袁寧寧，白清俊*，張明智，袁瑩, 2，詹漢

溫室番茄在寬壟覆膜溝灌下水分調虧下限指標研究

袁寧寧1，白清俊1*，張明智1，袁瑩1, 2，詹漢1

（1.西安理工大學，西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室，西安 710048；2.華北水利水電大學，鄭州 450000）

【】探明寬壟覆膜溝灌技術對日光溫室番茄果實、植株生長、耗水、產量及水分利用效率等方面的影響，尋求節(jié)水增產模式。以溫室抗TY番茄“5102”為研究對象，分別在苗期、開花坐果期結果期設置田間持水率的50%、60%質量含水率作為灌水下限，其他生育期灌水下限設置為田間持水率的70%，以3個生育期灌水下限均為田間持水率的70%為對照（CK），共7個處理，每個處理重復3次。由于各處理的灌水下限不同，番茄的耗水量呈現出明顯差異，隨生育期的推進基本呈增加趨勢，結果期耗水量最大，開花坐果期耗水強度達最大。同時可以發(fā)現結果期調虧對番茄耗水量、產量影響最為明顯，開花坐果期水分調虧對番茄坐果率影響最明顯，開花坐果期灌水下限為60%田間持水率水分處理與CK對比可提高番茄坐果率2.22%，開花坐果期灌水下限為田間持水率70%處理劣果率、根冠比最大，產量最低。結果期60%處理可提高水分利用效率的同時降低劣果率。綜合整個生育期考慮，苗期灌水下限為田間持水率60%處理，開花坐果期灌水下限為田間持水率70%處理，結果期灌水下限為田間持水率70%處理，可顯著性提高產量及水分利用效率（<0.05），為溫室寬壟覆膜溝灌技術的推廣及應用提供理論依據。

覆膜；溝灌；水分調虧；溫室番茄；水分利用效率

0 引言

灌溉是設施作物栽培中唯一水分來源，研究發(fā)現設施內畦灌下灌溉水消耗比例分配，生物量形成僅占3%、蒸騰量占27%、蒸發(fā)占20%、滲漏占50%，顯然畦灌和溝灌成了“最浪費水的灌溉”[1]。而先進的滴灌等微灌技術投資高，灌水系統(tǒng)堵塞引起作物減產使得生產成本增加[2-3]，無疑微灌技術又成了“最昂貴的節(jié)水”。據調查在設施農業(yè)生產中，采用高效的滴灌、微噴灌技術等高效節(jié)水技術僅占不到5%，而采用小畦灌溉、溝灌依然占90%以上，且傳統(tǒng)的溝灌由于灌溉簡便，除水費外幾乎沒有其他投入，接受度較高，仍然是目前蔬菜生產中的主要灌水方式[4]。

寬壟溝灌技術[5-7]是將溝灌與壟作栽培技術結合起來，在壟作栽培時，加大壟寬多行種植。作物在生長過程中，棵間蒸發(fā)仍然是耗水的主要部分[8]，覆膜處理可以明顯減少土面蒸發(fā)，節(jié)水25%以上；提高土壤溫度，并可有效抑制雜草生長[9]；同時覆膜技術可有效降低溫室內空氣濕度，降低病害發(fā)病率。

發(fā)病指數[1,10]有利于提高產量與水分利用效率[11-12]，促進根系生長[13]。溝底覆膜可以在減小垂向滲漏的同時，增加水平側向入滲，加快水流在溝中的推進速度，提高灌水均勻度和灌水效率[14]。總之，在寬壟溝灌基礎上再輔以覆膜，形成寬壟溝灌覆膜技術是一種很有前途的旱地種植制度。

目前，寬壟覆膜溝灌技術主要應用于大田中作物研究太多[15-18]，且在半干旱區(qū)域有利于雨水的收集灌溉[19]。在大田作物的節(jié)水灌溉研究中發(fā)現，寬壟溝灌較畦灌和常規(guī)溝灌節(jié)水效果更優(yōu)[15,18]，且適宜的溝寬比可提高儲水量[20]。然在對于溫室中的應用研究鮮見報道。本論文針對溫室番茄，從寬壟覆膜溝灌技術的不同灌溉控制對產量及水分利用效率的影響進行對比研究，旨在確定合理的寬壟覆膜溝灌灌溉制度，為寬壟覆膜溝灌技術在溫室中的灌溉應用，提供基礎的理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年7月—2017年1月在西安市現代農業(yè)科技展示中心（108°88′ E，34°07′ N）溫室中進行，該處屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫13.3 ℃，無霜期224 d，最大凍土深度20 cm，年平均降雪日為12 d，全年日照時間2 230 h，年平均降雨量650 mm，風速一般為2～3級[21]。

試驗在日光溫室中進行，日光溫室主要由圍護墻體、后屋面和前屋面3部分組成，前屋面覆蓋塑料膜采光是溫室的全部采光面，圍護墻體與后屋面為轉砌圍墻，當天氣寒冷時，將前屋面覆蓋棉質毛氈覆蓋提高溫室溫度。供試土壤為砂壤土，采用馬爾文激光粒度儀進行粒徑級配測試（見表1），經測定100 cm土層內平均田間持水率為20.5%（質量含水率），飽和含水率為35.1%，凋萎含水率為8.1%，土壤體積質量為1.5 g/cm3，該試驗小區(qū)地下水埋深大于5 m，可忽略地下水補給。

表1 試驗土壤顆粒級配組成表

試驗采用寬壟栽培形式見圖1。壟背上番茄雙行種植，壟背寬=70 cm，壟溝寬=40 cm，溝深=20 cm，=20 cm，行距=40 cm，植株距離邊坡的距離為=15 cm，株距離=38 cm，各處理田間栽培措施相同。

圖1 番茄栽培示意圖

1.2 試驗設計

試驗于2016年8月2日開始定植，以溫室番茄為供試作物，番茄品種5102，抗TY病毒病，長勢強，試驗各處理田間栽培措施相同，均在番茄4葉1心或5葉1心時開始定植，每株在5～6穗開始打頂處理，番茄每穗留有4～5個番茄，試驗前施“地龍精致有機肥”600 kg/hm2，其中，化肥成分N+P2O5+K2O≥4%，有機質≥30%，有效活菌數≥200億/kg，施肥后翻地起壟，之后不進行施肥處理，試驗于1月6日拔秧。

將番茄的生育期劃分為苗期（定植至第一穗果開花）、開花坐果期（第一穗果開花至第一穗果成熟）、結果期（第一穗果成熟至拔秧），分別在苗期、開花坐果期、結果期以田間持水率的50%、60%（質量含水率）為灌水下限處理，以3個生育階段均為田間持水率的70%（質量含水率）為對照（CK），共設置7個試驗設置處理，每個處理3次重復，即3個小區(qū)每個處理在1個小區(qū)內開展，共21個小區(qū)，（表2）。在試驗實際實施過程中，難以嚴格控制灌水下限，故每處理均在灌水下限值的上下范圍內設有一個5%（占田間持水率的百分比）的波動范圍[22]，小區(qū)隨機布設。

表2 灌溉試驗方案

1.3 觀測項目與方法

1.3.1氣象資料的監(jiān)測

利用溫室內小型氣象儀，觀測溫室內溫度、濕度、光照強度等。圖2為溫室試驗期內日最高溫度和日平均濕度的變化曲線。

圖2 溫室試驗期內日最高溫度與日平均濕度變化曲線

1.3.2 水量計算

灌水量的控制：試驗時分別在壟中（測點5）、壟背（測點4）、壟坡（測點3）、壟坡腳（測點2）、壟溝（測點1）5處監(jiān)測10、20、30、40、60、80、100 cm不同土層深度，采用土鉆取土，烘干法測量土壤質量含水率。測定剖面取土布置如圖3所示。

圖3 壟溝剖面取土布置平面圖

當計劃濕潤層深度的土壤含水率達到相應的灌水控制下限值時開始灌水，灌水量由水表準確計量[18]。灌水量計算式為：

=1 000(2-1)， （1）

式中：為次灌水量(mm)；2為土壤田間持水率(%，質量含水率)；為土壤體積質量（g/cm3）；1為土層內的平均含水率（%，質量含水率）；為計劃濕潤層深度（cm）；土壤計劃濕潤層深度在苗期、開花坐果期、結果期分別取40、60、60 cm。

耗水量計算：試驗過程在溫室大棚內進行，無降水量和地下水補給量，灌溉不會產生深層滲漏，根據水量平衡方程可簡化得到番茄各生育期耗水量公式，如式（2）：

Δ，（2）

式中：為番茄耗水量（mm）；為番茄灌水量（mm）；Δ為土壤水分變化量（mm）。耗水強度為耗水量與生育階段內天數的比值（mm/d）；水分利用效率為單位耗水量所增加的產量（kg/m3）。

1.3.3 番茄果實產量與生長變化測定

每個處理選取有代表性的植株9株，每次采摘成熟果實后，均用精度為5 g的電子稱測定果實產量。收獲后，將番茄根系以及番茄植株進行殺青，烘干處理，對葉干質量、莖干質量、根干質量等項目分別進行稱質量，計算根冠比。

1.4 數據分析

2 結果與分析

2.1 不同處理對溫室番茄耗水的影響

根據水量平衡法計算得到溫室寬壟覆膜溝灌不同水分下限處理的番茄各生育期的耗水量、耗水強度與耗水模系數，見表3。

表3 調虧灌溉對不同生育期番茄耗水影響

注 不同小寫字母表示同一生長時期不同處理之間差異顯著性（<0.05）；下同。

Note Different lowercase letters represent the significant difference between different treatment of the same growth period (<0.05);the same in the follow tables.

從表3可以看出，與CK耗水量相比，T1處理苗期處理顯著降低33.38%，開花坐果期顯著降低11.95%（<0.05），結果期顯著降低1.91%；T2處理耗水量與CK相比，苗期顯著降低12.76%，開花坐果期顯著降低2.11%，但結果期顯著性升高6.21%。與CK相比，T3處理開花坐果期耗水量顯著降低34.00%，結果期顯著降低10.68%；同時較CK相比，T4處理開花坐果期耗水量顯著性降低14.59%，結果期耗水量無顯著影響，但仍降低3.09%。與CK相比，結果期T5、T6處理耗水量顯著低于CK，較之降低了51.60%、18.67%?？梢娭挥忻缙?0%水分虧缺后復水對作物生長影響較小，后期耗水量得到恢復，從而實現高效節(jié)水。結果期調虧對番茄耗水量影響最大，與對照組相比低于對照處理51.60%。

2.2 不同處理對溫室番茄坐果率、劣果率、根冠比的影響

研究發(fā)現水分調虧對坐果率影響顯著[23]。對于劣果的產生由單果質量少于80 g的舍棄果與裂果、壞果二部分構成[24]。由于冬季番茄結果期室內光照強度低、溫度低、濕度大，病害發(fā)生，使的結果期番茄裂果、爛果等病害發(fā)生嚴重。然而根系發(fā)育受各個階段水分耦合與交互作用，根冠比的影響在其全生育期，合理控制各個階段的水分下限才能保證根系正常發(fā)育[25]。通過上述指標的確定，對于番茄各生育階段灌水下限確定有重要意義，故對不同處理溫室番茄坐果率、劣果率、根冠比進行對比分析，見表4。

表4 調虧灌溉下番茄坐果率、劣果率、根冠比

由表4可知，T2處理番茄坐果率最大達64.82%，T3處理座果率最低為51.31%。與T2處理相比，CK坐果率無顯著差異，然而T1、T3、T4、T5、T6處理坐果率顯著降低，從坐果率的角度看，苗期60%水分調虧（T2）處理為最優(yōu)調虧處理。

與CK相比，T3、T4處理坐果率顯著降低19.08%、8.45%。結果期水分調虧處理，與CK相比，T5、T6處理坐果率達到最低，且比CK坐果率降低7.71%、5.06%。可以看出開花坐果期水分調虧對番茄坐果率影響最大，且開花坐果期70%水分對照坐果率達最大。

番茄的劣果率高低將直接影響到番茄的經濟效益。由表4可以看出，T5處理的劣果率顯著性高于T1、T2、T3、T4、T6處理與CK（<0.05）。T6處理劣果率最低，CK與T5處理相比，T5處理比CK劣果顯著降低64.39%，可以看出水分影響劣果率在結果期最明顯，結果期灌水下限為田間持水率60%處理為劣果率最佳。

與CK相比，苗期處理T1、T2處理的根冠提高11.11%、6.44%；且T3、T5處理根冠比具有顯著性差異（<0.05），且T3、T5處理比CK顯著提高14.99%、16.52%。3個生育期的50%調虧處理根冠比達到最大，且T5處理>T3處理>T1處理?？梢钥闯鏊痔澣笨梢源龠M根系發(fā)育，但嚴重的虧缺處理時的使得番茄后期出現早衰現象嚴重，結果期表現最為明顯，不利于番茄后期的生長成熟。

2.3 各處理的番茄耗水量、產量及水分利用效率

由表5可知，苗期T2處理復水后總耗水量，與CK無顯著性差異，低于CK的0.67%，顯著高于T1、T3、T4、T5、T6處理。T2處理產量顯著性高于T1、T3、T4、T5、T6處理與CK。同時T2處理水分利用效率與T1、T6處理無顯著影響，但顯著性高于T3、T4、T5處理與CK。

表5 調虧灌溉對番茄總耗水量、產量、水分利用效率的影響

開花坐果期調虧時，T3、T4處理比CK的總耗水量、產量、水分利用效率均低，其中，T3、T4處理與CK比耗水量降低16.51%、5.96%，產量降低19.20%、6.97%，水分利用效率降低3.19%、1.09%，因此開花坐果期調虧處理不利于番茄產量及水分利用效率的提高。

結果期T5處理耗水量、產量、水分利用效率最低。CK的產量、耗水量、水分利用效率與T5處理具有顯著性差異。與CK相比，T5處理耗水量降低22.34%，產量降低29.87%，水分利用效率降低9.70%。CK、T6處理產量無顯著性差異，但水分利用效率有顯著性差異，T6處理水分利用效率與CK相比，卻高于CK約2.37%。因此，結果期60%水分調虧處理可提高水分利用效率。

3 討論

試驗表明溫室番茄各階段耗水量總體呈出隨生育期的推進基本呈增加趨勢，結果期耗水量達到最大，且秋冬季番茄植株蒸騰量隨著生育期推進逐漸減少的趨勢。因此，耗水強度總體呈開花坐果期達到最大>苗期>結果期，與前人研究一致[26-29]。

徐淑貞等[29-30]通過Jensen模型發(fā)現苗期為番茄節(jié)水的最佳時期，該時期番茄耗水量小且適度的水分脅迫（T2處理）可提高溫室番茄產量及水分生產率。由于苗期適度的水分脅迫，促使番茄根系向深生長，利用深層土壤水分[31-32]，本試驗測定T2處理根系深度大于其他處理約10 cm，其根冠比較高，促使后期復水增加番茄耗水量、耗水強度著增加。

開花坐果期番茄營養(yǎng)生長與生殖生長并存，該時期耗水量增大。番茄花期與果期灌水下限越低番茄整個根長密度在垂直方向上呈指數遞減[25]，因此，該生育階段水分調虧將影響番茄根系生長，進而影響到番茄根系吸水，使得番茄生長受到影響，坐果率達到最低，使得后期早衰嚴重，根冠比較大，即T3、T4處理耗水量較CK減少19.77%、6.33%，坐果率減少23.58%、9.23%，產量減少23.77%、7.49%。

結果期主要進行生殖生長，番茄果實膨大生長的關鍵時期，該時期低水分處理對番茄產耗水量、產量影響最大，此階段受的嚴重的水分脅迫將造成不可恢復的減產損失[29-30]。番茄營養(yǎng)生長基本成熟，CK處理使番茄植株營養(yǎng)器官生長旺盛，植株個體發(fā)育較為龐大，60%水分調虧處理植株地上部分營養(yǎng)生長和生殖生長較協調，根冠比較小，50%水分調虧處理番茄果實生長受到嚴重抑制，植株早衰嚴重，根冠比最大、產量最低。同時由于番茄后期，冬季溫室光強較弱，地溫較低，剛灌水后土壤水分較高，空氣濕度較大，造成病害發(fā)生嚴重，裂果、病果現象的發(fā)生[28-33]，因此T1、T2、T6處理與CK劣果率主要由病果裂果構成達7.47%，T5處理由于番茄發(fā)生早衰使得植株生長抑制，耗水強度低，番茄舍棄果、裂果均較多，T3、T4處理主要由于開花坐果期影響使得坐果率較低、從而番茄單果重較大，劣果主要由壞果構成，因此為提高番茄的經濟效益，要提高番茄的總產量同時減少劣果率的發(fā)生。

4 結論

1）開花坐果期調虧對番茄的坐果率影響最大。結果期為番茄產量的關鍵時期，結果期60%水分下限處理提高水分生產率的同時降低劣果率。

2）開花坐果期與結果期水分虧缺后復水降低了番茄的產量與水分利用效率，然而苗期60%水分調虧后復水，根冠比增加，刺激根系生長，較CK提高根冠比6.44%，顯著提高了產量及水分利用效率（<0.05），相比提升8.39%、9.14%。因此苗期60%、開花坐果期70%、結果期70%為最優(yōu)的處理。

3）溫室番茄各階段耗水量總體呈現出隨生育期的推進基本呈增加趨勢，結果期耗水量達到最大，耗水強度在開花坐果期達到最大，且結果期調虧對番茄耗水量、產量影響最為明顯。

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Optimizing the Soil Moisture Threshold for Scheduling Deficit Furrow Irrigation of Greenhouse Tomato Grown in Raised Bed With Film Mulching

YUAN Ningning1, BAI Qingjun1*, ZHANG Mingzhi1, YUAN Ying1, 2, ZHAN Han1

（1.College of Water Resources and Hydropower, State Key Laboratory Base of Eco-hydraulic Engineering in Arid Area, Xi’an university of technology, Xi’an 710048, China; 2. North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450000, China）

【】Raised bed with film mulching has been increasingly used in greenhouse production. The purpose of this paper is to experimentally study the effect of soil moisture threshold required to schedule deficit furrow irrigation on fruit, plant growth, water consumption, yield and water use efficiency of tomato grown in wide raised bed mulched with plastic film.【】The experiment was conducted in a solar greenhouse with cultivar of anti-TY tomato “5102” as the model plant. We compared two treatments in which irrigation was resumed whenever soil moisture at seedling stage, flowering and fruit setting stage dropped to 50% or 60% of the field capacity, respectively. Keeping soil moisture at these stages not dropping below 70% of the field capacity served as the control (CK). Overall, there were seven treatments, each having three replicas.【】Water consumption varied significantly between treatments, but it increased as the plant grew in all treatments and peaked at flowering and fruiting stage. It was found that water deficit at fruiting stage impacted yield and water consumption most, while thirsting the plant at flowering and fruiting stage affected fruit setting most. Keeping soil moisture not dropping below 60% of the field capacity at flowering and fruiting stage improved fruit setting rate by 2.22%, while keeping soil moisture not less than 70% of the field capacity at flowering and fruiting stage gave rise to the highest fruit inferiority and root - shoot ratio, leading to a reduction in yield. In contrast, keeping water content at 60% of the field capacity increased water use efficiency and reduced fruit inferiority.【】Overall, keeping soil moisture at 60% of the field capacity at seedling stage, and 70% at flowering, and fruiting-fruit setting stage significantly improved yield and water use efficiency (<0.05). These results have implications for scheduling furrow irrigation of tomato grown in film-mulched raised bed in solar greenhouse.

film mulch; furrow irrigation; water deficit; greenhouse tomato; water use efficiency

S275.9; S275.S274.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.20170028

1672 - 3317（2020）01 - 0017- 07

袁寧寧, 白清俊, 張明智, 等. 溫室番茄在寬壟覆膜溝灌下水分調虧下限指標研究[J]. 灌溉排水學報, 2020, 39(1): 17-23.

YUAN Ningning, BAI Qingjun, ZHANG Mingzhi, et al. Optimizing the soil moisture threshold for scheduling deficit furrow irrigation of greenhouse tomato grown in raised bed with film mulching[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(1): 17-23.

2017-12-07

陜西省水利科技項目（2015s1kj-07）

袁寧寧（1992-），女，河北滄州人。碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉新技術研究。E-mail：ynning163@163.com

白清俊（1967-），男，陜西渭南人。教授，主要從事灌溉理論與節(jié)水技術研究。E-mail：445920785@qq.com

責任編輯：趙宇龍