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天津市设施草莓滴灌条件下水盐分布及运移规律研究

2019-05-31 08:05:47 天津农业科学 2019年4期

郑育锁 郭云峰 程悦 孙崧 刘志杰 张滈 韩旭

摘    要:為指导滴灌条件下设施草莓的科学灌溉和合理施肥,本试验运用FDR土壤水盐传感器对草莓生育期内不同时期的土壤水分和盐分进行了监测研究。结果表明,在本试验中设施草莓全生育期灌溉量为1 091.84 mm,其中有效灌溉量为584.95 mm;全生育期耗水量为610.75 mm,日均耗水强度为3.58 mm·d<sup>-1</sup>;全生育期耗水过程可划分为4个耗水阶段:花芽生长期、越冬膨果期、盛果期、盛果后期,且耗水强度变化整体呈现“高-低-高-低”的波动变化趋势,其最大值出现在盛果期(4.74 mm·d<sup>-1</sup>),最小值出现在盛果后期(2.79 mm·d<sup>-1</sup>);土壤盐分经过长时间的横向和纵向运移,主要在30 cm以内湿润锋边缘形成了积盐效果,仅盛果期4月23日、5月19日、5月26日积盐效果出现在40 cm以内。根据监测数据分析出的草莓日耗水量、有效灌溉量等重要指标,可用于修正该地区草莓灌溉施肥制度,以实现高产。

关键词:草莓;FDR;水盐分布运移规律

中图分类号:S627,S668.4                文献标识码:A                DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2019.04.007

Studies on Distribution and Transport of Soil Water and Salt under Drip Irrigation of Greenhouse Strawberry in Tianjin

ZHENG Yusuo1, GUO Yunfeng1, CHENG Yue2, SUN Song3, LIU Zhijie1, ZHANG Hao1, HAN Xu1

(1.Tianjin Soil Fertilizer Station, Tianjin 300061, China;2.Shenyang WiTu Agricultural Science and Technology Company Limited, Shenyang, Liaoning 110023, China; 3.Tianjin Youhe Agricultural Science and Technology Company Limited, Tianjin 300061, China)

Abstract: In order to guide the scientific irrigation and reasonable fertilization of strawberry in the facility under drip irrigation, the FDR soil water and salt sensor were used to monitor the soil moisture and salinity of strawberry during different growth periods in this study. The results showed that the irrigation amount of strawberry in the whole growth period was 1 091.84 mm, of which the effective irrigation amount was 584.95 mm; the water consumption during the whole growth period was 610.75 mm, and the daily average water consumption intensity was 3.58 mm·d<sup>-1</sup>. The water consumption process could be divided into four water consumption stages: flower bud growth period, wintering fruit expansion period, fruiting period, late fruit stage, and the water consumption intensity changes generally showed “high-low-high-low” fluctuation trend, which the maximum value appeared in the fruiting period (4.74 mm·d<sup>-1</sup>), and the minimum value appeared in the late fruit stage(2.79 mm·d<sup>-1</sup>). Through the long-term horizontal and vertical soil salinity migration, the effect of salt accumulation mainly appeared in the edge of the wet front(30 cm soil layer), only April 23rd, May 19th, and May 26th of the fruit accumulation period were appeared in 40 cm soil layer. According to the monitoring data, the daily water consumption and effective irrigation amount of strawberry could be used to correct the strawberry fertigation system in the region to achieve high yield.

Key words: strawberry; FDR; water salt distribution migration law

设施草莓对水分反应非常敏感,既喜湿润又怕水涝,草莓的根系多分布在20 cm的土层中,分布较浅,加上植株矮小,叶片较大而且多,蒸发量大[1-10],因此对草莓按不同生育期提出合理的灌溉建议十分重要。由于土壤盐分对植物生长亦存在重要影响,如何在作物生长过程中对耕作区土壤水盐含量进行连续测量,了解土壤水盐分布及运移规律,对制定农田有效灌溉和施肥措施等科学管理具有重要意义。

频域反射技术(FDR)是近年才兴起的一种土壤水盐测量方法,主要是利用电磁脉冲原理,根据电磁波在土壤中传播频率来测试土壤的表观介电常数,可以测得土壤溶液含水量和土壤电导率值[11]。本文旨在通过FDR传感器在设施草莓土壤原位连续一个生育期监测土壤含水量和电导率值,分析水盐分布及运移规律,为草莓科学灌溉、合理施肥提供精准指导与借鉴。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2017年9月—2018年6月在西青區辛口镇水高庄村由合农业科技公司草莓种植基地进行,设施大棚为二代日光温室,棚室种植尺寸为宽7 m,长58 m,试验区土壤为轻粘质典型潮土,0~40 cm耕层的土壤理化性状指标详见表1。

1.2 试验材料

供试草莓品种为津韵,由津南区小站镇跃进合作社提供。

1.3 试验方法

试验于2017年9月9日定植于温室中,畦宽0.6 m,畦长7 m,定植密度为138 000株·hm<sup>-2</sup>。草莓种苗标准为植株健壮,茎粗0.8~1.0 cm,具有4~5片功能叶片,10 cm长的根系15~20条,须根多且白,单株苗质量在30 g左右。灌溉施肥是草莓种植关键环节,直接关系产量和品质[12],本试验草莓定植前施腐熟猪粪5 t;草莓在定植前3 d浇透水;定植后连续4 d用滴灌浇透,确保草莓苗成活;整个生育期采取高频灌溉,不同生育期灌水施肥统计见表2。

1.4 数据监测

试验数据通过FDR土壤水盐传感器对土壤水盐进行连续监测。FDR探头主要由一对电极组成一个电容,其间的土壤充当电介质,电容与振荡器组成一个调谐电路,传感器电容量与两级间被测介质的介电常数成正比关系。当土壤中的水分、盐分增加时,其介电常数相应增大,测量电容值也随之上升,测量频率也会发生变化,从而测得土壤的含水量和电导率。

数据监测点设置在种植区域的中心位置,安装两套传感器,每个传感器监测四层土壤,分别为10,20,30,40 cm。传感器安装位置详见图1,传感器1安装在滴灌滴头正下方,传感器2安装于滴灌滴头形成的灌溉峰附近,因试验区土壤质地为壤土,土壤湿润直径40 cm[4],故传感器1、2之间间隔20 cm。监测点于2017年11月20日布设安装,5 d后数据稳定,每小时采集一组数据,有效监测日期为2017年11月25日—2018年6月5日。

1.5 数据统计与分析

监测的数据借助作物水盐廓线监测分析系统软件IrriScan进行分析。

土壤水分数据包括容积含水量(VSW%)和由容积含水量换算成的相应层次含水分毫米数(即水深,mm),通过含水分毫米数,可以很好地将降雨量、蒸腾蒸发量和有效含水量、灌溉量进行对照应用,故本文使用水深表述土壤水分。容积含水量和水深的对应关系为:单位面积上,土层深度为10 cm时(100 mm),1%的含水量,水深为1 mm,即水深(mm)=VSW%×土层深度(mm)。

2 结果与分析

2.1 设施草莓土壤有效灌水量

本试验灌水量测量方法:根据田间实际测量的水分变化量,通过上传云数据中心进行数据的存储和读数,在专业分析软件IrriScan上数据转换进行线性曲线分析,以获得土壤水分变化曲线和有效灌溉量情况。将0~40 cm各土层土壤水分含量进行累加,形成一条随时间变化的水分变化曲线(图2B)。现以11月25日灌溉事件为例图解如下:11月25日灌溉事件前后,传感器1监测10,20,30,40 cm各土层含水量变化情况(图2A)及各土层含水量叠加总和的变化情况(图2B),灌溉事件发生后,曲线(图2B)在一段时间内呈现上升趋势,用两条垂直刻度线在变化范围内的差值就是此次监测到的0~40 cm土层内灌溉量,为17.91 mm;11月25日灌溉24 h后土壤总含水量的差值记为有效灌溉量,为10.66 mm(图3),该有效灌溉量为本次灌溉量(17.91 mm)24 h后留存在传感器监测范围0~40 cm以内的有效水分。

从幼果期开始传感器1监测到的设施草莓灌溉量和有效灌溉量详见表3。

由表3可知,设施草莓从幼果期到三茬果期灌溉量为1 091.84 mm(1 0918.9 m3·hm<sup>-2</sup>),有效灌溉量为584.95 mm(5 849.8 m3·hm<sup>-2</sup>);与实际管灌溉量2 210.4 m<sup>3</sup>·hm<sup>-2</sup>相比,灌溉湿润比约20.24%,略低于《微灌工程技术规范》推荐的常见作物25%的最低值;各生育期有效灌溉利用率總量由大到小依次为成熟期、三茬果期、幼果期、二茬果期、膨果期。

2.2 设施草莓耗水强度动态变化

借助布设在田间的FDR土壤水盐传感器,可在较小的时间尺度上获得作物的日耗水量。滴灌条件下,由设施草莓日耗水动态变化(图4)可知,设施草莓全生育期的耗水强度变化整体呈现“高-低-高-低”的波动变化趋势。由于设施草莓生长前期,温度相对较高,叶面蒸发力强,而且未覆膜,造成其耗水量较大;随着气温和光照强度的进一步降低,及覆盖农膜+防虫网,设施温室草莓的日耗水量呈现减小趋势;到次年春天,光照温度等环境因子值再次回升,且进入产量形成的主要阶段,需要充足的水分保证干物质积累,因此设施草莓在此阶段日耗水量呈现快速增加的趋势;生育期末期,由于设施草莓植株衰老,同化作用等生理过程减弱,耗水强度有所衰减。准确地区分设施草莓实际耗水阶段有助于灌溉管理以及产量的形成,根据耗水强度动态变化特点,设施草莓全生育期耗水过程可划分为4个耗水阶段(图5):花芽生长期、越冬膨果期、盛果期、盛果后期。

由于设施草莓采用滴灌多次灌溉,对每次灌溉后的耗水量及日耗水量进行分析(表4),设施草莓全生育期耗水量为610.75 mm,生育期日均耗水强度为3.58 mm·d<sup>-1</sup>,耗水强度由大至小依次为盛果期(4.74 mm·d<sup>-1</sup>)、花芽生长期(3.92 mm·d<sup>-1</sup>)、越冬膨果期(2.88 mm·d<sup>-1</sup>)和盛果后期(2.79 mm·d<sup>-1</sup>),生产实践中可根据各个生育期耗水量合理推荐每次灌溉的灌溉量。

2.3 草莓生育期水盐运移

灌溉施肥尤其是固体肥料的溶解过程和溶解效果会对土壤水盐运移产生影响,当灌溉施肥事件发生时,土壤总盐含量随着水分的升高而升高,但在滴灌的情况下,会在土壤中形成不同的灌溉峰,当盐分运移到相应位置时,就在灌溉峰处产生积盐效应。以2018年1月5日的灌溉施肥事件(图6)为例进行说明,灌溉施肥发生后,灌溉深度达40 cm土层内,但盐分却只在30 cm内有响应,说明在湿润锋边缘形成了积盐效果。在设施草莓生育期内对其土壤水分和盐分进行跟踪(表4),除盛果期4月23日、5月19日、5月26日设施草莓土壤积盐位置在40 cm外,通过分析软件得出,其他各灌溉施肥时间积盐位置均在30 cm。

3 结论与讨论

唐占英等[12]研究报道,草莓的灌溉方式:前期外界气温高,在傍晚进行灌水,后期内外气温均较低,灌水在上午进行;灌水后先提高室温,而后加大放风量,降低湿度;浇水不能过勤,每次应浇透;开花前1周左右要停止浇水,开花后15 d左右结合施肥浇水1次;要保持20 cm深的土层始终湿润。

采用作物水盐廓线监测技术,获得设施草莓全生育期灌溉耗水及水盐运移过程,并由此找到设施草莓的耗水规律,设施草莓全生育期灌溉量为1 091.84 mm,有效灌溉量为584.95 mm;全生育期耗水量为610.75 mm,日均耗水强度为3.58 mm·d<sup>-1</sup>;将草莓全生育期划分为4个耗水阶段:花芽生长期、越冬膨果期、盛果期、盛果后期,耗水强度最大值出现在盛果期(4.74 mm·d<sup>-1</sup>),耗水强度最小值出现在盛果后期(2.79 mm·d<sup>-1</sup>);除盛果期4月23日、5月19日、5月26日土壤积盐位置在40 cm外,其他各灌溉施肥时间积盐位置均在30 cm。根据本试验监测到的设施草莓灌溉施肥后整个生育期的水分消耗情况和盐分积累位置,可修正当地草莓灌溉施肥制度,从而达到高产。

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