半干旱区不同灌溉水源对芹菜生长特性和产量的影响_李拥军.pdf

第 41 卷 第 3 期2023 年 6 月Vol.41 No.3June，2023干旱气象Journal of Arid Meteorology半干旱区不同灌溉水源对芹菜生长特性和产量的影响李拥军1，赵晓乐2（1.甘肃省定西市水利科学研究所，甘肃 定西 743000；2.甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070）摘要：为寻求定西市引洮灌区芹菜适宜灌溉水源，本文采用完全随机试验设计，共设置3种灌溉水源，分别为地下水灌溉（对照）、引洮水灌溉和地-引交替灌溉，探究半干旱区不同灌溉水源对土壤水分状况和芹菜生长特性、耗水量、产量、水分利用效率及经济效益等影响。结果表明：与地下水灌溉相比，引洮水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜株高分别降低6.07、3.33 cm，茎粗分别降低1.22、0.78 mm，土壤贮水量分别降低 1.27%和 1.98%，芹菜产量分别降低 15.08%和 1.57%，水分利用效率分别降低15.53%和2.46%，灌溉水利用效率分别降低15.46%和2.01%，总耗水量分别增加0.09%和0.47%，芹菜净收益分别增加3.1%和18.0%。地下水灌溉增产效果最明显，但水费高，经济效益较低；地-引交替灌溉虽然产量和水分利用效率略低于地下水灌溉，但水费大大降低，经济效益反而最高；引洮水灌溉下的各项指标均显著偏低（P0.05），尽管水费低，但经济效益较地下水灌溉增幅不大。综合来看，地-引交替灌溉可作为定西市引洮灌区农民增产增收的一种可行有效的灌溉水源。关键词：地下水灌溉；引洮水灌溉；地-引交替灌溉；芹菜；水分利用效率；经济效益文章编号：1006-7639（2023）03-0359-09 DOI：10.11755/j.issn.1006-7639（2023）-03-0359中图分类号：P49 文献标志码：A引 言我国黄土高原半干旱地区生态环境脆弱、降雨稀少、地下水位较深、地表水匮乏（刘娜等，2022），且水资源分布存在明显的时空不均。降雨主要集中于79月，雨季与作物需水季错位，且降雨主要形式为大雨和暴雨，易造成径流损失和土壤侵蚀，进而影响资源高效利用和生态良性循环（杨丽杰等，2022；杨阳等，2023）。适宜的节水和灌溉水源将有助于提高作物单位耗水量的产量，优化水资源利用率，实现水资源均衡科学配置，促使有限水资源最大化利用，进而促进农业经济和生态环境可持续发展（李明等，2020；毛盛林和上官周平，2022）。畦灌是一种高效节水灌溉模式，畦灌水源应选择符合当地实际农业条件的水源，需综合考虑水源温度、杂质含量、pH、养分含量及灌溉经济效益等（Zheng et al.，2013；吴凯等，2020；Masseroni et al.，2022）。近年来，甘肃省高原夏菜种植面积逐渐扩大，种类日益丰富，产量逐年提高，经济效益显著增加，甘肃省已成为全国重要的高原夏菜种植区。作为高原夏菜的一种，芹菜种植在满足蔬菜“西菜东调”供应需求的同时，还增加了当地种植户经济收入，调整区域农业种植结构，提高当地整体农业经济。芹菜是一年生伞形科浅根系蔬菜，根系吸水能力较弱，抗旱性较差，植株蒸腾能力较强，对土壤水分状况要求严格（陈亭亭等，2019）。水分主要影响芹菜生长发育过程中生理和生态效应，当土壤含水量充足时，芹菜可以维持正常生长发育和生理反应，确保芹菜拥有较高产量；当土壤含水量较低时，芹菜生理反应和内部结构遭到破坏，出现叶柄纤维增多、叶片萎蔫、植株空心老化、品质下降等症状，严重时导致死亡、产量降低（Zavadil，2006；马筱建等，2018；杨海兴等，2019）。然而，不同灌溉水源可能对作物生理活动产生不同影响。研究表明，与淡水（地表水）灌溉相比，微咸水（地下水）与淡水按1：2比例交替灌溉对芹菜叶片数、干鲜重、产量等影响不显著李拥军，赵晓乐.半干旱区不同灌溉水源对芹菜生长特性和产量的影响 J.干旱气象，2023，41（3）：359-367，LI Yongjun，ZHAO Xiaole.Effects of different irtigation sources on growth characteristics and yields of celery in semi-arid region J.Journal of Arid Meteorology，2023，41（3）：359-367，DOI：10.11755/j.issn.1006-7639（2023）-03-0359收稿日期：2023-01-14；改回日期：2023-03-13基金项目：2020年市级科技计划项目（DX2020N07）资助作者简介：李拥军（1968），男，甘肃定西人，高级工程师，主要从事灌溉试验及水利科研工作。E-mail:。41 卷干旱气象（王艳芳等，2014）；同时，地表水硬度较低，采用地表水灌溉能够减少土壤板结，有利于植物根系生长（孙耀民等，2021）。在传统芹菜栽培灌溉技术中大多采用地下水灌溉，但地下水灌溉存在耗水量大、水分利用效率低、水资源浪费等缺点，因此选取适宜的灌溉水源在实现水资源科学有效分配的同时，降低大田管理成本投入和节约有限水资源。引洮工程是新中国成立以来甘肃省内最大的综合跨流域调水工程，拥有城乡生活、灌溉农田、水力发电、防洪防汛的综合功能，能够有效解决甘肃中部地区的干旱缺水问题，改善受水区缺水现状，提高受水区人民生活水平，推动受水区经济可持续发展。据统计（梁丽霞等，2022），在甘肃省定西市安定区，引洮工程为9个乡（镇）306个行政村的37.1万人解决了缺水问题。目前，在定西市芹菜种植灌溉过程中，当地农户大多采用地下水漫灌模式，长期开采地下水会破坏地下水循环系统，降低地下水水位及自净能力，不利于农业可持续发展和生态系统良性循环（陈云香等，2022）。随着引洮工程进一步完善，外调洮河水逐渐用于芹菜栽培种植中，不仅能够发挥灌溉效益，增加农民收入，还可以解决地下水匮乏和生态环境脆弱等问题。然而，在应用外调洮河水灌溉时，需综合考虑水资源平衡、地下水位平衡、土壤水分、作物生长和产量等因素。基于此，本文拟开展外调引洮水畦灌种植的土壤水分动态变化、芹菜生长特性、耗水强度、产量和水分利用效率的评价研究，以期为推广引洮受水区高原芹菜种植技术和促进地下水环境恢复提供一定理论依据。1材料与方法1.1研究区概况试验布设于定西市安定区巉口镇三十里铺村苏家庄社（10250E，3752N；海拔 1 958 m），其位于黄土高原西部半干旱地区，距离定西市15 km，为引洮供水一期工程典型灌溉区。该地区属于温带季风气候，具有降水量少、昼夜温差大等特点。据安定区气象观测资料统计，试验区年平均日照时长2 500 h，年平均气温6.2，极端最高、最低气温分别为34.3、-27.1，年平均无霜期141 d，年平均降水量428 mm，且降水多集中在夏末秋初，年平均蒸发量 1 500 mm。试验地土壤质地为黄绵土，耕层（040 cm）平均土壤容重1.35 gcm-3，田间持水量和凋萎系数分别为24%和6.7%，土壤化学性质见表1。当地作物熟制为一年一熟。1.2试验设计与差异性检验试验供试芹菜品种为“文图拉”西芹（Apium Graveolens），采用完全随机试验设计，共设置3个处理，分别为地下水灌溉、引洮水灌溉和地下水与引洮水交替灌溉（简称“地-引交替灌溉”），每个处理3次重复。其中，以当地普遍应用的地下水灌溉为对照。地下水灌溉（引洮水灌溉）是指芹菜全生育期采用当地地下水（外调洮河引用水）灌溉。芹菜全生育期地-引交替灌溉时，当地地下水与外调洮河引用水交替灌溉的频次比例为1：1。试验小区长和宽分别为10 m和5 m，为减少相邻试验小区之间水分侧渗，试验小区间用100 cm塑料薄膜隔离。当土壤含水量低于田间持水量的77.5%时，采用畦灌进行灌溉，确保芹菜正常生长发育。采用Duncan新复极差分析法（盖钧镒，2013），检验不同处理间差异显著性（P2040全氮/（gkg-1）0.590.49全磷/（gkg-1）0.680.59全钾/（gkg-1）25.9323.87有机质/（gkg-1）10.128.25水解氮/（mgkg-1）72.1235.41速效磷/（mgkg-1）8.344.35速效钾/（mgkg-1）125.1286.23pH值7.787.73360第 3 期李拥军等：半干旱区不同灌溉水源对芹菜生长特性和产量的影响或以地表径流流失，造成水资源浪费。因此，本试验单次灌溉量为最大灌溉量，其计算公式（郭勇等，2022）如下：Imax=Dm(FC-SWC)Rm（1）式中：Imax（mm）为最大灌溉量；Dm（cm）为计划灌溉土壤湿润层深度，本文取100 cm；FC（%）为田间持水量，本文取 24.0%；SWC（%）为实际土壤含水量；Rm为湿润比，本文取1。本试验中，当田间实际含水量低于田间持水量的77.5%时进行灌溉，灌溉量为最大灌溉量（54 mm）。芹菜全生育期共灌水16次，幼苗期（5月23日至7月18日）、叶丛生长期（7月19日至 8月 28 日）和心叶生长期（8月 29 日至 9月 16日）灌水次数分别为10、4、2次。芹菜全生育期降水量为320.8 mm，其中幼苗期、叶丛生长期和心叶生长期降雨量分别为 146.7、145.9、28.2 mm；全生育期累积无效降水量（降水量小于5.0 mm）和累积有效降水量分别为52.3、268.5 mm，且有效降水以大雨或暴雨为主。芹菜生育期内灌溉量和降水量如图1所示。1.5种植管理试验前，试验区已连续种植5 a马铃薯，2020年马铃薯收获后深耕灭茬。2021 年 5 月 1 日开始整地，并划分试验小区，每个试验小区长10 m、宽5 m，植株行距、株距分别为20、10 cm，共种植26行；5月23日移栽，移栽根系深度为6 cm，移栽当日统一采用畦灌灌溉定植水，确保芹菜根系与土壤密切接触。在整个生育期内，施基肥一次（腐熟农家肥7.5104 kghm-2），不使用除草剂和杀虫剂，采用人工除草。1.6样品采集和测定（1）芹菜株高和茎粗从移栽后到收获前，在每个小区每隔10 d选取5株长势均匀的芹菜，利用钢尺测量株高，采用游标卡尺在植株1/2处测量茎粗，将其平均值记为各小区芹菜株高和茎粗。（2）土壤贮水量在每次灌溉前1 d和灌溉后1 d，利用中子仪测定土壤含水量，根据芹菜根系分布状况（郝秀芬，2016）和前人取样经验（梁媛媛等，2009），土壤水分测定深度为100 cm，020 cm土层取样间隔为10 cm，20100 cm土层取样间隔为20 cm，共6层，每个小区取样3次。采用环刀法测定土壤容重，土壤容重的测定深度和取样分层与土壤含水量一致。土壤贮水量计算公式（李富春等，2018）如下：SWS=i=16SWCiBDiDi10（2）式中：SWS（mm）为土壤贮水量；SWCi（%）为第i层土壤含水量；BDi（gcm-3）为第i层土壤容重；Di（cm）为第i层土壤深度。（3）耗水量和耗水强度芹菜各生育期耗水量（马尚宇等，2014）和耗水强度（方彦杰等，2020）的计算公式如下：WC=10i=16BDiDi(SWCi1-SWCi2)+I+P+UWR（3）表2灌溉水水质Tab.2Water quality of irrigation water类 型地下水引洮水总氮/（mgL-1）10.600.75总磷/（mgL-1）0.110.01氨氮/（mgL-1）1.120.025钙/（mgL-1）98.4016.67镁/（mgL-1）229.2138.04铁/（mgL-1）0.0250.025钾/（mgL-1）17.541.66矿化度/（mgL-1）2 140298pH值7.497.30图1芹菜生育期灌溉量和降水量Fig.1Irrigation and precipitation of celery during the growth period36141 卷干旱气象IWC=WCT（4）式中：WC（mm）为某生育期耗水量；IWC（mmd-1）为某生育期耗水强度；SWC