覆膜与水分控制对宁夏设施滴灌番茄产量与品质的影响

郭彬，莫彦，吴忠东*，张彦群，龚贻螣，龚时宏，王建东，李巧灵

覆膜与水分控制对宁夏设施滴灌番茄产量与品质的影响

郭彬1，莫彦2，吴忠东1*，张彦群2，龚贻螣3，龚时宏2，王建东4，李巧灵2

（1.山东理工大学 农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255049；2.中国水利水电科学研究院 水利研究所，北京 100048；3.中资海外咨询有限公司，北京 100048；4.中国农业科学院 农业环境与可持续发展研究所，北京 100081）

【】探索宁夏设施滴灌番茄覆膜的效果和适宜的灌溉制度，为宁夏地区设施滴灌番茄节水高产种植提供理论依据。通过2 a试验，在覆膜（M）与不覆膜（NM）条件下，设定4种水分控制水平，灌水频率为7~10 d，W1、W2和W3处理的灌水上限分别为100%（田间持水率）、80%和70%，以当地灌水量为对照（CK，灌水上限为123%），研究了覆膜和水分控制对设施滴灌番茄生长、产量、品质与水分生产效率的影响。番茄株高和茎粗在苗期―开花坐果期生长迅速，受覆膜处理影响显著（<0.01），受水分控制影响不显著（＞0.05）。随着灌水量的增加，番茄产量先增加后降低，W2M处理的产量和水分生产效率均为最大值，分别为89 844.88 kg/hm2和502.5 kg/（hm2·mm），相比覆膜CK分别增加21.4%和63.7%。相比于不覆膜处理，覆膜番茄产量平均增加18.1%，差异达到显著水平（<0.05），其还原性维生素C和可溶性固形物量分别提高28.9%和22.8%（<0.05）。覆膜和水分控制均对番茄还原性维生素C量、可溶性固形物和可溶性总糖量的影响达到显著水平（<0.01），覆膜处理还对可滴定酸量和糖酸比的影响达到显著水平（<0.05）。对于宁夏设施滴灌番茄，采用覆膜栽培与80%的灌水上限可以获得较高产量和较好品质。

覆膜；滴灌；灌水上限；产量；番茄品质

0 引 言

【研究意义】2019年我国农业灌溉用水量占全国总用水量的61.4%[1]，水资源的过度消耗严重制约着中国特色现代化农业的建设，为此，我国近年来积极推进节水灌溉技术。截至2019年，我国发展节水灌溉面积3 427万hm2，占总灌溉面积的46.3%，其中微灌面积628万hm2，居世界第一[1]。到2018年，我国设施蔬菜种植面积为390万hm2，其中设施番茄占比超过19.7%[2]。【研究进展】滴灌可以促进番茄根系生长发育，提高水肥利用效率[3]。相比于畦灌，滴灌番茄可显著降低土壤CO2累积排放量，有利于土壤有机质的积累[4]。大量研究表明，番茄产量和品质受灌溉制度的影响十分显著[5-6]。在温室基质滴灌栽培条件下，樱桃番茄产量和水分生产效率随灌水量的增加而先增加后降低，当灌水频率为4 d/次，总灌水量为306 mm时的产量最大[7]。张志云等[8]发现灌水频率对番茄产量和水氮淋失影响不显著，但番茄灌水频率为6 d/次时，番茄获得最高产量，硝态氮淋失量明显降低。

维生素C量、可溶性固形物量、可溶性糖量等是衡量番茄品质的重要指标。在壤土条件下，番茄糖酸比随灌水下限的增大而增大，而可溶性固形物量、可溶性糖量、维生素C量和可溶性蛋白量随灌水下限的增大而减小[9]。在番茄不同生育阶段适宜的灌水下限能改善果实品质。王文娟[10]通过膜下滴灌番茄试验发现，将苗期和开花坐果期的土壤水分控制在70%～80%有利于番茄品质提高，在结果后期，适当的水分亏缺有利于可溶性蛋白量的积累。Du等[11]研究发现适当的水分亏缺能提高番茄产量和改善果实品质，当灌水量为75%标准蒸发皿蒸发量时，番茄的产量、番茄红素量与可滴定酸量最大。

覆膜可以显著提高作物产量和水分利用效率[12-14]，在大田滴灌粮食作物中的应用十分广泛。对于设施蔬菜，王京伟等[15]在陕西杨凌的试验研究表明覆膜滴灌甜瓜的产量较不覆膜滴灌甜瓜能显著提高29.3%；王乐等[16]的研究表明，覆膜滴灌番茄的产量和水分生产效率比不覆膜滴灌番茄分别显著提高了2.9%和21.7%。

【切入点】在宁夏地区，滴灌技术在设施番茄中应用比例较大，但滴灌条件下的大水大肥管理模式仍十分普遍[17]，不仅增加了生产成本，造成番茄减产和品质下降，还会造成水资源浪费和地下水污染等生态问题，而且地膜覆盖栽培设施蔬菜增产效应的相关研究成果较少，种植大户对是否进行覆膜栽培蔬菜存在争议，因此，设施滴灌番茄是否需要覆盖地膜值得研究。【拟解决的关键问题】本试验通过比较覆膜与不覆膜条件下，不同水分控制对番茄的生长、产量、品质以及水分生产效率的影响来获得合理高效的设施滴灌番茄栽培管理模式。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年和2019年7―11月在宁夏中卫市的九晟农牧发展公司农业基地（东经105°6′49″，北纬37°28′13″，海拔1 233 m）进行，试验地属干旱、半干旱大陆性季风气候和沙漠气候，年平均气温5.3～9.9 ℃，日照时间2 250～3 100 h，无霜期105～163 d，年均降水量166.9～647.3 mm，蒸发量1 312～2 204 mm。试验所用温室为全钢架结构，东西走向，坐北朝南，长85 m，宽11.5 m，顶部覆盖聚乙烯薄膜和保温棉被，保温棉被由自动卷帘机控制，棚内设置有温湿度传感器。试验地土质为壤土，0～80 cm土壤平均体积质量为1.53 g/cm3，平均田间持水率为31.03%（体积含水率），土壤全氮为1 560 mg/kg、铵态氮为10.62 mg/kg、硝态氮为59.08 mg/kg、有效磷为63.05 mg/kg、速效钾为227.80 mg/kg、有机质质量分数为22 540 mg/kg和pH值为8.25。

1.2 试验设计

试验设置覆膜和水分控制2个处理。覆膜处理包含覆膜（M）和不覆膜（NM）处理。考虑覆膜对田间小气候影响显著[18-19]，一个大棚设置2种覆膜方式不利于区分覆膜对微环境与作物生长的影响，因此同一大棚只能设置1种覆膜处理。受客观条件限制，2018年开展不覆膜处理试验，2019年在相同大棚中开展覆膜处理试验。

水分控制包含高水（W1）、中水（W2）、低水（W3）处理和1个对照（CK），每个处理包括3个重复（R1、R2、R3）。W1处理的灌水上限为100%，W2处理的灌水上限为80%，W3处理的灌水上限为70%，CK为当地常用的滴灌灌溉制度（灌水上限为123%）。灌水频率根据试验地区常用灌水间隔设置，在番茄苗期，灌水频率为7 d/次，在开花坐果期―结果后期，灌水频率为10 d/次。2018年，只在番茄苗期和开花坐果期进行了4次灌水处理，从定植后36 d，各处理灌水量相同。试验将番茄全生育期划分为4个阶段：苗期（2018年7月13日―8月3日，2019年7月2―23日）、开花坐果期（2018年8月3日―9月12日，2019年7月23日―9月4日）、结果盛期（2018年9月12日―10月19日，2019年9月4日―10月12日）和结果后期（2018年10月19日―11月13日，2019年10月12日―11月10日），从番茄定植到采摘结束，各处理的灌水量见表1。

表1 各处理灌水量

试验番茄品种选用粉印3号，采用南北向垄上种植模式，垄宽110 cm，高15 cm，每垄种植2行番茄，番茄种植行距30 cm，株距50 cm，每行番茄布置1条滴灌带供水，滴灌带（雨润农业节水灌溉制造有限公司，宁夏）为内镶贴片式，滴头流量2.8 L/h，壁厚0.2 mm，滴头间距30 cm。在覆膜滴灌处理中，番茄采用黑白交替膜覆盖，膜宽120 cm，厚0.012 mm（图1）。试验小区长11.5 m，宽3.9 m，每个处理设3个重复，共12个小区，每个小区的入口均安装了阀门和水表。

图1 番茄种植模式

1.3 测定项目和方法

1）土壤水分

每隔3 d以及每次灌水前和灌水24 h后用TRIME-PICO剖面土壤水分仪（IMKO，德国）监测土壤水分变化，测试深度为20、40和60 cm。每个处理均安装3根TRIME管，TRIME管安装在番茄株间。由于2018年只在番茄苗期和开花坐果期进行了灌水处理，从定植后36 d开始，没有进行土壤水分监测，但在最后1次收获结束后，测定了各层土壤含水率。

2）生长指标

每个小区选取3株具有代表性的番茄植株，在番茄苗期（2018年，定植后4 d；2019年，定植后2 d）和开花坐果期（2018年，定植后24 d；2019年，定植后21 d）测定番茄株高和茎粗。株高（地面至植株最高处）采用卷尺测定，茎粗（地面以上3 cm处）采用游标卡尺测定。

3）产量与品质

依据番茄实际成熟时间进行采摘，每次采摘果实后，将每个小区中间一垄成熟的果实全部摘取，采用电子秤（精度为5 g）称质量，计算番茄总产量。

在2018年10月19日和11月11日，2019年9月28日和10月18日果实采摘时，选取每个处理小区中大小、硬度一致的果实3个，测定番茄还原性维生素C（2，6-二氯酚靛酚钠滴定法）、可溶性固形物（ATAGO手持糖度计PR-32，Co. Ltd., Tokyo，Japan））、可溶性总糖（硫酸蒽酮法）和可滴定酸度（NaOH滴定法）[20]。

4）水分生产效率和灌溉水水分利用效率

水分生产效率与灌溉水水分利用效率计算式为：

ET=，（1）

I=，（2）

式中：ET为作物水分生产效率（kg/（hm2·mm））；为作物生育期耗水量（mm）；为番茄总产量（kg/hm2）；I为灌溉水水分利用效率（kg/（hm2·mm））；为作物生育期灌溉水量（mm）。

作物耗水（）采用水量平衡方程计算：

Δ，（3）

式中：为降雨量（mm），温室大棚无自然降雨，=0；为灌溉水量（mm）；Δ为生育期前和生育期结束后0～60 cm土层蓄水量变化值（mm）；为地表径流量（mm），本试验区域无地表径流，=0；为全生育期内该时间段的地下水补给量（mm），本试验区域内平均地下水埋深2.55 m，可忽略地下水补给，=0。

1.4 数据处理

显著性分析采用SPSS 18.0统计软件进行分析。变化趋势图采用Microsoft Excel 2016与Origin 2017进行制作。

2 结果与分析

2.1 土壤含水率

覆膜和不覆膜滴灌番茄在0～20、20～40 cm和40～60 cm土层的土壤体积含水率变化曲线如图2所示，由图2可以看出，各层土壤含水率随着灌水量增大而增大。随着生育期的进行，土壤含水率均呈逐渐减小的趋势。

0～20 cm土层，覆膜处理的土壤含水率变化幅度较小，与不覆膜处理相比，番茄全生育期平均土壤含水率提高了1.4%～12.0%；20～40 cm土层，各处理在番茄苗期土壤含水率无明显差异，当番茄进入开花坐果期，土壤含水率呈下降趋势，各处理间土壤含水率差异逐渐增大；40～60 cm土层，各处理土壤含水率在番茄苗期和开花坐果期基本趋于稳定状态，当番茄进入结果盛期后，土壤含水率逐渐下降。

表2 设施滴灌番茄株高与茎粗

注 同一列中不同字母分别表示处理间差异显著（＜0.05）；*表示=0.05上水平差异显著；**表示=0.01上水平差异显著；NS表示差异不显著（LSD法）。下同。

2.2 番茄株高与茎粗

番茄苗期和开花坐果期生理指标如表2所示。由表2可知，苗期W2NM处理株高较CKNM处理增加了7.4%，W1NM处理茎粗较CKNM处理增加了8.8%，但与其他处理差异均不显著（＞0.05），CKNM处理在开花坐果期的株高和茎粗最大，茎粗显著高于其他处理（<0.05）；覆膜滴灌番茄在苗期株高，开花坐果期株高和茎粗均随着灌水上限的增加而增大，与CK相比，W1处理苗期株高增加了6.1%，开花坐果期株高和茎粗均增加了3.3%。

覆膜对番茄苗期和开花坐果期的株高影响显著（＜0.01），其余指标受覆膜与水分控制的影响不显著（＞0.05）。W2NM和W3NM处理株高在苗期较W2M和W3M处理分别提高了15.9%和17.5%，在开花坐果期株高提高了26.3%和27.6%（＜0.05）。W1M处理在开花坐果期的茎粗比W1NM处理提高了19.2%，且差异达到显著水平（＜0.05）。

2.3 番茄产量、耗水量与水分生产效率

番茄产量和水分利用效率如表3所示。由表3可以看出，相比于不覆膜处理，覆膜滴灌番茄产量平均提高了18.1%。番茄产量随灌水量的增加呈先增加后降低的趋势，不覆膜滴灌番茄W2NM处理的产量最高，较W3NM、W1NM和CKNM处理分别增加5.1%、7.7%和15.9%，但差异不显著（＞0.05）；覆膜滴灌番茄W2M处理的产量最高，较W3M和W1M处理分别增加8.5%和11.7%，均无显著性差异，但与CKM处理相比，W2M处理的产量显著提高了21.4%（＜0.05）。

番茄耗水量随灌水量的增加呈递增趋势，且CK显著高于W2和W3处理（＜0.05）。在相同水分控制下，覆膜处理的耗水高于不覆膜处理，但差异不显著（＞0.05）。

番茄水分生产效率（ET）和灌溉水水分利用效率（I）受水分控制影响显著（＜0.05），ET和I随灌水量的增加呈递减趋势。相比于CKNM处理，W3NM处理的ET和I分别显著提高了79.6%和83.1%（＜0.05）；W2M处理的ET为502.5 kg/（hm2·mm），相比于CKM处理，W2M处理的ET显著提高了63.7%，W3M处理的I显著提高了112.6%（＜0.05）。与不覆膜处理相比，覆膜滴灌番茄的ET较高，但差异不显著（＞0.05）。对于I，覆膜处理高于不覆膜处理，W2M和W3M处理较W2NM和W3NM处理的I分别显著提高了36.5%和41.6%（＜0.05）。

2.4 番茄品质

番茄品质指标如表4所示。由表4可知，不覆膜滴灌番茄还原性维生素C量、可溶性总糖量和糖酸比随灌水量增加逐渐降低，W3NM处理的还原性维生素C比其他处理显著提高了6.3%～29.7%（＜0.05）；W3NM处理的可溶性总糖量比W1NM和CKNM处理分别显著提高了12.3%和21.0%（＜0.05）；不同水分控制间的糖酸比差异没有达到显著性水平（＜0.05）。番茄可溶性固形物量随灌水量增加而先增加后降低，W2NM处理的可溶性固定物量比W1NM和CKNM处理显著提高了8.9%和16.8%（＜0.05），与W3NM处理差异不显著（＞0.05）。番茄可滴定酸量CKNM处理为0.47%，比其他处理显著增加了23.7%～27.0%（＜0.05）。

表4 番茄品质指标

覆膜滴灌番茄还原性维生素C量和可溶性总糖量随灌水量增加逐渐降低，W3M处理的还原性维生素C量和可溶性总糖量分别比CKM处理显著提高19.0%和19.4%（＜0.05）。W2M处理番茄可溶性固形物量和糖酸比分别比CKM处理提高了12.3%和8.5%，其中，可溶性固形物量的差异达到显著水平（＜0.05）。

覆膜滴灌番茄的还原性维生素C量和可溶性固形物量分别比不覆膜处理平均提高了28.9%和22.8%，且差异达到显著性水平（＜0.05）；覆膜滴灌番茄的可溶性总糖量比不覆膜处理增加了4.2%～8.2%，在CK和W3处理的差异达到显著性水平（＜0.05）；相比于不覆膜处理，覆膜滴灌番茄的可滴定酸量平均降低了37.0%，二者在CK和W2处理的可滴定酸量差异达到了显著水平（＜0.05）；与不覆膜处理相比，覆膜滴灌番茄的糖酸比平均提高了48.9%，相比于CKNM处理，CKM处理的糖酸比显著提高了93.1%（＜0.05）。

3 讨 论

水分控制对番茄在苗期和开花坐果期的株高和茎粗影响不显著，与张新燕等[21]试验结果相似。覆膜对番茄生育前期株高影响显著，刘伟等[22]认为膜下滴灌可以改善土壤温度和水分条件，提供了有利于作物苗期生长的土壤水、热环境。王丽娟等[23]发现以当地水肥施用量为CK进行水肥减量会造成减产，当水肥减少20%时番茄减产最少且品质最好，而李耀霞等[24]认为，80%的灌水上限可促进番茄增产15.4%，节水54.9%。本试验发现，在相同覆膜条件下，3种灌溉处理（W1、W2、W3）对应的番茄产量差异不显著，但W2灌水处理的产量与ET均为最高值，这可能是由于地区水肥施用量不同、番茄品种等原因导致[23]。

灌水量大带来的稀释作用[25]使番茄果实中的还原性维生素C量降低，这也是本研究中还原性维生素C与灌水量呈反比的原因，与洪霞[26]关于温室番茄产量-品质-环境效应组合评价模型构建及其水肥效应的研究中得出的维生素C与灌水量呈负相关关系的结论一致。适宜的亏水能提高番茄果实中蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性，降低酸性转化酶和中性转化酶的活性，促进蔗糖的合成并抑制其分解[27]，因此，本研究中W2M处理的番茄可溶性总糖量和糖酸比最大。在一定范围内，水分亏缺有利于番茄可溶性固形物的积累，但同时也会增加可滴定酸量[9]，类似的，本研究中番茄可滴定酸量为W3处理最大，控制灌水上限后的番茄可溶性固形物量比当地常用的滴灌制度得到显著提高。

对于大田玉米滴灌，覆膜能显著减少土壤蒸发量，同时由于产量提高会增大作物蒸腾量，故覆膜与不覆膜滴灌的作物耗水量相差不大，覆膜滴灌作物耗水量甚至略高于不覆膜处理[18]。对于设施番茄，相比于不覆膜处理，覆膜滴灌番茄的土壤蒸发减小幅度低于大田条件，而16.1%～21.5%的增产表明番茄蒸腾量提高了，故本试验中，覆膜滴灌番茄的耗水量高于不覆膜处理，但覆膜条件下的ET与I仍然高于不覆膜处理。由于覆膜可以提高土壤温度，形成良好的水肥条件，促进土壤养分的释放，提高土壤酶活性和植物根系活力[28]，故番茄还原性维生素C量、可溶性固形物量、可溶性总糖量和糖酸比也均得到显著提高（＜0.05）。

4 结 论

1）覆膜处理可有效提高土壤表层含水率，各灌水处理含水率表现为CK＞W1处理＞W2处理＞W3处理。覆膜后番茄产量、ET和I显著提高，产量和ET在W2灌水处理达到最大。

2）减少灌水量并覆膜可有效改善番茄品质。覆膜条件下番茄还原性维生素C、可溶性固形物、可溶性糖量和糖酸比均显著高于不覆膜处理，W2M处理的可溶性固形物量和糖酸比最大。

3）对于宁夏地区设施番茄种植，综合考虑ET、产量和品质指标，番茄在覆膜条件下，设置80%灌水上限可获得较高产量和较好的品质。

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Combined Effects of Film Mulching and Water-controlled Drip Irrigation on Yield and Quality of Facility-cultivated Tomato in Ningxia

GUO Bin1, MO Yan2, WU Zhongdong1*, ZHANG Yanqun2, GONG Yiteng3,GONG Shihong2, WANG Jiandong4, LI Qiaoling2

(1. School of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China;2. Department of irrigation and Drainage, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100048, China;3. CIECC Overseas Consulting Co., Ltd, Beijing 100048, China; 4. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 10004, China)

【】Tomato is a vegetable grown widely across Ningxia in greenhouses with the soil mulched. Drip irrigation is the main irrigation for greenhouse crops, but excessive irrigation is common resulting in not only water waste but also environmental contamination due to agrochemicals leaching. Increasing water use efficiency and reducing detrimental impact of the mulching film is hence critical to sustaining tomato production in Ningxia.【】The purpose of this study was to find an optimal drip-irrigation scheduling and film mulching in attempts to provide guidance for improving water use efficiency while in the meantime increasing yield of the greenhouse tomato in Ningxia.【】A two-year experiment was conducted in a solar greenhouse with the soil either not mulched (M) or mulched (NM) with plastic film. Added to these were three irrigation levels by keeping the soil moisture at 100% (W1), 80% (W2) and 70% of the field capacity respectively, with the irrigation used by local farmers (123% of the field capacity) taken as the control (CK).【】It was the film much rather than the irrigation amount that affected the growth of plant height and stem diameter from seedling stage to flowering and fruit setting stage at significant level (<0.01). With an increase in irrigation amount, the tomato yield increased first followed a decline. The yield and water use efficiency of W2M were 89 844.8.8 kg/hm2and 502.5 kg/(hm2·mm) respectively, up 21.4% and 63.7% respectively from CKM. Compared with not mulching, mulching increased the average yield by 18.1%, reductive vitamin C and soluble solid content by 28.9% and 22.8% respectively, all at significant level (<0.05). The combined effect of water control and film mulch on reductive vitamin C, soluble solids and total soluble sugar was significant at<0.01, and the effect of film mulching on titratable acid and sugar acid ratio was significant at<0.05. Compared with CK, W3increased the total soluble sugar content and the sugar acid ratio by 4.2%~8.2% and 48.9% respectively, both at significant level (<0.05), while reducing the titratable acid content by 37%. W2M increased the soluble solid content and the sugar acid ratio most, by 12.3% and 8.5% respectively, compared to CK. Film mulching also affected soluble sugar and soluble acid content at significant level (<0.05).【】Our two-year experiment showed that keeping the soil moisture not exceeding 80% of the field capacity using drip irrigation with the soil mulched was most effective to increase yield and quality of the greenhouse tomato in Ningxia.

film mulching; drip irrigation; tomato; yield and fruit quality; greenhouse

S641.2

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020525

1672 - 3317（2021）03 - 0048 - 08

郭彬, 莫彦, 吴忠东, 等. 覆膜与水分控制对宁夏设施滴灌番茄产量与品质的影响[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(3): 48-55.

GUO Bin, MO Yan, WU Zhongdong, et al. Combined Effects of Film Mulching and Water-controlled Drip Irrigation on Yield and Quality of Facility-cultivated Tomato in Ningxia[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(3): 48-55.

2020-09-20

水利部技术示范项目（SF-201802）；国家自然科学基金项目（51909276）；中国水科院基本科研业务费项目（ID0145B602017）

郭彬（1996-），男，山东潍坊人。硕士研究生，主要从事节水灌溉理论与新技术研究。E-mail: wy393966534@163.com

吴忠东（1968-），女，山东淄博人。副教授，博士，主要从事劣质水灌溉及环境效应研究。E-mail: wuzhongdong@126.com

责任编辑：陆红飞