滲灌條件下日光溫室春夏茬番茄灌溉制度研究

孫 健，成自勇，王鐵良，李 波，蘆曉峰 ，趙 瑩 ，汪小力

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅蘭州730070；2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110866；3.海城市水務(wù)局，遼寧海城114200）

滲灌作為一種新型的節(jié)水灌溉技術(shù)，在日光溫室蔬菜栽培中表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，但針對(duì)該灌溉方式下蔬菜灌溉制度的研究尚不成熟?？茖W(xué)合理的灌溉制度不僅可節(jié)約水量，而且可提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。因此，把灌水要素與作物生長(zhǎng)的水分環(huán)境和作物水分生理聯(lián)系起來(lái)，適時(shí)適量按需進(jìn)行灌溉，且深入研究土壤適宜水分上下限，特別是灌水下限的研究成為一種趨勢(shì)。前人研究表明，適宜的土壤水分有利于番茄產(chǎn)量的提高及果實(shí)品質(zhì)的積累[1-7]。

本研究采用多元統(tǒng)計(jì)主成分分析法，以產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)日光溫室滲灌條件下春夏茬番茄的適宜灌水下限組合進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，旨在獲得春夏茬番茄高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水效果最佳的灌溉制度。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2010年5月中旬至8月末在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院綜合試驗(yàn)基地的日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試土壤為棕壤土，田間持水量為θ1＝40.8%（體積含水率），土壤容重γ＝1.50 g/cm3。供試作物為番茄，品種為遼源多麗。種植前土壤的主要理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。試驗(yàn)以小區(qū)試驗(yàn)方法進(jìn)行，隨機(jī)排列，每個(gè)小區(qū)面積為8m2。在定植前，各重復(fù)間用埋深60 cm的塑料布進(jìn)行防滲透隔離處理（防止水分、養(yǎng)分的互滲或遷移）。番茄株行距為50 cm×50 cm。滲灌管埋深30 cm，出水孔組中心點(diǎn)之間的間距為50 cm，出水孔直線(xiàn)排列，埋設(shè)時(shí)出水孔向上，并在其上覆稻殼，以防灌水時(shí)泥土進(jìn)入滲灌管。

試驗(yàn)將番茄全生育期劃分為苗期、開(kāi)花著果期、結(jié)果盛期及結(jié)果末期4個(gè)時(shí)期，其中，番茄苗期及結(jié)果末期設(shè)相同的水分處理；開(kāi)花著果期及結(jié)果盛期設(shè)3個(gè)不同水平的處理來(lái)控制灌溉。試驗(yàn)方案具體設(shè)計(jì)及計(jì)劃土壤濕潤(rùn)層深度如表2所示。當(dāng)土壤含水量低于設(shè)置的土壤水分控制下限時(shí)，補(bǔ)充灌溉水至灌水上限（田間持水量）。各小區(qū)每次灌水量均按公式（1）計(jì)算。

其中，Q為小區(qū)1次灌水量（m3）；θ1為土壤含水量上限值（田間持水量）；θ2為實(shí)測(cè)土壤含水量平均值（土壤體積含水量）；s為小區(qū)面積（m2）；h為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度（m）；p為土壤濕潤(rùn)比：滲灌取p＝0.7[8]。按灌水后計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤有70%體積被濕潤(rùn)、且濕潤(rùn)后土壤的含水量達(dá)到田間持水量確定1次灌水量。

表2 土壤水分下限控制范圍

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 產(chǎn)量的測(cè)定 用電子秤記錄整個(gè)種植期間的果實(shí)產(chǎn)量。將不同處理每次采收的果實(shí)稱(chēng)質(zhì)量并累計(jì)，總和為該處理的產(chǎn)量。

1.3.2 含水率的測(cè)定 采用時(shí)域反射儀TDR（TRIME）每隔6 d測(cè)定1次土壤含水率。測(cè)取的土層深度自上而下依次為10，20，30，40 cm；并記錄灌水量和灌水時(shí)間。

1.3.3 品質(zhì)的測(cè)定 Vc含量用分光光度計(jì)法測(cè)定；有機(jī)酸含量用堿滴定法測(cè)定；可溶性糖含量用蒽酮比色法測(cè)定[9]。

1.4 采用主成分分析法建立模型

主成分分析法是將研究對(duì)象的多個(gè)相關(guān)變量化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)變量的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，而且這些不相關(guān)的綜合變量包含了原變量提供的大部分信息?，F(xiàn)已知5種處理的3個(gè)節(jié)水效果指標(biāo) Xi（i＝1，2，3），構(gòu)造春夏茬番茄各處理的主成分，首先通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)變量相關(guān)性的研究，構(gòu)造n個(gè)不相關(guān)的綜合指標(biāo)Zi（i＝1，2，……，n），其中Zi被合理地表示為各原始測(cè)定指標(biāo)Xi的線(xiàn)性組合，計(jì)算Zi的特征向量Si及特征值。然后根據(jù)累積貢獻(xiàn)率，保證信息損失很小的前提下選取合適主成分，計(jì)算各處理的主成分得分Fi（或F）＝Zi·Si，從而簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)春夏茬番茄灌溉制度的定量性綜合評(píng)價(jià)[10-11]。

具體步驟為：（1）首先將各變量Xi標(biāo)準(zhǔn)化為Zi，以消除量綱的影響；（2）求得數(shù)據(jù)矩陣Z的相關(guān)矩陣R；（3）求相關(guān)矩陣R的特征值λ1≥λ2……≥λp及相應(yīng)的特征向量Si；（4）求標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣Z的主成分；（5）將各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)分別代入各主成分表達(dá)式中，計(jì)算各處理的主成分得分Fi（或F）＝Zi·Si。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水的生產(chǎn)目標(biāo)，選擇產(chǎn)量、品質(zhì)（Vc含量）、水分利用效率作為綜合評(píng)價(jià)的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用主成分分析法，對(duì)滲灌條件下番茄不同水分處理的產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率進(jìn)行綜合分析。

滲灌條件下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。求得特征向量矩陣和累積貢獻(xiàn)率如表4、表5所示。

表3 灌溉制度評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

表4 特征向量矩陣

表5 主成分提取

將得到的特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，可得第1、第2、第3主成分表達(dá)式：

根據(jù)主成分綜合模型即可計(jì)算綜合主成分值，并按綜合主成分值進(jìn)行排序，即可對(duì)不同灌溉模式下番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)比較（表6）。

表6 各處理按第1、第2、第3主成分得分的排序結(jié)果

從表6可以看出，滲灌條件下，根據(jù)排序結(jié)果得出，處理T1最好，即土壤水分下限苗期控制為田間持水量的60%～70%，開(kāi)花著果期控制為75%～85%，結(jié)果盛期控制為75%～85%，結(jié)果后期控制為70%～80%時(shí)，可達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水的效果。

3 結(jié)論

最佳灌溉制度的關(guān)鍵是番茄的產(chǎn)量最高、品質(zhì)最佳及水分生產(chǎn)效率最高。本研究基于試驗(yàn)結(jié)果，利用主成分分析方法，對(duì)番茄生長(zhǎng)狀況、產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，得到了溫室內(nèi)番茄在滲灌條件下的適宜灌溉制度，即當(dāng)土壤水分下限苗期控制為田間持水量的60%～70%，開(kāi)花著果期控制為75%～85%，結(jié)果盛期控制為75%～85%，結(jié)果后期控制為70%～80%時(shí)，可達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水的效果，從而得到滲灌條件下，番茄適宜灌溉制度為灌溉定額380mm，其中，苗期灌水2次，灌水定額25mm；開(kāi)花著果期灌水3次，灌水定額為40mm；結(jié)果盛期灌水3次，灌水定額為40mm；結(jié)果后期灌水3次，灌水定額為30mm。

［1］王燕，蔡煥杰，陳新明，等.根區(qū)局部控水無(wú)壓地下灌溉對(duì)番茄生理特性及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（2）：322-329.

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［5］高方勝，徐坤.土壤水分對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，14（4）：69-72.

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［8］史海濱.灌溉排水工程學(xué)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006：122.

［9］張憲政.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

［10］馬虹.主成分分析法在水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 [J].南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，25（1）：65-67.

［11］伊元榮，海米提·依米提，王濤，等.主成分分析法在城市河流水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 [J].干旱區(qū)研究，2008，25（4）：497-501.