简论渗漏地下铺膜对温室芹菜种植土壤深层渗漏影响

论文导读：
摘要：为了探讨温室蔬菜种植过程中不同地下铺膜方式对深层渗漏的影响，选择芹菜作为试验样本，在试验区域布置了不同间隔宽度的平面条带和U型条带共四个试验组以及一个不铺膜的对照组，进行试验研究。试验时采用PR1分层水分探头和烘干法监测土壤水分变化过程，根据实测根层土壤水分含量确定各试区的灌水时间，在温室大棚内设置自动气象站收集环境气象数据，利用能量平衡法计算芹菜生育期的腾发量，最终通过水量平衡方程计算各种铺膜方式下的深层渗漏，分析地下铺膜对深层渗漏的影响。在各种地下铺膜方式下，芹菜均长势良好，并且都取得了不同程度的减少深层渗漏的效果，其中U型铺膜减小深层渗漏的效果好于平面铺膜，而相同铺膜方式下间隔越小效果越好。铺膜后，灌水间隔时间有所加长，大部分方案的总灌水量和灌水次数均有所降低，在最理想的情况下深层渗漏降低了50%。研究结果表明，温室大棚蔬菜种植，采用地下铺膜的方法可以有效降低深层渗漏，节约灌溉用水，但在不同条件下优化的布置参数仍需通过进一步的试验或数值分析才能得到。
关键词：地下铺膜；水量平衡；能量平衡法；温室；深层渗漏；节水灌溉
16721683（2013）03016005
在地表以下一源于：硕士论文www.7ctime.com
定深度铺设塑料薄膜形成人工隔水层以防止水分和养分渗漏的作法由来已久。20世纪60年代，美国和日本的学者曾对砂土层下铺设黏土、塑料薄膜或沥青等人工隔水层进行过研究。陈彩富和钱太涛等在中国宁夏腾格里沙漠的流沙地中试验铺设塑料薄膜隔水层，种植农林作物后取得了增产效果，此后利用在地下铺设塑料薄膜以实现沙漠农林作物种植的方法逐渐发展成为沙地衬膜栽培技术。近年来，沙地衬膜水稻栽培技术在内蒙东部的科尔沁沙地已经发展成熟并得到了大规模的推广应用[37]，沙地衬膜小麦栽培技术也取得了一定的研究成果[810]。不仅沙漠地区，地下全面铺设塑料薄膜的做法在非沙漠地区的常规稻田中也有采用，而且人们还在常规旱作农田中进行了局部铺设塑料薄膜的试验和应用。Barth H.K介绍了一种改进的地下灌溉系统SIS，与常规地下滴灌相比，除采用特殊的管路结构防止地下滴灌管堵塞外，主要改进在于在滴灌管下部铺设V型聚乙烯薄膜条带，各条带之间间隔一定距离，这也属于一种局部铺膜的做法。滴灌管下部的薄膜条带可有效减少深层渗漏，促进水分向上部根区运动，改善了灌溉效果，条带之间的空隙又能将多余的降雨渗出[11]。王伟[12]也进行了类似的试验，通过在滴灌带下方铺设阻水塑料布，明显改变了地下滴灌湿润体的形状及湿润体内部的土壤水分分布。与普通地下滴灌相比，铺设阻水塑料布增大了沿毛管纵向的湿润宽度，提高了湿润锋向上的运移高度，减小了水分向下的入渗深度，同时，增大了滴灌带上层土壤的含水量。于国丰[13]在研制微润灌水器进行沙地灌溉试验时，在灌水器下方局部铺设了塑料布，也取得了节水的效果。由此可见，地下铺膜能够有效减少深层渗漏，改善灌溉效果。但是，对于地下铺膜特别是局部铺膜，如何选择合理的铺膜方式、铺膜对根区水分运动的影响如何，以往研究涉及很少。
蔬菜由于根系浅，需水量大，灌水频繁，传统的漫灌往往会造成很大的水肥渗漏[1415]。针对此问题，以往的主要对策是采用喷灌、滴灌、渗灌等管路灌溉[1618]，以及与地膜覆盖结合的各种灌溉方法，如膜上、膜孔、膜侧灌溉，膜下沟灌、滴灌、渗灌等[1921]，而很少应用地下铺膜设置人工节水层的方法。
在蔬菜种植中，合理的地下铺膜方式需要根据铺膜后根区水分运动与变化的规律来确定。鉴于温室蔬菜在我国蔬菜种植中占有相当大的比重且主要采用传统的漫灌方式，所以本文以温室芹菜种植为例，通过实测芹菜生长过程中温室内环境气象及土壤水分数据，进行根区水量平衡分析，研究漫灌条件下，各种铺膜方式对深层渗漏的影响，为应用地下铺膜的方法进行温室蔬菜种植提供参考。
1材料和方法

1.1试验区情况

本研究选取的试验区位于辽宁省大连市营城子地区，地处辽东半岛南端，东临黄海，属于沿海低台地，海拔15～30 m，地下水埋深10～15 m。本区属暖温带湿润、半湿润大陆性季风气候，四季分明，气候温和，降雨集中，季风明显。试验区土体深厚，质地均一，土体中很少见到砾石和粗砂，土壤质地为中壤或重壤。根据试验，土壤有关特性参数见表1。
试验使用的温室为日光型塑料大棚论文导读：条带1401401401-150401101401-1804014014012015040110140120180试验于2009年4月至7月间进行，试验区芹菜供试品种为美国文图拉西芹，采用畦栽，栽植密度约为12株/m2。试验前进行播种育苗，芹菜7～8片叶时定植到
，东西两侧和北面为保温砖墙，顶部为轻型钢管焊接结构，占地面积688 m2，棚内净宽68 m，净高3 m，净长80 m。内部布置水池、灌溉管路、作业道，主种植区宽62 m，长766 m。
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1.2试验内容

以往的地下铺膜试验主要注重对铺膜技术的节水和灌溉效果研究，而很少有对不同铺膜方式效果的对比试验，。Barth[11]介绍的地下灌溉系统SIS是使用聚乙烯塑料膜进行条带方式铺膜，膜厚度为006 mm，条带宽度为60 cm，在地下铺成近似水平的V型，铺膜深度为30～80 cm，相邻条带间隔约140 cm。采用专门设计的带有V型犁头的机械铺膜并同时在膜上埋设滴灌管，对土壤结构扰动较小。其他试验中，以在地下铺水平膜带或者膜块居多[1213]。
考虑到温室内蔬菜种植的特点，本试验选用了水平条带、U型条带两种铺膜方式。采用的塑料薄膜为012 mm厚的聚氯乙烯棚膜，两种铺膜方式的铺膜深度均为地表下40 cm。水平条带膜宽为40 cm，条带间隔布置为10 cm和40 cm两种，U型条带膜宽为70 cm，两边各折起20 cm，其水平投影宽也为40 cm，条带间隔同样布置为10 cm和40 cm两种，方案编号及参数见表2。大棚种植区划分为5个区域，布置4组铺膜方案及1组不铺膜的对照组，每组铺膜方案的布置宽度为12 m，相邻区域之间设置1 m深的塑料薄膜进行竖向分隔。铺膜采用人工挖土铺设，挖土和回填时尽量保证耕层和心土层不掺混，铺设后浇水使挖方回填部位充分沉陷密实，然后整平作畦。条带1401401401-150401101401-1804014014012015040110140120180试验于2009年4月至7月间进行，试验区芹菜供试品种为美国文图拉西芹，采用畦栽，栽植密度约为12株/m2。试验前进行播种育苗，芹菜7～8片叶时定植到大棚中，定植时底肥施肥量为有机肥75 kg/m2，磷酸二铵75 g/m2。从芹菜定植开始进行大棚内环境气象和土壤含水量的数据观测，以根层田间持水量的65%作为灌水控制下限标准，根据根层实测土壤含水量情况确定灌水时间，每次灌溉水量统一为40 mm。芹菜定植后外叶生长期根层深度按20 cm计，立心期和心叶生长期根层深度按30 cm计。灌溉采用地面漫灌，大棚内设有比较完善的灌溉管路和计量系统。各试验方案和对照组除了各自的灌溉时间外，其他条件及管理措施保证一致。

1.3测试与数据采集

在大棚内中部设置自动气象站，采集芹菜定植后全生育期的环境气象数据，包括净辐射、土壤热通量、风速、大气压、50 cm和200 cm两个高度的相对湿度和温度。净辐射的测量采用FNP1型净全辐射表，安装高程距地面15 m。土壤热通量采用HTH2型土壤热通量计，埋设在地表面下2～3 cm处。由于大棚内风速较小，采用STF10V3型风速传感器测量风速，这种传感器可以测量1m/s以下的风速。温度和湿度采用DB4200SY11型温湿度变送器测量。大气压采用LT/DY型大气压力传感器测量。这些传感器采用420 mA或者05V的信号输出，使用德国E+H公司生产的RSG30型数据记录仪（Ecograph T）进行连续采集数据，采样时间间隔设定为15 min。
对于土壤含水量，在每个试区埋设两个与PR1/4d配套的ATS1 探管，每天定期采用PR1/4d 型分层水分探头和HH2型手持式测表监测各区域0～40 cm土壤剖面的水分分布变化过程。根据PR1的测试数据，根层土壤平均含水量接近灌溉控制下限时，开始用烘干法在灌水前和灌水后加密测量，以烘干法实测数据作为灌溉控制依据。另外芹菜定植后和采摘时也用烘干法进行各试区土壤含水量的全面测试。烘干法测试时，在每个试区薄膜条带上及薄膜条带之间分别取样，测点在整个试区内随机均匀布置，条带上及条带间测量点数量均大于6个。在各测点处用土钻以5 cm深度逐层钻取土样，土样直径4 cm，取每层土样中部合适重量的土体装入铝盒测试含水量。取样测试深度均为100 cm，薄膜条带部位论文导读：
取样时，土钻直接穿透薄膜取样，并对每次取样地点进行标识，避免以后在邻近点取样，取样钻孔用相同质地的土壤分层回填压实。

1.4深层渗漏计算方法

本研究采用水量平衡方程分析计算不同铺膜方式下的深层渗漏。考虑到蔬菜生长的特点，为便于分析，作物体内保存的水量忽略不计，而将地下铺膜深度40 cm作为计算深度，推求通过40 cm深度底面的深层渗漏，分析公式如下：
DP=I-ΔW-Et（1）
式中：I为本时段灌溉水量；ΔW为时段初和时段末土壤贮水量差值；Et为作物的腾发量； DP为深层渗漏，以上各参数单位均为mm。
作物腾发量即作物需水量Et可利用能量平衡法根据实测的大棚内的环境数据推求，公式如下[22]：
LEt=（Rn-G）/（1+γ（T2-T1）/（e2-e1））（2）
式中：L为汽化潜热（MJ/kg）；Rn为净辐射（W/m2）；G为土壤热通量（W/m2）；γ为湿度计常数（kPa/℃），γ=0665×10，P为大气压（kPa）；T

1、T2为两个高度的温度（℃）；ee2为两个高度的水汽压（kPa）。

2试验结果与分析
芹菜在4月19日定植，7月1日采摘，整个生长期共73 d。根据实测大棚内的环境气象数据，采用能量平衡法计算的逐日芹菜腾发量见图1，整个生长期累计腾发量为1608 mm。
根据测试结果，计算得出40 cm土壤底部的深层渗漏见表3。不铺膜的1号方案在整个芹菜生育期灌水量为240 mm，土壤贮水量变化基本持平，40 cm地层底部深层渗漏为802 mm，表明在通常种植条件下，温室蔬菜种植的深层渗漏还是非常可观的，在本例中达到了灌水量的1/3。在采取地下铺膜措施的其他处理中，深层渗漏有了不同程度的减小；2号方案，即在40 cm地层下按40 cm间距铺设宽度为40 cm的水平膜带，生育期灌水量为240 mm，深层渗漏为684 mm；3号方案水平膜带间距为10 cm，灌水量为200 mm，深层渗漏为586 mm，可见在根层下部铺设水平膜带对减少深层渗漏是有一定效果的，并且随着膜带间距的缩小，效果增强。但总体上讲，铺设水平膜带的效果并不十分明显，特别是间距较大时，与不铺膜的情况比较接近，当间距较小时才有一定效果，40 cm宽的膜带，间距10 cm左右时，深层渗漏仍然为灌水量的1/3左右，但总灌水量下降了1/4；4号方案为U型铺膜，水平投影宽度为40 cm，两边各折起20 cm，间隔宽度为40 cm，效果与3号方案即水平铺膜间隔宽度10 cm时基本相同；5号方案同样为U型铺膜，间隔宽度为10 cm，是本次试验中效果最为明显的，深层渗漏为396 mm，为不铺膜方案的1/2，且总灌水量降低了40 mm。由试验结果可以看出，U型铺膜减小深层渗漏的效果比水平铺膜显著，缩小铺膜间距也能明显减少深层渗漏。
方案1灌水量/mm1土壤贮水量变化/mm1深层渗漏/mm1号1240.01-1.0180.22号1240.0110.7168.43号1200.01-19.4158.64号1200.01-17.1156.35号1200.01-0.4139.6各方案条件下40 cm深土壤贮水量变化过程见图2。铺膜的四种方案与不铺膜相比，根层土壤含水量的变化过程非常相似。在整个生育期内，各方案根层土壤含水量都能较好地控制在适宜的范围，根层土壤干湿周期变化没有出现灌水后根层土壤长期处于高含水量从而影响到芹菜生长的情况，现场各种方案芹菜生长状况也没有明显区别，长势良好，这说明本试验中各种铺膜方案采用的膜带布置参数都比较合适。从图2中也可以看出铺膜对灌水周期的影响；不铺膜时各个阶段的灌水周期不同，在5～15 d之间；铺膜后，周期有所增长，变为8～18 d；除2号方案外，铺膜方案均比不铺膜减少了一次灌溉，减少灌溉水量为40 mm。源于：论文封面格式范文www.7ctime.com
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