遼寧溫室滴灌種植條件下番茄結(jié)果期需水規(guī)律和水分利用效率研究

李明宇

（遼寧省防汛抗旱指揮部辦公室,遼寧 沈陽 110003）

0 引言

番茄作為一種常見的溫室栽培的農(nóng)作物,具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、種植面積廣、產(chǎn)量品質(zhì)高等諸多優(yōu)點(diǎn),深受人們的喜愛。但相較于其他溫室蔬菜,番茄在各個(gè)生育期的耗水量均比較大[1],而我國水資源正面臨極度短缺的現(xiàn)狀,尤其是遼寧地區(qū),人均水資源占有量?jī)H為全國平均人均占有量的37%,世界人均占有量的10%[2]。水資源匱乏已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn),因此,提高水分利用效率,特別是提高溫室作物的水分生產(chǎn)率,是實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)水分高效利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的關(guān)鍵問題。

近年來,為了能夠讓有限的水資源發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益,前人對(duì)溫室番茄的灌溉方式做了大量研究[3-5]。滴灌和噴灌等節(jié)水灌溉方式也已被廣大農(nóng)戶所接受,但由于缺乏完善的技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)培訓(xùn),遼寧地區(qū)設(shè)施灌溉方式仍多采用傳統(tǒng)的溝灌。溝灌不僅會(huì)造成大量的深層滲漏,導(dǎo)致作物的水肥利用效率下降,還會(huì)引起土壤板結(jié)、次生鹽堿化等一系列問題,嚴(yán)重制約著遼寧設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6-7]。而滴灌作為一種能夠根據(jù)作物需水要求,定時(shí)、定量輸水的灌溉方式,已經(jīng)在很多地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。相關(guān)研究表明,設(shè)施番茄在滴灌條件下能減少16.06%～34.09%的深層滲漏量,在提高水氮利用效率18.2%～41.8%的同時(shí),增產(chǎn)5.3%～8.2%[8]。由此可見,在滴灌條件下設(shè)施番茄的需水量、水分利用效率及水分生產(chǎn)率均能得到明顯的改善。番茄結(jié)果期作為形成產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期[9], 在此時(shí)期選取一個(gè)合適的灌溉方式尤為重要。因此,本研究針對(duì)設(shè)施番茄,通過調(diào)整其在滴灌條件下的灌溉水量,確定適宜遼寧地區(qū)的溫室番茄結(jié)果期的灌溉方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年在遼寧省灌溉試驗(yàn)中心站中4號(hào)大棚進(jìn)行（位于遼寧省沈陽市黃家鄉(xiāng),120°33'E,42°08'N,海拔47 m）。試驗(yàn)站地點(diǎn)為平原地帶,屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。供試作物為番茄,供試土壤為粘壤土,容重1.5 g/cm3,土壤飽和體積含水率為42.2%,土壤中等肥力偏下,速效鉀81.28 mg/kg,速效磷18.39 mg/kg,土壤堿解氮75.41 mg/kg,全氮1.11 g/kg,有機(jī)質(zhì)1.22%,土壤pH值為7.40。

1.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

采用大壟雙行種植,壟寬1.5 m,壟長(zhǎng)8 m,高15 cm,每個(gè)小區(qū)種植10壟番茄,小區(qū)面積120 m2。每壟種植作物16株,株距0.45 m,兩壟之間的距離為0.5 m。定植前在壟水平中心鋪設(shè)滴灌帶,滴頭間距30 cm,滴頭流量2 L/h,滴灌帶兩側(cè)水平距離20 cm處種植作物；隴臺(tái)鋪好滴灌帶后覆蓋0.08 mm黑色聚乙烯膜；20 cm蒸發(fā)皿利用支架置于作物冠層上方；定植時(shí),為保證緩苗率,各個(gè)處理統(tǒng)一灌水25 mm；每個(gè)小區(qū)埋設(shè)有底水箱一個(gè),在水箱內(nèi)分層回填土壤,用以隔斷地下水補(bǔ)給；每個(gè)小區(qū)的有底水箱內(nèi)外各埋設(shè) Trime管一支[10],用以觀測(cè)土壤水分含量。每畝地施牛糞15 m3。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì),設(shè)置不同灌溉水量（I1：0.65 EP；I2：0.75 EP；I3：0.85 EP；I4：1.0 EP（常規(guī)對(duì)照處理,CK）；EP為灌水基準(zhǔn)量,本次試驗(yàn)設(shè)定為時(shí)段內(nèi)20cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量的一半）,各處理重復(fù)3次,共12個(gè)小區(qū),見圖1。其他管理方式按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行。

圖1 小區(qū)分布圖

1.4 測(cè)定指標(biāo)

1.4.1 蒸發(fā)皿蒸發(fā)量測(cè)定

每天上午8：00測(cè)量蒸發(fā)皿液位。

1.4.2 灌水量

每7 d 灌水1次。灌水前先觀測(cè)土壤水分含量（烘干法或Trime）,當(dāng)20 cm處土壤水分含量為飽和含水率的80%f（田間持水率）以下時(shí)開始灌水,灌水基準(zhǔn)量為這一時(shí)間段內(nèi)蒸發(fā)皿內(nèi)水面蒸發(fā)量的一半（I1 灌水量：16.52 m3；I2 灌水量：19.06 m3；I3 灌水量：21.60 m3；I4 灌水量：25.41 m3）。

1.4.3 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

每10 d用剛尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗（始終測(cè)量主莖開叉處）,每個(gè)小區(qū)選5株定點(diǎn)觀測(cè)。

1.4.4 番茄產(chǎn)量測(cè)定

盛果期每隔3 d～5 d在各小區(qū)采果,分別用電子秤稱鮮重,累計(jì)番茄產(chǎn)量。

1.4.5 水分利用效率 （Water Use Efficiency, WUE）

水分利用效率[11]計(jì)算公式如下：

式中：WUE 為水分利用率; Y為番茄每小區(qū)實(shí)收產(chǎn)量；I為番茄結(jié)果期每小區(qū)總耗水量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)模型單獨(dú)進(jìn)行方差分析,使用DPS軟件實(shí)現(xiàn)。不同處理事后均值差異檢測(cè)采用最小顯著差法（least significant difference,LSD）,顯著性水平 設(shè)為0.05。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果P值簡(jiǎn)寫為P,若P＜0.05, 則不同處理事后均值有顯著差異,反之則無顯著差異。采用Origin 2019進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量對(duì)番茄株高的影響

滴灌條件下不同灌水量處理設(shè)施番茄的株高變化見圖2。由圖可知,四種灌溉水量處理下番茄的株高均表現(xiàn)為先快速增長(zhǎng)后逐漸趨于穩(wěn)定。在剛進(jìn)入結(jié)果期（10月7日）和結(jié)果中期（11月6日）之前,三種灌溉水量處理（0.65 EP、0.75 EP、0.85 EP）下的番茄株高均顯著小于常規(guī)灌水處理,同時(shí)0.65 EP、0.75 EP、0.85 EP處理間并未體現(xiàn)出明顯差異,這說明適當(dāng)?shù)臏p少灌水確實(shí)會(huì)影響番茄結(jié)果前期的生長(zhǎng)；而在11月6日～11月16日之間,可以明顯看出0.85 EP處理的番茄株高動(dòng)態(tài)曲線斜率明顯大于其他時(shí)間, 并且大于其他三種灌溉水量處理同期株高增長(zhǎng)斜率。最終的株高數(shù)據(jù)表現(xiàn)為：常規(guī)處理＞0.85 EP＞0.75 EP＞0.65 EP,從圖中可以看出,常規(guī)處理和0.85 EP處理下的番茄株高顯著高于0.75 EP和0.65 EP處理（P＜0.05）,但常規(guī)處理與0.85 EP處理間差異并不顯著。從整體上看,適當(dāng)減少灌溉水量（0.85 EP）對(duì)番茄結(jié)果前期的生長(zhǎng)有一定的負(fù)效應(yīng),但對(duì)番茄最終的株高不會(huì)造成顯著影響。

圖2 清障線示意圖

圖2 滴灌條件下不同灌水量番茄的株高

2.2 不同灌水量對(duì)番茄莖粗的影響

滴灌條件下不同灌水量處理設(shè)施番茄的莖粗變化見圖3。由圖可知,番茄整個(gè)結(jié)果期的莖粗表現(xiàn)出先上升后平穩(wěn)的趨勢(shì)。由于減少了灌水量（0.65 EP、0.75 EP、0.85 EP）,結(jié)果前中期（10月7日～11月6日）番茄的莖粗顯著低于常規(guī)灌水處理；在結(jié)果中期后,常規(guī)處理雖然仍高于其他處理,但差異并不顯著（P＞0.05）。從最終的莖粗?jǐn)?shù)據(jù)來看,常規(guī)處理≈0.75 EP＞0.85 EP＞0.65 EP）,但四種處理最終莖粗差異并不顯著。

圖3 滴灌條件下不同灌水量番茄的莖粗

2.3 不同灌水量對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由圖4可知,不同灌水量對(duì)番茄產(chǎn)量影響明顯。從統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果來看,常規(guī)灌水處理以及0.85 EP處理產(chǎn)量顯著高于其他兩種灌水處理。其中,常規(guī)灌水處理和0.85 EP處理產(chǎn)量分別為96.61 t·hm-2、96.26 t·hm-2,相較于0.75 EP處理分別顯著提高產(chǎn)量9.26%、8.87%,相較于0.65 EP處理分別顯著提高產(chǎn)量29.29%、28.83%（P＜0.05）。隨著產(chǎn)量的提高及灌水量的增加,水分利用效率也隨之變化,與常規(guī)灌水處理相比,0.85 EP、0.75 EP和0.65 EP處理分別顯著提高水分利用效率17.22%、22.03%和18.99%（P＜0.05）。由此可見,適當(dāng)減少灌水量（0.85 EP）并不會(huì)對(duì)番茄的產(chǎn)量產(chǎn)生明顯影響,還可以提高其水分利用效率；過度控水（0.75 EP、0.65 EP）雖然能夠顯著提高作物的水分利用率,但會(huì)導(dǎo)致番茄減產(chǎn)。

圖4 不同灌水處理下的產(chǎn)量及水分利用效率

2.4 不同生育期的生長(zhǎng)指標(biāo)與番茄產(chǎn)量的相關(guān)性分析

株高、莖粗是影響番茄產(chǎn)量的關(guān)鍵因素,為了進(jìn)一步明晰二者與其產(chǎn)量的相關(guān)性,將不同時(shí)間段結(jié)果期的株高、莖粗與番茄產(chǎn)量進(jìn)行了相關(guān)分析。Pearson相關(guān)系數(shù)的計(jì)算結(jié)果以及對(duì)相關(guān)系數(shù)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果（使用DPS軟件計(jì)算）見表1。從表1可以看出,結(jié)果前期的株高、莖粗與產(chǎn)量均無顯著的相關(guān)性（P＞0.05）；而番茄結(jié)果中期的株高與產(chǎn)量間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.95,呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)（P＜0.05）,此期的莖粗與產(chǎn)量有明顯的負(fù)相關(guān)性,但并未達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)；結(jié)果后期株高、莖粗與番茄產(chǎn)量間的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.67和-0.85,但均未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）。由此可見,滴灌條件下設(shè)施番茄產(chǎn)量的提高是由于提高了結(jié)果中期的株高,促進(jìn)了番茄的生長(zhǎng),使其在形成產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期保持較好的長(zhǎng)勢(shì),最終實(shí)現(xiàn)保產(chǎn)、增產(chǎn)。

表1 不同生育期的生長(zhǎng)指標(biāo)與產(chǎn)量的相關(guān)分析

3 討論

滴灌技術(shù)由于其高頻、小流量的特性,能充分發(fā)揮非飽和灌溉的特點(diǎn),從而改善土壤水分狀況,提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[12-13]。而在滴灌條件下適當(dāng)減少灌水量,能夠在進(jìn)一步節(jié)水的同時(shí),促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育,提高作物產(chǎn)量[14]。本研究結(jié)果表明,在滴灌條件下,適當(dāng)減少灌水量（0.85 EP）可能會(huì)對(duì)番茄結(jié)果前期的株高、莖粗有一定的影響,但在結(jié)果中后期與正常灌水處理相比基本無明顯差異,與前人的研究結(jié)果基本一致[15]；而過度控水（0.75 EP、0.65 EP）會(huì)明顯導(dǎo)致株高、莖粗的降低,這與祁娟霞的研究結(jié)果相似[16]。同時(shí),番茄結(jié)果期生長(zhǎng)狀況是決定產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[17]。本研究表明,結(jié)果中期的株高與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系,說明此時(shí)期是形成產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期,應(yīng)適度灌水保證番茄在此時(shí)期正常的生長(zhǎng)發(fā)育。相關(guān)研究表明,在一定范圍內(nèi),番茄產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加[18],本研究結(jié)果也呈現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。但也有研究表明,減少灌水量會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)[19],但在本試驗(yàn)中,0.85EP處理下產(chǎn)量與常規(guī)灌水沒有顯著差異（P＞0.05）,這可能與設(shè)施環(huán)境中的溫濕度、土壤持水保肥能力相關(guān)[20]。在本研究中,0.85EP處理相較于常規(guī)灌水處理降低了水分消耗,同時(shí)又獲得了較高的產(chǎn)量,故具有較好的應(yīng)用潛力。

4 結(jié)論

通過在滴灌條件下不同灌水量對(duì)設(shè)施番茄結(jié)果期生理生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分利用效率的試驗(yàn),研究結(jié)果表明,與常規(guī)灌水處理（1.00 EP）相比,適當(dāng)減少灌水量（0.85 EP）對(duì)番茄的株高、莖粗并不會(huì)產(chǎn)生顯著影響；0.85 EP處理在減少灌溉用水量的同時(shí),番茄產(chǎn)量與常規(guī)灌水處理基本一致,提高了水分利用效率,相較于其他控水處理（0.75 EP、0.65 EP）顯著提高了產(chǎn)量。番茄結(jié)果中期的株高是形成產(chǎn)量的關(guān)鍵影響因子,應(yīng)適度控水避免對(duì)產(chǎn)量造成負(fù)面影響。因此,在滴灌條件下減少灌水量（0.85 EP）可作為設(shè)施番茄結(jié)果期節(jié)水、保產(chǎn)的一種有效手段,可在遼寧中部地區(qū)推廣和應(yīng)用。