滴灌灌水控制下限對(duì)溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率的影響

祁金虎+張玉龍

摘要：采用溫室小區(qū)栽培試驗(yàn)的方法，設(shè)置4個(gè)滴灌灌水處理，其控制下限土壤水吸力分別為20、30、35、40 kPa，各處理灌水控制上限土壤水吸力均為6 kPa。研究了滴灌不同灌水處理對(duì)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率的影響。結(jié)果表明，在溫室肥力較低的棕壤試驗(yàn)地上，灌水控制上限、下限土壤水吸力分別為6、30 kPa時(shí)，番茄節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、省工效果最佳。

關(guān)鍵詞：溫室；滴灌；灌水控制下限；產(chǎn)量；水分利用效率

中圖分類號(hào)： S641207文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（201412-0198-03

在我國(guó)，種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，使蔬菜成為了繼糧食作物之后的第二大類農(nóng)作物[1]。以溫室和塑料大棚為主體的設(shè)施農(nóng)業(yè)，因其經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)高于露地農(nóng)業(yè)，面積正在逐年增加。2008年我國(guó)設(shè)施蔬菜面積約為3347萬(wàn)hm2，相比1980年增長(zhǎng)了近500倍，約占全國(guó)蔬菜總種植面積的187%。以遼寧省為例，2009年設(shè)施蔬菜面積接近533萬(wàn)hm2，占總耕地面積的133%，約為2005年的4倍。由于蔬菜栽培設(shè)施內(nèi)部長(zhǎng)期處于一種封閉或半封閉狀態(tài)，高溫、高蒸發(fā)且不能接納降水，從高產(chǎn)、高效、防病、環(huán)保及防止土壤退化等多方面對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的水分調(diào)控提出了更高要求。

滴灌作為設(shè)施農(nóng)業(yè)中的一種新型灌溉技術(shù)，自20世紀(jì)70年代引入[JP2]我國(guó)以來(lái)，推廣應(yīng)用面積逐年增加[4-5]。相對(duì)于傳統(tǒng)灌溉方式，滴灌具有良好的節(jié)水增產(chǎn)效果，但如何通過(guò)調(diào)控灌水指標(biāo)以確保增產(chǎn)、優(yōu)化節(jié)水效果成為溫室滴灌技術(shù)推廣的重要研究?jī)?nèi)容。以往研究主要集中在若干種灌溉方法節(jié)水、增產(chǎn)效果的比較上，而關(guān)于確定溫室滴灌適宜灌水控制下限的研究相對(duì)較少[6-9]。本研究以滴灌條件下溫室番茄為對(duì)象，研究不同灌水控制下限、灌水定額對(duì)番茄品質(zhì)、節(jié)水增產(chǎn)效果的影響，以期為優(yōu)化溫室滴灌灌水技術(shù)指標(biāo)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

11試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2012年在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行。番茄于5月4日定植并澆緩苗水，5月26日開(kāi)始水分處理試驗(yàn)，8月6日拉秧。

12試驗(yàn)材料

供試土壤為棕壤，0～30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為1087 g/kg；全氮、全磷、全鉀含量分別為136、043、2216 g/kg；速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為5682、5254、8877 mg/kg；容重為156 g/cm3。因該溫室于2012年建成并投入使用，土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量相對(duì)較低。供試作物為番茄，品種為佳源大粉。灌溉均采用滴灌方法進(jìn)行。滴灌帶選用市售普通滴灌帶，其上2出水孔間距為30 cm。

13試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，其灌水控制下限土壤水吸力值分別設(shè)定為20、30、35、40 kPa；灌水控制上限相同，均為土壤水吸力值6 kPa。每處理3次重復(fù)，試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)排列。為防止水分相互滲透，各小區(qū)之間用埋深60 cm的塑料薄膜隔開(kāi)。試驗(yàn)過(guò)程中，每天08：00使用張力計(jì)（澳大利亞ICT公司生產(chǎn)觀測(cè)20 cm深處的土壤水吸力變化情況，當(dāng)各處理土壤水吸力值達(dá)到或超出所設(shè)定的灌水控制下限土壤水吸力值時(shí)開(kāi)始灌水，單次灌水量由下式算出：

[J（]Q= （θ2-θ1×H×R×S。[J][JY]（1

式中：Q為小區(qū)單次灌水量；H為計(jì)劃濕潤(rùn)層厚度，設(shè)定為30 cm；R為計(jì)劃濕潤(rùn)比，即計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤中灌水后實(shí)際濕潤(rùn)體積占總體積的比例，設(shè)定為05；S為小區(qū)面積，為16 m2；θ2、θ1分別為灌水控制上限、灌水控制下限土壤水吸力值所對(duì)應(yīng)的土壤體積含水量，用下式求得[10]：

[J（]θ=0521 2×[1+（6382 4×h11500 5]-0009 4。[J][JY]（2

式中：θ為土壤體積含水量；h為土壤水吸力。該公式是通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)地計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的土壤樣品的持水特征曲線得到。

各灌水處理施用基肥的種類、數(shù)量相同，即整地時(shí)撒施腐熟牛糞1875 t/hm2、腐熟雞糞25 t/hm2。定植時(shí)溝施磷酸二銨、硫酸鉀各600 kg/hm2，尿素150 kg/hm2。于番茄第1穂果實(shí)膨大期和第2穗果實(shí)膨大期追肥2次，每次追施尿素 150 kg/hm2。其他田間管理措施同當(dāng)?shù)販厥以耘唷?/p>

14測(cè)定項(xiàng)目與方法

番茄坐果后每株保留3穗，每穗留3～4個(gè)果，待成熟后用稱質(zhì)量法計(jì)產(chǎn)。番茄果實(shí)中可溶性固形物、維生素C、可溶性糖、有機(jī)酸含量分別采用阿貝折光儀、2，6-二氯酚靛酚法、蒽酮法、標(biāo)準(zhǔn)堿液滴定法測(cè)定。番茄生育期內(nèi)灌水量用水表計(jì)量，水分利用效率為總產(chǎn)量與總灌水量的比值。

15數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 160軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析；采用Excel 2003軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖分析。

2結(jié)果與分析

21灌溉指示層土壤水分吸力

土壤水分是最活躍的土壤肥力因素之一，它不僅能滿足作物需水要求，而且還會(huì)影響土壤養(yǎng)分狀況、水肥氣熱的調(diào)控[10]。番茄根系主要集中在0～30 cm土層，20 cm深處土壤含水量基本可以反映出番茄的需水情況。從圖1可以看出，各處理20 cm深處土層土壤水分吸力均呈周期性變化趨勢(shì)，且隨著灌水控制下限土壤水吸力值的增大變幅增加、變動(dòng)周期縮短。灌水控制下限土壤水吸力20、30、35、40 kPa處理的番茄全生育期內(nèi)灌水次數(shù)分別為15、13、12、11次，與之對(duì)應(yīng)的平均灌水周期分別為387、458、497、544 d。從圖1還可以看出，定植后28 d水分處理開(kāi)始時(shí)土壤吸力值較高，而定植69 d時(shí)追施化學(xué)肥料、控制土壤水分含量致使土壤水吸力值上升，出現(xiàn)最大值。

[F（W10][TPQJH1tif][F]

22灌水量

從表1可以看出，隨著灌水控制下限土壤水吸力值的增大，灌水定額逐漸增加，灌溉定額逐漸降低。灌水控制下限土壤水吸力值越小，一方面達(dá)到相同灌水控制上限所需的灌水定額越小，另一方面由于番茄全生育期內(nèi)土壤含水量水平越高，土壤水分表層蒸發(fā)和深層滲漏的累積量越大，灌溉定額就越大。灌水控制下限土壤水吸力值越大，一方面達(dá)到相同灌水控制上限所需的灌水定額越大，另一方面番茄全生育期內(nèi)土壤含水量水平越低，土壤水分的表層蒸發(fā)和深層滲漏累積量越小，灌溉定額越小。endprint

23番茄品質(zhì)

231維生素C含量

維生素C廣泛存在于新鮮蔬菜、水果中，是一種良好的天然抗氧化劑，生物體內(nèi)多種代謝作用需其參與完成[11]。從表2可以看出，隨著灌水控制下限土壤水吸力值的增大，番茄果實(shí)維生素C含量逐漸增加。灌水控制下限土壤水吸力40 kPa處理番茄果實(shí)維生素C含量顯著高于20、30、35 kPa處理，分別是它們的151、133、120倍。灌水控制下限土壤水吸力35 kPa處理番茄果實(shí)維生素C含量顯著高于20 kPa處理，但與30 kPa處理的番茄維生素C含量差異不顯著。這說(shuō)明適當(dāng)調(diào)控灌水控制下限土壤水吸力值有利于改善番茄果實(shí)維生素C含量水平。

232可溶性固形物含量

番茄可溶性固形物（SSC含量是指番茄汁液中溶質(zhì)的質(zhì)量比例，對(duì)達(dá)成番茄高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)目標(biāo)起著關(guān)鍵作用，就加工品種番茄而言，SSC每增加1%就相當(dāng)于增加了25%營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)量[12]。從表2可以看出，灌水控制下限土壤水吸力35 kPa處理番茄果實(shí)SSC含量略高于20、30、40 kPa 處理，但并未達(dá)到顯著性差異。這說(shuō)明調(diào)控灌水控制下限土壤水吸力對(duì)番茄果實(shí)SSC含量的影響較小。

233可溶性糖、有機(jī)酸、糖酸比

可溶性糖和有機(jī)酸占番茄果實(shí)干質(zhì)量的60%以上，二者是反映番茄果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)[13]。實(shí)踐證明，良好的風(fēng)味必須在較高的含糖量基礎(chǔ)上有適宜的糖酸比，適宜糖酸比為69～108[14]。從表2中可以看出，灌水控制下限土壤水吸力40 kPa處理番茄果實(shí)可溶性糖含量要顯著高于20、30、35 kPa處理，分別是它們的124、128、129倍。4個(gè)處理間有機(jī)酸含量差異不顯著。灌水控制下限土壤水吸力40 kPa處理的糖酸比顯著高于20、30、35 kPa處理，分別是它們的127、135、136倍，而20、30、35 kPa處理間糖酸比無(wú)顯著差異。這可能是因?yàn)樵摐厥覄偨ǔ墒褂?，基礎(chǔ)肥力水平相對(duì)較低，不利于番茄可溶性糖積累所致。另外，各處理間可溶性固形物含量差異均不顯著。

3結(jié)論與討論

31結(jié)論

在新建成使用、土壤類型為棕壤、肥力相對(duì)較低的溫室內(nèi)，以番茄為供試作物，將耕層土壤的灌水控制上限水吸力設(shè)定為6 kPa，開(kāi)展滴灌灌水控制下限試驗(yàn)。結(jié)果表明：隨著灌水控制下限土壤水吸力的增加，灌溉定額和灌水次數(shù)減少；適宜的灌水控制下限有利于提高番茄果實(shí)維生素C、可溶性糖含量及糖酸比，而SSC含量、有機(jī)酸含量受灌水控制下限的影響較小；番茄產(chǎn)量、水分利用效率隨著灌水控制下限土壤水吸力的增加均呈拋物線狀變化，其最大值均出現(xiàn)在灌水控制下限土壤水吸力值30 kPa處。從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，綜合考慮節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益、勞動(dòng)生產(chǎn)率等多種因素，在溫室土壤肥力較低的條件下，滴灌栽培番茄，灌水控制上限土壤水吸力為6 kPa時(shí)，灌水控制下限土壤水吸力以30 kPa為宜。

32討論

321灌溉定額與番茄產(chǎn)量、水分利用效率的關(guān)系

本研究表明，并非灌溉定額越大，番茄產(chǎn)量、水分利用效率就越高，相反的是番茄產(chǎn)量減少、水分利用效率降低，這與前人研究結(jié)果[16]是一致的，即認(rèn)為在作物達(dá)到最大產(chǎn)量后再繼續(xù)增加灌水量對(duì)作物產(chǎn)量影響很小，甚至?xí)斐蓽p產(chǎn)、水分浪費(fèi)。灌水控制下限土壤水吸力值小，灌水時(shí)土壤尚相對(duì)濕潤(rùn)，一次灌入農(nóng)田的水量少，但頻繁灌水會(huì)造成番茄營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段長(zhǎng)勢(shì)過(guò)盛，生殖生長(zhǎng)時(shí)間縮短，使番茄產(chǎn)量減小，水分利用效率降低。而灌水控制下限土壤水吸力值大，灌水時(shí)土壤相對(duì)干燥，一次灌入農(nóng)田的水量多，在灌水間隔內(nèi)番茄可能會(huì)受到水分脅迫，灌水后又可能造成短期土壤水分含量過(guò)高而不利于番茄生長(zhǎng)，且地表水分蒸發(fā)量和深層滲漏量都會(huì)增加，甚至導(dǎo)致耕層土壤養(yǎng)分被大量淋洗而向下移動(dòng)，結(jié)果使番茄產(chǎn)量降低。

322灌水控制下限土壤水吸力與灌水次數(shù)的關(guān)系

灌水次數(shù)、灌水周期、灌水時(shí)間是作物灌溉制度的主要內(nèi)容。在灌水控制上限固定的條件下，灌水控制下限土壤水吸力小，灌水定額小，灌水次數(shù)必然增加。反之則灌水次數(shù)減少。本研究得到的灌水控制下限土壤水吸力20、30、35、40 kPa處理的灌水次數(shù)分別為15、13、12、11次，灌水周期分別為387、458、497、544 d，這足以說(shuō)明上述觀點(diǎn)。理論上說(shuō)，灌水后將耕層土壤含水量控制在較低水平時(shí)，少量多次灌水能夠減少水分蒸發(fā)和滲漏損失，提高水分利用效率；而實(shí)際上少量多次灌水不僅不能節(jié)水，還因灌水過(guò)于頻繁，造成了水分浪費(fèi)、勞動(dòng)成本增加。因此合理地確定灌水控制下限、上限，對(duì)作物增產(chǎn)、節(jié)約灌溉用水和提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率至關(guān)重要。

[HS2][HT85H]參考文獻(xiàn)：[HT8SS]

[1][（#]王敬國(guó) 設(shè)施菜田退化土壤修復(fù)與資源高效利用[M] 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2011

[2]農(nóng)業(yè)部 中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料[M] 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2008

[3]張玉龍 保護(hù)地作物栽培節(jié)水灌溉[M] 沈陽(yáng)：沈陽(yáng)出版社，2010

[4]Meshkat M，Warner R C，Workman S R Evaporation reduction potential in an undisturbed soil irrigated with surface drip and sand tube irrigation[J] Trans of the ASAE，2000，43（1：79-86

[5]逄煥成 我國(guó)節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析[J] 中國(guó)土壤與肥料，2006（5：1-6

[6]許貴民，劉育慧，欒雨時(shí)，等 塑料大棚黃瓜節(jié)水灌溉的研究[J] 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1990，6（2：56-63

[7]Sharma S G Effect of drip and furrow irrigation and nitrogen levels on yield and net returns of Tinda[J] PV Research Journal， 1996，20endprint