.2512x-3.1677(R2=0.9669**)。土壤含水量與作物耗水量的關(guān)系為極顯著線性相關(guān)說(shuō)明隨著土壤含水量提高，作物耗水量呈直線增大;隨著系統(tǒng)供水量增大，作物耗水量也增加，作物耗水是系統(tǒng)供水的主動(dòng)力。
　　(6)在適宜的負(fù)壓供水水頭控制下，采用新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)灌水可以顯著促進(jìn)根系生長(zhǎng)、提高葉片蒸騰速率和光合速率。

10、由于不同負(fù)壓處理下土壤水分供應(yīng)有顯著的差異，從而顯著影響到油菜和奶白菜的生長(zhǎng)和光合特性。5個(gè)處理中以-5、-10kPa處理的水分供應(yīng)充足，根長(zhǎng)、根體積、根系表面積等較高、根系生長(zhǎng)良好，而-15kPa處理土壤水分含量過(guò)低，根系生長(zhǎng)不良。無(wú)壓和-5kPa處理總根長(zhǎng)較對(duì)照分別增加了69.9％和44.6％，根系表面積較對(duì)照分別增加了69.5％和55.6％，根系總體積較對(duì)照分別增大了68.8％和68.0％。-5kPa和-10kPa處理的葉片凈光合

11、速率和蒸騰速率都較高，顯著高于其他3個(gè)處理。從不同因素之間相關(guān)性分析看，-5kPa處理對(duì)光合速率的影響因素豐要是胞間CO2濃度(Ci)，二者呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)90％以上，光合速率大小主要決定于CO2的供應(yīng);而-15kPa處理光合速率的主要限制因素是氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)，說(shuō)明-15kPa處理土壤水分供應(yīng)不足，水分已經(jīng)嚴(yán)重影響到葉片的蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，從而導(dǎo)致光合速率下降。
　　(7)采用新型負(fù)壓灌溉系統(tǒng)可以顯著

12、提高油菜和奶白菜的產(chǎn)量、改善蔬菜品質(zhì)。不同負(fù)壓處理以-5kPa、-10kPa兩個(gè)處理產(chǎn)量較高，而負(fù)壓過(guò)高(-20kPa)不利于產(chǎn)量的形成。-5kPa、-10kPa兩個(gè)處理與傳統(tǒng)灌溉相比，油菜產(chǎn)量提高30％、108％，水分利用效率提高了55.5％、35.3％，維生素C含量提高了4.63％、61.3％，硝酸鹽含量降低了17.9％、21.4％，可溶性糖含量變化無(wú)明顯規(guī)律。
　　綜合考慮土壤水分供應(yīng)、蔬菜生長(zhǎng)狀況、產(chǎn)量、品質(zhì)以及水分利用效