塑料大棚双孢菇小型行走式喷雾系统灌溉研究

梁 谦，贾生海，安进强

（甘肃农业大学工学院，甘肃兰州730070）

近年来，我国温室、塑料大棚等设施作物种植面积增长迅速，但由于受小型温室喷灌（雾）系统应用技术落后的制约，生产经营者大多沿用传统的灌溉方式与施肥方法。这种经营方式不仅造成水肥浪费，而且劳动强度大、生产效率低，甚至造成生态环境恶化，农产品品质也无法得到保证。

武威地区位于石羊河中上游，是石羊河流域经济发展最快、人口密度最大的农业城市之一[1]，农业用水与生态用水之间的矛盾尤为突出。石羊河流域深居大陆腹地，属大陆性温带干旱气候，年平均降水量为222 mm，流域内可利用水资源量为17.6亿m3[2]，按现有人口和耕地计算，人均水资源量为775 m3，低于甘肃省人均水资源量的1 150 m3[3]，属典型的资源型缺水地区。随着经济社会的发展和人口的增加，河西内陆河流域农业灌溉用水大幅增加，水资源短缺现象日益严重，已成为河西地区生态、经济、社会发展的“瓶颈”[4]。设施农业利用人工建造的设施为农业生产提供良好的环境条件，提高了水土及光热资源的利用率，是区内农业持续发展的有效途径。结合我国西北地区塑料大棚的实际需要，由甘肃农业大学自主研发了行走式喷雾增湿系统，本试验在武威地区对该系统的性能进行了比较研究。

1 试验设计及系统工作原理

1.1 试验设计

1.1.1 试验地概况 试验于2009—2010年在甘肃省武威市谢和镇食用菌栽培基地进行。武威地区是典型的大陆性气候，年平均气温7.8℃，极端气温最高36.6℃，最低-29.8℃。年降水量60～610 mm，蒸发量 1 400～3 010 mm，日照时数2 200～3 030 h，无霜期 85～165 d[5]。

1.1.2 试验材料 甘肃农业大学自行设计的小型行走式喷雾系统、传统固定式喷雾系统、双孢菇、750 W水泵、电焊机、温度计、土壤水分传感器、环刀、烘箱、电子秤、量杯。

1.1.3 试验设计 试验在双孢菇塑料大棚（大棚宽6 m，长60 m）内进行，采用小型行走式喷雾系统、传统固定式喷雾系统，研究使用2种喷雾系统灌溉后的土壤含水量、喷洒均匀度、大棚内温度、双孢菇产量。设小型行走式喷雾系统为处理（T），传统固定式喷雾系统为对照（CK）。

1.2 测量项目及方法

1.2.1 土壤含水量的测定 用土钻取土，烘干法测量土壤质量含水量。在塑料大棚双孢菇生长期（2009年12月25日至2010年4月25日）内，每隔3 d测量1次。测量深度为48 cm，分4层，第1层18cm（双孢菇基料底层），其余每层10cm。结果取平均值。

用TGR型土壤水分传感器测量土壤体积含水量。在塑料大棚双孢菇生长期内，每天8：00，10：00，12：00，14：00，16：00，18：00 观测，共 6 次；测量深度为48 cm，分4层，第1层18 cm（双孢菇基料底层），其余每层10 cm。结果取平均值。

1.2.2 喷洒均匀度的测定 将同等规格的量杯布置成25 cm×25 cm方形矩阵、25 cm×25 cm梅花形矩阵[6]（用于行走式）或夹角为15°的辐射形[6-8]（用于固定式），小型行走式喷雾系统行走2个来回（固定式喷雾系统喷洒一定时间）后，通过称量量杯中水的质量，测定喷洒均匀度系数。

1.2.3 双孢菇产量测定 用电子秤分别称量T处理与对照（CK）每茬双孢菇的质量，待双孢菇全部收获后，分别统计所有双孢菇的总质量，比较处理与对照之间的产量。

2 结果与分析

2.1 土壤含水量的分析

在试验地田间持水率均为19.76%（取各层平均值）的条件下，根据30次测定的不同深度土壤含水量数据得出，处理T土壤水分平均值的变幅在18.616%～17.683%之间，对照（CK）土壤水分平均值的变幅在18.015%～12.148%之间。处理T每层土壤含水量明显高于对照（CK）同等深度的土壤含水量，最大差值在土壤深度48 cm处，达5.535%；最小差值在双孢菇生长基料底层18 cm处，差值为0.601%。土壤含水量随土层深度呈曲线型变化（图1）。以土壤含水量θ和土层深度h为变量，对土壤含水量进行简单的分析，其对数回归方程为T：θ=－575.14 ln h＋1 699.1，R2=0.9942；CK：θ=－76.45lnh＋238.11，R2=0.993。

2.2 喷洒均匀度的分析

Christiansen最早提出了描述喷灌水量分布均匀程度的定量指标——克里斯琴森均匀系数CU[6]，其计算公式为：

式中，xi为第 i测点的降水量（g）；x为降水量平均值（g）；N为量筒数（即测点数）。

将量杯分别布置成梅花形、方形、辐射形（对照量杯采用此种布置）来测量处理T和对照（CK）的喷洒均匀度系数CU。称量量杯中收集的水的质量（含量杯质量），考虑到边际不均匀性[9-10]，去除喷头1和喷头8的数据，计算喷洒均匀度系数，试验结果列于表1。

表1 不同布置形式的CU

试验结果表明，梅花形布置、方形布置和辐射形布置，处理T的喷洒均匀度系数CU均明显高于对照；梅花形布置时，处理T的喷洒均匀度系数CU可达到84.1。处理T喷洒均匀度系数CU明显高于对照的主要原因为行走式喷雾系统喷洒的水滴直径小，雾化程度高，水滴降落至土壤后，水分的水平运移速度快，垂直运移速度慢；而固定式喷雾系统喷洒的水滴直径较大，雾化程度低，水滴降落至土壤后，水分的水平运移速度较慢，垂直运移速度较快，因此，行走式喷雾系统喷洒的水分入渗更均匀，更有利于双孢菇的生长。该结论与韩文霆等[7]研究结论一致。

2.3 双孢菇产量的分析

2009年12月25日至2010年4月25日期间，处理T塑料大棚收获的双孢菇总产量为2 916 kg，比对照塑料大棚收获的双孢菇总产量（2 275 kg）提高了28.18%。

3 讨论

（1）小型行走式喷雾系统喷灌机工作压力为2～5 kg/cm2，喷水量 6 m3/h，主机质量≤10 kg。与传统的固定式喷灌系统相比，其具有操作简单、维修方便；整体质量小，使用时轻巧、便捷[11]；使塑料大棚内设计的“凸”形轨道负载小，不易变形，故障率低，节约用水量等优点。同时，小型行走式喷雾系统适用于跨度为4～8 m、长度可达60 m的塑料大棚，运行平稳，无噪声。

（2）行走式喷雾系统喷洒的水滴直径小，雾化程度高，水滴降落至土壤后，水分的水平运移速度快，垂直运移速度慢，而固定式喷雾系统则相反。小型行走式喷雾系统喷洒均匀度系数≥84%，传统的固定式喷灌系统喷洒均匀度系数＜75%。二者相比，行走式喷雾系统喷洒更均匀，水分入渗更均匀，更有利于双孢菇的生长，对节约用水及提高双孢菇的产量都有重要的意义。

（3）小型行走式喷灌机适于在塑料大棚内进行机械化作业，能根据作物的不同生长习性及生理特点，进行不同水量和施肥量的调节[12-16]，而且该系统可以调节喷杆的高度，适用于喷灌植株较矮的多种设施农作物，具有广阔的应用前景。

（4）针对西北地区老式喷雾系统喷洒农药浪费严重且采取人工喷施的现象，该喷雾系统可替代塑料大棚人工喷施农药，节省劳动力，降低生产成本。而且小型行走式喷雾系统投资成本、主机额定功率、运行成本等均比固定式喷雾系统低，适合进行推广和投资。

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