不同負(fù)壓供水灌溉對番茄產(chǎn)量及水分利用效率的影響

黃夢琪

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

負(fù)壓灌溉是一種將灌水器埋入地下以實(shí)現(xiàn)作物對水分連續(xù)自動(dòng)獲取的節(jié)水灌溉技術(shù)，這種灌水技術(shù)無能耗且無需提水加壓。作物由于根系的吸水作用使土壤水勢下降，而負(fù)壓灌溉技術(shù)正是以土壤水勢(即土壤吸力)作為水分進(jìn)入根際土壤為動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)作物對水分的連續(xù)自動(dòng)獲取，以滿足整個(gè)生育期的水分需要[1～4]。目前的田間灌水方式不僅浪費(fèi)了水資源，還使得土壤溫度降低，甚至還造成傷根、土壤肥力流失及板結(jié)等現(xiàn)象，并且棵間蒸發(fā)增大。負(fù)壓灌溉技術(shù)可以減小土壤棵間蒸發(fā)、水分滲漏等問題，并極大地提高水分利用效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水的目的[5～7]。

番茄是我國設(shè)施栽培的主要蔬菜種類之一，其全生育期需水量大，為獲得較高產(chǎn)量，往往出現(xiàn)過量灌溉[7]，而我國又是農(nóng)業(yè)大國且水資源短缺，為更好地提高灌溉水的水分利用效率實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水，又能有效解決當(dāng)前設(shè)施農(nóng)業(yè)灌水中對蔬菜的有效水分控制，筆者試驗(yàn)采用負(fù)壓灌溉技術(shù)對盆栽番茄植株產(chǎn)量、耗水規(guī)律及水分利用效率進(jìn)行了探究，以期為溫室栽培作物在負(fù)壓灌溉技術(shù)條件時(shí)提供一些理論參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2019-2020年在西北農(nóng)林科技大學(xué)教育部旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的灌溉試驗(yàn)站(東徑108°24′，北緯34°20′，海拔521m)進(jìn)行。由于試驗(yàn)為溫室盆栽試驗(yàn)，故不考慮地下水和降雨的補(bǔ)給量，負(fù)壓灌溉可直接為根系層補(bǔ)水，且每次灌溉量少，因此地表徑流量和深層滲漏量不予考慮。供試品種為農(nóng)粉果3號，為雜交種，早春茬番茄,于2019 年3月21日定苗，7月18日拔秧整地；秋冬茬番茄于2019 年7月31日定苗，12月16日拔秧整地。試驗(yàn)盆的尺寸選擇高42 cm，底部直徑30 cm的塑料盆，土壤水分保持至田間持水量，肥料、生根粉、殺蟲劑與土壤充分混勻后一次性施入，選擇長勢較好的番茄幼苗移栽至盆中并澆足定根水，每盆移栽2棵，待還苗后通過負(fù)壓灌溉裝置實(shí)現(xiàn)番茄對水分的連續(xù)自動(dòng)獲取。

試驗(yàn)設(shè)置 1 項(xiàng)常規(guī)灌溉處理(T1)作為對照，4 項(xiàng)不同負(fù)壓處理(T2、T3、T4 和 T5)分別為 0，-5，-10 和-20kPa，每個(gè)處理設(shè)置 5 個(gè)重復(fù)。常規(guī)灌水每次澆水 1L，將土壤平均含水量控制在田間持水量70%～85%。水分利用效率(WUE) =生物產(chǎn)量(gDW)/耗水量(kg)[2]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同負(fù)壓供水灌溉下土壤含水率的變化

通過對各處理土壤含水率變化情況分析可知(圖1)，對照灌水處理T1的土壤含水率變化起伏較大，采用負(fù)壓灌水方式的處理隨著負(fù)壓的增大，土壤含水率呈降低趨勢。T2、T3、T4處理的平均土壤含水率與對照處理相比分別高出了110.7%、80.3%和32.5%，與對照處理T1相比，T5處理土壤含水率降低了30.1%，而且T5處理的供水量小于其蒸散量，土壤含水率也呈持續(xù)下降的趨勢，這說明隨著生育期的推進(jìn)供水負(fù)壓值過大是不利于土壤水分供應(yīng)的。通過觀察發(fā)現(xiàn)T2、T3、T4處理土壤含水率的變化波動(dòng)很小，負(fù)壓供水系統(tǒng)對作物的供水是持續(xù)、平穩(wěn)的。

圖1 土壤含水率變化情況

2.2 不同負(fù)壓供水灌溉對盆栽番茄產(chǎn)量的影響

通過分析發(fā)現(xiàn)，盆栽番茄春茬和秋茬的產(chǎn)量在不同負(fù)壓供水灌溉下變化規(guī)律相似(圖2)，其中處理 T2、T3、T4處理之間番茄產(chǎn)量無顯著差異，但是均高于T1、T5處理。由圖2可知不同負(fù)壓供水灌溉處理中，番茄產(chǎn)量隨著負(fù)壓的增大呈先增大后減小的變化趨勢，T2、T3、T4處理與T1處理相比春茬分別增產(chǎn)32%、98%、67%，而T5處理與T1處理相比番茄產(chǎn)量減少了37.2%；秋茬T2、T3、T4處理與T1處理相比分別增產(chǎn)28.9%、101%、82.3%，與T1處理相比T5處理的產(chǎn)量也有所下降，這說明不同負(fù)壓值供水會影響盆栽番茄的產(chǎn)量，但是試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)選擇適當(dāng)?shù)墓┧?fù)壓值，是能夠獲得較高產(chǎn)量的(如圖2，不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著)。

圖2 不同負(fù)壓灌溉下盆栽番茄產(chǎn)量變化

2.3 不同負(fù)壓供水灌溉下盆栽番茄耗水量的變化規(guī)律

根據(jù)試驗(yàn)觀察得知(表1)，在番茄全生育期間，隨著時(shí)間的推移，盆栽番茄的階段耗水量變化規(guī)律呈現(xiàn)為先升高后降低。通過對番茄各生育期耗水量對比發(fā)現(xiàn)，在苗期，負(fù)壓供水灌溉處理T2、T3、T4、T5的階段耗水量均低于對照處理T1，降低幅度為 24.3%～25.7%(P<0.05)，試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)坐果期和開花期的階段耗水量均要高于其他生育期，各處理在這兩個(gè)生育期的耗水量可占到全生育期耗水量的 32.8%～43.6%(春茬)和30.3%～41.1%(秋茬)，這說明坐果期和開花期是番茄生長需水量最大的生育時(shí)期，也是番茄是否能健康生長并獲得高產(chǎn)的重要時(shí)期，因此，在這兩個(gè)時(shí)期應(yīng)給予番茄充分的水分和養(yǎng)分。

表1 不同負(fù)壓供水灌溉對盆栽番茄耗水量的影響

2.4 不同負(fù)壓供水灌溉下盆栽番茄的供水量及水分利用效率

由供水量隨時(shí)間變化分析發(fā)現(xiàn)(圖3、圖4)，T1～T5處理的供水速率呈現(xiàn)為“快-慢-快”的趨勢，不同處理累積供水量均表現(xiàn)為T3處理﹥T2處理﹥T4處理﹥T1處理﹥T5處理，春茬和秋茬T2、T3、T4處理較T1處理供水量分別高出了128.3%、93.1%、20.6%%、和103.5%、87.8%、21.4%，土壤平均含水率分別高出了131.3%、79.1%、28.3%和128.7%、77.3%、26.9%，這說明春茬和秋茬的不同負(fù)壓灌溉處理中T4處理的節(jié)水效果較好，由此也可知適當(dāng)?shù)墓嗨?fù)壓值控制灌溉可以達(dá)到平衡供水和節(jié)水的目的。

圖3 供水量隨時(shí)間的變化情況(春茬)

圖4 供水量隨時(shí)間的變化情況(秋茬)

隨時(shí)間的推移，番茄總耗水量(T1～T5處理的)逐漸增加，春茬和秋茬的番茄總耗水量在不同供水負(fù)壓條件下，均是T3 處理最高，且明顯高于T4和T5處理。至收獲時(shí)，T3處理春茬和秋茬的總耗水量分別達(dá)5 719 cm3和6 102 cm3，較T4處理高 53.9%和59.8% ，較T5 處理高68.1%和63.7%。這說明隨著供水負(fù)壓值的降低，番茄的總耗水量呈下降趨勢。通過分析還發(fā)現(xiàn)，負(fù)壓灌溉各處理中，T2、T3、T4處理番茄總耗水量與T1處理相比，春茬提高了60.5%、84.1%、15.3%，秋茬提高了79.4%、57.1%、19.2%；T2、T4、T5處理的水分利用效率與T1相比春茬提高了12.1%、9.4%、7.9%，秋茬提高了13.2%、8.9%、7.4%，而T3處理雖然耗水量最大但是同時(shí)產(chǎn)量最高，水分利用效率也最高，分別高出對照T1處理20.6%和22.7%。

表2 不同負(fù)壓灌溉對盆栽番茄產(chǎn)量及水分利用效率的影響

3 結(jié)論

作物要實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，灌溉是先決條件。如何進(jìn)行合理灌溉并充分提高水分利用效率，是目前節(jié)水農(nóng)業(yè)研究的關(guān)鍵問題[8～9]。番茄是我國普遍種植的蔬菜，也是目前設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要農(nóng)產(chǎn)品之一，為了保證在節(jié)水灌溉方式下植株正常生長并獲得較高產(chǎn)量，在番茄的整個(gè)生育期需保證持續(xù)有效的供水。筆者試驗(yàn)對盆栽番茄在0.0～-20.0 kPa 的負(fù)壓供水灌溉條件下的生長發(fā)育及水分利用效率進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示隨著供水負(fù)壓值的降低，番茄的水分利用效率有所提高，但生物產(chǎn)量下降，而各處理中產(chǎn)量以-20.0 kPa處理為最低。因此，分析不同供水負(fù)壓對番茄生長、水分利用效率及產(chǎn)量的影響，適宜的供水負(fù)壓值為-10.0 kPa。

筆者試驗(yàn)中的盆栽番茄階段耗水量的變化規(guī)律為先上升后下降，階段耗水量表現(xiàn)為座果期和開花期最高，可占到全生育期總耗水量的 32.8%～43.6%(春茬)和30.3%～41.1%(秋茬)，說明這兩個(gè)時(shí)期是番茄健康生長需水關(guān)鍵期，水分和養(yǎng)分供給不足會影響番茄的生物產(chǎn)量。

筆者試驗(yàn)以溫室盆栽作物為研究對象，而且這種栽培方式種植面積小，不受天氣、降水等環(huán)境條件的影響，且負(fù)壓灌溉屬于局部灌水，每次灌水量小，這避免了傳統(tǒng)灌溉中管道、部件等損壞等現(xiàn)象，因此筆者研究成果可在溫室栽培作物及設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展中推廣。