1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
水是生命之源、生产之要、也是生态之基。当前，水资源俨然成为一个国家综合国力的有机组成部分[1]。近年来，随着我国人口数量的增加，社会经济的迅速发展，水资源的需求量也在不断增加。当前，我国的水资源现状呈现出三个特点：（1）水少，即人均供水严重不足；（2）水污染严重；（3）水利用效率低下。长期以来，我国水资源采用粗放利用方式，忽视水循环利用，造成水资源的极大浪费[2]。推广节水农业技术可提高水资源的利用率并且保障我国水、粮食和生态安全，因此建设建设现代节水农业具有重要意义。工程节水技术在农业水资源高效利用方面是目前世界上应用最广泛、最有效的技术措施，其包括地上、地面和地下灌溉工程技术[3]。
作为农业大国，且自然条件适宜果树的生长，果树的种植在我国一直占据重要位置。随着国家农业结构的深化调整，水果产业已经成为我国农业生产的重要组成部分。在山东、陕西、河南、河北等许多地区，果树产业已成为支柱产业。
葡萄作为落叶藤本植物，因其具有较强的适应性、效益高、结果早，所以是我国种植十分广泛的落叶果树种类之一。目前我国共有 29 个省、市以及自治区种植葡萄，全国葡萄种植面积约为 1300 万亩[4]。陕西种植葡萄有上千年历史[5]。 近年来，我省的葡萄产业发展迅速，其中关中地区的葡萄种植面积约占全省的 90%[6]。陕西省葡萄树栽培面积于2017 年底已达到 5.42 万公顷，产量达到 68.15 万吨，栽培面积和产量占全省果树比例分别达 4.09%和 3.78%，均处于陕西省果树产业第六位（陕西省统计年鉴 2018）[7]。2017年葡萄总产值达到近 60 亿元，在全省种植业中有着举足轻重的作用。近年来我省关中地区的鄠邑、长安、渭南和宝鸡的葡萄产业发展迅猛，特别是户太八号葡萄，历经近 40 年的培育，种植面积已达 40 万亩，约占全省葡萄种植面积的 70%，全国户太八号葡萄总共有 60 万亩左右。
..............................
1.2 国内外研究进展
本文主要以葡萄树为试验材料进行竖管地下灌溉技术的相关研究，所涉及内容的国内外研究进展如下：
1.2.1 地下灌溉技术的研究进展
地下灌溉技术属于微灌的范畴，也可称之为局部灌溉，按照地下灌水器种类的不同，可将其分为：痕量灌溉、无压灌溉、负压灌溉、地下滴灌和微润灌溉等[9]。
地下滴灌与地表滴灌的流量范围与大致相同，主要区别之处在于地下滴灌是利用地表下灌水器向作物施水。上世纪 20 年代美国的 Charle Lee 发明的多孔灌溉瓦罐的技术，被认为是世界上现代地下滴灌技术的雏形[10]。当前，地下滴灌已应用于大田作物、经济作物、果树、草坪灌溉等。地下滴灌的示范应用表明，其具有节水节能效果佳、经济效益显著等优点，但存在诸如灌水均匀性差、滴头容易堵塞和维护困难等问题[11-15]。向东[16]等通过对大棚西红柿进行沟灌、滴灌和地下灌溉 3 种灌溉方式的试验表明：地下灌溉水分生产率高，可以使水分作用于西红柿根系主要吸收水分的土层，且不会降低西红柿的品质指标。
Phene[17]等就地下滴灌和地面灌溉进行了多年的田间试验，结果表明：地下滴灌在节水增收方面效果显著，甜玉米的产量比喷灌及沟灌高 12%～14%，西红柿产量比沟灌高 20%。Bosch D J[18] 曾通过大量试验研究地下滴灌和喷灌、沟灌在不同土壤中对苜蓿和甘蔗产量的影响，其研究结果表明：（1）地下滴灌和喷灌条件下苜蓿产量相当，但地下滴灌能够节约大量费用；（2）地下滴灌和沟灌条件下甘蔗的产量表明两种灌溉方式下甘蔗的产量与土壤种类有关，沙土中地下滴灌条件下甘蔗的产量由于沟灌条件下甘蔗的产量，沙壤土中二者持平。
...........................
2 试验区概况及试验方法
2.1 试验区概况
本次田间试验于 2018 年 3 月下旬至 9 月上旬期间进行，试验地点位于陕西西安市鄠邑区甘河镇益美生态农庄,地理坐标为东经 108°46′，北纬 34°16′。鄠邑区位于陕西关中平原中部，南依秦岭，北临渭水，属暖温带大陆性季风气候区，年平均气温 13℃,四季冷暖干湿分明，无霜期 219 天，平均降水量 627 毫米，50%的降水集中在 7-9 月。鄠邑区盛产葡萄，2017 年西安鄠邑区葡萄面积 6.6 万亩，年产量 10 万吨，产值 7.5 亿元，注册集体商标—“户县葡萄”。
本试验的供试作物为 2014 年定植的户太八号葡萄，每 667m3 种植 110 株，株行距2.0m×3.0m。单干双臂整形，中长稍修剪。试验小区果树实行标准化管理。
供试土样取自陕西西安市鄠邑区甘河镇益美生态农庄实验区域葡萄种植地，经 2mm的筛子筛分后果园土壤的主要物理性质见表 2-1。
...............................
2.2 试验方法
试验装置及其平面布置如图 2-1、2-2 所示，采用竖管灌溉，试验装置可分为地上和地下两个部分。地上部分由带刻度的 PE 水桶，水阀，有一定高度的方形平台组成。竖管灌水器位于地下，其管径为 20mm，材质为 PE 管，根据葡萄树根系垂向分布，试验中竖管灌水器管长选为 0.3m；灌水器的一端与地上的储水桶连接，另一端埋入土壤靠近作物根部。根据竖管灌水器工作原理，灌水器个数及其工作压力对灌水量均有影响，为最终优选方案满足省水、节能、高产、便于安装、高效运行几方面要求，结合竖管灌溉室内外试验已有结论，灌水器个数以树干为中心布置为 2 个或 4 个，压力水头设变水头和定水头 2种压力形式，共 5 个水平。本试验定水头处理依据马氏瓶原理密封储水桶，其压力水头等于储水桶出水管与灌水器出水口的垂直高差；变水头处理水桶上端口呈敞开形式，其压力等于桶内水面高度与灌水器出水口的高度差。根据葡萄根系垂直和水平向的分布规律及竖管灌溉入渗特性的研究结果，将灌水器与果树中心的距离设置为 0.5m，水土结合面埋深为 0.3m。每组实验均进行 3 次重复。
.......................
3.1 竖管灌葡萄全生育期耗水规律..........................................17
3.1.1 各物候期灌溉水量变化规律......................................17
3.1.2 试验区土壤水动态变化规律...................................18
4 竖管灌溉葡萄树生长生理特性研究...................................39
4.1 葡萄新稍生长动态....................................39
4.1.1 葡萄新稍长度的变化...........................39
4.1.2 葡萄新稍茎粗的变化..................................41
5 竖管灌溉葡萄综合分析评价..........................................65
5.1 竖管灌葡萄评价指标体系构建.........................................65
5.2 基于层次分析法的综合分析评价....................................65
5 竖管灌溉葡萄综合分析评价
5.1 竖管灌葡萄评价指标体系构建
为了保证优选方案能满足省水、节能、高产、便于安装、运行高效等方面的要求， 选取技术要素评价、产量、水量、果实品质为竖管灌溉葡萄综合效益评价体系中的一级指标，并为技术要素评价和果实品质各自设定相应二级指标，需要说明的是技术要素评价主要针对方案的投资、安装和运行管理，服务于灌水器的推广应用，评价体系的层次结构如表 5-1。
........................
6 结论与建议
6.1 结论
本文在竖管灌溉现有室内试验基础之上，进行了竖管地下灌溉大田试验，分析了竖管灌水器各技术要素对葡萄耗水和生长的影响，建立了包含各处理水量、产量、果实品质及技术要素推广应用评分的综合评价模型，获得结论如下：
（1）根据竖管灌水器邻近测点的土壤含水率，对竖管灌溉条件下葡萄树全生育期各土层体积含水率的动态变化进行探究，结果表明：通过竖管灌水器灌水时，果树全生育期各土层深度含水率较为稳定，均在一定范围内小幅波动。通过对各处理含水率的垂向及径向分布进行分析，对竖管灌溉条件下葡萄树根系层土壤含水率的分布进行探究，结果表明：各处理距灌水器为 20cm 的测点均大于 30cm 测点的土壤含水率，灌水器出水口周围的土壤含水率最高，压力水头大小及灌水器个数对葡萄根部土壤含水率影响不显著。
（2）利用水量平衡分析葡萄树在竖管灌溉条件下的耗水规律，研究表明：葡萄树在其生育期内耗水 390-450mm，耗水主要集中在果实膨大期，约占果树总耗水的 53%，通过 Penman-Monteith 及水量平衡两法，得到竖管灌溉的葡萄树作物系数，探究结果表明：葡萄树作物系数在其生育期内规律为中间大两头小。
（3）本章通过分析竖管灌水期内气象及灌溉水量的日变化，研究了气象因素对竖管灌水量的影响，结果表明：日平均温度与日灌水量波动曲线极值点重合率为 64.7%，有较强的相关性。通过绘制葡萄果实膨大期和着色成熟期的昼夜、小时段灌水量柱状图，研究了竖管灌溉条件下葡萄灌水量的昼夜及小时变化，研究表明：两个物候期内不同处理均为昼间灌水量较大、夜间灌水量较小；小时段灌水量变化具有明显的“双峰”特征。
（4）通过不同竖管灌水器技术要素的双因素交叉试验，对竖管灌溉条件下灌水器个数及压力水头大小对葡萄树灌水量的影响进行探究，研究表明：在葡萄的各物候期，灌水器个数及压力水头大小、形式对果树灌水量有一定影响，各处理灌水量有一定差异，各处理灌水量与压力水头及灌水器个数呈正相关。
参考文献（略）