番茄產(chǎn)量及水分利用效率對(duì)灌水的響應(yīng)

宋 兵,高超丹,莊克云

(1.隨州市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 隨州441300； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

番茄被認(rèn)為是最受歡迎的蔬菜或水果之一，全球分布廣泛且具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。溫室番茄生產(chǎn)面積一直在不斷增長(zhǎng)，在新鮮番茄產(chǎn)業(yè)方面發(fā)揮著重要作用[2]。同時(shí)，番茄也是需水量較高的作物之一[3]。植物處于干旱脅迫環(huán)境時(shí)，植物光合作用會(huì)降低，代謝物的數(shù)量和活性將減小[4]，影響地上、地下生物量的積累和分配，最終影響作物產(chǎn)量。植物處于水分含量過(guò)高環(huán)境時(shí)，土壤通氣性會(huì)受到抑制，根系易腐爛，最終影響植物生長(zhǎng)。因此，使土壤保持在較好的水分狀態(tài)，確定合理的灌溉制度對(duì)作物生長(zhǎng)至關(guān)重要。

灌溉方式、灌溉量和灌溉頻率等均會(huì)不同程度地影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量[5-7]。充分灌溉較虧缺灌溉已被證實(shí)能促進(jìn)CO2排放[8-9]，而CO2是植物進(jìn)行光合作用的必備原料，其含量增多將使得作物產(chǎn)量增加。灌溉對(duì)不同種類作物的生長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)效益方面的影響研究已有報(bào)道。劉華等[10]發(fā)現(xiàn)，紫花苜蓿莖葉比、干鮮比和產(chǎn)量隨灌水量增加而增大，但過(guò)量灌溉不利于產(chǎn)量的提高。陳修凡等[11]指出，甜瓜根與地上部分干物質(zhì)質(zhì)量均隨水分降低而降低，而根冠比隨水分降低而升高。李紅崢等[5]在研究不同溝灌方式下的不同灌水處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，灌水量增加會(huì)增加作物產(chǎn)量，但會(huì)減小灌溉水利用效率。以溫室番茄為研究對(duì)象，設(shè)置不同灌水梯度，研究不同灌水量對(duì)番茄生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，為優(yōu)化溫室番茄現(xiàn)有的灌水方式，保證作物產(chǎn)量與提高水分利用效率同時(shí)做到節(jié)水灌溉提供參考和依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年4—7月在陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)綠百合果蔬專業(yè)合作社的日光溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)地位于關(guān)中平原，北緯34°17′、東經(jīng)108°01′，海拔527 m，多年平均氣溫12.5 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 163.8 h，年均蒸發(fā)量1 500 mm，年平均降水量632 mm，降水主要集中在5—10月，屬于半濕潤(rùn)易旱區(qū)。試驗(yàn)溫室為西北地區(qū)常見(jiàn)的簡(jiǎn)易土墻日光溫室，南北朝向，長(zhǎng)54 m，寬8 m。溫室頂部設(shè)通風(fēng)口，底部設(shè)通風(fēng)暗管，通過(guò)開閉通風(fēng)口和通風(fēng)暗管調(diào)節(jié)溫室內(nèi)部環(huán)境。試驗(yàn)溫室土壤為重壤土，1 m土層內(nèi)平均土壤容重為1.38 g/cm3，田間持水率為23.87%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所用材料為番茄，品種是金鵬，于2015年4月2日移植，于2015年7月20日拉秧。

按灌水量單因素設(shè)計(jì)，設(shè)置0.6W、0.8W、1.0W、1.2W 4個(gè)水平，其中W是指充分灌水處理每次的灌水定額，計(jì)算方法見(jiàn)公式(1)。分別記為GS0.6、GS0.8、GS1.0和GS1.2，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，1個(gè)小區(qū)作為1個(gè)重復(fù)布設(shè)于田間，采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)。小區(qū)面積2.4 m2(3.0 m×0.8 m)，小區(qū)之間用防滲膜隔開以防止水分側(cè)滲。每個(gè)小區(qū)種單行番茄，植株間距40 cm；灌水方式采用地下滴灌。此外，溫室中央冠層高度處放置有Φ20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿，用于測(cè)定日蒸發(fā)量；番茄整個(gè)生育期Epan為214.9 mm。

充分供水處理每次灌水定額由公式(1)計(jì)算：

W=kcp·Epan·A

(1)

式中，W表示充分灌水處理每次的灌水定額(L)；kcp為蒸發(fā)皿系數(shù)，對(duì)不同灌水處理分別取為0.6、0.8、1.0和1.2；Epan為蒸發(fā)皿測(cè)得的蒸發(fā)量(mm)；A為灌水器控制的小區(qū)面積(m2)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

株高：自4月26日起，每隔10 d左右，用卷尺測(cè)定從植株基部到生長(zhǎng)點(diǎn)的高度。

莖粗：測(cè)量番茄株高同時(shí)，用游標(biāo)卡尺測(cè)定植株第2節(jié)莖基部的莖粗。

干物質(zhì)質(zhì)量：番茄收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)采集3株完整番茄植株，同時(shí)挖取植株的根。采用直接稱質(zhì)量法稱取植株根、莖、葉和果實(shí)鮮質(zhì)量。在105 ℃下殺青30 min，75 ℃下烘干至恒質(zhì)量時(shí)稱干質(zhì)量。

產(chǎn)量：番茄產(chǎn)量以單株計(jì)產(chǎn)，各處理的單株產(chǎn)量取所有番茄植株的平均產(chǎn)量計(jì)算。

灌溉水利用效率(IWUE，Irrigation water use efficiency，kg/m3)指作物利用單位灌水量所能生產(chǎn)的產(chǎn)量，計(jì)算見(jiàn)公式(2)：

IWUE=100YI

(2)

式中：Y為產(chǎn)量(t/hm2)，I為灌水量(mm)，100為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 85畫圖，用SPSS進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水水平對(duì)溫室番茄株高的影響

不同灌水水平處理下，番茄株高隨著生育期的延長(zhǎng)而逐漸增加，表現(xiàn)為前期增長(zhǎng)速度快而后期增長(zhǎng)速度慢，最終趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象(圖1)。此外，隨著灌水量增加番茄株高呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，即：GS1.2>GS1.0>GS0.8>GS0.6。4月26日，各處理番茄株高幾乎無(wú)差異，以GS1.2處理最高(53.27 cm)，分別較GS0.6、GS0.8和GS1.0處理增加了2.5%、2.3%和1.7%。5月6日，GS1.2處理番茄株高為89.13 cm，分別是GS0.6、GS0.8和GS1.0處理的1.04、1.03和1.01倍。5月16日，仍以GS1.2處理番茄株高最高(108.17 cm)，分別較GS0.6、GS0.8和GS1.0處理增加了3.3%、1.6%和0.2%。5月26日，GS0.6、GS0.8、GS1.0和GS1.2處理番茄株高分別為120.92、126.68、128.25、129.50 cm。6月6日，以GS1.2處理番茄株高最高(131.43 cm)，分別較GS0.6、GS0.8和GS1.0處理增加了4.5%、3.2%和2.5%。

圖1 不同灌水水平下番茄株高在全生育期的變化

2.2 不同灌水水平對(duì)溫室番茄莖粗的影響

從圖2可以看出，隨著作物成長(zhǎng)，番茄莖粗在逐漸增加；同一時(shí)刻，番茄莖粗隨著灌水量增加表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，即GS1.2>GS1.0>GS0.8>GS0.6，但4種處理對(duì)莖粗的影響差異性不顯著(P>0.05)。4月26日，以GS1.2處理植株莖粗最大(8.32 mm)，分別較GS0.6、GS0.8和GS1.0處理增加了9.2%、6.2%和1.5%。5月6日，GS1.2處理番茄莖粗為10.52 mm，分別是GS0.6、GS0.8和GS1.0處理的1.12、1.10、1.06倍。5月16日，仍以GS1.2處理番茄莖粗最大(11.01 mm)，分別較GS0.6、GS0.8和GS1.0處理增加了8.3%、3.6%和0.9%。5月26日，GS0.6、GS0.8、GS1.0和GS1.2處理植株莖粗分別為10.74、11.09、11.46、11.81 mm。6月6日，以GS1.2處理番茄莖粗最大(12.01 mm)，分別較GS0.6、GS0.8和GS1.0處理增加了9.9%、7.1%和1.0%。

2.3 不同灌水水平對(duì)溫室番茄干物質(zhì)積累的影響

由表1可見(jiàn)，番茄根、莖、葉和果實(shí)的鮮質(zhì)量與干質(zhì)量均隨灌水量增加而增加。番茄各部分鮮質(zhì)量均以GS1.2處理最高(根41.23 g，莖302.15 g，葉308.92 g，果實(shí)1 098.02 g)，較GS0.6處理分別增加了80.4%、72.1%、75.9%和32.1%；較GS0.8處理分別增加了41.0%、9.0%、23.4%和21.4%；較GS1.0處理分別增加了11.8%、6.1%、8.7%和5.2%。番茄各部分干質(zhì)量也均以GS1.2處理最高(根4.87 g，莖45.48 g，葉47.21 g，果實(shí)103.92 g)，較GS0.6處理分別增加了64.4%、63.0%、73.8%和67.1%；較GS0.8處理分別增加了41.2%、21.6%、23.3%和35.3%；較GS1.0處理分別增加了2.8%、6.4%、2.0%和5.7%。與充分灌水(GS1.0)相比，水分虧缺(GS0.6和GS0.8)對(duì)根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、葉干質(zhì)量和果實(shí)干質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響(P<0.05)；適度水分虧缺(GS0.8)對(duì)番茄莖鮮質(zhì)量、莖干質(zhì)量、葉鮮質(zhì)量和果實(shí)鮮質(zhì)量影響不顯著(P>0.05)，而過(guò)度水分虧缺(GS0.6)對(duì)其影響顯著(P<0.05)。此外，適度過(guò)量灌溉(GS1.2)對(duì)番茄根、莖、葉和果實(shí)的鮮質(zhì)量與干質(zhì)量也未產(chǎn)生顯著影響(P>0.05)。

表1 不同灌水水平對(duì)番茄干物質(zhì)積累的影響

注：同列同一項(xiàng)目不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.4 不同灌水水平對(duì)溫室番茄產(chǎn)量及IWUE的影響

從圖3可以看出，番茄產(chǎn)量隨著灌水量增加而增加(圖3A)。以GS1.2處理產(chǎn)量最高，達(dá)到1 125.02 g/株，分別較GS0.6、GS0.8和GS1.0處理產(chǎn)量增加了32.1%、21.4%和5.2%。GS0.6和GS0.8、GS0.8和GS1.0、GS1.0和GS1.2處理間番茄產(chǎn)量差異不顯著外，其他各處理間番茄產(chǎn)量差異均達(dá)顯著水平。可見(jiàn)，虧缺灌溉會(huì)降低番茄產(chǎn)量，但過(guò)量灌溉對(duì)番茄產(chǎn)量增加幅度并不明顯(P>0.05)。

此外，從圖3B可以發(fā)現(xiàn)，IWUE隨灌水量增加而降低。以GS0.6處理IWUE最高，達(dá)到22.7 kg/m3，分別較GS0.8、 GS1.0和GS1.2處理IWUE增加了22.5%、32.7%和51.3%。除GS0.8和GS1.0、GS1.0和GS1.2處理間IWUE差異不顯著外，其他各處理間的IWUE差異均達(dá)顯著水平。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，灌水量提高增加了番茄株高和莖粗，促進(jìn)了植株生長(zhǎng)。祁娟霞等[6]發(fā)現(xiàn)，不同生育期控制灌溉引起的灌水量增加會(huì)增加番茄株高和莖粗；Agbna等[12]也發(fā)現(xiàn)，充分灌溉較虧缺灌溉增加了番茄株高。這可能由于灌水量增加促進(jìn)了植物根系生長(zhǎng)[13]，更有利于根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，滿足地上部位對(duì)養(yǎng)分的需求，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，番茄干物質(zhì)積累隨著灌水量增加而增加，這與一些研究學(xué)者的結(jié)論一致[12]；但也有研究表明，虧缺灌溉增加了植株的干物質(zhì)積累，且嚴(yán)重虧缺灌溉將降低植株干物質(zhì)積累[14-15]，產(chǎn)生差異的可能原因是由于不同試驗(yàn)中灌水方式和灌水對(duì)照基準(zhǔn)不同。本研究還發(fā)現(xiàn)，番茄產(chǎn)量隨著灌水量增加而增加，灌溉水利用效率隨著灌水量增加而減小。這與不少研究學(xué)者的結(jié)果類似，如李紅崢等[5]指出，不同溝灌方式下(常規(guī)溝灌和交替隔溝灌溉)的番茄產(chǎn)量均隨著灌水量增加而增加，而水分利用效率隨著灌水量增加而減小。Agbna等[12]發(fā)現(xiàn)，灌水量增加提高了番茄產(chǎn)量，灌溉水利用效率在2014年試驗(yàn)中表現(xiàn)為隨灌水量增加而降低，但在2015年試驗(yàn)中表現(xiàn)為隨灌水量增減呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，這可能與2 a試驗(yàn)期間氣象條件和土壤條件不同有關(guān)。Ku?u等[16]指出,虧缺灌溉較充分灌溉增加了作物產(chǎn)量但降低了灌溉水利用效率。虧缺灌溉降低了作物產(chǎn)量，這與虧缺灌溉降低番茄株高、莖粗和干物質(zhì)積累等指標(biāo)有關(guān)；其次，高灌水增加番茄產(chǎn)量，這可能是由于較高土壤水分降低土壤滲透壓造成的[12]。

綜合本試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，灌水量增加促進(jìn)了番茄生長(zhǎng)，提高了番茄產(chǎn)量，但降低了灌溉水利用效率。與充分灌溉相比(GS1.0)，GS0.8降低番茄產(chǎn)量15.4%，但I(xiàn)WUE增加 8.3%；GS0.6降低番茄產(chǎn)量25.6%，但I(xiàn)WUE增加 32.7%；GS1.2增加番茄產(chǎn)量5.2%，但I(xiàn)WUE降低14.1%。因此，根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)康倪x擇合適的灌溉制度對(duì)節(jié)水灌溉實(shí)行具有重要實(shí)際意義。

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