一种作物“V”沟滴灌集雨调亏种植方法与流程

本发明涉及一种作物“v”沟滴灌集雨调亏种植方法，属于水资源管理和通信网络技术领域。

背景技术：

我国是一个水资源匮乏的农业大国，国情的突出特点是人多地少，人增地减，资源短缺。据水利部对我国水利资源的评估，我国人均水量仅是世界人均水量的1/4，单位耕地平均水量约为世界平均水量的3/4，都低于世界平均水平。并且在各个用水部门中，灌溉用水量约占全国总用水量的80％以上。自20世纪50年代以来，我国农业取得了显著的成绩，以世界9％的耕地养活了世界22％的人口。但是，多年来我国的农业高产出都是以高投入为基础的。我国灌溉水的有效利用率不及发达国家的50％。这种高耗低效导致了对水土资源的过度开发和生态环境的恶化。造成这种现象的原因一方面在于灌溉设施的缺陷和管理方法的落后，另一方面则成因于节水灌溉技术的滞后。据专家预测，到2020年前后，我国农业缺水将达1000×108m³，缺水形势将更趋严峻。因此，大力发展节水农业，推广节水灌溉的形势显得十分迫切。提高农作物的水分利用率，对于缓解水资源危机，保障我国粮食安全、生态安全和社会可持续发展具有重要意义。

微灌技术是世界范围内应用最为广泛的高效节水灌溉技术。其中，滴灌作为微灌里一种高效精准的灌溉技术，是微灌技术的主要形式之一。滴灌具有灌水均匀、高效节水节肥、改善作物品质、增产增收、提高灌溉水利用效率等优点，是中国大面积推广应用的高效节水灌溉方式之一。

集雨种植技术以雨水就地富集利用为核心，适用于水资源缺乏的旱平地或缓坡地，主要是通过改变农田地表微地形，使农田内的蒸发面积降低，同时使降雨由垄面向种植沟内汇集，实现有限降雨在农田特定空间内的再分配和积蓄，种植沟内富集、保留和积蓄尽可能多的降水，从而达到雨水高效利用的目的。农田集雨种植技术是一种复合技术模式，将地膜覆盖和沟垄种植有机结合起来，降雨从覆膜垄面形成小型径流，汇集到种植沟内，形成特有的农田调控水分方式。大量研究表明，集雨栽培技术能明显提高作物产量和水分利用效率，有效调控土壤水分亏缺，降低土壤无效蒸发，提高土壤含水率，增加地表径流的收集效率，减少水土流失，而且还能有效提高作物对养分的吸收利用效率，增加土壤温度，活化土壤养分，抑制土壤盐碱化的发生，优化农作物对光照的需求，提高农作物的叶绿素含量和光合效率。目前，国内外学者主要针对小麦、玉米、谷子、糜子、马铃薯、油菜、苜蓿、燕麦和苹果等进行了大量垄沟集雨栽培研究，研究内容涉及集雨技术对作物根系、土壤水分变化、土壤温度、土壤水热状况、果实产量、水分利用效率、灌溉水质、不同沟垄比对土壤呼吸及其对水热因子等方面产生的影响及雨水收集效率。但是在集雨栽培条件下，作物生育期内进行适量调亏灌溉对作物产量、品质及水分利用效率等方面的研究鲜有报道。

调亏灌溉是在非充分灌溉的基础上衍生出的一种新型灌溉技术，它是调控亏水度灌溉的简称。从国内外研究可以看出调亏灌概应是根据作物对缺水的反映，在适当的时间人为造成水分亏缺，而不影响作物产量或影响很小，甚至有利于作物增加产量的一种灌溉决策方案。调亏灌溉是一种新型的节水灌溉方式，在作物生育期的某一个阶段施加一定程度的水分亏缺，提高作物的抗旱能力，同时也可以改变光合产物在不同组织器官的分配，减少营养器官所占用的有机物质总量，从而获得更高的经济产量。因此，调亏灌溉可以有效提高不同节水技术的节水效率，减少土壤水分过度浪费。

技术实现要素：

本申请将集雨种植技术与农田水分调亏滴灌相结合，形成农田集雨调亏滴灌技术，并在滴灌管下开挖不同坡度的“v”型微沟，通过与传统大田灌溉对比，探究一种新型干旱半干旱地区集雨调亏微沟滴灌技术对农田水分利用效率及对作物产量、品质(vc含量)等的影响，为我国节水灌溉与作物优质高产提供一条切实有效的技术途径，其研究成果对进一步完善灌溉农业中集雨种植模式提供一定的理论依据，同时可为缓解水资源匮乏、解决灌水利用效率低下的问题提供一种重要的技术实践途径，对推动旱区节水农业发展有重要的理论和实践意义。

目前，与本发明最为相近的技术为集雨限量补灌技术，限量补灌是指在水资源较少的情况下，根据作物各关键生育期需水特性，补充少量灌水，减少非关键期的供水，从而满足作物正常生长需要，降低因干旱胁迫而导致的减产。此技术仅仅是针对作物需水关键期进行水量的补灌，而且通常会研究补灌对不同土层土壤含水量的影响，而本发明的水分调亏技术是从田间土壤含水量出发，严格控制不同生育期的土壤水分含量，并且在调亏之后，及时“复水”，相对于限量补灌技术而言，从土壤含水量出发，更加精准地控制了土壤水分含量，由于调亏后的及时“复水”，使得水分调亏技术具有节水增产的效果，而限量补灌只是降低因干旱胁迫导致的减产，并未增产。

此外，“v”沟技术仅在垄上、传统种植方式中出现过，并且室内实验研究较多，在针对作物集雨调亏种植模式中未见使用“v”沟技术。

经分析，发现现有技术存在如下缺点：1)集雨限量补灌技术可以降低因为干旱胁迫而导致的减产，但对比充分灌溉，此项技术并未起到显著增产作用。2)现有技术从作物需水关键期出发，补充少量灌水，并未从土壤含水量出发，对土壤水分含量进行较为严格的控制。3)现有技术并未探讨针对集雨调亏模型下的“v”型沟滴灌技术对作物及水分利用的影响。

因此，本发明提出一种作物集雨调亏“v”沟滴灌技术，该技术由集雨、调亏灌溉和“v”沟滴灌技术相结合。在进行垄沟集雨的同时对作物不同生育期进行不同程度的调亏灌溉控制，并采用“v”沟滴灌技术。

本发明采用下述的技术方案：

一种作物“v”沟滴灌集雨调亏种植方法，由集雨、调亏和“v”沟滴灌种植方法相结合。调亏为在作物的不同生育期采用不同的调亏灌溉处理，包括中度亏水处理和轻度亏水处理；集雨采用“龟背式”集雨，设置一定的沟垄比，垄上覆黑地膜；滴灌种植采用一管一行，滴灌滴头布置在作物根部附近；“v”沟是指在集雨沟内，滴灌管下方开挖不同坡度的“v”型沟，设置一定坡度。

优选地，作物为青椒时，生育期划分为苗期、开花坐果期、结果盛期和结果后期。

优选地，在结果后期对青椒进行中度亏水处理，其他生育期正常充分灌水。

优选地，沟垄比为60:40；滴头流量选取1.8l/h～2.2l/h，滴头间距30cm，植株行距选取50cm，株距30cm；“v”沟坡度为45度。

中度亏水处理的灌水下限为田间持水量的60％，灌水上限为田间持水量的70％；所述轻度亏水处理的灌水下限为田间持水量的70％，灌水上限为田间持水量的80％；所述正常充分灌水的灌水下限为田间持水量的80％，灌水上限为田间持水量的90％。

本发明使用河北工程大学历年来的试验数据，对不同处理进行方差分析，结果表明，本发明所提技术方案对比充分灌溉，能够提高水分利用效率、作物产量，改善作物品质，并且达到节水的目的。

附图说明

图1是“v”沟集雨调亏滴灌田间种植示意图；

图2是传统平作(畦灌)种植示意图；

图3是集雨调亏滴灌种植示意图；以及

图4是集雨调亏滴灌种植俯视示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

优选地，本发明以青椒作物为例。将集雨调亏灌溉与“v”沟滴灌技术相结合，田间种植示意图如图1所示。我国北方地区常采用传统平作(畦灌)种植示意图，见图2所示。此外，集雨调亏种植示意图，见图3所示。为方便对比，所有种植方式采用同一种滴灌方式，俯视示意图见图4所示。

1滴灌技术

滴灌是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，具有节水、节肥、省工、增产增收等优点。滴灌为局部灌溉，与地面灌溉和喷灌等灌溉方式相比，地面蒸发损失相对较小而作物蒸腾所占比例提高，因此滴灌条件下的作物需水规律与其他灌溉方式有所不同，是减少灌溉水需求的重要手段，并且在有高度自动化和远程控制网络的地方，更容易将灌溉决策集中在中央办公室。

本发明采用具有节水增产效果的滴灌进行灌溉，一管一行，滴灌滴头布置在青椒根部附近，滴头流量选取1.8l/h～2.2l/h，滴头间距30cm。植株行距选取50cm，株距30cm。俯视示意图见图4所示。

2“v”沟滴灌技术

“v”沟滴灌技术是一种新型种植技术，可以有效防止滴头堵塞，明显提高0—40cm土壤含水率和作物产量。本发明，在集雨沟内，滴灌管下方开挖不同坡度的“v”型沟，设置坡度分别约为25度、45度、65度，经实地试验，得出45度坡度与25度坡度下青椒的水分利用效率及产量较大，且经方差分析得出，45度坡度与25度坡度下种植的青椒在产量与品质方面差异不显著，本发明以45度坡度左右的“v”沟滴灌为例进行说明。种植示意图如图1所示，“v”沟坡度为45度左右(即ab与cd之间的夹角约为135度左右。

3集雨技术

集雨种植技术以雨水就地富集利用为核心，通过改变农田地表微地形，使农田内的蒸发面积降低，同时使降雨由垄面向种植沟内汇集，实现有限降雨在农田特定空间内的再分配和积蓄，种植沟内富集、保留和积蓄尽可能多的降水，从而达到雨水高效利用的目的。农田集雨种植技术是一种复合技术模式，将地膜覆盖和沟垄种植有机结合起来，降雨从覆膜垄面形成小型径流，汇集到种植沟内，形成特有的农田调控水分方式。

本发明集雨方式采用“龟背式”集雨，集雨处理沟垄比采用“60：40”及“60：60”两种方案，垄上覆黑地膜(厚约0.012mm)，黑地膜保肥、保水能力强，抑制杂草，覆盖土壤增温幅度小，有利于促进作物根系正常生长，对蔬菜的生长有利。通过试验发现，针对邯郸地区青椒作物来说，集雨种植选取沟垄比“60：40”方案较为合适，在此沟垄比下青椒水分利用效率、产量相对较高，本申请以沟垄比“60：40”方案为优选实施例，种植示意图如图3所示。

4调亏灌溉技术

经过国内外学者研究发现，并不是作物在每个生育期的任何程度的水分亏缺都会使其产量下降，相反，某一生育期适宜的水分亏缺造成作物生长发育的延缓，但在其复水后会产生复水补偿效应，不同的作物会产生不同的适应亏水机制。因此，针对不同地区不同作物的调亏灌溉的研究可以为其指定合理的灌溉模式，提供理论指导依据。本发明针对邯郸地区青椒作物集雨调亏滴灌种植模式，在青椒每个生育期分别设置两种调亏灌溉处理，分别为：中度亏水处理(用m表示，灌水下限为田间持水量的60％，灌水上限为田间持水量的70％)；轻度亏水处理(用l表示，灌水下限为田间持水量的70％，灌水上限为田间持水量的80％)。两种调亏灌溉与正常充分灌水(用n表示，灌水下限为田间持水量的80％，灌水上限为田间持水量的90％)进行对比，具体见表1所示，其中，“v”沟集雨调亏滴灌技术用tir表示(i＝1、2、3……8)；集雨调亏滴灌技术用t＇ir表示(i＝1、2、3……8)；传统平作(畦灌)用tib表示(i＝1、2、3……8)；设置三种对照分别为“v”沟集雨调亏滴灌、集雨调亏滴灌和传统平作(畦灌)种植方式的充分灌溉，分别用ckr、ck＇r、ckb表示。所有处理设置两组重复。本试验青椒品种采用“金福来”，青椒生育期划分为苗期、开花坐果期、结果盛期和结果后期。其中苗期和开花坐果期生育期天数约为32天左右，结果盛期和结果后期生育期天数约为48天左右，青椒总生育期天数约155天。试验在河北工程大学精准灌溉试验场，自动遮雨棚下进行。在调亏灌溉期间遇到特大降雨，将打开自动遮雨棚。

表1不同生育期不同种植方式的调亏灌溉处理

通过对不同试验处理收集的数据资料进行方差分析发现，本发明将上述4种技术结合在一起，起到多重节水的作用，能够充分利用水资源，并且可提高作物产量与品质。具体分析如下：

1各种植方式的不同调亏灌溉处理对青椒产量的影响

通过对各年试验数据分别进行方差分析，得出开花坐果期轻度亏水处理就会对产量造成显著影响，可见该时期是青椒作物需水关键期；结果盛期轻度亏水处理对产量影响不大，但中度亏水处理会对产量造成显著影响；在结果后期轻度及中度亏水处理对产量影响均不显著。

三种种植方式，同种调亏灌溉处理下，产量由大到小均依次为：“v”沟滴灌集雨调亏灌溉种植产量>集雨滴灌调亏种植的产量>传统平作(畦灌)调亏灌溉的产量。

所有处理中，产量最大的为结果后期“v”沟集雨调亏滴灌。

从作物长势和产量的方差分析中，可以明显看出无论哪种方式的集雨种植青椒的长势及产量均明显优于传统平作。

2各种植方式的不同调亏灌溉处理下对青椒品质(vc)的影响

对同一种种植方式来说，vc含量较高的为苗期轻度和中度水分调亏处理，开花坐果期中度亏水处理，结果盛期和结果后期轻度亏水处理、结果后期中度亏水处理的青椒。总体说来，适度的水分调亏处理对vc含量会造成一定影响。

对不同种植方式，相同的调亏处理来说，“v”沟集雨调亏滴灌种植方式下的青椒vc含量最大，其次是集雨调亏种植方式，最后是传统平作种植。

试验发现调亏灌溉处理下的青椒vc含量普遍比充分灌溉条件下的vc含量要高，三种对照vc含量从大到小依次为：“v”沟集雨滴灌种植，其次是集雨种植，最后是传统平作种植。

3各种植方式不同调亏灌溉处理下对青椒水分利用效率的影响

青椒水分利用效率见公式(1)所示：

wue＝y/et(1)

式中wue为水分利用效率(依据经济产量)，y(以kg/hm²为单位)为经济产量，et(以mm为单位)为全生育期玉米田总耗水量。

在相同种植方式情况下，通过方差分析得出开花坐果期中度亏水会对青椒水分利用效率产生极其显著的影响，这个时期的中度亏水处理会造成水分利用效率的显著下降。其余时期的调亏灌溉，均不会对水分利用效率产生显著影响。

在不同种植方式，相同调亏灌溉处理情况下，青椒水分利用效率从高到低排序均为：“v”沟集雨滴灌种植，集雨滴灌种植，传统平作。

此外，通过对不同水分调亏处理下，各年青椒产量、vc含量、水分利用效率的试验数据分别进行方差分析，通过f检验和p检验均说明数据无显著性差异，年试验数据差异性主要来自各个试验处理，并不是来自于年际差异。

通过上述分析，综合考虑经济效益，得出在结果后期进行中度亏水处理，其他生育期正常充分灌水的“v”沟集雨滴灌种植最佳。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，包括但不限于“v”沟坡度的改变，调亏方案的变化，集雨种植中沟垄比的变化，滴头流量的变化，均应包含在本发明的保护范围之内。