王 湛，李銀坤，郭文忠，韓 雪,3

(1.北京農業(yè)智能裝備技術研究中心，北京100097；2.南京農業(yè)大學農學院，南京 210095；3. 中國農業(yè)大學園藝學院，北京 100094)

水分是影響蔬菜生長最為關鍵的生態(tài)因子之一。水分的過多與不足，均會對蔬菜的產量和品質產生很大的影響。溫室蔬菜不能直接利用天然降水，需要依靠灌溉來補充水分，而在我國蔬菜生產中仍主要依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗灌水，灌溉量大，灌溉水有效利用系數(shù)低，嚴重浪費了水源，造成設施蔬菜發(fā)病率增高，產量和效益低下[1,2]。

蒸騰是植物生理特征的重要指標，而蒸騰強度大小反映了植物潛在耗水能力的強弱[3]?，F(xiàn)有研究表明，蔬菜作物的蒸騰耗水在其生長過程中具有類似的變化規(guī)律，一般隨著生育期推進呈先增大后降低的變化趨勢，其中結果期的蒸騰耗水量最大，可占全生育期耗水的50%以上[4,5]。作物的蒸騰耗水除受其自身生理特性影響外，還受到溫度、濕度和光照強度等環(huán)境因子的影響[6，7]。牛勇等[8]研究認為溫室黃瓜的蒸騰量與太陽凈輻射的相關性最大，其次是溫室內的相對濕度。但是在土壤供水虧缺或過飽和時，土壤含水量則成為影響蒸騰的主導因子[9]。有研究表明[10，11]，灌水量不足將嚴重抑制植株蒸騰，影響植株生長，其中40%～50%田間持水量條件下的溫室番茄蒸騰量相比75%～80%田間持水量降低了51.0%，但在土壤含水量為90%～100%田間持水量時，葉片無效蒸騰迅速增加，水分利用效率降低?？梢姡m宜的土壤水分條件是減少水分損失、提高水分利用效率的關鍵[12]。而探討蔬菜作物精細蒸騰耗水強度及生育期蒸騰量對不同灌水量的響應規(guī)律，對解釋溫室蔬菜節(jié)水機理及制定高產高效的灌溉制度具有重要的理論與實際意義。

國內外有關植物蒸騰耗水量的測定方法很多，而稱重式蒸滲儀被認為是測量作物騰發(fā)量和滲漏量的標準儀器[13]。當前基于稱重式蒸滲儀開展溫室茄子蒸騰耗水動態(tài)變化的相關研究也較為少見。本試驗以茄子為材料，以稱重式蒸滲儀為試驗平臺，以20 cm標準蒸發(fā)皿蒸發(fā)量為灌溉依據(jù)，通過研究不同灌溉量下溫室茄子的日蒸騰耗水強度以及茄子生育期內蒸騰量的動態(tài)變化，以期為溫室茄子制定合理的灌溉制度，實現(xiàn)節(jié)水生產提供科學理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2017年8-12月在北京市農林科學院試驗溫室內進行。該地區(qū)位于東經(jīng)116.29°，北緯39.94°。海拔56 m，屬于溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫11.1℃。供試溫室長38 m，寬11 m，南北走向，土質為砂壤土。試驗前0～20 cm土壤理化性質為：土壤容重1.40 g/cm3，田間體積持水量28.0%，有機質含量15.89 g/kg，全氮質量分數(shù)0.60 g/kg，速效鉀含量0.15 g/kg。

1.2 試驗設計

根據(jù)直徑為20 cm蒸發(fā)皿測定的冠層水面蒸發(fā)量設置3種灌水量水平：I1，累計水面蒸發(fā)量的60%(Kcp1：0.6)；I2，累計水面蒸發(fā)量的80%(Kcp2：0.8)；I3，累計水面蒸發(fā)量的100%(Kcp3：1.0)。

供試茄子品種為“京茄黑寶”，于2017年8月8日定植，定植時選取4葉1心的秧苗。栽培方式為畦栽，畦寬70 cm，采用雙行錯位定植法，行距50 cm，株距45 cm，栽培畦覆蓋地膜。灌溉方式為膜下滴灌，在畦上鋪設2條滴灌帶(滴頭間距10 cm)。各處理施肥量相同，在茄子定植前基施有機肥30 000 kg/hm2(N、P2O5、K2O含量分別為7.14、0.06和3.68 g/kg)，定植后追施大量元素水溶性肥料(N∶P2O5∶K2O =3∶1∶1)。施肥時先將肥料在水中充分溶解，然后隨滴灌施入。本試驗將茄子生育期劃分為4個階段：苗期(定植29 d內)，開花結果期(定植30～56 d)，結果盛期(定植57～101 d)和結果末期(定植102 d至拉秧)。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 蒸發(fā)皿蒸發(fā)量及灌水量

溫室內設置有直徑為20 cm的標準蒸發(fā)皿，其高度與茄子冠層保持一致。每日下午18∶00用分辨度為0.1 mm水深的配套量筒測量蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)量，測量完畢后再倒入10 mm的水，蒸發(fā)皿剩余水量與最初倒入的10 mm的差值即為水面蒸發(fā)量(Ep)，水面蒸發(fā)量的累積值分別乘以灌溉系數(shù)，即為實際灌水量，其計算公式如下：

I=Kcp∑EP

(1)

式中：I為灌水量，mm；Kcp為灌溉系數(shù)；Ep為累積水面蒸發(fā)量，mm。

1.3.2 茄子蒸騰量

溫室安裝有稱重式蒸滲儀試驗平臺，稱重式蒸滲儀長100 cm，寬60 cm，土體深90 cm。每1 h記錄一次土柱重量(分辨率為0.01 mm水深)。稱重式蒸滲儀內裸露土壤全部用地膜覆蓋，茄子蒸騰量根據(jù)水量平衡方程計算：

T=(Wt-1+Wt)/(Sρ)+I

(2)

式中：T為時間段內蒸騰量，mm；S為蒸滲儀箱體的表面積，m2；Wt-1、Wt為t-1時刻和t時刻蒸滲儀箱體內土、水的質量，kg；ρ為水的密度，g/cm3。

各生育期分別取一個晴朗天氣分析茄子的蒸騰強度變化規(guī)律，具體選取日期為苗期：定植后24 d；開花結果期：定植后44 d；結果盛期：定植后78 d；結果末期：定植后108 d。

1.3.3 茄子產量(kg/hm2)

進入結果期后，對各處理每次采收的茄子分別進行稱重計產，并折算成公頃產量。

1.3.4 水分利用效率(WUE，kg/m3)

WUE=Y/ET

(3)

式中：Y為產量，kg/hm2；ET為總蒸騰量，mm。

1.3.4 溫室環(huán)境因子

溫室中央安裝有自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)，實時采集溫室內部氣象數(shù)據(jù)，包括：氣溫、相對濕度和太陽輻射等參數(shù)。

1.4 統(tǒng)計與方法

試驗數(shù)據(jù)由Excel 2003進行整理作圖，用SPSS 23.0進行統(tǒng)計分析。

2 結果分析

2.1 溫室內水面蒸發(fā)與氣溫的變化規(guī)律

由圖1可以看出，蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)量Ep與溫度T的變化相似，均呈波動下降趨勢。二者具有極顯著的相關性(相關系數(shù)r=0.7677，P<0.01)。試驗期間溫度T呈逐漸下降趨勢，全生育期內的平均溫度為19.8 ℃。水面蒸發(fā)量Ep在定植23 d內呈波動上升趨勢，最大水面蒸發(fā)量為3.90 mm/d，然后隨著茄子生育期的推進下降趨勢明顯，在定植100 d后水面蒸發(fā)量Ep在0.55 mm/d上下浮動。試驗期間的水面蒸發(fā)總量為174.4 mm。

2.2 溫室茄子各生育期蒸騰量日變化及其與溫度的關系

茄子各生育期內蒸騰耗水強度的日變化過程如圖2所示。從圖2可以看出，不同灌水處理下茄子各生育期的蒸騰強度和溫度的變化趨勢一致。蒸騰作用主要發(fā)生在白天，夜間也有發(fā)生，但相對較弱且比較穩(wěn)定。各生育期的蒸騰強度日變化均呈單峰曲線，其中苗期、開花結果期和結果盛期的蒸騰強度均在7∶00隨著溫度的升高而逐漸增大，并在13∶00溫度達到最高時，蒸騰強度也出現(xiàn)峰值，峰值之后隨著溫度的降低迅速減小，并在19∶00趨于穩(wěn)定。而結果末期的蒸騰強度從8∶00開始才有明顯的上升趨勢，在12∶00時達峰值，15∶00時逐漸趨于穩(wěn)定。

圖1 蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)量及溫度變化Fig.1 Water surface evaporation of evaporator and temperature changes

茄子蒸騰強度的峰值在不同生育期差異很大。在開花結果期的峰值最大，其次為結果盛期，結果末期的峰值最小。處理I1、I2和I3在開花結果期的蒸騰強度峰值分別為0.20、0.28和0.31 mm/h，相比處理I1，處理I2和I3的蒸騰強度峰值可分別增加40.0%和55.0%。

2.3 不同灌水處理下茄子日蒸騰量和累積蒸騰量的動態(tài)變化

溫室茄子日蒸騰量和累積蒸騰量的動態(tài)變化如圖3所示。可以明顯看出，各處理的日蒸騰量隨生育期的推進均呈先升高后降低的變化規(guī)律。各處理的日蒸騰量在茄子苗期呈逐漸增大趨勢，在開花結果期達到峰值2.45～2.93 mm/d，結果盛期日蒸騰量呈波動下降趨勢，到結果末期時日蒸騰量已明顯減小，日蒸騰量在0.3 mm/d左右波動。

圖2 溫室茄子不同生育期蒸騰耗水強度Fig.2 Transpiration rate at different growth stages of greenhouse eggplant

圖3 生育期內日蒸騰量及累積蒸騰量變化Fig.3 Changes of daily transpiration and accumulated transpiration during the growth period

各處理累積蒸騰量變化趨勢均為“S”型曲線(圖3)，苗期增長緩慢，開花結果期增長加快，到結果盛期和結果末期時增長速率又逐漸減小。溫室茄子的總蒸騰量為84.1～128.9 mm，其中開花結果期的階段累積蒸騰量最高，可占全生育期累積蒸騰量的38.7%～42.0%；其次為結果盛期，占總蒸騰量的28.9%～36.1%；結果末期的蒸騰量僅占總蒸騰量的6.1%～8.1%。灌水量越大其在不同生育階段的累積蒸騰量也越大，處理I2和I3在開花結果期的階段累積蒸騰量分別比處理I1增加了20.4%和41.4%，而在結果盛期也分別比處理I1增加了41.3%和91.3%。從溫室茄子全生育期的累積蒸騰量看，處理I2和I3相比處理I1也分別增加了24.9%和53.2%。

2.4 溫室茄子日蒸騰量影響因素分析

蒸騰是土壤水分被植物吸收后以氣體狀態(tài)通過植株表面(主要是葉片)從體內散發(fā)到體外的過程，因此植株蒸騰強度大小受到空氣溫濕度、太陽輻射等環(huán)境因子的影響。不同處理下茄子日蒸騰量與環(huán)境因子的相關性分析如表1所示。可以看出，在不同供水條件下，茄子日蒸騰量與溫室內溫度、太陽輻射及光合有效輻射均呈顯著正相關關系，而與相對濕度呈顯著負相關關系。光合有效輻射與茄子日蒸騰量的相關性最高，而日均溫度與茄子日蒸騰量的相關系數(shù)最小。

表1 溫室茄子日蒸騰量與環(huán)境因子相關性分析Tab.1 Correlation analysis of daily transpiration and environmental factors of eggplant in greenhouse

注：**P<0.01，N=127。

2.5 不同灌水處理下溫室茄子產量與水分利用效率

由圖4可知，溫室茄子的產量隨著灌水量的增大而增加，處理I2和I3的產量無顯著差異，但與處理I1相比，分別增加了44.7%(P<0.05)和56.9%(P<0.05)。各處理的水分利用效率無顯著性差異，其中處理I2的水分利用效率最高，為25.5 kg/m3，相比處理I1和I3分別增加了15.9%和13.3%。

注：圖中不同小寫字母表示差異達顯著水平(P<0.05)圖4 茄子產量及水分利用效率Fig.4 Eggplant yield and water use efficiency

3 討 論

植物的蒸騰作用是一種復雜的生理過程，是植物對水分和礦物質鹽吸收和運輸?shù)囊粋€主要動力，在植物生長過程中起重要作用。本試驗中溫室秋茬茄子的蒸騰強度日變化表現(xiàn)為單峰曲線，蒸騰強度在7∶00-8∶00時開始增大，12∶00-13∶00時達到峰值，峰值之后逐漸下降，并在18∶00趨于穩(wěn)定。這與已有研究結果一致[14,15]。溫室茄子日蒸騰量受到日均溫度、相對濕度、光合有效輻射以及光合有效輻射等環(huán)境因子的顯著影響(表1)，其中與光合有效輻射的相關性最高，而與日均溫度的相關性較低。日蒸騰量與日均溫度的相關性最低，其原因與以日作為數(shù)據(jù)統(tǒng)計尺度，溫室內溫度保持在一個相對穩(wěn)定的范圍內，溫度變動幅度較小有關；而在以小時為數(shù)據(jù)統(tǒng)計尺度時，溫室內溫度的變動幅度則相對較大，其與蒸騰強度的相關性也相對較高[16]。在本試驗條件下，不同生育期內蒸騰強度日變化峰值的出現(xiàn)時間與出現(xiàn)溫度峰值的時間基本一致(圖2)，這是因為在溫度升高時，葉片溫度也隨著升高，植物需要通過蒸騰作用散失水分降低葉溫以適應高溫環(huán)境，因此蒸騰強度日變化一般隨著溫度的升高而增大[15]。同時也說明溫度對蒸騰強度的日變化過程影響更加明顯。

作物的蒸騰耗水量在不同的生育時期存在著很大差異。本試驗條件下，隨著溫室秋茬茄子生育期的推進，蒸騰強度峰值與日蒸騰量均呈先增大后減小的變化規(guī)律。開花結果期的蒸騰強度日變化峰值以及階段累積蒸騰量最大，其中蒸騰強度峰值可達0.20～0.31 mm/h，階段累積蒸騰量為35.3～49.9 mm，占到總蒸騰量的38.7%～42.0%，其次為結果盛期，而結果末期的蒸騰強度日變化峰值與累積蒸騰量最低。這是因為在苗期時植株較弱，日蒸騰量較小，到開花結果期后，茄子植株的葉面積增大，并且由營養(yǎng)生長轉變?yōu)樯成L，對水分的需求旺盛，蒸騰量也隨著增大；但進入結果盛期時，溫室內溫度逐漸降低，水面蒸發(fā)量也明顯下降(圖1)，茄子生長速度減緩，日蒸騰量也呈下降趨勢(圖3)；而到結果末期時，隨著溫度進一步降低，植株衰老，新陳代謝活動減弱，蒸騰強度下降明顯[17,18]。增加灌水量不僅提高了茄子的蒸騰強度，且增加了全生育期的總蒸騰量。相比處理I1，處理I2和I3在開花結果期的蒸騰強度峰值可分別提高40.0%和55.0%，全生育期的總蒸騰量分別增加24.9%和53.2%。王雪梅等[19]研究也表明，增加灌水量可顯著提高溫室番茄的平均蒸騰強度。不同灌水處理對茄子的蒸騰強度日變化與累積蒸騰量都具有不同程度的影響，進而對產量產生影響。與處理I1相比，處理I2和I3的產量都有顯著增加(圖4)。裴蕓等[20]研究結果表明，隨著灌水量的增加，生菜的光合速率、蒸騰強度逐漸增大，促進了生菜的光合作用，其地上部鮮重和干重均顯著提高。但處理I3與處理I2相比，茄子產量并無顯著性提高。說明溫室秋茬茄子產量并不隨著灌水量的增大成等比例增加，而適宜灌水對茄子的生長發(fā)育及產量增加最為有利[17]。龔雪文等[21]研究也發(fā)現(xiàn)，當灌水量低于0.75Ep-20時，黃瓜的產量與灌水量成正比，當灌水量超過0.75Ep-20時，各處理產量增加不顯著甚至不增加。本試驗條件下，水分利用效率也以處理I2的最高，則進一步表明了適當降低灌水量不僅能夠保證茄子產量，且對提升水分利用也具有較佳的效果。

4 結 語

(1)溫室秋茬茄子不同生育階段的蒸騰強度日變化均呈單峰曲線，灌水量越高蒸騰強度峰值也越高。峰值在12∶00-13∶00出現(xiàn)。其中開花結果期的蒸騰強度峰值最高，為0.20～0.31 mm/h，結果末期蒸騰強度峰值最小，僅為0.04～0.08 mm/h。與處理I1相比，處理I2和I3在開花結果期的蒸騰強度峰值分別增加了40.0%和55.0%。

(2)開花結果期是溫室秋茬茄子蒸騰量最大的階段，增加灌水量可提高累積蒸騰量。溫室秋茬茄子總蒸騰量為84.1～128.9 mm，而開花結果期的累積蒸騰量占到總蒸騰量的42.0%～38.7%。相比處理I1，處理I2和I3的總蒸騰量分別增加了24.9%和53.2%。

(3)溫室茄子日蒸騰量受溫室內溫度、相對濕度、太陽輻射以及光合有效輻射等環(huán)境因子的顯著影響。其中光合有效輻射與茄子日蒸騰量的相關性最高。

(4)適當減少灌水量能夠保證溫室秋茬茄子產量，提高水分利用效率。處理I2的產量相比處理I1增加了44.7%(P<0.05)，且與處理I3無顯著差異。水分利用效率以處理I2最高，為25.5 kg/m3，比處理I1與I3分別增加了15.9%與13.3%。