負壓灌溉對土壤水分分布與油菜水分利用的影響.pdf

1、水資源短缺嚴重制約著我國農業(yè)發(fā)展，隨著勞動力資源減少、能源緊張局勢的加劇，我國節(jié)水灌溉的重點應放在提高機械化、自動化水平，推廣低壓節(jié)能輸水上。負壓灌溉是將灌水器埋入地下，其供水水頭為負值無需動力加壓設備，是一種自動補給的新型節(jié)水灌溉系統(tǒng)，實現(xiàn)了作物主動式土壤水分供應。其灌水器采用高性能的負壓滲水材料，節(jié)水的同時減少能耗，由于其具有顯著的技術優(yōu)點和巨大的節(jié)水潛力，因而具有良好的發(fā)展前景。國內外關于負壓灌溉的研究目前仍然處于初步的探討階段，

2、有關負壓灌溉技術的應用理論、管理參數(shù)都有待進一步研究和探討。本論文采用中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與區(qū)劃研究所研發(fā)的一種新型負壓灌溉系統(tǒng)，研究了不同負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、水分運移規(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系、以及不同供水負壓水頭對油菜、奶白菜生長與水分生理特性的影響。通過研究，初步明確了新型負壓灌溉系統(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、為負壓灌溉管理提供參考依據(jù)。主要研究結論如下:
　　(1)通過研究初步明確了新型負壓灌溉系統(tǒng)供水特征與主動供水機制。負壓灌溉系統(tǒng)是以土壤水勢（土壤吸力）作為水分進入根際土壤的動力，作物生長期間由于作物葉片蒸騰吸水和土壤水分蒸發(fā)耗水，引起土壤水勢下降，當土水勢低于系統(tǒng)供水負壓時，產生了水勢差，系統(tǒng)開始供水;當土水勢和系統(tǒng)供水負壓平衡時，系統(tǒng)停止供水保持水勢平衡。這樣通過控制系統(tǒng)的供水負壓，在作物整個生長期間，隨著作物生長發(fā)育，水分不

4、斷被吸收利用，土壤水勢可以保持與供水負壓相平衡，實現(xiàn)了作物對水分的連續(xù)自動獲取，是一種主動式供水過程，新型負壓灌溉系統(tǒng)在設定的負壓供水水頭(-20～0kPa)控制下，可以保持平穩(wěn)供水，實現(xiàn)主動供水。
　　(2)采用室內土柱實驗初步探明了新型負壓灌溉系統(tǒng)供水條件下，水分入滲過程，土體濕潤鋒運移、最大濕潤距離、累計入滲量等隨時間的變化關系。研究結果表明，負壓條件下，土壤的水分累積入滲量、最大水平和垂直濕潤距離隨時間的變化呈冪函數(shù)變化，

5、變化關系式分別為y=57.65x0.391、y=7.808x0.185、y=4.27x0.912。濕潤鋒開始時運移較快，等時間線較稀疏，而后運移變慢，等時間線變密，濕潤體都近似為橢球體，累計入滲量、最大水平和垂直濕潤距離都隨時間的增加而增大，入滲率隨時間的增加而減小。本試驗以土壤水動力學為基礎，通過室內試驗驗證了負壓灌溉系統(tǒng)的可行性，為開展田間試驗和負壓灌溉關鍵技術提供了不同負壓值控制下的供水量、入滲速度、累計入滲量、濕潤距離等實驗參數(shù)

6、。
　　(3)初步明確了新型負壓灌溉系統(tǒng)供水條件下盆栽土壤水分分布特點。盆栽試驗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較大，而負壓灌溉條件下土壤含水量波動很小，說明負壓供水系統(tǒng)能夠保持作物生長過程中自動控制與平穩(wěn)供水。在-5kPa負壓控制水分供應下，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42cm，寬26cm，高26cm）內陶瓷頭安放位置，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％，水分在土體內空間變異較小。
　　(4)同一負壓下，灌溉系統(tǒng)通過自動調控，土壤含水量可以保持相對恒定，而不同供水負壓處理間土壤含水量有顯著的差異。新型負壓灌溉系統(tǒng)在不同負壓控制處理下土壤含水量有顯著的差異。當系統(tǒng)負壓設定在-20～-5kPa，土壤含水量可以控制在3.6％～29.5％之間，隨著供水水勢增大，系統(tǒng)供水

8、量增加，土壤含水量呈上升趨勢，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**)，供水水勢在較高范圍內時，負壓變化對土壤質量含水量變化的影響較大。說明本負壓灌溉系統(tǒng)通過作物主動式土壤水分平衡供應機制，在作物不同生長階段通過調控負壓，可以自動控制土壤水分在適宜的范圍內，為作物生長創(chuàng)造良好的土壤和水分環(huán)境。
　　(5)采用新型負壓灌溉系統(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、間的關系均符合指數(shù)函數(shù)變化曲線。變化關系式為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系為極顯著線性相關說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)供水的主動力。
　　(6)在適宜的負壓供水水頭控制下，采用新型負壓灌溉系統(tǒng)灌水可以顯著促進根系生長、提高葉片蒸騰速率和光合速率。

10、由于不同負壓處理下土壤水分供應有顯著的差異，從而顯著影響到油菜和奶白菜的生長和光合特性。5個處理中以-5、-10kPa處理的水分供應充足，根長、根體積、根系表面積等較高、根系生長良好，而-15kPa處理土壤水分含量過低，根系生長不良。無壓和-5kPa處理總根長較對照分別增加了69.9％和44.6％，根系表面積較對照分別增加了69.5％和55.6％，根系總體積較對照分別增大了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個處理。從不同因素之間相關性分析看，-5kPa處理對光合速率的影響因素豐要是胞間CO2濃度(Ci)，二者呈顯著負相關，相關系數(shù)達90％以上，光合速率大小主要決定于CO2的供應;而-15kPa處理光合速率的主要限制因素是氣孔導度(Gs)和蒸騰速率(Tr)，說明-15kPa處理土壤水分供應不足，水分已經(jīng)嚴重影響到葉片的蒸騰速率和氣孔導度，從而導致光合速率下降。
　　(7)采用新型負壓灌溉系統(tǒng)可以顯著

12、提高油菜和奶白菜的產量、改善蔬菜品質。不同負壓處理以-5kPa、-10kPa兩個處理產量較高，而負壓過高(-20kPa)不利于產量的形成。-5kPa、-10kPa兩個處理與傳統(tǒng)灌溉相比，油菜產量提高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明顯規(guī)律。
　　綜合考慮土壤水分供應、蔬菜生長狀況、產量、品質以及水分利用效