覆盖方式和灌水量对甘蓝水分利用和干物质积累的影响

李 娟 范凤翠 石玉芳 李志宏* 高丽红 刘胜尧

（1中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100193；2河北省农林科学院农业信息与经济研究所，河北石家庄 050051）

近几年，随着世界性水资源危机的日益突出，节水灌溉技术成为蔬菜生产的关键。不同农艺节水技术对蔬菜水分利用效率和干物质积累的影响，已经积累了大量实验数据。李振东等（2009）研究发现，地膜覆盖可降低黄瓜耗水量，减少土壤表面蒸发，提高黄瓜产量，但对植株蒸腾量影响不大。郭文忠等（2007）认为在一定的范围内，随着灌溉频率的增加干物质的积累也在增加，黄瓜干物质积累量最大的时期是结果中期。蔡绍珍等（1993）研究发现，地膜覆盖明显促进黄瓜生育前期的干物质积累，以后逐渐减少，直至拉秧期。姚刚等（2000）认为地膜覆盖促进了玉米干物质的积累和生物产量的提高，前期效果最大，后期最小。

膜孔灌溉技术是20世纪80年代新疆发展起来的一种膜上灌水技术，是指在作物行间覆盖的塑料薄膜上行水，水流从薄膜上的小孔下渗以浸润作物根部土壤的一种节水灌溉方法。它能阻止棵间土壤的无效蒸发，增强土壤的保温、保墒能力，减少深层渗漏，提高田间水有效利用率（李方红 等，2005）。但膜孔灌溉在甘蓝（Brassica oleraceaL. var.capitataL.）上应用的效果及其对干物质积累影响的研究鲜有报道，而甘蓝是全国栽培面积很大的主要露地蔬菜之一，在北方地区蔬菜周年均衡供应中发挥重要作用，但华北地区水资源紧缺与蔬菜生产耗水量大的矛盾日益突出，因此研究北方地区露地栽培主要蔬菜的节水灌溉技术具有重要理论与现实意义。本试验以生产中农民的经验灌水量〔每次30 m3·（667 m2）-1〕为对照，研究不同灌水量在膜孔灌溉和裸地灌溉下甘蓝的水分利用情况及干物质积累，以期为制定合理的节水灌溉技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2010年2～6月在河北省农林科学院科技示范园内进行，以甘蓝品种中甘11号为试材，于2010年2月27日播种，4月14日定植，定植水量为41.7 m3·（667 m2）-1；生长期为4月26日～6月4日（开始处理至收获），共灌4次水，分别为4月27日（莲座期）、5月8日（结球前期）、5月18日（结球中期）、5月30日（结球末期）。采用裂区设计，灌水量为主处理，分别设计为 10 m3·（667 m2）-1（G10）、20 m3·（667 m2）-1（G20）、30 m3·（667 m2）-1（G30）；膜孔灌溉（F）与裸地灌溉（N）为副处理，即G10F、G10N、G20F、G20N、G30F和G30N共计6个处理。缓苗后覆盖地膜，开始处理。以裸地灌溉每次30 m3·（667 m2）-1（G30N）为对照。覆盖地膜处理，在垄的两侧及中间沟内扎孔（孔直径15 mm左右），间距20 cm。每小区6行，3行膜孔灌溉，3行裸地灌溉，株距35 cm，行距50 cm，小区面积19.8 m2（3.3 m×6.0 m），采用随机区组排列，3次重复。为防止水分侧渗，不同小区之间用垂直埋深50 cm的油毡隔开。为防止降雨对试验的影响，搭建防雨棚。3种灌水量处理同时从垄头灌水，灌水量用精确度为0.000 1 m3的水表计量，不同处理同时收获。

供试地块耕层（0～30 cm）土壤基础理化性状：有机质含量 0.64%，全氮 0.12%，有效磷61.07 mg·kg-1，速效钾116.78 mg·kg-1，容重1.61 g·cm-3，田间持水量22.8%，pH值7.92，EC值254.11 μS·cm-1。

1.2 测定项目

1.2.1 阶段耗水量测定 阶段耗水量：Et=I+R+Cr-Dp-Rf±ΔW①

公式①中：I为各阶段的灌水量（mm）；R为降雨量（试验搭建防雨棚，R=0，mm）；Cr为作物利用地下水量（地下水位高，Cr=0）；Dp为渗漏量（灌溉前60 cm土层含水量+灌溉水量-田间持水量，mm）（Ertek et al.，2004）；Rf为地表径流（试验采用沟灌，Rf=0）；ΔW为土壤储水量变化（mm）。

1.2.2 土壤储水变化量的测定 于各生育期始末用土钻采集0～60 cm土壤，每10 cm一层，打完土后将洞用土填上，烘干测定其含水量，结果为3次重复的平均值。计算土壤储水变化量（ΔW）：ΔWi=Wi–W0=（θi-θ0）γh④

公式④中：ΔWi为i阶段测定土体的土壤储水变化量（mm），Wi为i阶段结束时的土壤储水量（mm），W0为i阶段开始时的土壤储水量（mm），θi为i阶段结束时的土壤质量含水量（%），θ0为i阶段开始时的土壤质量含水量（%），γ为测定土体的容重，h为土体厚度。

1.2.3 土面蒸发量的测定 土面蒸发量参照孙宏勇等（2004）的研究方法，采用改进的微型蒸发器（PVC管做成，高150 mm，管壁厚5 mm，内径100 mm）测定，各小区两处理各放置一个，获得棵间与行间的土面蒸发量。每天17：00用精度0.1 g的电子天平称质量，2 d质量的差值即为蒸发量，质量每减少1 g相当于0.127 4 mm的土面蒸发量。

1.2.4 干物质积累的测定 甘蓝收获时取样测定地上部干物质量，每处理选中间位置取 3株，叶、茎分开，在105 ℃下杀青30 min，后置80 ℃下烘至恒质量。

收获时，选每个处理中有代表性的甘蓝植株用根钻取根，取根深度为30 cm，每10 cm一层，将根洗净，烘干、称质量。

1.2.5 产量和水分利用效率的测定 收获时，记录各小区的甘蓝产量，折算成667 m2产量。

2 结果与分析

2.1 不同处理对甘蓝水分分配和耗水量的影响

2.1.1 不同处理对甘蓝渗漏量、储水变化量和耗水量的影响 表1所示，随着甘蓝的生长，水分渗漏量呈递减的趋势。其中G10处理在莲座期渗漏量最大，以后各时期均为0；G20、G30处理渗漏量呈下降趋势，在结球末期均为0，且膜孔灌溉大于裸地灌溉。这主要是因为莲座期（开始处理前）土壤含水量较高，处理后土壤含水量超过田间持水量，多余的水分渗漏，灌水量越大，渗漏越多；5月29日（灌溉前一天）测得土壤水分含量极低，灌溉后，水分全部被土壤和植株所吸收，无渗漏。同一时期，渗漏量大小均为G10＜G20＜G30，膜孔灌溉处理的渗漏量明显高于裸地灌溉。

某生育期的土壤储水变化量表示某生育期始末的土壤含水量变化。正值表明土壤含水量增加，负值则减少。由表1可看出，各个时期储水变化量（除结球末期G10F外）均为负值，以结球中期变化量最大，这与甘蓝结球中期生长量大、需水量大有关；G10处理的储水变化量高于G20、G30处理，这表明G10处理的灌溉水不足以满足甘蓝生长的需求，只能以土壤中的水分来补充，水分亏缺越严重，土壤中的水分损耗越多；裸地灌溉的储水变化量高于膜孔灌溉，这与地膜的保水能力有关。

表1 不同处理对甘蓝生长期的储水变化量、渗漏量和耗水量的影响 mm

不同时期甘蓝耗水量不同，整个生长期均先增加后降低。各处理均以结球中期耗水量最大，结球末期最小。这主要是因为结球中期甘蓝生长最快，对水分的需求最强，所以耗水量最大；结球末期，叶球已形成，生长缓慢，耗水量下降。同一时期，不同灌溉量之间耗水量也不同。莲座期、结球前期以G20最小，结球中期、结球末期以G10最小，G20次之，G30最大，且不同处理间耗水量膜孔灌溉小于裸地灌溉（表1）。

从整个生长期来看，G10处理储水变化量显著高于 G20、G30处理；渗漏量大小为 G30＞G20＞G10，各处理间差异显著，膜孔灌溉大于裸地灌溉；耗水量以 G30最大，G20其次，G10最小，且膜孔灌溉的耗水量小于同一灌溉量下的裸地灌溉（表1）。

2.1.2 不同处理对甘蓝土面蒸发量和蒸腾量的影响 甘蓝耗水量主要用于两部分，一是棵间蒸发，二是植株蒸腾。从表1可以看出，蒸发量大小为莲座期＞结球前期＞结球中期＞结球后期，这是因为莲座期甘蓝叶片较小，遮盖地面面积较小，蒸发量较大；结球期甘蓝叶片数逐渐增多，叶片面积增大，相互遮盖，阻碍了土壤表面的蒸发，蒸发量逐渐减小，这与前人研究结果一致（Shao et al.，2009）。同一时期，裸地灌溉处理的蒸发量大多显著高于膜孔灌溉处理，且总体上 G30N＞G20N＞G10N，但膜孔灌溉不同处理间无显著性差异。这是因为灌水量大，地表湿润范围大，土面蒸发量增加；覆盖地膜后，地膜阻止水分蒸发，使蒸发量大大减少。蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的主要动力，表1所示，蒸腾量以结球中期最大，莲座期最小，这与甘蓝的生育情况有关。从整个生长期看，G30处理蒸腾量最大，但膜孔灌溉＜裸地灌溉。

2.2 不同处理对甘蓝干物质积累分配的影响

2.2.1 不同处理对甘蓝不同部位干物质积累的影响 不同处理对甘蓝干物质积累与分配影响不同。由表2可知，外叶干质量各处理间无显著差异，说明灌水量和覆盖方式对其影响不大；G20、G10膜孔灌溉处理的叶球干质量均大于裸地灌溉处理，而G30F＜G30N，表明在适宜的灌水量条件下，覆盖地膜能有效地增加甘蓝的叶球干物质量。茎干质量大小总体上为G10＞G30＞G20，且膜孔灌溉处理的均大于裸地灌溉，以G10F处理最大。G10、G30处理的根干质量膜孔灌溉与裸地灌溉差异显著，膜孔灌溉以G10处理最大，而裸地灌溉以G30处理最大，且G20F、G30F均小于G20N、G30N，这说明裸地灌溉下，增大灌水量有利于甘蓝根系的生长，而膜孔灌溉下，增大灌水量，会造成根区水分过多，抑制根系生长。以总干质量来看，G10、G20膜孔灌溉处理均显著高于裸地灌溉，G10F与G20F及G10N与G20N之间差异不显著，但G30F＜G30N，表明增大灌水量有利于甘蓝植株干物质的积累，但覆膜条件下，过多的灌溉量则限制干物质的积累。

表2 不同处理对甘蓝不同部位干物质积累的影响

2.2.2 不同处理对甘蓝不同层次根干质量的影响 根干质量是反映作物吸收水肥能力的重要指标。从图1可以看出，甘蓝根系主要分布在0～10 cm的土层中，10～30 cm土层逐渐减少。其中0～10 cm土层，G20、G30处理膜孔灌溉的根干质量小于裸地灌溉，而G10F＞G10N，各处理以G10F最大，分别比G10N、G20N、G20F、G30N（CK）、G30F高 21.84%、5.11%、10.24%、3.66%、14.99%；10～20 cm土层，G10N最大，显著高于G20F、G30F，其他处理间差异不显著；20～30 cm土层，G10＞G20＞G30，且膜孔灌溉处理均小于裸地灌溉处理，以G10N处理根干质量最大，可见亏缺灌溉有利于深层根系生长。从0～30 cm总根系根干质量看，G10F最大，分别比G10N、G20N、G20F、G30N（CK）、G30F增加了16.70%、4.73%、10.25%、3.31%、15.42%，表明土壤中水分不足或过多都会影响根系生长。

2.2.3 不同处理对甘蓝产量和水分利用效率的影响 从表3可以看出，不同处理对甘蓝产量和水分利用效率影响显著。收获时甘蓝的产量G30＞G20＞G10，且膜孔灌溉处理的产量大于裸地灌溉，G20与G30差异不显著，可见充足的土壤水分有利于甘蓝植株的生长及产量的形成；水分利用效率 G10＞G20＞G30，相同灌水量下膜孔灌溉与裸地灌溉处理间无显著差异，但不同灌水量间差异显著。

图1 不同处理对甘蓝根系干质量的影响

G10、G20处理灌水量分别比 G30处理低49.47%和24.74%，但G10N、G10F、G20N产量比G30N仅低10.76%、6.31%与2.48%，且G20F产量高于G30N。可见，甘蓝产量的降低量远低于灌水量的降低量，综合经济和生产双因素考虑，G10F、G20N能满足甘蓝生产上的需求。

表3 不同处理对甘蓝产量和水分利用效率的影响

3 结论与讨论

本试验结果表明：同一时期渗漏量大小为 G30＞G20＞G10，膜孔灌溉>裸地灌溉，这与已有研究结果一致。已有研究认为，灌水量增加，土壤含水量增大（巨龙 等，2007），根层土壤含水量高于田间持水量，导致水分渗漏量增加（于红梅，2007）；覆盖地膜后渗漏量和渗漏率增大（李振东 等，2009）。同一时期，膜孔灌溉的土面蒸发量小于裸地灌溉，处理间差异显著，而裸地灌溉下总体上G30＞G20＞G10，这是因为减小灌水量，土壤湿润面积减小，蒸发量也减小（张喜英，2001），而覆盖地膜后在膜下可形成较小的水循环体系，土壤水分蒸发后在膜下凝结成水滴又返回土壤，从而减少土面蒸发（王增红 等，2009）。蒸腾量以对照（G30N）最大，与 G10、G20处理差异显著，这是由减小灌溉量后根系感受到干旱信号，把“信息”传给地上部，减少叶片的气孔开度造成的（安顺伟，2010）。土壤储水量以G10处理最小，与G30N差异显著，同一灌水量下膜孔灌溉＞裸地灌溉，这是因为G10灌水量小，不足以满足甘蓝的水分需求，甘蓝必须从土壤中吸收水分以满足其生长发育。

裸地灌溉下，增大灌水量，甘蓝外叶、叶球、根和总干物质量增加，即G30＞G20＞G10，而茎的干物质量减小，即G30＞G10＞G20；膜孔灌溉下，适当地减少灌水量，各部分干物质量相应提高。这是因为充足的土壤水分有助于根系对矿质营养的吸收，促进光合作用和其他生理过程，使营养物质很好地转运到产品器官，植株生长良好；而灌水量过多，易造成根区水分“富集”，影响地下部的生长，进而影响地上部的干物质积累。

增大灌水量，甘蓝产量增加，即G30＞G20＞G10，但水分利用效率降低。其中，G10F〔膜孔灌溉每次10 m3·（667 m2）-1〕、G20N〔裸地灌溉每次20 m3·（667 m2）-1〕处理的灌水量比对照减少了49.47%、24.74%，而产量仅降低了6.31%、2.48%，产量的减少幅度远低于水分的减少幅度，综合生产和节水两方面考虑，值得在生产上推广。但对于膜孔灌溉更深入的研究是今后的研究目标。

安顺伟.2010.灌水量对日光温室番茄水分利用效率及产量品质的影响〔硕士论文〕.北京：中国农业大学.

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