微润管不同埋深对番茄生长、产量、品质的影响

王书吉，韩 松，张正良，费良军，王利书

(1.河北工程大学水利水电学院，河北 邯郸 056021；2.西安理工大学水资源研究所，西安 710048)

0 引 言

微润灌溉是在渗灌技术的基础上发展起来的采用半透膜原理的一种新型高效的节水灌溉方式，使用时将微润管埋在土壤中，利用半透膜的渗透特性，使得微量的水以缓慢渗透的方式向土壤供水，起到灌溉作用[1]。微润管半透膜膜壁上孔的大小允许水分子通过，而不允许较大的分子团和固体颗粒通过。微润灌具有灌水精准、可调控性强、节能、高效节水、系统组成简单等优点[1-4]。

国外，微润灌最早可以追溯到20世纪 80年代初期美国科学家利用塑料制品、回收的废旧橡胶轮胎并添加一些特殊的化学物品，采用特殊的加工方法制造出的Aquapore多孔渗灌管[1]。其后，美国加利福尼亚州、亚利桑那州Sundance农场等地分别开展了该种渗灌灌溉技术种植玉米、西瓜、棉花、马铃薯、番茄、小麦等作物的试验研究。随后法国在吸取其他国家的研究经验基础之上，利用废弃塑料(低密度PE)加发泡剂研发出了一种新型的灌溉管道—TURORZX管，该管渗水量的大小及渗水均匀度主要取决于水头压力，同时与泡状微孔的孔径和材料的均匀性也有关。国内采用渗灌灌溉技术最早可以追溯到200多年前[1]，河南省济源县采用的地下暗管灌溉，但直到20世纪80年代才在对法国赠送的渗灌灌溉设备进行水力性能测试、制造工艺和田间试验研究的基础上，仿制出渗灌灌溉设备，但受当时技术水平因素等限制，仿制出的设备出水均匀度非常低，制约了其推广使用[1]。直到近几年，随着科学技术的飞速发展，微润灌溉技术逐渐成熟。

作为一种最新的灌水模式，目前为止针对微润灌适宜灌水技术参数开展了一定的研究[2-3，5-7]。针对番茄开展的研究有：张子卓[2]等在陕西杨陵开展了微润带不同埋深对番茄生长和土壤水分动态的影响研究，得出15 cm为适宜埋深，但该研究未考虑不同埋深对番茄生理指标、产量、品质的影响。吕望等[4]在陕西杨陵开展了微润灌对番茄产量及品质的影响研究，但该研究埋深处理设置差距较大，且未考虑15 cm埋深的影响，对于番茄品质指标未关注微润灌带来的裂果减少的显著影响。不同地区，气候条件、土壤特性、番茄品种等不同，对微润管埋深等技术参数的要求不同，但目前相关研究开展仍较少且不深入[2,4,8-9]，可供实际应用借鉴的研究结论也较少；因此，有必要开展不同农作区微润灌适宜灌水技术参数研究，埋深是最主要的影响技术参数[2,4]，鉴于此，本研究在华北传统农作区—河北邯郸开展不同微润管埋深对西红柿生长、产量、品质的影响研究，从而为微润灌在类似地区推广使用提供理论和技术支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

实验于2016年3-6月在河北省邯郸市河北工程大学中华南校区无加温型温室实验大棚中进行，土壤为轻壤土，0～100 cm土层容重为1.48 g/cm3，田间持水率为22.40%，初始含水率为7.98%。该温室大棚位于东经 114°03′～40′，北纬 36°20′～44′之间，试验场多年平均日照时数2 363.2 h，多年平均蒸发量2 060 mm，无霜期210 d。地下水埋藏较深，其向上补给量可忽略不计。土壤有机质质量分数0.91%，试验田土壤全氮质量分数为0.52 g/kg，碱解氮为33.5 mg/kg，速效磷为42.3 mg/kg，速效钾为110.2 mg/kg。

1.2 试验设计

本实验共2种灌水方式、4个处理：T1、T2、T3、CK，其中，T1、T2、T3对应微润灌方式微润管3种埋深：10、15、20 cm，常规地面自流灌CK作为对照，见表1，每个处理3次重复。

微润灌采用恒定水头：1.5 m(距离地表)，实验装置主要由供水系统和供水管路两部分组成，安装示意如图1所示：水桶高84 cm，桶底直径54 cm，试验过程中保证桶内水位在1.5±0.1 m范围内。试验使用微润管购买自深圳市微润灌溉技术有限公司，直径为20 mm。地面灌溉土壤含水率保持在90%田间持水量，低于此含水量就进行灌溉，采用塑料管用自来水自流灌溉。

表1 试验处理Tab.1 Experimental treatment

地面灌每次灌水量用下式计算：

Q=(θ1-θ2)HS

(1)

式中：Q为每次灌水量，m3；θ1为灌水上限，m3/m3；θ2为灌水前实测土壤含水量，m3/m3；H为计划湿润层深度，0.5 m；S为试验小区面积：3.21 m2。

实验种植番茄品种为天马-54，每个田块面积3.21 m2。定植前，施有机肥(发酵鸡粪)110 kg/m2，磷酸磷酸氢二铵1.2 kg/m2，复合肥(含N18%、P2O515%、K2O12%)0.35 kg/m2。

图1 实验布置Fig.1 Experimental arrangement

1.3 测定项目及方法

测定项目包括：土壤含水率，番茄生长指标，生理指标，成熟后测番茄产量、品质。

在番茄全生育期每隔3～7 d观测CK土壤含水率，观测方法为烘干法。

生长指标包括：株高、茎粗、叶面积。在番茄移栽定植后，全生育期每隔3～7天进行观测。测定方法为：株高采用卷尺，测定植株根部到生长点的高度；茎粗采用游标卡尺，测定第二茎节的直径，在同一高度垂直的2个角度进行测量，取其平均值作为测定值；叶面积计算采用长宽系数法[10]：叶长×叶宽×0.639 3。

生理指标包括：光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、叶绿素含量。在开花与果实膨大期选取晴朗的上午9∶00-11∶00采用LI6400(LI-COR,USA)便携式光合仪测定光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等生理指标；叶绿素含量测定采用SPAD-502叶绿素测定仪，和光合速率等指标测同一片叶，每个处理选取代表性植株代表性叶片测定。

产量指标包括：单果质量、亩均产量，用电子天平(型号:FA2004N，精度:0.1 mg)称量。

品质指标包括：①果实外观：是否有裂果，裂果占总果数百分比；②可溶性固形物含量，使用手持式折光仪测定；③Vc含量，采用分光光度法测定；④可溶性总糖含量，用蒽酮法测定；⑤有机酸含量，采用0.1 mol/L NaOH滴定法；⑥糖酸比：根据④、⑤测定结果计算糖酸比。

1.4 数据分析

用Excel软件对试验数据进行分析与作图，用SPSS软件对试验数据进行统计分析，并对各处理数据进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对株高的影响

不同处理全生育期番茄株高变化如图2。开花和果实膨大期株高增长速率最快。苗期不同处理株高表现为：CK>T1>T3>T2，CK处理分别比T1、T2、T3处理高出：30.9%，36.7%，33.1%。开花和果实膨大期株高表现为：CK>T1>T2>T3，CK处理分别比T1、T2、T3处理高出45.82%，50.91%，53.59%。果实成熟与采摘期不同处理株高表现为：T2>T3>T1>CK，T2处理分别比T3、T1、CK处理高出26.17%、49.54%、50.3%。

图2 不同处理对株高的影响Fig.2 Effect of different treatments on plant heigh

2.2 不同处理对茎粗的影响

不同处理全生育期番茄茎粗变化如图3。其中开花和果实膨大期茎粗增长速率最快。苗期各处理茎粗表现为：CK>T2>T1>T3，CK处理分别比T1、T2、T3大32.43%、10.42%、37.54%。开花和果实膨大期茎粗先表现为：CK>T1>T2>T3，CK处理分别比T1、T2、T3大17.04%、20.16%、35.29%；5月9日以后，茎粗大小顺序为：T2>CK>T3>T1，T2处理分别比CK、T3、T1大17.94%、24.85%、28.62%。进入果实成熟与采摘期后，不同处理之间茎粗为T2>T3>T1>CK，T2分别比T3、T1、CK大1.79%、4.46%、15.17%。

图3 不同处理对茎粗的影响Fig.3 Effect of different treatments on stem diameter

2.3 不同处理对叶面积的影响

不同处理全生育期番茄叶面积大小变化如图4。苗期各处理叶片面积大小顺序为：CK>T3>T2>T1，CK处理分别比T1、T2、T3大33.68%、10.07%、8.08%。进入开花和果实膨大期后大小顺序先表现为：CK>T2>T3>T1，CK处理分别比T1、T2、T3大62.8%、35.2%、54.4%；5月9日后大小顺序为：T2>T3>CK>T1，T2分别比T1、T3、CK大92.28%、61.94%、68.72%，此后直到7月9日各处理叶片面积大小顺序不变。

图4 不同处理对叶面积的影响Fig.4 Effect of different treatments on leaf area

分析上述生长指标变化原因为：苗期结束进入开花和果实膨大期后，与地面灌相比，微润灌在空间和时间上，能够更及时的满足番茄根系发育、根系面积增大对水分的需求。

2.4 不同处理对番茄光合、蒸腾、气孔导度、胞间CO2浓度等的影响

由表2可知，T2处理的光合速率最大，和其他3个处理大小差异显著，T2分别比T1、T3、CK高41.8%、53.54%、42.58%。T2处理蒸腾速率最大，和T1、CK处理之间差异显著，T2分别比T3、T1、CK高2.65%、6.05%、23.1%。T2处理气孔导度值最大，和T1、CK差异显著，和T3不显著，T2分别比T1、T3、CK高11.27%、5.33%、48.13%。胞间二氧化碳浓度为：T1>T3>CK>T2，T1、T3和T2、CK之间差异显著，T1和T3之间以及T2和CK之间差异不显著，各处理胞间CO2浓度值呈现与光合速率值相反的变化关系。上述指标变化关系表明T2处理植株生理活动最旺盛，最有利于光合作用合成有机物，从而保证产量。

表2 不同处理的生理指标Tab.2 Physiological indexes of different treatments

2.5 不同处理对番茄叶片叶绿素含量的影响

在开花和果实膨大期测量了4次叶绿素含量，结果见图5。第1次测量结果为：CK>T2>T3>T1，第2次测量结果为：CK>T2>T1>T3，都是CK处理大于微润灌处理，微润灌各处理中T2最大。第3次测量结果为：T2>CK>T3>T1，第4次测量结果为：T2>CK>T1>T3，和前两次不同的是，都是T2处理含量最大，说明随着生育期推进，T2处理对番茄叶绿素光合酶活性表现优势更明显。

图5 不同处理对叶绿素含量的影响Fig.5 Effect of different treatments on chlorophyll content

2.6 不同处理对产量和灌溉水利用效率的影响

2016年5月26日开始采摘，产量统计数据截止到2016年7月9日，见表3。从表3可知，不同处理产量表现为T2>CK>T3>T1，T2分别比CK、T1、T3高12.67%、20.76%、23.06%。平均单果质量表现为T2>T1>T3>CK，T1、T2、T3分别比CK高：39.95%、47.88%、44.2%。果实个数大小顺序为：CK>T2>T3>T1，CK分别比T1、T2、T3高47.62%、29.17%、55%。根据产量及相应灌溉耗水量，计算得出各处理灌溉水利用效率，见表3，微润灌处理灌溉水利用效率为CK的3.75～4.92倍。

2.7 不同处理对西红柿品质的影响

为突出微润灌灌水方式的影响特性，本文主要从外观、营养品质、口感等3个角度选取6个指标对各处理综合品质进行评价比较，具体为：①果实外观：裂果占总果数百分比；②营养品质：可溶性固形物含量、VC含量、可溶性总糖含量、有机酸含量；③口感：糖酸比。各处理品质指标结果见表4。

表3 不同处理产量及灌溉水利用效率Tab.3 Yield and irrigation water use efficiency of different treatments

表4 不同处理品质指标Tab.4 Quality indexes of different treatments

裂果严重影响番茄外观，进而影响其品质，从表4可以看出，CK处理裂果数占总果数百分比最大，和微润灌3个处理差异显著；结合试验过程并与园艺专家探讨，分析其原因可能为：在土壤缺水进行灌水时，地面自流灌供水前后土壤含水率短时间内变化较大，导致植株根部吸水速率较大，通过茎部向果实输送水分速率也过快，导致果实内部和表皮膨大速率不一致，这是导致番茄果实表皮开裂的主要原因；而微润灌供水在时间上呈线性均匀变化，大大降低了裂果发生比率。可溶性固形物含量、Vc含量都是T2、T3处理最大，和其他2个处理差异显著。可溶性糖含量值、糖酸比值都是T2处理最大，和其他3个处理差异显著。有机酸含量CK处理最大，和微润灌3个处理差异显著。

根据表4指标值，运用综合评价方法，对各处理品质进行综合评价：①先分别应用G1法(序关系分析法)和熵值法确定各指标主观权重和客观权重，再运用综合集成赋权法[11]对6个指标权重进行综合权重值确定。②应用标准化处理法[11]对指标值进行标准化处理。③采用线性加权和[11]方法计算综合评价值。最后得各处理品质综合评价值结果为：T1=70.23；T2=79.62； T3=76.17；CK=62.58，排序结果为：T2>T3>T1>CK。

3 讨 论

本实验中不同埋深对番茄生长具有较大的影响，进入开花与果实膨大期后，微润灌3个处理株高、茎粗均大于地面灌处理CK，且T2处理最大，叶片面积也为T2处理最大，这和张子卓等研究结果相同[2]。土壤水分的适宜与否会影响植株叶片气孔的开闭变化、叶肉细胞生化活动以及保卫细胞的运动，进而影响植株的蒸腾速率和光合速率及叶绿素 含量等，最终影响果实产量和品质，本研究植株生理指标结果均为T2处理最优。微润灌3个处理平均单果质量均大于CK，且T2的平均单果质量、产量均高于T1、T3及CK；但CK处理果实个数最多，产量大于T1、T3，分析其原因，可能为：在微润管埋深过浅时(如T1)，可能会导致地表无效蒸发增大，影响植株对水分的吸收；埋深过大时(如T3)可能会导致水分深层渗漏增加，从而影响作物根系的发育和对水分的吸收进而影响产量；但就灌溉水利用效率来说，微润灌处理为地面灌CK的3.75～4.92倍。灌溉水利用效率和产量等结果和张子卓等[2]的不同，主要原因是采摘持续时间长短不同。

本研究所得T2处理生长指标、生理指标、产量、品质等最优，说明15 cm为本实验所得最佳埋深。牛文全等[7]室内土箱模拟试验，发现微润带最适埋深应为15～20 cm之间；张子卓等研究[2]也认为，最适宜番茄生长的微润管埋深为15 cm，这和本研究结论相同。

4 结 论

(1)微润管埋深为15 cm时，番茄株高、茎粗、叶面积等生长指标及光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、叶绿素含量等生理指标均优于其他埋深微润灌处理及地面自流灌。

(2)不同灌溉方式及微润管不同埋深处理对番茄产量与平均单果质量影响不同，微润管埋深为15 cm(T2)时，产量最高，其余依次为CK、T3、T1。平均单果质量表现为T2>T1>T3>CK。微润灌各埋深处理灌溉水利用效率为地面自流灌的3.75～4.92倍。

(3)微润灌在时间和空间上对作物线性均匀供水，且水分供应量适宜，故微润灌各处理番茄品质均优于地面自流灌，T2处理品质最优，其余依次是T3、T1、CK。

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