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不同灌溉方法对保护地土壤温度的影响

来源: 本站  类别:技术文章  更新时间:2010-6-8 16:50:18  阅读

土壤温度高低直接影响植物的生长发育,大多数作物根区温度在20~30 ℃时生长最快。据研究,土壤温度对作物的影响主要有土温影响作物根系对水分和养分的吸收、影响植物块根和块茎的形成、影响种子发芽和出苗、影响微生物的活性等几个方面。土壤温度的改善可通过植被、覆盖、改变表层土壤的物理性质等措施得以实现,不同灌水方法形成的土壤水分剖面各异,灌水后的水分运动也不相同,这使得土壤的热容量和导热率发生明显改变,而灌溉又是保护地蔬菜栽培水分供应的最主要甚至是唯一的来源,所以通过灌溉调节保护地土壤温度,是保护地生产中重要的技术手段之一。推荐仪器:SPAD502叶绿素含量测定仪
1  供试材料与试验方法
试验在沈阳农业大学蔬菜科研基地日光温室中进行。供试土壤为草甸土,其理化性质如表1 。供试作物为番茄,品种为辽源多丽。2008 年5 月5 日定植,2008 年8 月5 日拉秧试验结束。定植前沟施磷酸二铵( (NH4 ) 2PO4) 525 kg/ ha ,硫酸钾( K2 SO4 ) 375 kg/ ha ,尿素(CO(N H2 ) 2 ) 150 kg/ ha 。
试验的灌溉方法为节点式渗灌、沟灌、膜下滴灌和普通渗灌4 种,每种灌溉方法为1 个处理,共4 个处理。每一处理2次重复,小区随机排列,其面积为12. 15 m2 ;番茄株行距为30cm ×50 cm ,每一小区栽植番茄81 株。以8 :00 时30 cm 深处张力计读数指示灌水,灌水控制下限为土壤水吸力30 kPa 。事先测定得到试验地0~30 cm 土层土壤水分特征曲线为: y = 0. 488 3 S - 0. 087 6
式中: S 为土壤水吸力,kPa ; y 为土壤容积含水量,cm3 ·cm- 3 。使用土壤水分特征曲线将灌水控制下限土壤水吸力值换算成土壤含水量,结果为0. 362 5 cm3 ·cm- 3 ,即30 cm 土层土壤含水量不足0. 362 5 cm3 ·cm- 3时开始灌溉。以下式计算每次小区灌水水量:
Q = (θF - θl ) ·H ·S ·R
式中:Q 为小区一次灌水量,m3 ;θF 为灌水控制上限田间持水量,由设定的相应土壤水吸力值6 kPa 算得,为0. 415 4 cm3 ·cm- 3 ; S 为小区面积12. 15 m2 ; H 为计划湿润层厚度,设定为0. 3 m; R 为土壤湿润比,沟灌取值1. 00 ,节点式渗灌取值0. 33 ,滴灌和普通渗灌取值0. 50 。沟灌处理按常规灌水方法进行。滴灌使用美国产的内镶式滴灌管,滴灌管铺放在地表,出水孔间距30 cm ,并与番茄植株相对应,滴灌管上覆盖地膜以减少蒸发。普通渗灌所用渗灌管选用由河南济源塑料厂用废橡胶加工而成的发汗式半软管,渗灌管埋深30 cm。节点渗灌管由本课题组选用硬质聚乙烯塑料管研发而成,管壁开出水孔,5 个孔为一组,出水孔组中心点之间间距30 cm。出水孔组同样与番茄植株相对应,渗灌管埋深亦为30 cm ,埋设时渗灌管出水孔向上,并在其上覆约2 cm厚稻壳以防灌水时泥土堵塞出水孔。为防止各水分互渗,各小区之间用埋深60 cm 塑料薄膜隔开,渗灌管管下铺宽10 cm 的塑料薄膜防渗。
试验土壤温度、含水量使用PC22S 土壤温度湿度测定仪测定。每处理于试验小区内选具有代表性点位,按10 、20 、30 、50cm 深度埋设温度和湿度测定探针,并按10 min 间隔自动读取和储存数据。用TRM2WS 温室环境监测系统自动采集日光温室内外水面蒸发量、空气温度和湿度。果实成熟后,按小区分别记录不同灌溉处理的番茄果实产量。
2  结果与分析
2. 1  番茄生育期内各土层土壤温度的变化
图1 为2008 年5 月30 日到7 月30 日日光温室内空气温度、露点温度和水面蒸发量测定结果。
表2 为2008 年各处理番茄生长期和盛果期两生育时期日土壤温度测定值(按日统计求得的平均值) ,从表中可以看出,4 个灌溉处理番茄生长期各土层的温度要低于盛果期各土层的温度。 统计分析结果表明,番茄生长期4 种灌溉方法对10 cm 深处土壤温度影响差异不显著( F = 4. 48 , F0. 05 = 5. 41) 。20 cm深处土壤温度差异极显著( F = 12. 97 3 3, F0. 01 = 12. 06) ,其中沟灌与其他3 种方法之间差异达极显著水平,而节点式渗灌、普通渗灌和滴灌之间差异不显著(表3) 。30 cm 和50 cm 深处土壤温度及10~50 cm 的土壤平均温度差异均达到5 %显著水平( F = 10. 88 3, F0. 05 = 5. 41 ; F = 8. 67 3, F0. 05 = 5. 41 ; F =8. 69 3, F0. 05 = 6. 59) ,其中沟灌土壤温度最低且与其他3 种处理之间亦差异显著。就总体而言,生长期内灌溉方法对10 cm深处土壤影响不显著,对20 、30 cm 深度影响相对明显,30 cm以下层次这一影响又逐渐减小。
由表4 可以看出,番茄盛果期不同灌水方法10 cm 深处土壤温度差异不显著( F = 5. 04 , F0. 05 = 6. 59) ;而20 cm 深度不同灌溉方法处理间土壤温度差异达5 %显著水平( F = 13. 32 3,F0. 05 = 6. 59) ,其中沟灌与其他3 种灌溉方法差异显著,滴灌、节点式渗灌和普通渗灌之间差异不明显。30 cm 深处土壤温度灌溉方法间差异显著( F = 16. 11 3, F0. 05 = 6. 59) ,这一深处节点式渗灌处理的土壤温度明显高于其他3 种灌溉方法,而其他3 种方法间差异不显著。50 cm 深处土壤温度灌溉处理间差异达极显著水平( F = 25. 64 3 3, F0. 01 = 16. 69) ,其中普通渗灌与其他3 种灌溉方法处理间差异达极显著,沟灌与节点式渗灌处理间差异达极显著,滴灌与沟灌、节点式渗灌差异不明显。与番茄生长期相比,盛果期沟灌各层次土壤温度上升较快,10~50 cm 土层土壤平均温度差异显著( F = 6. 88 3, F0. 05 = 6. 59) ,其中普通渗灌平均温度最高,节点渗灌、沟灌、滴灌之间的差异变得不明显,这可能与番茄植株生长状况以及外界温度升高有关。
就总体而言,在番茄整个生育期内灌溉方法对不同层次土壤温度的影响随时间延长而增大,但这一影响在10~30 cm 层次最强,其上与其下层次灌溉方法间土壤温度差异均较这一层次要小。
2. 2  不同处理10~50 cm层次土壤积温
对作物的发育而言,为了完成其全生育期或某个发育期的生长与发育过程,要求这一时期的温度累积值(积温) 要大于某一数值。表5 为番茄全生育期各处理10~50 cm 土层4 个深度土壤总积温方差分析结果。从表中可以看出,滴灌与普通渗灌、滴灌与沟灌、节点式渗灌与沟灌之间的差异性均达到5 %水平,滴灌与节点式渗灌、滴灌与普通渗灌之间差异不显著,而节点式渗灌与沟灌、滴灌与沟灌之间的差异达1 %极显著。
各灌溉处理中以滴灌的全育期总积温最高,为6 205. 4 ℃,比节点式渗灌、普通渗灌、沟灌分别高出10. 2 ℃、52. 9 ℃和118. 7 ℃。这说明渗灌与滴灌都能在不同程度上起到增加地温的作用。尤其在早春和冬季,地温增加有利于番茄根系的生长发育,促进根毛原生质流动,使根系细胞膜透性增强;还有利于土壤微生物和酶活动,使养分分解速度加快,促进根系对水分、养分的吸收。
2. 3  不同灌溉处理间同一土层土壤温度的时间变化比较
在整个生育期内,各土层温度都呈现由低到高逐渐上升的变化趋势(图2) ,在番茄生长期内(5 月23 日- 7 月1 日) 同一灌溉方法各土层温度随着时间增长而温度升高不明显,但灌溉方法间差异较大,10 、20 和30 cm 深处层节点式渗灌、普通渗灌、滴灌的土壤温度都要高于沟灌,这是由于沟灌处理土壤含水量较大,温度上升较缓慢;而节点式渗灌和普通渗灌地表相对干燥,受外界环境温度变化影响较大,升温较快。滴灌由于覆膜使土壤中的热量得到保存,温度要高于沟灌。到了盛果期,外界环境的温度升高很快,各土层温度都有明显上升,并且地表蒸发强度加大, 不同深处土壤温度也表现出了一定的差异。
2. 4  土壤温度的日变化
土壤的热量主要来自太阳辐射,早晨棚内气温开始上升,13 :00~14 :00 时到达最高温度,以后棚内气温又逐步下降,到第2 天3 :00~4 :00 时达到最低温度后遂再上升,由此构成了典型天气条件下的温室室内气温变化周期。由于不同的灌水方法使土壤含水量剖面不同,加之土壤热量传导是一个过程, 温度变化表现出滞后性,一天之中4 种灌溉处理不同深处土壤最高温度出现时间各异。作为一例,图3 给出了2008 年5 月23 日一次灌水后土壤温度日变化。从图中可以看出,10 cm 深处节点式渗灌和普通渗灌的土壤温度最大值分别出现在13 :00时和14 :00 时左右,滴灌则较之推迟1~2 h ,大约出现在15 :00时前后,沟灌最高土壤温度出现的更晚,大约出现在16 :00时。20 cm 深处土壤温度最高值节点渗灌和普通渗灌处理出现在15 :00 时,滴灌在17 :00 时左右,沟灌该层次的土壤温度峰值出现在18 :00 时前后,且其数值比渗灌和滴灌要小。30 cm深处土壤温度变化较平缓,其最大值出现时间较20 cm 深处更晚, 而这一深处土壤温度与土壤含水量关系较之10 、20 cm 深处更为密切。50 cm 深处各处理的土壤温度变化趋势与30 cm深处相同,但变化幅度小、受外界环境影响更弱。
由于节点式渗灌在10 cm深度土壤含水量较少,且水分由下层上升至上层,土壤疏松,所以对外界环境温度变化很敏感,变化呈明显的波浪型,且波峰较大,在试验处理刚开始的春季清晨,土壤温度明显低于其下的几个层次。其后气温上升,土壤温度随之变化。而沟灌由于各土层含水量都较高,表层土壤温度上升1 ℃所需要的热量大,相同环境下,升温时间长,温度上升幅度小,而由于这一灌溉方法灌水后水是从表层向下移动,使沟灌的各土层的土壤温度值总体较低。沟灌和普通渗灌两种方法的土壤温度介于节点式渗灌和沟灌之间,一般来说,由于水分的运动方式不同,灌水结束后滴灌的表层土壤温度要低于普通渗灌,而20 cm 深处土壤温度要高于普通渗灌。
3  结 语
(1) 不同灌溉方法总体上对0~50 cm 土层地温影响明显。各灌溉处理番茄全育期0~50 cm 的4 个测定深度测得的积温以滴灌为最高,为6 205. 4 ℃,比节点式渗灌、普通渗灌、沟灌处理分别高出10. 2 ℃、52. 9 ℃和118. 7 ℃,说明渗灌与滴灌都能在不同程度上起到增加地温的作用。
(2) 灌溉方法对20 、30 cm 深处土壤温度的影响大于对10cm 和50 cm 深度土壤温度的影响。就番茄生长期与盛果期两生长时期相比,生长期各深度土层土壤温度更易受到灌溉方法的影响。
(3) 灌溉方法对土壤温度的日变化影响亦十分明显。就10cm 土层深度而言,不同灌溉方法土壤温度最大值由大到小基本按节点式渗灌、普通渗灌、滴灌和沟灌顺序排列,出现时间也按节点式渗灌、普通渗灌、滴灌、沟灌的顺序依次后延,分别出现在13 :00 、14 :00 、15 :00 和16 :00 时左右。随着土层深度的增加,同一灌溉方法的土壤温度最大值逐渐变小,而出现的时间也逐渐后移。
综上所述,选择不同灌溉方法是调节保护地土壤温度的有效措施;就本文所用灌水技术参数而言,早春和冬季选择节点式渗灌和普通渗灌、滴灌有利于提高地温,较沟灌灌溉更有利作物生长。
 

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