张晓霞，成自勇，张　芮，何钊全，刘静霞，戴文渊

(甘肃农业大学工学院， 甘肃 兰州 730070)



不同覆盖方式对温室葡萄耗水规律和产量的影响

张晓霞，成自勇，张芮，何钊全，刘静霞，戴文渊

(甘肃农业大学工学院， 甘肃 兰州 730070)

摘要：为筛选出适合河西走廊地区的日光温室葡萄最佳覆盖模式，在张掖市水务局灌溉试验站，设白膜+秸秆覆盖、黑膜+秸秆覆盖、白膜覆盖、黑膜覆盖、秸秆覆盖和砂子覆盖等不同覆盖处理，对温室葡萄耗水规律和产量表现进行了研究分析。结果表明：① 不同覆盖方式均可增加土壤含水量，秸秆+黑膜覆盖下的土壤含水量最大，全生育期内秸秆+黑膜覆盖下的土壤相对含水量达到了16.54%，单一的秸秆覆盖的土壤含水量在中后期也增大较快，土壤含水量增大到了17.64%，秸秆+地膜双重覆盖与单一的秸秆覆盖在中后期均能明显提高土壤储水能力；② 不同覆盖处理相比对照(不覆盖)均能增加葡萄产量，以黑膜+秸秆覆盖葡萄的增产效果最好，增产高达28.85%(P<0.05)，白膜+秸秆覆盖增产25.53%(P<0.05)；③ 不同覆盖处理均能调节土壤温度，地膜+秸秆覆盖方式兼备了单一地膜和单一秸秆覆盖处理的特点，前期土壤升温幅度大于秸秆覆盖，后期降温趋势小于地膜覆盖，且以黑膜+秸秆覆盖较为明显，其处理下土壤温度保持在21.13℃左右；④ 各覆盖处理均可提高灌溉水利用效率(IWUE)和水分生产效率(WUE)，达到节水增产的目的，以黑膜+秸秆效果最好，黑膜+秸秆覆盖处理的灌溉水利用效率和水分生产效率均最大，分别达到了6.53 kg·m(-3)和5.88 kg·m(-3)。

关键词：葡萄；覆盖方式；土壤含水率；产量；耗水量；水分生产效率

河西走廊光照充足，昼夜温差较大，有利于葡萄糖分积累，非常适宜延后栽培葡萄的生长。传统的露地栽培葡萄上市时间比较集中，不能完全发挥其经济效益，葡萄日光温室延后栽培模式可以有效控制葡萄上市时间，最大限度地发挥葡萄的经济效益[1],因此有必要发展设施延后栽培葡萄。河西地区干旱缺水，可用于灌溉的水量较少，这已成为发展本地日光温室设施延后栽培葡萄的主要限制因素。因此在当地生产过程中，在尽可能不影响产量的前提下，保持土壤水分,减少作物水分消耗，提高水分生产效率[2]，是亟待解决的问题。地表覆盖栽培是以保土、保水、提产为主要目的技术措施，是近年来国内外农业上推广采用的先进栽培技术[3]。许多研究表明，覆盖地膜可明显改善土壤水分状况，起到增温保湿、保墒增产的作用[4-5]；覆盖地膜还可抑制杂草生长，降低植物之间生长竞争，减少作物不必要的水分消耗，且研究认为黑膜比白膜更有优势[6]。但覆盖地膜有时因作物的土壤前期温度较高，尤其是覆盖黑膜，土壤增温更快，土壤水分消耗严重，导致后期严重脱水，引发植株早衰，产量下降[7-9]。可见，长期覆盖地膜难以维持土壤的可持续生产能力，且容易引发土壤污染，导致土壤环境恶化[10]。秸秆覆盖可降低地面最高温度，增加地面最低温度，稳定维持土壤地温[11]，抑制土壤水分蒸发[12]；并能增加土壤有机质和营养成分，促进微生物繁殖活动，改善土壤结构，利于植株生长发育，进而延缓植物衰老[13]；秸秆覆盖还有增加作物产量等作用[14]。许多研究证明，秸秆覆盖和地膜覆盖均可减少植株棵间土壤蒸发，减少水分蒸发，从而减少总耗水量[15]，达到节水的目的。但是有关温室葡萄覆盖栽培技术的系统研究鲜有报道，本试验通过对设施延后栽培葡萄进行六种不同覆盖方式处理,即秸秆+黑膜、秸秆+白膜覆盖、秸秆覆盖、黑膜覆盖、白膜覆盖、砂子覆盖，探索了不同覆盖处理方式对温室葡萄的耗水规律和产量的影响，为筛选温室设施延后栽培葡萄最佳覆盖模式提供依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验于2013年5月—12月在张掖市水务局灌溉试验站进行。试验站位于东经100°26′，北纬38°56′，海拔1 482.7 m，为典型的大陆性干旱气候，降雨稀少且主要集中在6—8月份。昼夜温差较大。试验田为中壤质土，pH值8.4，体积容重1.5 g·cm-3，田间持水量22.5%。

1.2试验设计与田间管理

1.2.1试验设计试验设置6个覆盖处理和1个对照组CK(不覆盖),具体覆盖设计处理方法如表1所示。试验设计7个处理，每个处理3次重复，每次重复为1个小区，每个小区是一行，种植6株葡萄，共21个小区，小区面积2 m×6 m，行间距为2.0 m,株间距为0.8 m。采用滴灌方式灌水，每行铺设一条毛管带，滴头间距为0.3 m，滴头额定流量为0.0027 m3·h-1。

1.2.2田间管理① 生育阶段划分：将葡萄全生育期划分为萌芽期(5月3日-5月15日)、新梢生长期(5月16日-6月18日)、开花期(6月19日-7月4日)、果实膨大期(7月5日-9月5日)、成熟期(9月6日-12月18日)。② 灌溉：相同灌水定额条件下分析不同地面覆盖方式对葡萄耗水规律和产量的影响，按照计划湿润层80 cm的土壤含水量进行控制灌溉，当各处理土壤含水率低于田间持水率的75%时进行灌水，灌水上限均为田间持水率的85%，灌水定额为270 m3·hm-2。因不同覆盖方式储水能力不同，以致各覆盖方式下地面蒸发及土壤耗水的能力不同，灌水时间、次数不同，导致灌溉定额不同。③ 施肥：前一年果实采摘后施入45 m3·hm-2农家肥和钙镁磷肥1 500 kg·hm-2，萌芽期施尿素500 kg·hm-2，果实膨大期追施尿素750 kg·hm-2、复合肥1 225 kg·hm-2。在棚内安装施肥罐施肥。

1.3试验材料

供试品种为欧亚种鲜食葡萄红地球，5年生。葡萄栽培设施采用当地普遍采用的日光温室，小区布置于日光温室内，温室长80 m，宽8 m，墙体为1.5 m厚的土墙。

1.4试验相关仪器

土钻、电子天平、曲管地温计、烘箱、环刀、水表、游标卡尺、卷尺、电子称等。

1.5主要测定指标及方法

1.5.1地温测定方法在每个小区任意两株葡萄中间布置曲管地温计，分别测定地表下5、10、15、20、25 cm温度。在葡萄生长的全生育期内，约半月一次，测定8∶00、10∶00、12∶00、14∶00、16∶00、18∶00这6个时刻的不同土层的地温。地表温度用水银温度计测定。

表1　试验设计处理描述

1.5.2土壤含水量测定葡萄行间覆盖区域的含水量，测定采用烘干称重法，每个小区取3个点，然后用土钻钻取土层0～20、20～40、40～60、60～80 cm的土样，分装铝盒内，用烘干法(105℃～110℃烘箱中，烘至恒重)测定其水分含量。全生育期内每隔10 d采一次土样，每次灌水前后加测。

计算公式：土壤含水量=(湿土重-烘干土重)/烘干土重×100%

1.5.3土壤贮水量计算公式如下：

W=H×D×B×10

(1)

式中，W为土壤贮水量(mm)；H为土层厚度(cm)；D为土壤平均体积质量(g·cm-3)；B为土壤含水率(%)。

1.5.4作物生育期耗水量计算公式如下：

ETa=P+I-R-F-ΔW

(2)

式中，ETa为作物生育期内的总耗水量；P为作物生育期内的降水量；I为灌溉水量；R为径流量；F为深层渗漏量；ΔW为试验末期土壤贮水量与初期土壤贮水量之差。式中各分量单位均为mm。根据试验区具体情况，R、F均忽略不计。

1.5.5作物水分利用效率计算公式为：

WUE=Y/ETa

(3)

式中，WUE为作物水分利用效率(kg·mm-1·hm-2)；Y为单位面积的葡萄果实产量(kg·hm-2)；ETa含义同上。

1.5.6作物灌溉水利用效率计算公式为：

IWUE=Y/ET

(4)

式中，IWUE为作物灌溉水利用效率(kg·mm-1·hm-2)；Y为单位面积的作物产量(kg·hm-2)；ET为灌溉定额(m3·hm-2)。

1.5.7日耗水强度计算公式为：

日耗水强度=阶段总耗水量(mm)/生育阶段总天数(d)

1.5.8葡萄产量测定葡萄成熟后，每个小区单摘单收，用电子称称得每个小区产量，以便计算各处理的总产量。

1.6试验结果分析方法

利用Excel、spss17.0软件对试验数据处理分析。

2结果与分析

2.1不同覆盖处理对温室土壤温度的影响

由图1的土壤温度动态变化可知，地面覆盖都有调节土壤温度的效应。不同覆盖处理的葡萄从萌芽期-膨大期土壤温度均升高，且D处理的土壤温度升温幅度最大，依次是A、B、E处理；C处理对土壤温度影响较小；F处理保持土壤温度相对稳定。进入膨大后期至着色成熟期，地表覆盖及对照的土壤温度均呈下降趋势，而F处理的土壤温度下降趋势较弱。

注：CK-不覆盖；A-黑膜+秸秆覆盖；B-白膜+秸秆覆盖；C-砂子覆盖；D-黑膜覆盖；E-白膜覆盖；F-秸秆覆盖；下同。

Note:CK-No mulching; A-Straw and black mulching film;B-Straw and white mulching film;C-Sand mulching;D-Black mulching;E-White mulching;F-Straw mulching; The same below.

图1不同覆盖下温室葡萄不同深度土层土壤温度变化

Fig.1Temperature variations at different soil depths under different mulching treatments

土壤增温阶段：时间范围大致为5月20日-8月1日左右，土壤温度在同一土层随着时间延长而增大。5 cm层相对于无覆盖土壤温度增加3.2℃～4.0℃，10 cm层增加2.5℃～3.0℃，15 cm层增加1.0℃～1.3℃，20 cm层增加0.6℃～1.0℃，25 cm层增加0.3℃～0.8℃。可以说，随着土壤层的加深，覆盖对土壤温度的调节作用越来越小。该时段正值葡萄的主要生长期，因此对葡萄的萌芽、开花和膨大产生积极的效果。

土壤降温阶段：从图1看出，葡萄膨大后期至成熟期即8月1日以后，土壤温度随土层加深逐渐下降。秸秆+地膜覆盖和秸秆覆盖下降趋势较弱。

整个生育期来看，地膜加秸秆覆盖兼备了单一地膜和单一秸秆覆盖处理的特点，前期升温幅度大于秸秆覆盖，后期降温趋势小于地膜覆盖，且以黑膜+秸秆覆盖较为明显。

2.2不同覆盖处理下温室葡萄不同土层土壤含水量变化特征

全生育期内选择土壤含水率变化幅度明显的代表性时期绘制土壤含水率动态变化图，由图2、图3的动态变化分析可知，采用不同的覆盖方法，葡萄全生育期内，土壤含水量与不覆盖的变化规律一致，为前期最大，中后期减少，后趋于稳定；土壤含水量在地表0～20 cm、20～40 cm层波动幅度较大；在萌芽～新梢生长期，葡萄生长缓慢，生长消耗水分较少，这一时期土壤含水量主要用于蒸发，覆盖对土壤含水量影响大，主要是通过调节土壤内部水分影响储水能力；A处理土壤含水量最高，土壤含水量大小依次是处理A>B>D>E>F>C>CK，说明地膜覆盖有良好的机械密封作用，对于土壤水分的蒸发能起到阻隔作用，且黑膜比白膜保水效果更好，秸秆覆盖稳定土层温度；减少土壤水分蒸发，而地膜+秸秆集两者优点于一体，土壤保墒效果更好，且黑膜+秸秆覆盖土壤含水量最大；在开花～膨大期葡萄生长加剧，蒸腾和蒸发耗水加快，消耗水分较大，土壤含水量在全生育期变化最小。覆盖处理在这一时期的保墒效果更为突出；在葡萄生长后期，即着色成熟期各处理土壤含水量保持相对稳定，较中期又有缓慢上升的趋势。8月中旬起至葡萄生育后期各时间段，0～20 cm、20～40 cm土层内A、B、F处理的土壤含水率均明显高于其他处理，且20～40 cm土层的土壤含水率高于0～20 cm，说明深层土壤的储水能力大于表层土；其中0～20 cm土层内A、B、F处理的土壤含水率平均值依次为13.87%、13.74%、14.32%，较CK分别增长16.55%、15.46%、20.34%，差异性水平显著(P<0.05)，20～40 cm土层A、B、F处理较CK分别提高13.31%、9.26%、14.12%(P<0.05),说明在生育期中后期A、B、F的储水能力强。

图2　不同覆盖下0～20 cm土层土壤含水量

图3不同覆盖下20～40 cm土层土壤含水量

Fig.3The water content in 20～40 cm soil layer under different mulching

由图4的动态变化分析可知，随着土层的加深，土壤含水量受覆盖影响较小，在全生育期内，土壤含水量的变化幅度减小；A、B处理深层土壤含水量最大，分别高达18.73%、18.59%，高于0～40 cm土层，土壤储水能力最大，且以黑膜+秸秆更为突出，其次为F处理(18.39%)；土壤储水能力依次是处理F>E>D，秸秆覆盖使地温保持相对稳定，进而保持土壤水分的相对稳定。地膜提高土壤温度但不稳定，使蒸发增加，土壤水分消耗较多，黑膜吸光更好，储水效果比白膜差；C处理和其他处理相比，土壤含水量一直较低，但比对照高。0～80 cm土层整体来看，土壤含水率随着生育期的推进呈平缓降低的趋势，这是由于在生育期前期，葡萄生长需水量少，土壤含水率较大，中后期葡萄开花结果、聚糖，生长迅速，需水量大，土壤含水率低。

图4不同覆盖下40～80 cm土层土壤含水量

Fig.4The water content in 40～80 cm soil layer under different mulching

2.3不同覆盖处理下温室葡萄耗水量及耗水强度变化特征

从表2可以看出，温室葡萄在不同覆盖方式下全生育期内日耗水强度变化规律一致，呈“最小-增大-减小-最大-再减小”的变化趋势，即萌芽期温度较低，植株叶面积小，蒸发较小，日耗水强度最小；新梢生长期植株生长加快，日耗水强度逐渐增大；葡萄在开花期营养生长速度减慢，日耗水强度呈小幅度下降趋势；进入膨大期，葡萄果实生长达到最高点，日耗水强度也达到最大值5～6.31 mm·d-1；着色成熟期植株的生理活动开始变缓，日耗水强度逐步降至2.18～3.08 mm·d-1。

表2　温室葡萄各生育期耗水特征

注：字母表示在0.05水平上差异显著。 Note: letters mean significant difference at 0.05 levels.

从表2可以看出，不同覆盖后，葡萄在全生育期内耗水规律与不覆盖处理没有显著性差异(P>0.05)，耗水量呈前期较少、中期多、后期减少的趋势。不同覆盖处理下，葡萄总体耗水量均减少。从生育期各阶段来看，在葡萄生长前期(萌芽～新梢生长期)，F处理耗水量与日耗水强度与对照没有显著性差异(P>0.05)；处理D、E在萌芽～新梢生长期时，日耗水强度明显低于对照，耗水量比对照降低较大，且D处理效果更为显著，主要是因为该阶段植株田间耗水以棵间土壤蒸发为主，地膜覆盖后，阻断了土壤水分和大气的交换，抑制了棵间蒸发，使耗水量降低，且黑膜覆盖后抑制杂草的滋生，减少土壤水分不必要的消耗，D处理(黑膜覆盖)耗水量相比E处理(白膜覆盖)更低。

开花期，各处理日耗水强度和耗水量差异不显著(P>0.05)，这可能与该时期进行摘心等农艺措施减少植株蒸腾有关；葡萄膨大期，各处理耗水量都增大，日耗水强度也最大，因在该时期棵间蒸发减弱，植株蒸腾加强，D处理比E处理土壤升温更高，蒸腾更大，D处理耗水量也明显比E处理大(P<0.05)，F处理后土壤结构得到优化，微生物活动加剧，蒸腾增强，各处理耗水量和日耗水强度大小依次是处理CK>C>D>E>F>B>A。

着色成熟期，各处理耗水量与耗水强度均与CK没有显著差异，这一时期葡萄生殖活动减缓甚至衰退(D、E处理较明显)。总之，在整个生育期，A、B处理集地膜和秸秆覆盖的优点于一体，既稳定前期土壤温度，减少棵间蒸发，又减缓植株衰老，减少杂草消耗土壤水分，黑膜更具优势，A处理是葡萄耗水量最少的处理方式；整个生育期C处理对减少耗水量影响不显著。

2.4不同覆盖方式对温室葡萄产量的影响

从表3可以看出，不同覆盖方式均可提高葡萄产量。A处理产量最高，达35 072.59 kg·hm-2，与CK对比产量达到显著水平(P<0.05)，C处理增产最少，增产率仅为1.32%；处理A和处理B产量与对照形成显著性差异(P<0.05)；处理C、D、E、F与对照相比，增产不显著(P>0.05)，增产大小顺序是处理D>E>F>C。

2.5不同覆盖对温室葡萄水分利用效率的影响

从表3可以看出，处理A和B能显著提高葡萄灌溉水利用效率(P<0.05)，且处理A灌溉水利用效率最高，这与上述A处理减少耗水量、增加产量的分析一致；处理C、D、E、F的灌溉水利用效率与CK相比不存在显著性差异，但可不同程度提高灌溉水利用效率，这四种处理的灌溉水利用效率分别为4.14、 5.09、 4.84 kg·m-3和4.74 kg·m-3，相比对照(4.07 kg·m-3)分别增加1.69%、25.06%、15.91%和14.13%。

水分生产效率与灌溉水利用效率类似，A处理的WUE最高，达到5.88 kg·m-3，B处理的WUE为5.49 kg·m-3，处理A和B与CK的差异达到显著水平(P<0.05)；处理C、D、E和F的WUE比对照有不同程度的提高。

表3　不同覆盖方式处理对温室葡萄产量和水分利用效率的影响

3讨论与结论

3.1不同覆盖模式对土壤地温的影响

不同覆盖处理均能调节土壤温度，对土壤有明显的增温保温作用。秸秆覆盖的覆盖层对太阳直接辐射和地面有效辐射的拦截、吸收，使土壤接受太阳辐射大大减少，对土壤温度产生明显的影响[17]。地膜覆盖增温保温效果更好, 这是由于地膜具有透光率高的特点，白天可以有效地吸收光照增加土壤温度，增强作物呼吸蒸腾作用；夜晚地膜形成的不透气膜又可以阻断土壤温度向外界扩散，从而保持温室葡萄土层温度稳定，利于作物生长。

3.2不同覆盖对葡萄产量的影响

从产量构成因素来看，添加覆盖物比对照增产的主要原因是由于其单穗重的增加和单株穗数的增多。单株生物学产量的增加，这就为增产提供了有力的保障。

3.3不同覆盖对水分利用效率的影响

地面覆盖提高了葡萄水分利用效率，原因一是提高了葡萄产量，地面覆盖提高了土壤温度，改善了植株的根际环境，增强根系活力[18]；原因二是不同覆盖模式降低作物耗水量，覆盖能避开土壤水分与外界环境的直接交换，阻止土壤水分蒸发到外界造成水分损失，能不同程度地保蓄土壤水分，减少蒸发。地膜覆盖能在葡萄生长前期增温，显著减少土壤蒸发，减少耗水，但因长期增温较快，植物发生衰竭，不利于增加作物产量。而秸秆覆盖恰好能弥补地膜覆盖的不足，有效降低地面最高温度，提高地面最低温度，稳定土层温度；减少土壤水分蒸发和灌溉用水，提高水分利用率[19]。

本研究结果表明，盖白膜、盖黑膜、盖秸秆、盖砂子、盖秸秆+白膜、盖秸秆+黑膜等对设施延后栽培葡萄的土壤水分和葡萄产量有明显的影响。地膜+秸秆覆盖兼备了单一地膜和单一秸秆覆盖处理的特点，使土壤前期升温幅度大于秸秆覆盖，后期降温趋势小于地膜覆盖，且以黑膜+秸秆覆盖最明显，黑膜+秸秆覆盖增温接近1.8℃～2.3℃；不同覆盖模式下葡萄产量有不同程度的增加，黑膜+秸秆覆盖葡萄增产28.85%(P<0.05)，增产效果最好，白膜+秸秆覆盖增产25.53%(P<0.05)；各覆盖处理均可提高灌溉水利用效率(IWUE)和水分生产效率(WUE),且以黑膜+秸秆效果最好，其灌溉水利用效率(IWUE)和水分生产效率(WUE)分别达到6.33、 5.88 kg·m-3。

综合分析可知，黑膜+秸秆覆盖方式下葡萄的产量最大，耗水最少，水分利用效率最高，是葡萄生产的最佳覆盖模式，可以在今后的葡萄栽培中推广应用，达到节水增产的目的。

参 考 文 献：

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Effects of different mulching treatments on grape water consumption pattern and production in solar greenhouse

ZHANG Xiao-xia, CHENG Zi-yong, ZHANG Rui, HE Zhao-quan, LIU Jing-xia, DAI Wen-yuan

(CollegeofEngineering,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China)

Abstract：In order to select the best mulching pattern for grapes in solar greenhouse at Hexi corridor region, this experiment was conducted at the irrigation experiment station of Zhangye Municipal Water Affairs Bureau where effects of different treatments were investigated on water consumption regularity and grape production in solar greenhouse. The treatments included straw and white mulching, straw and black mulching, white mulching, black mulching and sand mulching. The results showed that different mulching approaches significantly increased soil moisture content. Straw and black mulching treatment resulted in the highest soil moisture content. Soil moisture content could be increased rapidly later by covering separate straws, which significantly improved the soil water storage capacity using straw and mulching treatments. Additionally, compared to the treatment without covering, different covering treatments could increase grape production. In particular, black film and straw covering gained the best yield with a 28.58% increase (P<0.05). White film and straw mulching treatment could reach an increase of 25.53% (P<0.05). Moreover, different mulching treatments could regulate soil temperature. Straw and mulching film treatment was featured with characters as single film and single straw mulching, causing greater increase in soil temperature than straw mulching at early stage, whereas resulting in slower reduction in soil temperature than film mulching at late stage. The regulate capacity of straw and black film mulching was more obvious than that of others. Furthermore, all mulching treatments could improve irrigation water use efficiency (IWUE) and water use efficiency (WUE), achieving the water-saving purpose. Particularly, black film and straw showed the best effect.

Keywords:grape; mulching treatments; soil moisture content; yield; water consumption; water use efficiency

中图分类号：S316

文献标志码：A

作者简介：张晓霞(1989—)，女，甘肃张掖人，硕士研究生，主要从事节水灌溉研究。通信作者：成自勇(1956—)，男，甘肃秦安人，教授，博导，主要从事生态水利、水土保持与荒漠化防治研究。

基金项目：国家自然科学基金“冷凉地区葡萄设施延后栽培水分品质响应机理研究”(51269001)；国家自然科学基金“河西地区酿造葡萄水分调控品质机理与控水调质制度研究(51369002)；甘肃省青年科技基金计划(1208RIYA017)

收稿日期：2014-10-26

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.10

文章编号：1000-7601(2016)02-0062-07