溫室通風(fēng)控水條件對番茄耗水特性及產(chǎn)量的影響

葛建坤，辛清聰，龔雪文，平盈璐，薄國魁，李彥彬

溫室通風(fēng)控水條件對番茄耗水特性及產(chǎn)量的影響

葛建坤，辛清聰，龔雪文※，平盈璐，薄國魁，李彥彬

（華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，鄭州 450045）

確定溫室最佳通風(fēng)和灌水量可改善室內(nèi)小氣候，減少耗水量并提高果實產(chǎn)量，對進一步優(yōu)化溫室作物灌溉制度至關(guān)重要。通過開啟溫室不同位置通風(fēng)口設(shè)置2種通風(fēng)處理（T1：開啟北窗和頂窗；T2：開啟北窗、頂窗和南窗），同時參考20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿的累積蒸發(fā)量，設(shè)置2種水分處理（水面蒸發(fā)系數(shù)分別為0.9（K0.9）和0.5（K0.5）），進行完全組合設(shè)計，分析了不同通風(fēng)和水分對溫室覆膜滴灌番茄生理生態(tài)、耗水特性及產(chǎn)量的影響，采用通徑分析法探討了影響番茄莖流速率的主控因子。結(jié)果表明：1）T2的日均風(fēng)速明顯高于T1，但溫度和濕度卻相反；2）全生育期內(nèi)，T1K0.9和T2K0.9的耗水量分別為282.4和278.4 mm，高于T1K0.5（201.8 mm）和T2K0.5處理（202.5 mm）；利用通徑分析確定氣象因子對莖流速率的綜合影響程度由大到小依次為凈輻射、溫度、相對濕度和風(fēng)速，其中凈輻射對莖流速率的影響主要表現(xiàn)為直接作用，而溫度、風(fēng)速及相對濕度主要表現(xiàn)為間接作用。3）不同通風(fēng)和水分條件影響了番茄的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成， T2K0.9的平均單果質(zhì)量為0.15 kg，水分利用效率為53.0 kg/m3，總產(chǎn)量達(dá)到147.6 t/hm2。建議華北地區(qū)日光溫室通風(fēng)控水管理參考T2K0.9（開啟北窗、頂窗和南窗，水面蒸發(fā)系數(shù)取0.9）可提高番茄的產(chǎn)量和水分利用效率。

通風(fēng)；灌水；通徑分析；莖流速率；生理生態(tài)；產(chǎn)量

0 引 言

目前中國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，其中設(shè)施蔬菜面積已達(dá)410萬hm2，溫室作為設(shè)施農(nóng)業(yè)中的主體，在解決中國蔬菜供應(yīng)、促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。雖然中國日光溫室生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，但尚未形成一套系統(tǒng)高效的管理體系，尤其是關(guān)于通風(fēng)灌水聯(lián)合調(diào)控對溫室濕熱環(huán)境及作物生理生態(tài)影響的研究尚不多見[2-3]，這阻礙了溫室作物的節(jié)水增產(chǎn)提質(zhì)和高效發(fā)展。

通風(fēng)是調(diào)節(jié)日光溫室內(nèi)部環(huán)境的重要手段[4]，目前溫室通風(fēng)主要有機械通風(fēng)和自然通風(fēng)2種，機械通風(fēng)運營成本高，且需要嚴(yán)格控制風(fēng)速和時長，否則會引起作物的“矮化”，自然通風(fēng)因運行成本低、維護方便，是目前溫室通風(fēng)換氣的主要形式。楊振超等[5]提出日光溫室的通風(fēng)面積比例在18%～25%、風(fēng)速控制在1.0 m/s時有利于甜瓜的發(fā)育和增產(chǎn)；劉建榮[6]認(rèn)為采用頂部+底部的通風(fēng)方式再配合后墻的鼓風(fēng)機可調(diào)節(jié)室內(nèi)相對濕度，使室內(nèi)環(huán)境適宜作物生長。不同通風(fēng)方式所形成的溫室環(huán)境差異較大，頂部和側(cè)部風(fēng)口均開啟時，室內(nèi)通風(fēng)率高且風(fēng)速適中，有良好的降溫排濕效果，有利于作物生長，優(yōu)于單開頂、側(cè)風(fēng)口[7-8]。但長時間的全通風(fēng)模式也會造成室內(nèi)溫度過低，導(dǎo)致作物發(fā)育時間過長，延遲果實上市時間[9]。可見，溫室通風(fēng)方式與室內(nèi)環(huán)境和作物生長密切相關(guān)，而目前溫室自然通風(fēng)管理多以傳統(tǒng)經(jīng)驗為主，相關(guān)研究多集中于“相關(guān)性”分析方面，缺乏機理性分析，且有關(guān)不同通風(fēng)和水分組合對作物生理生態(tài)、耗水量和產(chǎn)量的綜合影響還鮮有報導(dǎo)。

參考20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿制定溫室作物灌溉制度簡便、準(zhǔn)確[10-12]，通過測量作物冠層上方的累積水面蒸發(fā)量可預(yù)測作物的耗水量，為此，利用蒸發(fā)皿蒸發(fā)量制定灌溉制度得到了廣泛應(yīng)用[13-14]。Yuan等[15]認(rèn)為1.1E（E為蒸發(fā)皿累積蒸發(fā)量）作為單次灌水量可滿足溫室滴灌草莓的需水要求，Wang等[16]認(rèn)為灌水定額為0.8E可作為東北地區(qū)日光溫室滴灌黃瓜的灌溉制度。由于地域和作物種類的差異，灌水間隔和水面蒸發(fā)系數(shù)的選擇有所差異。Liu等[17]提出當(dāng)蒸發(fā)皿累積蒸發(fā)量為10 mm時，采用0.9E作為單次灌水量可滿足溫室滴灌番茄在不覆膜條件下的需水要求。然而，地膜覆蓋可有效減少水分消耗，促進作物早期發(fā)育[18]，使得覆膜條件下的灌溉制度不同于無膜栽培。在水資源短缺情況下，如何通過覆膜調(diào)控不同灌溉水平下的根區(qū)有效水分，通過改變溫室通風(fēng)方式調(diào)控室內(nèi)微環(huán)境，使其更有利于作物生長，從而實現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)增效，仍需進一步研究。

鑒于以上問題，本文以日光溫室膜下滴灌番茄為研究對象，采用2種通風(fēng)和2種水分組合模式，深入探討不同組合處理對番茄生理生態(tài)、耗水特性和產(chǎn)量的影響，旨在為華北地區(qū)溫室通風(fēng)控水管理制度提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020年3－7月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)綜合試驗基地（35°9′N、113°5′E，海拔為78.7 m）的日光溫室內(nèi)進行，該區(qū)域多年平均降雨量為540 mm，蒸發(fā)量為1 910 mm，全年平均氣溫為14.5 ℃，年日照時數(shù)為2 395 h，無霜期為200 d。試驗所用日光溫室東西走向，坐北朝南，占地357 m2（42 m×8.5 m），下沉0.5 m，為鋼架結(jié)構(gòu)并覆蓋聚乙烯薄膜，頂部用5 cm厚的保溫棉被覆蓋。日光溫室后墻和山墻內(nèi)鑲嵌有60 cm厚的保溫材料，溫室共設(shè)置3處通風(fēng)口，分別位于溫室頂部（42 m×0.5 m）、南側(cè)（42 m×1.0 m）和北側(cè)（20 cm×20 cm，共19個通風(fēng)口，間距為2.8 m），試驗所用日光溫室結(jié)構(gòu)圖見Gong等[19]。試驗區(qū)0～100 cm土層的土壤質(zhì)地為砂壤土，平均容重為1.48 g/cm3，平均田間持水量為0.33 cm3/cm3。

1.2 試驗設(shè)計

番茄品種為“金鵬M6”，于2020年1月5日育苗，待植株長至3葉1心時移栽（3月4日），移栽后所有處理均鋪設(shè)黑色地膜（材料為聚乙烯，厚度為0.008 mm）。試驗采用不透光隔熱板將溫室分割成2個隔間（T1隔間：開北窗和頂窗；T2隔間：開北窗、頂窗和南窗，隔間尺寸均為18 m×8.5 m），以20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿（直徑20 cm，深11 cm）的累積蒸發(fā)量（E）為依據(jù)確定單次灌水量和灌水頻率，在每個隔間分別設(shè)置2種水分處理（水面蒸發(fā)系數(shù)分別為0.9（K0.9）和0.5（K0.5））。采用滴灌方式進行灌溉，滴灌帶自北向南布置，每行1條（滴頭間距為30 cm，滴頭流量為1.1 L/h）。試驗小區(qū)長8 m，寬2.2 m，所有處理均采用寬窄行種植方式，寬行65 cm，窄行45 cm，株距均為30 cm。

苗期不設(shè)試驗處理，待番茄進入快速生長期且0～60 cm土壤含水率降到75%田間持水率時開始進行通風(fēng)和水分處理，通風(fēng)口正常開啟時間為（08:00－18:00），遇到大風(fēng)和下雨天氣關(guān)閉通風(fēng)口。蒸發(fā)皿放置在冠層上方20 cm處，根據(jù)作物生長情況及時調(diào)整高度，并于每日07:30－08:00用精度為0.1 mm的配套量筒測量蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量，測量完畢后重新添加20 mm蒸餾水，保證水中無雜質(zhì)。當(dāng)E達(dá)到（20±2）mm 時統(tǒng)一灌水，單次灌水量（I）按下式計算：

I=E·K（1）

式中K為水面蒸發(fā)系數(shù)，其余含義同上，為保證相同水分處理的灌水量保持一致，實際灌水時E均取固定值為20 mm。每個小區(qū)首部安裝一塊精度為0.001 m3的水表，便于精確控制灌水量，各小區(qū)之間埋設(shè)60 cm深的塑料薄膜防止水分側(cè)滲。每個處理重復(fù)4次，為加強幼苗長勢，移栽后灌溉20 mm保苗水，所有小區(qū)的農(nóng)藝措施（如打頂、噴藥、數(shù)果等）一致。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 氣象數(shù)據(jù)

在T2隔間中部距地表2 m高處安裝有1套全自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一套輻射計（R, LI200X, Campbell Scientific, Inc, USA）和凈輻射計（R, NRLITE2, Kipp＆Zomen, Delft Netherlands）；溫度和相對濕度傳感器（T, RH, CS215, Campbell Scientific, Inc, USA）在T1、T2隔間距地表2 m處各安裝5套。風(fēng)速由距地表2 m處的風(fēng)速儀監(jiān)測（2, Wind Sonic, Gill, UK），精度為±0.02 m/s。所有數(shù)據(jù)每隔5 s收集1次，30 min計算1次平均值記錄在CR1000數(shù)據(jù)采集器（Campbell, USA）中。

1.3.2 土壤含水率

采用TRIME-IPH時域反射儀（Micromodultechnik GmbH，Germany）測定0～100 cm土層含水率，測量間隔為20 cm，測量位置為同1條滴灌帶2個滴頭中間位置，該點可代表根系層平均水分狀況[17]。全生育期內(nèi)每隔7～10 d測1次，灌水后加測，每次測量3次重復(fù)，為確保儀器測定的準(zhǔn)確性，定期采用取土烘干法對儀器進行矯正。

1.3.3 株高和葉面積

各處理隨機挑選10株長勢良好無病害的植株進行標(biāo)記，分別在番茄各生育階段每隔7～10 d進行株高和葉面積的測定。株高采用直尺測量地表到植株頂部的最大高度，葉面積采用折減系數(shù)法進行計算，用直尺測量葉片長度（）和最大寬度（W），然后乘以折算系數(shù)0.685[20]。葉面積指數(shù)（Leaf Area Index，LAI））為單位土地面積上的植株葉面積，采用下式計算：

LAI=0.685·W/(S·S) （2）

式中S為行距，S為株距，其余含義同上。

1.3.4 蒸騰速率

作物蒸騰速率與植株莖稈液流量密切相關(guān)，測定莖稈液流是獲取作物蒸騰量的有效方法[21-22]。本試驗采用包裹式莖流計（Flow32-1k system，Dynamax，Houston，TX，USA）于2020年5月10日－6月27日測定番茄植株莖稈液流速率（T）。在各小區(qū)內(nèi)隨機選取6棵形態(tài)均勻的植株，探頭安裝在第3與第4枝節(jié)之間，并與地表保持20 cm高度，避免受到土壤熱量的干擾。在包裹的莖稈處預(yù)先涂抹植物油，防止植株傷口增生，為確保保溫效果，在傳感器外部包裹2～3層泡沫錫箔，并用保鮮膜膠帶封口。試驗所選擇的探頭型號為SGB9，每隔5 s收集1次，15 min計算1次平均值并儲存在DT80數(shù)據(jù)采集器（Data Taker，Australia）中。

1.3.5 番茄產(chǎn)量、耗水量、水分利用效率

番茄進入采摘期，各小區(qū)選擇20株長勢良好的植株進行標(biāo)記。每次采摘時，采用電子秤（精度為0.05 g）測量果實質(zhì)量，并統(tǒng)計每個處理的產(chǎn)量。

耗水量采用水量平衡法計算，公式如下：

ET=I+P+(0?W) （3）

式中ET為耗水量，mm；I為灌水量，mm；為降雨量，mm；為地下水補給量，mm；為深層滲漏量，mm；0、W分別為時段初和時段末0～100 cm土層內(nèi)的儲水量，mm。由于試驗是在溫室內(nèi)進行，故=0；試驗地的地下水位較深（在5.0 m以下），作物無法吸收利用，即=0；所有處理單次灌水定額較?。ㄗ畲鬄?0 mm），幾乎不產(chǎn)生深層滲漏，即=0。因此式（3）可簡化為

ET=I+(0?W) （4）

日耗水強度計算式為

ETd=ET/（5）

式中ETd為日耗水強度，mm/d；為天數(shù)，d。

水分利用效率、灌溉水利用效率、灌溉水補償率計算式為：

WUE=/ET×100% （6）

IWUE=/I×100% （7）

I=I/ET×100% （8）

式中WUE為水分利用效率，kg/m3；IWUE為灌溉水利用效率，kg/m3；I為灌溉水補償率，%；為番茄產(chǎn)量，t/hm2；其余含義同上。

1.3.6 通徑分析法

通徑分析是在相關(guān)分析和回歸分析的基礎(chǔ)上，將相關(guān)系數(shù)分解為直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)，揭示各因素對因變量的相對重要性，從而為統(tǒng)計決策提供可靠的依據(jù)。本文在晴天（R=148.3 W/m2）、多云（R=94.3 W/m2）和陰天（R=46.8 W/m2）3種天氣條件下，利用通徑分析法建立了T與室內(nèi)各氣象因子（R、T、RH、2）之間的關(guān)系，旨在確定不同天氣條件各氣象因子對T的影響程度。參考文獻(xiàn)[23]，文中用于通徑分析的所有數(shù)據(jù)均為小時尺度。

1.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用SPSS 25進行數(shù)據(jù)分析，圖表采用Excel 2016進行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同通風(fēng)條件對室內(nèi)環(huán)境因子的影響

選取晴天（4月30日－5月3日）、多云（5月5日、5月7日、5月12日、5月14日）、陰天（5月4日、5月11日、5月16日、5月24日）3種典型天氣，分析不同通風(fēng)條件下室內(nèi)距地表2 m處風(fēng)速（2）、溫度（T）和相對濕度（RH）的變化規(guī)律（2、T、RH均為4 d均值）。圖1為典型天氣下2的變化規(guī)律，可以看出，2種通風(fēng)方式下2均呈多峰曲線變化，通風(fēng)口開啟時間（08:00－18:00）的2明顯高于關(guān)閉時段，其中T1的2在不同天氣下區(qū)別不大，但T2的2起伏較大，通風(fēng)口開啟后迅速上升，尤其在陰天，T2的2明顯升高，2最大值達(dá)1.59 m/s，比晴、多云分別高出66.8%和61.3%。3種天氣下，當(dāng)通風(fēng)處理開始后，T2的2均高于T1，說明T2的空氣流通性優(yōu)于T1。

從T和RH的變化來看（圖2），晴天時T在白天（08:00－18:00）呈開口向下的單峰曲線，14:00達(dá)到峰值后逐漸回落，T1的最大溫度為38.5 ℃，最大溫差為20.4 ℃；T2的最大溫度為36.5 ℃，最大溫差為19.0 ℃。而多云和陰天條件下，T呈多峰曲線變化且較為平緩，尤其在陰天，T1的最大溫度為27.9 ℃，最大溫差為9.1 ℃；T2的最大溫度為27.3 ℃，最大溫差為8.9 ℃。3種天氣條件下的RH在白天均呈開口向上的單峰曲線，通風(fēng)口開啟前，RH在85.0%以上，通風(fēng)口開啟后，RH開始減少。其中晴天的RH下降速度最快，16:00分別降到50.2%（T1）和43.1%（T2），之后開始上升，并在通風(fēng)口關(guān)閉1 h后趨于穩(wěn)定，多云或陰天，最小RH高于53.0%。

2.2 不同通風(fēng)和水分條件對番茄耗水量的影響

2.2.1 對根區(qū)土壤水分的影響

根區(qū)土壤水分變化可直接反應(yīng)作物的耗水情況[14]，為探討不同處理對番茄耗水量的影響，在番茄需水旺期對不同土層深度的含水率進行了比較（圖3）。各處理隨深度增加，含水率逐漸升高，在同一深度，K0.9（0.9E處理）的含水率明顯高于K0.5（0.5E處理）。此外通風(fēng)也會影響根區(qū)的水分狀況，5月26日灌水后T1K0.9、T1K0.5、T2K0.9和T2K0.5在0～60 cm的平均體積含水率分別為0.25、0.21、0.24和0.20 cm3/cm3，6月5日所測體積含水率依次為0.22、0.19、0.20和0.17 cm3/cm3，相同水分條件下，T2的土壤含水率變化量要大于T1，由于番茄屬于淺根作物，滴灌條件下80%的根系集中在0～40 cm土層內(nèi)[16]，說明在作物需水旺期，相同水分處理下，T2的作物耗水強度要高于T1。

2.2.2 對耗水量的影響

表1給出了不同處理在4個生育階段（初期：3月10日－4月9日；快速生長期：4月10日－5月8日；中期：5月9日－6月5日；后期：6月6日－7月5日）的E、I、ET及日耗水強度ETd。全生育期內(nèi)T1和T2的總E分別為281.9和302.7 mm，各處理灌水次數(shù)均為15次，其中K0.9處理的總灌水量為274 mm，總耗水量分別為282.4（T1）和278.4 mm（T2），K0.5處理總灌水量為170 mm，總耗水量分別為201.8（T1）和202.5 mm（T2）。從不同通風(fēng)影響來看，T2的E較T1高7.0%。在耗水強度方面，各處理在不同生育階段的耗水強度由大到小表現(xiàn)為中期、快速生長期、后期和初期，在中期，T1K0.9、T1K0.5、T2K0.9和T2K0.5的日耗水強度分別為3.4、2.3、3.9和2.3 mm/d。K0.9的耗水量與灌水量差異不大，而K0.5處理耗水量卻高于灌水量，說明K0.9處理能夠滿足番茄耗水需要，但K0.5處理會造成水分脅迫現(xiàn)象，這可能會影響番茄的生殖生長。

表1 不同通風(fēng)和水分處理下各生育階段灌水量、耗水量、累積水面蒸發(fā)量和日耗水強度

2.2.3 耗水量與水面蒸發(fā)量的關(guān)系

研究表明，E與ET密切相關(guān)，在建立作物需水模型時，二者具有較高的吻合度[24-25]。為驗證利用蒸發(fā)皿蒸發(fā)量制定溫室滴灌番茄灌溉制度的可行性，以各階段水面蒸發(fā)量與作物耗水量為基礎(chǔ)，建立了E與ET之間的關(guān)系（圖4）。可以看出，4種處理下的E與ET均呈極顯著線性相關(guān)關(guān)系（<0.01），其中K0.9處理的斜率分別是0.95（T1）和0.91（T2），略高于0.9，而K0.5處理的斜率分別是0.71（T1）和0.68（T2），明顯高于0.5。說明K0.9處理下番茄耗水與灌水基本一致，而K0.5處理無法滿足番茄需水要求，根系需從土壤汲取額外水分以滿足植株生長需求。此外，4種處理的2均在0.98及以上，說明該地區(qū)依據(jù)20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量制定溫室滴灌灌溉制度是可行的。

2.3 不同通風(fēng)和水分條件對番茄生理生態(tài)的影響

2.3.1 對株高和LAI的影響

株高和LAI直接反映了作物在不同生育階段的生長狀態(tài)[26]，生育初期，各小區(qū)株高和LAI基本一致，進入快速生長期后開始出現(xiàn)差異（圖5）。從LAI來看，各處理增長速度表現(xiàn)為T2K0.9>T1K0.9>T2K0.5>T1K0.5，其中，T1K0.9和T1K0.5在移栽82和85 d后達(dá)到最大值，分別為3.31和2.95 cm2/cm2；T2K0.9和T2K0.5在移栽80和90 d后達(dá)到最大值，分別為3.55和3.15 cm2/cm2。在株高方面，各處理基本一致，進入快速生長期后迅速升高，于移栽86 d達(dá)到最大值（141～145 cm），進入中后期，各處理株高有所回落，無明顯差異?？梢?，通風(fēng)和水分對作物冠層發(fā)育時間及發(fā)育程度均有影響，其中T2K0.9的LAI明顯高于其他處理，但不同處理的株高無明顯差異。采用最小二乘法模擬了番茄株高和LAI的變化，2均0.92以上，說明模擬結(jié)果可以用來解釋溫室滴灌番茄在不同通風(fēng)和水分條件下的生長狀況。

2.3.2 對番茄莖流速率的影響

在番茄生育中期對灌水前（R=156.5 W/m2）和灌水后（R=153.3 W/m2）不同處理的莖流速率（T）日變化進行了分析（圖6），2 d內(nèi)的R、2區(qū)別很小。可以看出，各處理的T日變化相似，在07:00之前無明顯差異，之后隨著R增大，各處理的T開始出現(xiàn)差異，均表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，其中T2K0.9處理的上升幅度最大，2 d內(nèi)T不同時刻的均值變化為T2K0.9>T2K0.5>T1K0.9> T1K0.5。相同水分條件下，灌水前T2的日平均T較T1高出74.2%（K0.9）和230.1%（K0.5），灌水后高出114.3%（K0.9）和141.9%（K0.5）。相同通風(fēng)條件下，灌水前K0.9的日平均T較K0.5高出164.5%（T1）和39.5%（T2），灌水后高出80.7%（T1）和60.1%（T2）?？梢?，通風(fēng)和水分處理均對植株T有影響。

2.3.3 番茄莖流速率的影響因子分析

以T2K0.9處理為例，在番茄生長中、后期分別選取晴天、多云和陰天3種典型天氣下T與室內(nèi)氣象因子的實測數(shù)據(jù)，利用通徑分析法分析了T的主控因子。圖7給出了不同天氣條件下各環(huán)境因子之間的相關(guān)系數(shù)（），R與T之間的相關(guān)性最高，3種天氣條件下分別為0.875、0.918和0.938，R、T、2與RH為負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中T與RH的負(fù)相關(guān)性最高，分別為?0.731、?0.897和?0.624。從氣象因子與T的相關(guān)性來看，R與T的相關(guān)性最高，3種天氣條件均在0.96以上，其次為T，2與T之間的相關(guān)性在多云天（=0.839）高于晴天（=0.503）和陰天（=0.304），不同天氣下RH與T之間均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，整體上，各氣象因子對T的綜合影響程度表現(xiàn)為R>T>RH>2。

表2為3種天氣條件下各氣象因子與T的多元線性回歸方程，經(jīng)檢驗，回歸方程達(dá)到極顯著水平（<0.01）。為得到溫室內(nèi)各氣象因子與T的直接作用和間接作用，表3給出了各氣象因子對T的直接通徑系數(shù)以及通過作用于其他氣象因子對其產(chǎn)生的間接通徑系數(shù)，可以看出，3種天氣條件下，R對T的直接影響程度最高（直接通徑系數(shù)分別為0.577、0.741和0.631），T通過作用于其他環(huán)境氣象因子對T產(chǎn)生的間接影響最高（間接通徑系數(shù)分別為0.537、0.648和0.649）。RH對T產(chǎn)生的直接抑制作用并不明顯，但通過對其他氣象因子的影響會顯著降低T（間接通徑系數(shù)分別為?0.530、?0.782和?0.547），2對T產(chǎn)生的影響同樣表現(xiàn)為間接作用，而直接影響作用較小。

表2 3種天氣條件下小時尺度凈輻射、溫度、相對濕度、風(fēng)速與莖流速率的線性回歸方程

表3 3種天氣條件下小時尺度Rn、Ta、RH、u2與Ts的通徑分析結(jié)果

2.4 不同通風(fēng)和水分條件對番茄產(chǎn)量和WUE的影響

本試驗共進行了9次采摘，其中早中期間隔較長，單次采摘產(chǎn)量較高，后期間隔縮短，采摘量顯著下降（圖8）。相同水分處理下，T1的首次采摘量高于T2，采摘中期，T2的產(chǎn)量最高，進入采摘后期，2種通風(fēng)處理的單次采摘量差異變小。相同通風(fēng)條件下，由于前期采摘間隔時間較長，作物耗水強度相對較弱，水分對產(chǎn)量的影響并不顯著，生育中、后期，果實快速成熟，番茄需水強度大，K0.5在中后期的產(chǎn)量明顯低于K0.9處理。

表4給出了不同通風(fēng)和水分處理下的番茄產(chǎn)量和WUE等指標(biāo)。產(chǎn)量方面，T2K0.9的產(chǎn)量和單果質(zhì)量最高，產(chǎn)量為147.6 t/hm2，單果質(zhì)量為0.15 kg。T1K0.9、T1K0.5和T2K0.5的產(chǎn)量分別為139.5、124.2和119.4 t/hm2，單果質(zhì)量均為0.13 kg。WUE方面，2種通風(fēng)條件下，K0.5處理的WUE比K0.9分別高出24.5%（T1）和11.3%（T2）；IWUE比K0.9分別高出43.6%（T1）和30.4%（T2）；而I則分別低于K0.9處理12.8%（T1）和14.5%（T2），說明WUE、IWUE會隨著灌水量的增大而減小，而I則與灌水量之間呈正相關(guān)關(guān)系。采用雙因素方差分析法確定通風(fēng)和水分處理對上述指標(biāo)的影響程度，結(jié)果表明，水分處理對各項指標(biāo)均有極顯著影響（<0.01），而通風(fēng)處理除對單果質(zhì)量的影響達(dá)到顯著水平外（<0.05）對其他指標(biāo)的影響并不顯著。此外，通風(fēng)水分交互效應(yīng)對產(chǎn)量和單果質(zhì)量也有極顯著影響（<0.01）。

表4 不同通風(fēng)和水分處理產(chǎn)量及水分利用效率

注：同列不同字母代表處理間存在顯著差異（<0.05），*表示差異顯著（<0.05），**表示差異極顯著（<0.01）。

Note: Different letters in the same column indicate significant differences between treatments (<0.05),*means significant difference (<0.05), while**means much significant difference (<0.01).

3 討 論

溫室不同通風(fēng)和水分條件造成了室內(nèi)環(huán)境和根區(qū)水分的差異，這種差異影響了番茄的生長發(fā)育、耗水量和產(chǎn)量。相同通風(fēng)處理下，K0.9處理的LAI和T高于K0.5，這是因為K0.5造成了水分脅迫，從而抑制了番茄根系對水分的吸收，尤其在中后期，s持續(xù)較低影響了植株體內(nèi)的代謝活動，減少莖、葉等營養(yǎng)器官的生長[23]。類似結(jié)論在溫室草莓、黃瓜[15,27]等作物的研究中也有報導(dǎo)，輕度水分脅迫有利于作物營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長，而嚴(yán)重水分虧缺則會加速葉片的衰老和脫落，導(dǎo)致LAI減小，阻礙作物光合、蒸騰等生理活動的進行[23]。相同水分處理下，T2的LAI和T高于T1，這是因為較大的通風(fēng)面積減少了室內(nèi)水汽擴散阻力，加快了葉片周圍氣體流動，使溫濕度分布更加均勻，有利于葉片蒸騰、光合等生理活動的進行，從而提高T和LAI。郭永青[28]研究發(fā)現(xiàn)60%通風(fēng)面積下番茄的LAI要顯著高于20%，Kitaya等[29]認(rèn)為當(dāng)風(fēng)速從0.2 m/s上升到1.0 m/s時，可顯著提高甘薯的T，這與本研究的結(jié)論所類似。而謝貴水等[30]在對甘蔗的研究中則認(rèn)為，平均風(fēng)速對株高產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)極其顯著，通過“剝?nèi)~”提高蔗田通風(fēng)率的措施往往得不償失。這可能是因為通風(fēng)雖然加快了蔗葉周圍的氣體流動，但同時也顯著降低了葉溫，整體上影響了干物質(zhì)的合成速率。

此外，本文利用通徑分析法進一步分析T在3種典型天氣下主控因子的變化。結(jié)果表明，R是影響T的第1主控因子。R在誘導(dǎo)氣孔開閉的同時又決定了室內(nèi)T和RH的分布，夏玉米的莖流速率同樣與太陽輻射的關(guān)系最密切[31]，謝恒星[32]指出，在任何天氣情況下，通過改變太陽總輻射及光合有效輻射均可有效地調(diào)節(jié)甜瓜的蒸騰。T和RH分別是第2和第3主控因子，兩者對T的影響主要通過對植物葉肉細(xì)胞間隙水汽壓與大氣水汽壓之差的改變來實現(xiàn)的，當(dāng)T升高時，葉片內(nèi)部的水汽壓急劇增加，而大氣水汽壓相對穩(wěn)定，導(dǎo)致兩者之間的飽和差明顯提高，因此會增加。反之，當(dāng)室內(nèi)RH較高時，葉片內(nèi)部水汽壓相對穩(wěn)定，葉水勢顯著減小，T會受到嚴(yán)重抑制?？梢?，T與R、T及2之間呈正相關(guān)，而與RH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與張川等[33]對溫室黃瓜的研究一致。Granier等[34]發(fā)現(xiàn)在熱帶雨林地區(qū)，影響T的第1主控因子是飽和水汽壓差，與太陽輻射的關(guān)系不大，這可能與雨林地區(qū)獨特的氣候特征及復(fù)雜的生物多樣性有關(guān)，由于研究地區(qū)存在差異，環(huán)境因子對植株蒸騰的影響程度也會發(fā)生變化。

溫室管理對室內(nèi)環(huán)境及作物生理生態(tài)的影響最終表現(xiàn)在果實產(chǎn)量上，本試驗在采摘過程中發(fā)現(xiàn)各處理單次產(chǎn)量呈波浪形變化，說明植株在盛產(chǎn)之后會在下一采摘階段進入潛伏期。從對各處理總產(chǎn)量的分析可以看出，產(chǎn)量主要受水分處理的影響，K0.9處理可滿足番茄根系吸水要求，加快植株體內(nèi)水分及養(yǎng)分的吸收和運轉(zhuǎn)，在保證坐果率的同時促進果實飽滿，而K0.5處理產(chǎn)生的水分脅迫會導(dǎo)致T持續(xù)處于較低水平，無法為作物光合及蒸騰作用提供充分的水分，進而影響了果實產(chǎn)量的形成。類似研究同樣指出，水分虧缺會使溫室番茄的生理發(fā)生變化，直接影響最終的產(chǎn)量和單果質(zhì)量[35]。雖然通風(fēng)對各處理總產(chǎn)量造成的差異并不顯著，但對階段性采摘量影響較大（圖8），這是因為果實內(nèi)部絕大多數(shù)生物量是由多種酶支配合成的，而酶活性受溫度影響很大，在采摘前期，較小的通風(fēng)面積會適當(dāng)升高室內(nèi)溫度，在滿足番茄發(fā)育所需有效積溫累積的同時，有利于酶合成[15]，而中后期光照強度逐漸增強，溫度過高則會降低酶活性，影響果實內(nèi)部營養(yǎng)成分的合成，這也解釋了在相同水分處理下，T1的前期果實采摘量要高于T2，而在中后期卻低于T2的原因。此外，通過對比T1K0.9和T2K0.5的耗水量和莖流速率發(fā)現(xiàn)，T1K0.9的中后期耗水量比T2K0.5高55%，但在日水面蒸發(fā)量較大的階段，其莖流速率卻低于T2K0.5，造成這種現(xiàn)象的原因可歸結(jié)為番茄耗水量主要受水分條件的影響，但在高頻灌水階段，良好的通風(fēng)可使T2K0.5處理的蒸騰速率短期高于T1K0.9。

4 結(jié) 論

以日光溫室膜下滴灌番茄為研究對象，通過設(shè)置不同通風(fēng)和水分處理，對比分析了不同處理對溫室環(huán)境、番茄生理生態(tài)、耗水量及產(chǎn)量的影響，明確了番茄莖流速率對不同環(huán)境下氣象因子的響應(yīng)關(guān)系。主要結(jié)論如下：

1）不同通風(fēng)處理明顯影響了室內(nèi)的環(huán)境條件，（開啟北窗、頂窗和南窗）T2的溫度和相對濕度在晴天和多云天低于T1（開啟北窗、頂窗），而陰天2種通風(fēng)處理無明顯差異；不同通風(fēng)還影響了室內(nèi)的風(fēng)速，T2的風(fēng)速明顯高于T1，與天氣條件無關(guān)。

2）K0.9處理（水面蒸發(fā)系數(shù)為0.9）的耗水量分別為282.4 mm（T1）和278.4 mm（T2），K0.5處理（水面蒸發(fā)系數(shù)為0.5）的耗水量分別為201.8 mm（T1）和202.5 mm（T2）。相同通風(fēng)條件下，K0.9處理的耗水量明顯高于K0.5處理，而在相同水分條件下，T1K0.9的耗水量高于T2K0.9，但T1K0.5的耗水量卻略低于T2K0.5，無顯著差異，說明不同通風(fēng)和水分條件對溫室覆膜滴灌番茄的耗水量有明顯影響。

3）在作物需水旺期，T2的莖流速率在灌水前較T1高出74.2%（K0.9）和230.1%（K0.5），灌水后高出114.3%（K0.9）和141.9%（K0.5）。這是因為在相同水分條件下，T2處理的葉面積指數(shù)均大于T1。在此基礎(chǔ)上分析了不同天氣條件下莖流速率的主控環(huán)境因子，凈輻射表現(xiàn)為直接影響作用，而溫度、風(fēng)速、相對濕度對莖流速率的影響主要表現(xiàn)為間接作用，其中風(fēng)速對莖流速率的直接影響很小。

4）番茄的采摘時間和產(chǎn)量形成同樣受到不同通風(fēng)和水分的影響，相同水分條件下，T1的首次采摘量明顯高于T2，但采摘中后期，T1卻有所下降。全生育期內(nèi)，T2K0.9處理的單果質(zhì)量、產(chǎn)量和灌溉水補償率分別為0.15 kg、147.6 t/hm2和98.4%，均為最高。

綜合以上研究結(jié)果表明，T2K0.9（開啟北窗、頂窗和南窗，水面蒸發(fā)系數(shù)取0.9）處理為作物提供了良好的通風(fēng)水分生長環(huán)境，對作物生理生態(tài)及最終產(chǎn)量形成的影響均明顯優(yōu)于其他處理，可為進一步提升該地區(qū)日光溫室的管理效率提供一定參考。

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Liu Zuigui, Duan Aiwang, Wu Haiqing, et al. Impacts of water-and-fertilizer allocation on tomato yield and water use efficiency in drip irrigation greenhouse[J]. China Rural Water and Hydropower, 2003(1): 10-12. (in Chinese with English abstract)

Effects of greenhouse ventilation and water control conditions on water consumption characteristics and yield of tomato

Ge Jiankun, Xin Qingcong, Gong Xuewen※, Ping Yinglu, Bo Guokui, Li Yanbin

(,450045,)

Optimal ventilation and irrigation water are highly essential to optimize irrigation systems for greenhouse crops, particularly on indoor microclimate, water saving, fruit yield, and quality. In this study, a field experiment was conducted at the Xinxiang Comprehensive Experimental Base of the Chinese Academy of Agricultural Sciences from March to June 2020. Two ventilation treatments were set (T1: opening the north and top windows; T2: opening the north, top and south windows) under various vents opening at different locations in the greenhouse. Two moisture treatments (the water surface evaporation coefficients were 0.9 and 0.5, respectively) referred to the cumulative evaporation of a standard 20 cm evaporation dish. A fully combinatorial design was used to divide into four treatments (T1K0.9, T1K0.5, T2K0.9, T2K0.5) in total. An investigation was also made on the effects of different aeration and moisture on the physiological ecology, water consumption characteristics, and yield of mulched drip tomatoes. Path analysis was finally utilized to explore the ranking of main control factors affecting the stem flow rate of tomatoes under three typical weather conditions (sunny, cloudy, and overcast). The results showed that: 1) The temperature and relative humidity were much lower inside the T2compartment on sunny or cloudy days, compared with the T1compartment. Nevertheless, the temperature was basically the same inside two compartments on overcast days, whereas, the relative humidity inside the T2compartment was higher than that in the T1compartment. 2) Crop water consumption depended mainly on water treatments and root development during the whole reproductive period. Specifically, the water consumption of T1K0.9and T2K0.9were 282.4 and 278.4 mm, respectively, higher than that of T1K0.5(201.8 mm) and T2K0.5treatments (202.5 mm). The water consumption intensity of each treatment at different fertility stages was ranked in order: mid-fertility > rapid growth period > late fertility > early fertility, among which the mid-fertility stage presented the highest water consumption. The daily water consumption intensities of T1K0.9, T1K0.5, T2K0.9,and T2K0.5reached 3.4, 2.3, 3.9, and 2.3 mm/d, respectively. Path analysis was utilized to determine the comprehensive impact of meteorological factors on the sap flow rate. The parameters were ranked in order: net radiation > temperature > relative humidity > wind speed at 2 m. Furthermore, there was a direct correlation between the net radiation and sap flow rate, whereas an indirect correlation was found among temperature, relative humidity, and wind speed at 2 m. 3) Different ventilation and moisture conditions posed significant effects on the growth, development, and yield of tomatoes. The leaf area index showed in the pattern of T2K1> T1K1> T2K2> T1K2in the peak period of water demand, transpiration rate showing T2K0.9> T2K0.5> T1K0.9> T1K0.5. The average fruit mass of T2K0.9was 0.15 kg, while the water use efficiency was 53.0 kg/m3, and the total yield reached 147.6 t/hm2, the yields of T1K0.9, T1K0.5and T2K0.5were 139.5, 124.2 and 119.4 t/hm2, respectively. Therefore, it can be recommended that the T2K0.9treatment is preferred to improve the yield and water use efficiency of tomatoes for ventilation and water control in the solar greenhouses in North China.

ventilation; irrigation; path analysis; sap flow rate; physiological ecology; yield

葛建坤，辛清聰，龔雪文，等. 溫室通風(fēng)控水條件對番茄耗水特性及產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37(15)：204-213.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.025 http://www.tcsae.org

Ge Jiankun, Xin Qingcong, Gong Xuewen, et al. Effects of greenhouse ventilation and water control conditions on water consumption characteristics and yield of tomato[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(15): 204-213. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.025 http://www.tcsae.org

2021-02-19

2021-06-10

國家自然科學(xué)基金項目（51709110，51809094，51779093）；河南省高等學(xué)校青年骨干教師培養(yǎng)計劃項目（2020GGJS100）；河南省科技攻關(guān)項目（192102110090）

葛建坤，博士，副教授，研究方向為節(jié)水灌溉理論與技術(shù)。Email：54012012@qq.com

龔雪文，博士，講師，研究方向為作物水分生理與高效利用等。Email：gxw068@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.025

S274.1

A

1002-6819(2021)-15-0204-10