垄作沟播喷灌对农田小气候及油葵光合特性的影响

摘要 通过对比试验区内外气象数据及作物生长阶段冠层温度、光合及蒸腾指标，分析垄作沟播喷灌系统农田小气候变化特征，研究不同喷灌处理对光合、蒸腾指标的影响。结果表明，垄作沟播喷灌可以降低作物生育期环境温度，试验区内环境湿度明显高于试验区外。油葵冠层温度随灌水定额的不同有不同程度的变化，垄沟处理对于调节叶面温度、改善作物呼吸状况具有积极作用。垄作沟播喷灌对灌溉水可叠加利用，无论是全天还是各生育期，其光合速率均相对较高，对作物产量形成及光合产物的分配具有积极作用，而T3、T4处理蒸腾速率明显低于对照（CK）。

关键词 垄作沟播；喷灌；农田小气候；光合特性；油葵

中图分类号 S 275.5  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）02-0212-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.02.052

Effects of Ridge Planting， and Furrow Sowing and Spray Irrigation on the Farmland Microclimate and Photosynthetic Characteristics of Oil Sunflower

DING Lin1， WANG Fu-xia2， WU Jie1

（1.Gansu Research Institute for Water Conservancy， Lanzhou，Gansu 730000;2.Gansu Water Conservancy and Hydropower Survey， Design and Research Institute Co.， Ltd.， Lanzhou， Gansu 730000）

Abstract Based on the comparison of meteorological data and canopy temperature， photosynthesis indices， transpiration indices and other indices of crop during the growth period inside and outside the test area， the characteristics of microclimate change in the field in ridge planting， and furrow sowing and spray irrigation system were analyzed. The effects of different spray irrigation treatments on the photosynthetic and transpiration indices were analyzed. The research results showed that ridge planting， and furrow sowing and spray irrigation could reduce the environmental temperature during the growth period of crop， and the environmental humidity inside the test area was significantly higher than that outside the test area.The canopy temperature of oil sunflower varied with the irrigation quota.The ridge planting and furrow sowing treatment had positive effects on regulating leaf temperature and improving the crop respiration. The irrigation water could be superposed and used in the ridge planting， and furrow sowing and spray irrigation system. The photosynthetic rate was relatively high in the whole day and all growth stages. The ridge planting， and furrow sowing and spray irrigation had a positive effect on the formation of crop yield and distribution of photosynthetic products. The transpiration rate in T3， T4 treatments was obviously lower than that of the control（CK）.

Key words Ridge planting and furrow sowing;Spray irrigation;Farmland microclimate;Photosynthetic characteristics;Oil sunflower

基金项目 甘肃省重点研发计划项目（20YF3NA011）；国家自然科学基金项目（51769002）；甘肃省水利科研与推广计划项目（202104，202204）。

作者简介 丁林（1978—），男，甘肃武威人，正高级工程师，从事旱区水资源利用及节水灌溉理论技术方面的研究。

收稿日期 2022-02-11

垄作沟播喷灌技术是近几年科研人员在实践中提出的一项新型节水栽培技术。它结合了垄作沟播栽培技术与喷灌技术的特点［1-2］，主要应用于降水量250～500 mm的地区。该技术可改善作物生长环境，提高作物水分利用效率及产量［3-5］，非常适合井灌区管道灌溉系统。以往对垄作沟播技术的研究大多集中在旱作农业区，主要研究内容集中在垄沟种植对作物产量、水分利用效率、作物生理生态、土壤性质、土壤微生物等方面的影响［6-12］，研究作物涉及玉米、小麦、马铃薯、牧草、南瓜等。关于农艺及灌溉措施对农田小气候的影响研究大多集中在地膜覆盖、灌溉与秸秆覆盖、喷灌、膜下滴灌、施肥等对农田小气候的影响及作物水分利用等方面［13-20］。关于作物垄作沟播条件下光合特性的研究大多集中在旱地耕作条件下以及不同覆膜方式、水分胁迫对光合特性的影响［21-24］。然而，关于垄作沟播喷灌条件下农田小气候变化及光合特性的研究较少。喷灌条件下农田小气候与光合特性的改善是提高作物产量和水分利用效率的主要原因之一。笔者根据大田试验资料，研究全膜垄作沟播喷灌对农田小气候的影响及油葵光合特性变化，以期从机理方面揭示农田小气候及光合特性与作物产量及水分利用效率之间的关系，为农田高效用水提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2020年4月至2021年9月在甘肃省水利科学研究院民勤灌溉试验站进行。试验区地处民勤绿洲和腾格里沙漠交界地带，属于典型的大陆性荒漠气候。研究区气候干燥，光照充足，降水量少，蒸发量大，多风沙。多年平均气温7.8 ℃，多年平均降水量110 mm，多年平均蒸发量2 644 mm。试验区土质0～60  cm为黏壤土，大于60 cm逐渐由黏壤土变为砂壤土，土壤平均容重为1.54 g/cm3，灌溉水为地下水，埋深30 m，矿化度0.91 g/L。

1.2 试验设计

试验以油葵（品种为“矮大头”）为研究作物，不同灌水定额各设置4个处理，以常规覆膜喷灌为对照（CK），每个处理重复3次，共15个试验小区，各小区随机布置。试验区垄沟规格为大小垄，大垄宽70 cm，小垄宽40 cm，沟深15 cm，用双垄沟播机完成起垄覆膜。种子播在垄沟内，行距与垄沟规格一致，大行距70 cm，小行距40 cm，每穴1～2粒，株距20 cm，每穴留苗1株，对照处理一膜三行，膜宽1.45 m，行距45 cm，株距30 cm。田间喷灌方式为半固定式喷灌，喷头采用正方形布置，喷头流量为1.0 m3/h，射程6.5 m，工作压强0.25 MPa，每个小区面积6.5 m×6.5 m。各处理施肥及农艺措施均保持一致。试验小区冬季储水灌溉定额120 mm，2年各处理生育期灌水定额分别为25 mm（T1）、30 mm（T2）、36 mm（T3）、42 mm（T4），对照（CK）处理灌水定额42 mm，灌水次数均为5次。

1.3 测定指标与方法

1.3.1

农田小气候观测。通过PC-8便携式气象站（锦州阳光气象科技有限公司）测定温度、湿度、风速、降水等气象因素，小气候站安装在T3处理所在试验小区，采用太阳能供电，自动观测记录数据，观测时间间隔为每30 min 1次。

1.3.2

作物冠层温度测定。使用红外测温仪分别在10：00和16：00测定油葵冠层温度，每个处理选择作物上、中、下3处叶片观测，重复3次。

1.3.3

光合特性测定。使用ECA-PB0402（北京益康农科技发展有限公司）在作物不同生育期10：00和16：00测定光合速率、蒸腾速率；在每个生育期灌水后选定其中一天从09：00到19：00每隔2 h测定1次光合特性，分析其全天变化。

1.3.4

气象资料观测。通过安装在距离试验区约50 m处气象观测场的 TRM-ZS2 全自动气象站（锦州阳光气象科技有限公司）观测并记录温度、湿度、降水量、蒸发量、风速、风向、日照时数、辐射量等气象因素，数据观测时间间隔为每30 min 1次。

1.4 数据统计与分析

使用Excel 2016软件进行数据处理和制图，使用DPS 6.05统计软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 喷灌对环境温度的影响 通过对2020年试验区油葵生育期农田小气候站与试验观测场气象站逐月环境温度（图1）

对比发现，小气候站环境温度变化趋势与试验区外气象站一致，该试验条件下由于灌溉原因，小气候站环境温度较气象站均有不同程度降低，最大时可降低1.5 ℃以上，说明喷灌处理在高温时段可适当降低环境温度，使作物在高温时段免受侵害或减少侵害。通过对比历次灌水前后农田小气候站与试验观测场气象站72 h内环境温度（图2）发现，第1～4次灌水时小气候站环境温度峰值低于气象站，说明喷灌系统改善了田间小气候，有利于作物生长。第5次灌水时油葵已经接近成熟，大部分叶片枯黄，喷灌调节田间气候的能力减弱。

2.2 喷灌对环境湿度的影响

从图3可以看出，在油葵生育期试验区外气象站环境湿度变化不大，均为20%～30%，而试验区小气候站环境湿度明显高于试验区外气象站环境湿度，尤其在灌水过程中环境湿度明显增大，且随着作物的生长，其环境湿度也不断增加，也就是说灌水期间和灌水后作物通过蒸腾作用蒸发消耗水分能够使试验区环境湿度增加。通过对比历次灌水前后72 h内环境湿度（图4）发现，每次灌水期间试验区小气候站环境湿度变化明显，而试验区外气象站环境湿度变化较为平缓，尤其在第3～5次灌水时更为平缓。以上结果表明，喷灌对试验区环境湿度的影响较为明显。

2.3 喷灌对油葵冠层温度的影响

对第2次灌水前后（6月5和7日）观测的油葵冠层温度进行分析，分别在10：00和16：00测定，结果见表1。作物冠层温度随蒸腾蒸发量的不同有不同程度的变化，灌水较多的处理蒸腾蒸发量较大，冠层温度则较小，即蒸腾蒸发可调节叶面温度，适度灌水对于调节叶面温度、改善作物呼吸状况具有积极影响。在灌水前随着土壤水被不断利用，各处理土壤含水量差异较小，灌水前2个时段各处理冠层温度差异都不大，10：00时冠层温度最高值与最低值相差0.30 ℃，16：00时相差0.81 ℃。灌水后各处理冠层温度随灌水定额的不同而变化，其中T3和T4处理在10：00时冠层温度较T1处理分别降低1.67和1.80 ℃，在16：00时冠层温度较T1处理分别降低1.24和2.44 ℃，虽然CK灌水定额与T4处理相同，但其灌水后冠层温度显著高于T4处理（表1）。由此可见，灌水定额及耕作播种方式直接影响作物冠层温度，对灌水后冠层温度的影响较大，随着灌溉水的不断消耗，影响逐渐减弱。