代永江

(沈陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

在當(dāng)今水資源日益緊缺的背景下，灌溉費(fèi)用日益增加，而作物需求量也不斷增加，這給灌溉科學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)——實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化與高產(chǎn)量豐收相結(jié)合。因此，如何將有限的灌溉用水在作物不同生育期實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，使灌溉效率最高，成為了農(nóng)田節(jié)水灌溉的研究熱點(diǎn)。

日光溫室是當(dāng)下一種高效節(jié)能的蔬菜保護(hù)地栽培設(shè)施，其采用人為設(shè)定的生產(chǎn)條件，在有效的單位面積上提高農(nóng)業(yè)灌溉水利用效率。根據(jù)以往的設(shè)施栽培經(jīng)驗(yàn)，蔬菜的需水量較大，而實(shí)際的灌溉效率只達(dá)到20%～30%，其中作物有效的吸收水分只占25%左右。不科學(xué)的灌水制度和不恰當(dāng)?shù)墓嗨绞绞抢速M(fèi)水資源的主要原因。因此，必須采用適宜灌溉方式，降低水資源浪費(fèi)現(xiàn)象，減少不必要輸水損失，為農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育、獲得高產(chǎn)、高收益創(chuàng)造必備條件。

非充分灌溉作為一種針對(duì)水資源緊缺的灌溉理念，其以作物的需水量為基礎(chǔ)，通過(guò)研究作物水分生長(zhǎng)函數(shù)的目的是通過(guò)作物不同生育階段的需水量，確定水分虧缺的敏感時(shí)期，適量、適時(shí)進(jìn)行灌溉，把有限的水源用在作物需水的關(guān)鍵時(shí)期，制定作物合理、科學(xué)的灌溉制度，用較少的灌水量獲得較高的作物產(chǎn)量，使有限的農(nóng)業(yè)水資源產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益。

本次試驗(yàn)以番茄為研究對(duì)象，在溫室條件下采用大壟雙行膜下滴灌，與非充分灌溉理論相結(jié)合，針對(duì)番茄在沈陽(yáng)地區(qū)整個(gè)生育期內(nèi)的不同灌水下限展開(kāi)研究，監(jiān)測(cè)了土壤含水率、番茄生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量等各項(xiàng)指標(biāo)，并基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)處理與設(shè)計(jì)

1.1.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備及試驗(yàn)布置

試驗(yàn)所在地的沈陽(yáng)重點(diǎn)灌溉試驗(yàn)站位于蘇家屯區(qū)迎春北街31號(hào)，科研用地51.33畝。該地塊位置為東經(jīng)123°19′，北緯41°39′，海拔高度38 m，可耕地面積約為25畝。試驗(yàn)選用試驗(yàn)站2號(hào)大棚，室內(nèi)均為無(wú)柱式，骨架采用鋼平面桁架的形式。長(zhǎng)度為54.7 m，寬度為7.5 m。

番茄種植品種選用當(dāng)?shù)仄贩N，采用大壟雙行、南北向種植方式，株、行間距各為 0.5 m、0.5 m，每個(gè)小區(qū)根據(jù)大棚實(shí)際尺寸，規(guī)劃長(zhǎng)為 7.5 m、壟上寬為 0.7 m，壟高為 0.2 m，相鄰兩壟中間有約為0.5 m 的操作行隔開(kāi)，以避免相鄰小區(qū)的水分相互影響。試驗(yàn)小區(qū)的中間鋪設(shè)一條長(zhǎng)為 7.5 m滴灌帶(滴頭間距0.5 m)，同時(shí)在小區(qū)中間距毛管5 cm處安裝一根長(zhǎng)度為100 cm的探管，以供TDR探測(cè)儀測(cè)量小區(qū)的土壤含水率。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探尋提高日光溫室番茄水分利用效率的有效途徑，通過(guò)番茄滴灌試驗(yàn)，設(shè)置了3 種灌水下限水平：50%田間持水量：重度水分虧缺(下文用I表示)；60%田間持水量：中輕度水分虧缺(下文用Ⅱ表示)；75%田間持水量：輕度水分虧缺(下文用Ⅲ表示)。整個(gè)生育期番茄灌水上限統(tǒng)一設(shè)定為 90%田間持水率(充分灌溉)為對(duì)照試驗(yàn)CK。即：共4個(gè)處理(每個(gè)處理3壟)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)(共計(jì)36壟)。各階段水分處理試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 溫室番茄灌水下限設(shè)計(jì)

通過(guò)測(cè)定生長(zhǎng)、果實(shí)外觀、產(chǎn)量指標(biāo)，研究了不同灌水下限對(duì)番茄植株生長(zhǎng)、果實(shí)形態(tài)、產(chǎn)量的影響。

1.2 觀測(cè)指標(biāo)與方法

1.2.1 番茄生長(zhǎng)形態(tài)的測(cè)定

作物長(zhǎng)勢(shì)的測(cè)定指標(biāo)包括株高、莖粗，在緩苗期過(guò)后，每7天測(cè)定一次，逐棵測(cè)定。株高的測(cè)定采用米尺從番茄植株莖稈基部開(kāi)始量取，待番茄植株拉秧后停止；莖粗的測(cè)定用十字交叉的方法分別量取后取平均值。

1.2.2 土壤水分的測(cè)定

土壤含水率采用TDR探測(cè)儀測(cè)量，定期采用土鉆取土、烘干法對(duì)TDR進(jìn)行校正，以確保能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。時(shí)域反射儀測(cè)量精度2%～3%。灌水前后加測(cè)，并保證每隔5天測(cè)定1次土壤水分。每個(gè)小區(qū)選擇2個(gè)測(cè)點(diǎn)，用時(shí)域反射儀(TDR)的有機(jī)玻璃測(cè)管測(cè)定0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm深的土壤含水量。當(dāng)所測(cè)得的數(shù)值低于試驗(yàn)設(shè)定的土壤灌水下限時(shí)對(duì)該處理小區(qū)進(jìn)行灌水，灌水前后加測(cè)一次。

表2 番茄各生育期階段的計(jì)劃濕潤(rùn)層深度

1.2.3 作物產(chǎn)量的測(cè)定

果實(shí)成熟過(guò)程中，采用電子秤測(cè)量每個(gè)處理的總量，精度為0.01 g，換算成畝產(chǎn)，并在采收時(shí)定期采收番茄，測(cè)量其單株番茄鮮重、典型單果重，得出總產(chǎn)量。記錄采收日期、單株產(chǎn)量與單株成熟果實(shí)數(shù)目。

1.2.4 溫室溫濕度的測(cè)定

溫室內(nèi)地溫采用地溫計(jì)進(jìn)行測(cè)定，對(duì)每個(gè)處理的5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm土層溫度8:00和14:00各監(jiān)測(cè)一次。

溫室內(nèi)溫度和濕度采用溫濕度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，對(duì)溫室內(nèi)溫度和濕度8:00和14:00各監(jiān)測(cè)一次。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

(1)使用Excel對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、整理，線性回歸分析；

(2)數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，采用SPSS軟件進(jìn)行模型數(shù)據(jù)推求，包括相關(guān)分析、方差分析；

(3)繪圖過(guò)程中，采用Auto CAD軟件、Matlab軟件和Excel軟件作圖。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同灌水條件下土壤水分對(duì)番茄株高的影響

株高是作物生長(zhǎng)發(fā)育的一項(xiàng)基本指標(biāo)，觀察不同施肥處理番茄植株株高發(fā)現(xiàn)，各處理株高變化趨勢(shì)基本相同，均呈現(xiàn)出“前矮后高”趨勢(shì)分布，在成熟期達(dá)到頂峰，株高基本保持不變，也是冠層結(jié)構(gòu)對(duì)水分響應(yīng)的主要體現(xiàn)，因此水分的過(guò)多或不足都會(huì)對(duì)株高產(chǎn)生影響，進(jìn)而直接影響作物的光能利用和產(chǎn)量品質(zhì)。

由圖1可以看出，不同水分處理下株高隨著生育期的變化呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)；番茄株高前期處理 II 高于其他處理，但隨著番茄生育時(shí)期的變化，植株高度的生長(zhǎng)變化為CK> III > II >I，結(jié)果期和盛果期期間植株CK和III高度較其他處理優(yōu)勢(shì)明顯，造成這種結(jié)果的原因可能是開(kāi)花結(jié)果期和結(jié)果盛期耗水強(qiáng)度大，因此CK和III植株快速生長(zhǎng)。

由圖1和圖2可以看出，不同水分處理下株高生長(zhǎng)速率隨著生育期的變化呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)；株高生長(zhǎng)速率從大到小依次的順序是：開(kāi)花著果期>苗期>結(jié)果期>盛果期。

圖1 在整個(gè)生育期內(nèi)番茄植株高度的變化

圖2 不同灌水條件下不同生育階段對(duì)番茄株高生長(zhǎng)速率的影響

如表3、表4、表5、表6、表7，對(duì)番茄處在不同生育期內(nèi)的不同灌水下限處理株高進(jìn)行了方差分析，顯著性都小于0.05，達(dá)到了顯著水平，表明不同灌水處理對(duì)番茄株高有顯著影響。株高是植株直觀的生理指標(biāo)，在一定程度上反映了作物根際對(duì)水分和養(yǎng)分吸收的優(yōu)劣和植株的生長(zhǎng)狀況。

表3 不同生育階段番茄株高生長(zhǎng)速率的比較

表4 不同水分處理下番茄苗期株高方差分析表

表5 不同水分處理下番茄開(kāi)花期株高方差分析表

表6 不同水分處理下番茄結(jié)果期株高方差分析表

表7 不同水分處理下番茄盛果期株高方差分析表

綜上，對(duì)于不同灌水處理的番茄，在生育前期，株高生長(zhǎng)迅速，各處理間差異性顯著?？梢钥闯鎏幚鞢K和III對(duì)作物的植株高度作用明顯高于其他處理，給作物營(yíng)養(yǎng)的積累提供了有力的保障。

2.2 不同灌水條件下土壤水分對(duì)番茄莖粗的影響

莖粗也是反映作物長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。不同水分處理下莖粗生長(zhǎng)速率隨著生育期的變化呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)，莖粗生長(zhǎng)速率從大到小依次的順序是：苗期>開(kāi)花期>結(jié)果期>盛果期。膜下滴灌條件下番茄全生育期內(nèi)莖粗的比較如表8所示，不同水分處理下番茄苗期、開(kāi)花著果期、結(jié)果盛期、結(jié)果后期莖粗方差分析分別如表9、表10、表11、表12所示，膜下滴灌條件下不同生育階段對(duì)番茄莖粗生長(zhǎng)速率的影響如圖4所示。

圖3 在整個(gè)生育期內(nèi)番茄莖粗的變化

圖4 不同灌水條件下不同生育階段對(duì)番茄莖粗生長(zhǎng)速率的影響

表8 不同生育階段番茄莖粗生長(zhǎng)速率的比較

表9 不同水分處理下番茄苗期莖粗方差分析表

表10 不同水分處理下番茄開(kāi)花期莖粗方差分析表

表11 不同水分處理下番茄結(jié)果期莖粗方差分析表

表12 不同水分處理下番茄盛果期莖粗方差分析表

所得結(jié)論如下：(1)不同水分處理對(duì)番茄苗期、開(kāi)花期、結(jié)果期、盛果期莖粗生長(zhǎng)速率在水平0.05下顯著不同。在苗期，I處理的莖粗生長(zhǎng)速率最小(0.267 cm/d)，Ⅲ處理的莖粗生長(zhǎng)速率最大(0.298 cm/d)，說(shuō)明較高的土壤含水量有利于苗期莖粗的生長(zhǎng)，但苗期耗水量小，所以莖粗生長(zhǎng)速率變化較小。在結(jié)果后期植株莖粗基本無(wú)變化，說(shuō)明番茄在結(jié)果后期莖稈基本停止生長(zhǎng)，土壤含水量的變化對(duì)植株發(fā)育無(wú)太大影響。(2)各個(gè)生育期不同水分處理對(duì)番茄莖粗生長(zhǎng)速率影響不同，其中苗期和盛果期影響差別不大，說(shuō)明苗期和盛果期耗水量小。

2.3 不同灌水條件下土壤水分對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

產(chǎn)量是衡量經(jīng)濟(jì)作物的重要指標(biāo)，通過(guò)產(chǎn)量可以得出不同灌水處理對(duì)番茄的影響。由表13可知，不同處理的產(chǎn)量大小為：III>CK>II>I，各灌水處理與處理I的產(chǎn)量比較分別增加：25.74%、47.61%、28.15%。根據(jù)不同的灌水量和灌水下限可知，處理III番茄產(chǎn)量最高，并且在不同灌水處理下番茄的單果均重最重、單株結(jié)果數(shù)量最多，為6.40個(gè)。說(shuō)明對(duì)番茄灌水下限控制在75%時(shí)，有利于番茄增產(chǎn)。而灌水下限在50%時(shí)導(dǎo)致土壤生產(chǎn)能力降低，各項(xiàng)生理指標(biāo)的構(gòu)成因素在不同程度均有所降低，使番茄產(chǎn)量降低。

表13 不同水分處理下對(duì)番茄果實(shí)和產(chǎn)量的影響

如表14，對(duì)番茄產(chǎn)量和不同灌水處理做方差分析，顯著性為0.001，達(dá)到極顯著水平。說(shuō)明不同灌水處理對(duì)番茄產(chǎn)量具有顯著影響，不同灌水處理影響著番茄長(zhǎng)勢(shì)，并且最終影響番茄的產(chǎn)量。處理III產(chǎn)量最高，灌水制度更合理。

表14 不同水分處理下對(duì)番茄果實(shí)產(chǎn)量方差分析表

3 結(jié)語(yǔ)

本次試驗(yàn)以番茄為研究對(duì)象，在溫室條件下采用大壟雙行膜下滴灌，針對(duì)番茄在沈陽(yáng)地區(qū)整個(gè)生育期內(nèi)的不同灌水下限展開(kāi)研究。監(jiān)測(cè)了土壤含水率、番茄生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量等各項(xiàng)指標(biāo)。基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法分析，得出以下結(jié)論：

(1) 不同的水分處理間，在生育前期，株高和莖粗均生長(zhǎng)迅速，最后增長(zhǎng)速率趨于平緩，但不同灌水處理間的差異十分顯著。

(2)在處理III(灌水下限控制在75%)時(shí)，番茄各項(xiàng)生理指標(biāo)較好，且產(chǎn)量、單果均重、單株結(jié)果數(shù)量均大于其他灌水下限處理。因此，沈陽(yáng)地區(qū)大棚種植番茄在滴灌條件下的適宜灌水下限為75%，即當(dāng)土壤水分控制為田間持水量的75%，可達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水的效果。