椰糠栽培番茄耗水量與氣象因子相關(guān)性研究

岳煥芳，程 明，徐厚成，安順偉，孟范玉，王志平，胡瀟怡

(北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029)

0 引 言

與常規(guī)的土壤栽培設(shè)施農(nóng)業(yè)相比, 無土栽培產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、勞動強(qiáng)度低、整體效益較好等優(yōu)點(diǎn), 具有150余年的發(fā)展歷程，在推動園藝、農(nóng)業(yè)及林業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化方面發(fā)揮了舉足輕重的作用[1]。椰糠顆粒較粗，有較強(qiáng)的吸收力，排水保肥能力優(yōu)良，成為一種新型的蔬菜無土栽培基質(zhì)。蔬菜椰糠栽培在我國已經(jīng)有60多年的歷史，但迄今還局限于一些觀摩性展示性的農(nóng)業(yè)園區(qū)，大規(guī)模的生產(chǎn)性普及鮮有報道[2]，精準(zhǔn)的水肥管理是限制其發(fā)展的一項(xiàng)重要因素。

水分是影響溫室作物產(chǎn)量及品質(zhì)的主要因素之一[3]，根據(jù)作物需求進(jìn)行水分養(yǎng)分供應(yīng)研究是無土基質(zhì)栽培技術(shù)的關(guān)鍵，掌握作物耗水量對于提高水資源利用效率和制定科學(xué)的灌溉制度具有重要意義[4]。番茄具有口感好營養(yǎng)高等有點(diǎn)，在日光溫室中得到廣泛種植[5]，很多學(xué)者研究制定了不同種植條件下的番茄灌溉制度，劉學(xué)軍等制定了日光溫室土栽春茬番茄全生育期適宜的膜下滴灌灌水次數(shù)為29 次，平均灌水周期為4～5 d，平均次灌水量210 m3/hm2，適宜的灌溉定額為6 150 m3/hm2[6]，焦永剛等人研究了棉籽皮與蛭石按體積比1∶1比例混合的復(fù)合基質(zhì)條件下，番茄每次灌水量為375 m3/hm2, 整個生育期灌水總量為6 000 m3/hm2[7]。很多學(xué)者研究結(jié)果都表明耗水量與氣象因子之間存在一定的相關(guān)性，可以利用氣象因子指導(dǎo)田間灌溉，冶永新等人[8]選擇新疆吐魯番地區(qū)日光溫室番茄為研究對象，利用實(shí)測莖流數(shù)據(jù)及環(huán)境氣象資料，分析了在開花坐果期番茄植株蒸騰變化規(guī)律及其與環(huán)境氣象因子的關(guān)系；提出了吐魯番地區(qū)日光溫室番茄的灌溉制度。李珊等人使用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對番茄需水量進(jìn)行模擬，結(jié)果表明回歸方程法能夠較為準(zhǔn)確地模擬日光溫室水日蒸發(fā)量和基質(zhì)水分日蒸發(fā)量[9]。但是，目前針對椰糠栽培條件下番茄灌溉制度研究缺乏，尚沒有適宜的灌溉量和灌溉頻率的數(shù)據(jù)，本研究旨在摸清無土栽培春茬番茄椰糠栽培條件下，整個生育期具體耗水量，確定與氣象因子的關(guān)系，建立灌溉量決策支持系統(tǒng), 得出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,以期對番茄在不同季節(jié)不同天氣狀況下的灌溉量進(jìn)行指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地設(shè)在北京市順義區(qū)木林鎮(zhèn)王泮莊村綠富農(nóng)基地。東經(jīng)116°65′，北緯40°13′，在日光溫室內(nèi)開展試驗(yàn)。供試番茄品種為“迪安娜”，采用育苗移栽方式，1月12日播種，2月29日完成定植，6月26日拉秧。采用椰糠基質(zhì)(在Fibre Dust公司購買)，小行距為10 cm，大行距為1.6 m，株距為30 cm，植株密度約為30 900 株/hm2。

1.2 試驗(yàn)方法

采用水量平衡法測定番茄的耗水量[10]，水量平衡法的基本原理是根據(jù)計算區(qū)域內(nèi)水重的收入和支出的差額來推算作物蒸發(fā)蒸騰量，水量平衡方程如下：

ET=G1-G2-G3+(I-B-E)

(1)

式中：ET為每天每顆番茄蒸發(fā)蒸騰量，kg；G1、G2分別為每天每棵的植株和基質(zhì)總的重量差值，kg；G3為每天每棵植株鮮重變化，kg；I為每天每棵的灌溉量，kg；B為每天每棵的回水量，kg；E為回水蒸發(fā)量，kg。

1.3 項(xiàng)目測定

第一、測定番茄逐日的耗水量變化：①每天上午9∶00 稱取基質(zhì)和番茄植株的總重量；②稱取單個基質(zhì)條(6顆番茄)回水量；③測定所選基質(zhì)條內(nèi)6根滴箭單位時間內(nèi)的出水量，確定每天單個試驗(yàn)基質(zhì)條的灌溉量；④記錄蒸發(fā)皿損失水重量，從而計算出每天回水的蒸發(fā)損失量；⑤每30 d，取3棵番茄植株稱取鮮重，平均至每一天的鮮重變化。第二、測定各生育時期番茄逐小時耗水量變化：分別選擇苗期3～4片葉，開花期10片葉，結(jié)果期15片葉、成熟采摘期(葉片數(shù)量穩(wěn)定之后)從上午9∶00開始，到下午6∶00結(jié)束，測定每個小時的植株重量變化。注：稱量耗水量日變化當(dāng)天不澆水，每個生育期各選擇晴天和陰天測定兩次重復(fù)。第三、在日光溫室內(nèi)安裝HOBO 氣象站，每隔10 min采集一次溫度、相對濕度、光輻射等氣象因子數(shù)據(jù)，將耗水量與氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果分析

2.1 無土栽培春茬番茄逐日和逐小時耗水量

表1為無土栽培春茬番茄逐日和逐小時不同生育時期耗水量，從圖中可以看出，整個生育期耗水量呈現(xiàn)增加的趨勢，苗期逐日耗水量為94.1 mL/株，開花期為539.2 mL/株，結(jié)果期為746.8 mL/株。苗期逐小時耗水量為17.1 mL/株，開花期逐小時耗水量為44.4 mL/株，結(jié)果期逐小時耗水量為76.4 mL/株。逐日耗水量整個生育期呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，單株的逐日耗水量變化范圍是21.3～1 913.1 mL，單株整個生育期累計耗水40.0 L。逐小時耗水量日變化趨勢是先增加后下降，下午1∶00左右為每日的耗水高峰期，整個生育期平均逐小時耗水量為50.9 mL。

2.2 無土栽培春茬日光溫室內(nèi)環(huán)境因子

圖2為日光溫室內(nèi)平均溫度、平均相對濕度、每天累計光輻射能的變化趨勢圖，從圖2中得出，溫室內(nèi)溫度趨勢平穩(wěn)，整個生育期最低溫度為13.0 ℃，最高溫度為26.9 ℃，番茄最適生長溫度為20～25 ℃，3月份溫度偏低，平均溫度為20.4 ℃，5、6月份較適宜番茄生長，平均溫度分別為21.1 ℃和23.6 ℃。相對濕度的變化范圍是24.7%～96.0%，整個生育期平均相對濕度為71.1%。整個每天的累計光輻射能平均為1 239.8 J/cm2。

2.3 無土栽培番茄不同生育期耗水量和氣象因子的關(guān)系

表1、表2分別為番茄不同生育期群體日耗水量、小時耗水量與氣象因子相關(guān)性分析，從表1中數(shù)據(jù)可以，番茄的日耗水量、小時耗水量與平均溫度、累計光輻射能均呈正相關(guān)，與平均相對濕度呈負(fù)相關(guān)。小時耗水量比日耗水量與氣象因子相關(guān)性強(qiáng)，開花期和結(jié)果期的相關(guān)性強(qiáng)于苗期，日耗水量只與累計光輻射能呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性系數(shù)分別為：0.64*、0.74*、0.74*；逐小時的耗水量與累計光輻射能呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)性，系數(shù)分別為：0.85*、0.91**、0.87**。

圖3為無土栽培春茬番茄耗水量與累計光輻射能的關(guān)系，將無土栽培春茬番茄耗水量與氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析，得出耗水量與累計光輻射能相關(guān)性最強(qiáng)，光照強(qiáng)度是指作物單位面積上接受的光通量,它是影響作物生長的一個重要因素。苗期番茄逐日耗水量與累計光輻射的關(guān)系為y=0.082 2x-3.331(R2=0.403 1，0.635**)，開花期番茄逐日耗水量與累計光輻射的關(guān)系為y=0.467x-38.34 2(R2=0.540 2，0.735**)，結(jié)果期番茄逐日耗水量與累計光輻射的關(guān)系為y=0.733 9x-102.92(R2=0.551 9，0.743**)，苗期番茄逐小時平均耗水量與每小時累計光輻射的關(guān)系為y=0.324 7x-7.611 9(R2=0.718 5，0.848**)，開花期番茄逐小時耗水量與每小時累計光輻射的關(guān)系為y=0.278 6x+9.647 9(R2= 0.835 7，0.914**)，結(jié)果期番茄逐小時耗水量與每小時累計光輻射的關(guān)系為y=0.386 3x+23.452(R2=0.752 1，0.867**)。

圖1 無土栽培春茬番茄逐日和逐小時不同生育時期耗水量

圖2 無土栽培春茬日光溫室內(nèi)氣象因子

生育時期相關(guān)性日耗水量/(mL·株-1)累計光輻射能/(J·cm-2)平均溫度/℃平均相對濕度/%苗期日耗水量1.000.64*0.37-0.60累計光輻射能0.64*1.000.50-0.65平均溫度0.370.501.00-0.41平均相對濕度-0.60-0.65-0.411.00開花期日耗水量1.000.74*0.26-0.58累計光輻射能0.74*1.000.39*-0.46平均溫度0.260.39*1.00-0.17平均相對濕度-0.58-0.46-0.171.00結(jié)果期日耗水量1.000.74**0.40*-0.29累計光輻射能0.74**1.000.39*-0.52平均溫度0.40*0.39*1.00-0.27平均相對濕度-0.29-0.52-0.271.00

表2 番茄不同生育期群體小時耗水量與氣象因子相關(guān)性分析

圖3 無土栽培春茬番茄耗水量與累計光輻射能的關(guān)系

3 結(jié)果與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，供試番茄的日耗水量在21.3～1 913.1 mL/株，整個生育期耗水總量為40.0 L/株，70%的耗水集中在結(jié)果期，與黎健榮[11]、孔德杰[12]等人研究結(jié)果相同。耗水量與氣象因子之間存在線性關(guān)系，其中，光輻射能與耗水量相關(guān)性最強(qiáng)，與前人研究結(jié)果一致，周繼華等人研究結(jié)果表明番茄耗水量與光照強(qiáng)度呈顯著相關(guān)[13]，馬福生在紅掌的試驗(yàn)結(jié)果表明日耗水量與光合有效輻射和太陽輻射呈極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系[14]，光照對蒸騰速率的影響首先是引起氣孔的開放,減少氣孔阻力,促進(jìn)氣孔的開啟,從而增強(qiáng)蒸騰作用,蒸騰速率加大。其次,光照可以提高大氣與葉子溫度,增加葉內(nèi)外蒸汽壓差,加快蒸騰速率。當(dāng)光照強(qiáng)度增加時,作物的蒸騰速率將相應(yīng)增加當(dāng)光照強(qiáng)度降低時,蒸騰速率將相應(yīng)降低，光照對作物的蒸騰速率有直接影響,從而對作物的水分散失也有很大影響。試驗(yàn)制定了不同生育時期的灌溉模型，黃紅霞[15]曾在土栽條件下制定了番茄依據(jù)氣象因子的灌溉模型，驗(yàn)證了其可行性，本試驗(yàn)得出椰糠栽培春茬番茄苗期、開花期、結(jié)果期逐小時耗水量與累計光輻射能的線性方程式分別為y=0.082 2x-3.331，y=0.467x-38.342，y=0.733 9x-102.92，為下一步無土椰糠栽培春茬番茄灌溉決策的制定提供了數(shù)據(jù)支撐，未來可實(shí)現(xiàn)利用可量化的氣象因子，智能化科學(xué)灌溉。

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