辽宁温室滴灌种植条件下番茄结果期需水规律和水分利用效率研究

李明宇

（辽宁省防汛抗旱指挥部办公室,辽宁 沈阳 110003）

0 引言

番茄作为一种常见的温室栽培的农作物,具有经济价值高、种植面积广、产量品质高等诸多优点,深受人们的喜爱。但相较于其他温室蔬菜,番茄在各个生育期的耗水量均比较大[1],而我国水资源正面临极度短缺的现状,尤其是辽宁地区,人均水资源占有量仅为全国平均人均占有量的37%,世界人均占有量的10%[2]。水资源匮乏已经严重阻碍了农业的可持续生产,因此,提高水分利用效率,特别是提高温室作物的水分生产率,是实现我国农业水分高效利用、农业生产可持续发展中亟待解决的关键问题。

近年来,为了能够让有限的水资源发挥更大的经济效益,前人对温室番茄的灌溉方式做了大量研究[3-5]。滴灌和喷灌等节水灌溉方式也已被广大农户所接受,但由于缺乏完善的技术基础和技术培训,辽宁地区设施灌溉方式仍多采用传统的沟灌。沟灌不仅会造成大量的深层渗漏,导致作物的水肥利用效率下降,还会引起土壤板结、次生盐碱化等一系列问题,严重制约着辽宁设施农业的可持续发展[6-7]。而滴灌作为一种能够根据作物需水要求,定时、定量输水的灌溉方式,已经在很多地区得到广泛的应用。相关研究表明,设施番茄在滴灌条件下能减少16.06%～34.09%的深层渗漏量,在提高水氮利用效率18.2%～41.8%的同时,增产5.3%～8.2%[8]。由此可见,在滴灌条件下设施番茄的需水量、水分利用效率及水分生产率均能得到明显的改善。番茄结果期作为形成产量的关键时期[9], 在此时期选取一个合适的灌溉方式尤为重要。因此,本研究针对设施番茄,通过调整其在滴灌条件下的灌溉水量,确定适宜辽宁地区的温室番茄结果期的灌溉方式。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019年在辽宁省灌溉试验中心站中4号大棚进行（位于辽宁省沈阳市黄家乡,120°33'E,42°08'N,海拔47 m）。试验站地点为平原地带,属温带大陆性季风气候。供试作物为番茄,供试土壤为粘壤土,容重1.5 g/cm3,土壤饱和体积含水率为42.2%,土壤中等肥力偏下,速效钾81.28 mg/kg,速效磷18.39 mg/kg,土壤碱解氮75.41 mg/kg,全氮1.11 g/kg,有机质1.22%,土壤pH值为7.40。

1.2 试验准备

采用大垄双行种植,垄宽1.5 m,垄长8 m,高15 cm,每个小区种植10垄番茄,小区面积120 m2。每垄种植作物16株,株距0.45 m,两垄之间的距离为0.5 m。定植前在垄水平中心铺设滴灌带,滴头间距30 cm,滴头流量2 L/h,滴灌带两侧水平距离20 cm处种植作物；陇台铺好滴灌带后覆盖0.08 mm黑色聚乙烯膜；20 cm蒸发皿利用支架置于作物冠层上方；定植时,为保证缓苗率,各个处理统一灌水25 mm；每个小区埋设有底水箱一个,在水箱内分层回填土壤,用以隔断地下水补给；每个小区的有底水箱内外各埋设 Trime管一支[10],用以观测土壤水分含量。每亩地施牛粪15 m3。

1.3 试验设计

采用单因素试验设计,设置不同灌溉水量（I1：0.65 EP；I2：0.75 EP；I3：0.85 EP；I4：1.0 EP（常规对照处理,CK）；EP为灌水基准量,本次试验设定为时段内20cm标准蒸发皿的蒸发量的一半）,各处理重复3次,共12个小区,见图1。其他管理方式按照当地常规进行。

图1 小区分布图

1.4 测定指标

1.4.1 蒸发皿蒸发量测定

每天上午8：00测量蒸发皿液位。

1.4.2 灌水量

每7 d 灌水1次。灌水前先观测土壤水分含量（烘干法或Trime）,当20 cm处土壤水分含量为饱和含水率的80%f（田间持水率）以下时开始灌水,灌水基准量为这一时间段内蒸发皿内水面蒸发量的一半（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 生长指标测定

每10 d用刚尺和游标卡尺测定茎粗（始终测量主茎开叉处）,每个小区选5株定点观测。

1.4.4 番茄产量测定

盛果期每隔3 d～5 d在各小区采果,分别用电子秤称鲜重,累计番茄产量。

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

水分利用效率[11]计算公式如下：

式中：WUE 为水分利用率; Y为番茄每小区实收产量；I为番茄结果期每小区总耗水量。

1.5 数据分析

试验数据分别采用单因素试验设计模型单独进行方差分析,使用DPS软件实现。不同处理事后均值差异检测采用最小显著差法（least significant difference,LSD）,显著性水平 设为0.05。统计检验结果P值简写为P,若P＜0.05, 则不同处理事后均值有显著差异,反之则无显著差异。采用Origin 2019进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同灌水量对番茄株高的影响

滴灌条件下不同灌水量处理设施番茄的株高变化见图2。由图可知,四种灌溉水量处理下番茄的株高均表现为先快速增长后逐渐趋于稳定。在刚进入结果期（10月7日）和结果中期（11月6日）之前,三种灌溉水量处理（0.65 EP、0.75 EP、0.85 EP）下的番茄株高均显著小于常规灌水处理,同时0.65 EP、0.75 EP、0.85 EP处理间并未体现出明显差异,这说明适当的减少灌水确实会影响番茄结果前期的生长；而在11月6日～11月16日之间,可以明显看出0.85 EP处理的番茄株高动态曲线斜率明显大于其他时间, 并且大于其他三种灌溉水量处理同期株高增长斜率。最终的株高数据表现为：常规处理＞0.85 EP＞0.75 EP＞0.65 EP,从图中可以看出,常规处理和0.85 EP处理下的番茄株高显著高于0.75 EP和0.65 EP处理（P＜0.05）,但常规处理与0.85 EP处理间差异并不显著。从整体上看,适当减少灌溉水量（0.85 EP）对番茄结果前期的生长有一定的负效应,但对番茄最终的株高不会造成显著影响。

图2 清障线示意图

图2 滴灌条件下不同灌水量番茄的株高

2.2 不同灌水量对番茄茎粗的影响

滴灌条件下不同灌水量处理设施番茄的茎粗变化见图3。由图可知,番茄整个结果期的茎粗表现出先上升后平稳的趋势。由于减少了灌水量（0.65 EP、0.75 EP、0.85 EP）,结果前中期（10月7日～11月6日）番茄的茎粗显著低于常规灌水处理；在结果中期后,常规处理虽然仍高于其他处理,但差异并不显著（P＞0.05）。从最终的茎粗数据来看,常规处理≈0.75 EP＞0.85 EP＞0.65 EP）,但四种处理最终茎粗差异并不显著。

图3 滴灌条件下不同灌水量番茄的茎粗

2.3 不同灌水量对设施番茄产量和水分利用效率的影响

由图4可知,不同灌水量对番茄产量影响明显。从统计检验结果来看,常规灌水处理以及0.85 EP处理产量显著高于其他两种灌水处理。其中,常规灌水处理和0.85 EP处理产量分别为96.61 t·hm-2、96.26 t·hm-2,相较于0.75 EP处理分别显著提高产量9.26%、8.87%,相较于0.65 EP处理分别显著提高产量29.29%、28.83%（P＜0.05）。随着产量的提高及灌水量的增加,水分利用效率也随之变化,与常规灌水处理相比,0.85 EP、0.75 EP和0.65 EP处理分别显著提高水分利用效率17.22%、22.03%和18.99%（P＜0.05）。由此可见,适当减少灌水量（0.85 EP）并不会对番茄的产量产生明显影响,还可以提高其水分利用效率；过度控水（0.75 EP、0.65 EP）虽然能够显著提高作物的水分利用率,但会导致番茄减产。

图4 不同灌水处理下的产量及水分利用效率

2.4 不同生育期的生长指标与番茄产量的相关性分析

株高、茎粗是影响番茄产量的关键因素,为了进一步明晰二者与其产量的相关性,将不同时间段结果期的株高、茎粗与番茄产量进行了相关分析。Pearson相关系数的计算结果以及对相关系数的统计检验结果（使用DPS软件计算）见表1。从表1可以看出,结果前期的株高、茎粗与产量均无显著的相关性（P＞0.05）；而番茄结果中期的株高与产量间的相关系数达到了0.95,呈现出显著正相关（P＜0.05）,此期的茎粗与产量有明显的负相关性,但并未达到显著负相关；结果后期株高、茎粗与番茄产量间的相关系数分别达到了0.67和-0.85,但均未达到显著水平（P＞0.05）。由此可见,滴灌条件下设施番茄产量的提高是由于提高了结果中期的株高,促进了番茄的生长,使其在形成产量的关键时期保持较好的长势,最终实现保产、增产。

表1 不同生育期的生长指标与产量的相关分析

3 讨论

滴灌技术由于其高频、小流量的特性,能充分发挥非饱和灌溉的特点,从而改善土壤水分状况,提高农作物的产量和品质[12-13]。而在滴灌条件下适当减少灌水量,能够在进一步节水的同时,促进作物的生长发育,提高作物产量[14]。本研究结果表明,在滴灌条件下,适当减少灌水量（0.85 EP）可能会对番茄结果前期的株高、茎粗有一定的影响,但在结果中后期与正常灌水处理相比基本无明显差异,与前人的研究结果基本一致[15]；而过度控水（0.75 EP、0.65 EP）会明显导致株高、茎粗的降低,这与祁娟霞的研究结果相似[16]。同时,番茄结果期生长状况是决定产量的关键因素[17]。本研究表明,结果中期的株高与产量呈显著正相关关系,说明此时期是形成产量的关键时期,应适度灌水保证番茄在此时期正常的生长发育。相关研究表明,在一定范围内,番茄产量随灌水量的增加而增加[18],本研究结果也呈现出相同的趋势。但也有研究表明,减少灌水量会导致作物减产[19],但在本试验中,0.85EP处理下产量与常规灌水没有显著差异（P＞0.05）,这可能与设施环境中的温湿度、土壤持水保肥能力相关[20]。在本研究中,0.85EP处理相较于常规灌水处理降低了水分消耗,同时又获得了较高的产量,故具有较好的应用潜力。

4 结论

通过在滴灌条件下不同灌水量对设施番茄结果期生理生长、产量及水分利用效率的试验,研究结果表明,与常规灌水处理（1.00 EP）相比,适当减少灌水量（0.85 EP）对番茄的株高、茎粗并不会产生显著影响；0.85 EP处理在减少灌溉用水量的同时,番茄产量与常规灌水处理基本一致,提高了水分利用效率,相较于其他控水处理（0.75 EP、0.65 EP）显著提高了产量。番茄结果中期的株高是形成产量的关键影响因子,应适度控水避免对产量造成负面影响。因此,在滴灌条件下减少灌水量（0.85 EP）可作为设施番茄结果期节水、保产的一种有效手段,可在辽宁中部地区推广和应用。