李尤亮，周筱妍，曹 言，張 雷，王 杰

（1云南省水利水電科學研究院，昆明 650228；2高原立體氣候條件作物需水云南省野外科學觀測研究站，昆明 650228）

0 引言

生菜俗稱葉用萵苣，屬于菊科萵苣屬，原產(chǎn)歐洲地中海沿岸[1]。生菜不僅富含維生素、蛋白質、鈣等營養(yǎng)物質，還含有葛芭素、甘露醇等，在促進人體血液循環(huán)、降低膽固醇、鎮(zhèn)痛催眠、利尿等方面具有一定的作用[2-3]，同時，其栽培生育周期短、病蟲害相對較少、經(jīng)濟價值高等優(yōu)勢，在農(nóng)戶中已成為受歡迎的種植作物之一[4]。目前，云南滇中地區(qū)的嵩明縣、麒麟?yún)^(qū)、陸良縣等地已成為速生葉菜主產(chǎn)區(qū)，意大利生菜、油麥菜等綠葉蔬菜成為主要種植作物[5]。國內(nèi)許多學者對作物耗水規(guī)律開展了大量研究，主要集中在水稻[6]、玉米[7-8]、小麥[9]等糧食作物，關于蔬菜方面的研究以設施農(nóng)業(yè)條件下黃瓜[10]、番茄[11]、苦瓜[12]等作物為主。當前，國內(nèi)學者關于生菜需水規(guī)律方面開展了一些研究，如裴蕓等[13-14]以弘農(nóng)和綠領生菜品種為材料，研究了塑料大棚栽培條件下不同土壤水分對生菜產(chǎn)量、品質、生理特性的影響，在綜合考慮產(chǎn)量、品質、生理特性等因素下，確定了60%的灌水量下限和80%的灌水量上限處理是最適合生菜生長的灌水處理。周繼華等[15]在開展痕量灌溉對溫室生菜生長和產(chǎn)量及水分利用效率的影響研究時，對不同研究區(qū)各處理下生菜的耗水量及耗水強度進行了計算，其耗水總量在54.4～144.4 mm之間，耗水強度在0.66～1.75 mm/d。徐厚成等[16]探索了滴灌條件下春茬露地生菜的適宜灌水量，得出生菜各生育期作物系數(shù)，為滴灌條件下生菜的高效生產(chǎn)提供了一定的科學依據(jù)。徐俊增等[17]開展了不同移栽時間和栽培方式的滴灌生菜需水規(guī)律研究，結果表明，1月和5月移栽的大棚生菜需水量分別為121.4 mm和95.2 mm，而4月和6月移栽的露天生菜需水量分別為113.5 mm和105.9 mm。不同季節(jié)、區(qū)域和土壤作物耗水規(guī)律會存在較大差異，而關于云南滇中區(qū)域的生菜耗水試驗還未見文獻報道，因此本研究以意大利結球生菜為研究對象，以云南滇中地區(qū)農(nóng)民田間農(nóng)事管理為依據(jù)開展了夏季和秋季露地生菜田間耗水試驗，采用水量平衡、Penman-Monteith公式探討生菜耗水規(guī)律、作物系數(shù)及耗水量的影響因素，為云南省滇中地區(qū)露地生菜灌溉制度的制訂提供一定的科學依據(jù)，為該區(qū)域生菜的周年供應和灌溉保障提供一定的科技支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗在云南省灌溉試驗中心站進行，試驗區(qū)位于昆明市呈貢區(qū)，地理位置為：25°19′N、112°53′E，海拔1945 m，屬低緯高原季風氣候，試驗區(qū)光照充足，年平均日照時數(shù)2200 h，多年平均氣溫14.7℃，最冷月均溫度7.7℃，最高月均溫20.6℃，全年無霜期285天，全年平均降雨量789.6 mm，降雨主要集中在5—9月，占全年降水量的80%～90%。試驗區(qū)冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候溫和。試驗地土質為砂壤土，田間持水量41.41%（體積含水率），pH 8.2。

1.2 試驗設計

試驗地地塊面積為140 m2，試驗品種為意大利結球生菜，種植方式為起壟種植，壟寬1.5 m，壟高0.15 cm，長9.5 m，株距為30 cm×30 cm，試驗設置3個重復，分別安裝3套智能土壤墑情自動觀測設備，參照徐俊增、徐厚成等[16-17]露地生菜需水規(guī)律試驗，本試驗計劃濕潤層取40 cm。灌溉方式為微噴灌，噴頭噴灌半徑為2.5 m，設計噴頭流量為50 L/h，計劃濕潤層取40 cm。生菜定植時施復合肥(N-P2O5-K2O：16-16-16)，施肥量684 kg/hm2，在蓮座期和結球期各追施水溶肥(N-P2O5-K2O：30-10-10)1次，施肥量均為37.5 kg/hm2。夏季和秋季生菜生育期劃分、灌水及降雨情況統(tǒng)計見表1所示。

表1 夏和秋季生菜生育期劃分、灌水及降雨情況統(tǒng)計表

1.3 測定項目及研究方法

1.3.1 測定項目 田間小氣候及土壤墑情觀測。試驗地安裝有1套自動氣象站一套，自動記錄氣溫、相對濕度、風速、降雨等數(shù)據(jù)，采集時間間隔為每小時1次。試驗小區(qū)安裝有土壤墑情自動觀測設備，可以采集10、20、30、40、50、60 cm處土壤體積含水率和土壤溫度，數(shù)據(jù)采集時間間隔設定為每小時1次。

1.3.2 研究方法

（1）水量平衡方程。農(nóng)田土壤水分平衡方程常被用于計算作物蒸散量，本研究采用此公式進行生菜耗水量的計算，其公式如(1)所示。

式中：ET為作物耗水量，mm；I為灌水量，mm；P為降雨量，mm；ΔW為土壤貯水量的變化，mm；在計算逐日耗水量時以早晨8:00為界，有降雨或灌溉時，以土壤含水率下降維持穩(wěn)定時為灌后土壤含水率，G為地下水補給量，mm；R為徑流量，mm；S為滲漏量，mm。該式中研究區(qū)地塊平坦，地下水位較深，地下水的補給量可以忽略不計，G=0，R=0。

（2）Penman-Monteith公式。FAO-56推薦的Penman-Monteith公式經(jīng)過國內(nèi)外多年的理論研究與實踐已成為計算ET0所采用的公認方法，見式(2)。

式中：ET0為參考作物蒸散量，mm/d；Rn為到達作物表面的凈輻射，MJ/(m2·d)；G為土壤熱通量，MJ/(m2·d)；在逐日估算時，G=0；T為日平均氣溫，℃，按日最高氣溫和日最低氣溫的算術平均值計算；u2為2 m高處的平均風速，m/s；es為飽和水汽壓，kPa；ea為實際水汽壓，kPa；es-ea為飽和水汽壓差，kPa；△飽和水汽壓曲線的傾率，kPa/℃；γ為濕度計常數(shù)，kPa/℃。

（3）作物系數(shù)。采用FAO-56推薦的單作物系數(shù)法計算作物各階段的需水量，對各階段需水量累加求和進而得到作物全生育期需水量，計算公式見(3)。

式中，ETc為實際作物耗水量(mm)；ET0為參考作物蒸散量(mm)；Kc為作物系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理及作圖，SPSS19.0軟件進行通徑分析并計算通徑系數(shù)。

2 結果與分析

2.1 露天生菜參考作物騰發(fā)量

2.1.1 生育期田間小氣候特征 夏季生菜全生育期平均氣溫為21.2℃，團棵期和蓮座期的平均氣溫比較接近，團棵期平均氣溫最高為22.4℃，結球期平均氣溫最低為20.1℃（見表2）。夏季生菜生育期內(nèi)最高氣溫出現(xiàn)在蓮座期，其值為31.0℃，最低氣溫出現(xiàn)在結球期，其值為15.0℃。該季生菜生育期內(nèi)相對平均濕度為78.0%，在成熟期相對平均濕度最大，其值為84.8%，從團棵期至成熟期內(nèi)的平均相對濕度隨著雨季的到來呈增加趨勢。夏季生菜生育期內(nèi)平均風速為2.9 m/s，平均風速在團棵期達到最大，至成熟期減小至2.2 m/s。該季生菜日照時數(shù)達185.8 h，在團棵期最多，至成熟期逐漸減小。

表2 夏季和秋季生菜生育期內(nèi)氣象因子統(tǒng)計表

秋季生菜全生育期平均氣溫為13.9℃，團棵期和蓮座期的平均氣溫比較接近，蓮座期平均氣溫最高為16.7℃，成熟期平均氣溫最低為5.4℃。秋季生菜生育期內(nèi)最高氣溫與最低氣溫均出現(xiàn)在結球期，其值分別為23.7、-2.0℃。該季生菜生育期內(nèi)相對平均濕度為71.7%，在團棵期相對平均濕度最大，其值為79.9%，在蓮座期相對平均濕度最小，其值為65.0%。秋季生菜生育期內(nèi)平均風速為3.2 m/s，平均風速在團棵期最小，至成熟期增大至3.5 m/s。該季生菜日照時數(shù)達330.8 h，在結球期最多，成熟期最小。

在全生育期內(nèi)夏季生菜比秋季平均氣溫高出7.24℃，夏季生菜各生育期的平均氣溫均比秋季生菜高，其中在成熟期平均氣溫較秋季高15.2℃。夏季生菜各生育期的最高、最低氣溫均比秋季生菜高。夏季生菜全生育期平均相對濕度比秋季生菜高6.29%，夏季生菜在蓮座期、結球、成熟期的平均相對濕度均高于秋季，在團棵期低于秋季。夏季生菜全生育期的平均風速比秋季低0.24 m/s，夏季生菜從團棵期至成熟期平均風速呈減小趨勢，而秋季生菜則相反。夏季生菜全生育期內(nèi)日照時數(shù)比秋季少145 h。

2.1.2 參考作物騰發(fā)量 通過統(tǒng)計可知，夏季生菜全生育期內(nèi)ET0為161.3 mm，日均值為3.6 mm/d，其中團棵期、蓮座期、結球期、成熟期的ET0分別為49.2、39.1、51.7、21.3 mm。夏季生菜生育期內(nèi)逐日參考作物蒸散量呈減小趨勢，在生菜定植后的3天，參考作物蒸散量均超過了6mm/d，最大值6.3mm/d，在結球期出現(xiàn)最小值2.0mm/d（圖1）。秋季生菜全生育期ET0為131.6 mm，日均值為2.4 mm/d，其中團棵期、蓮座期、結球期、成熟期的ET0分別為20.4、35.5、65.9、9.9 mm。秋季生菜生育期內(nèi)逐日參考作物蒸散量呈“雙峰”型減小趨勢，在蓮座初期出現(xiàn)最大值為3.4 mm/d，在成熟期出現(xiàn)最小值為0.8 mm/d（圖2）。夏季生菜全生育期日均參考作物蒸散量比秋季高1.2 mm/d，在團棵期、蓮座期、成熟期的3個生育期參考作物蒸散量均高于秋季，在結球期低于秋季。

圖1 夏季生菜生育期內(nèi)逐日參考作物蒸散量變化趨勢

圖2 秋季生菜生育期內(nèi)逐日參考作物蒸散量變化趨勢

2.2 生菜耗水量及耗水規(guī)律

2.2.1 生菜逐日耗水量分析 根據(jù)10～60 cm每層土壤含水率監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用水量平衡公式分別計算夏、秋季生菜逐日耗水量，其變化趨勢如圖3、4所示。夏季生菜定植10天內(nèi)，葉面積較小，耗水量變化趨勢較平緩，耗水量較小，介于0.4～1.0 mm/d。在定植10天至37天期間，隨著生菜的生長，葉面積逐漸增大，其耗水量呈上升趨勢，耗水量最小值為0.4 mm/d，而最大值達3.4 mm/d。定植38天后耗水強度波動幅度明顯大于前期，耗水量有所減小。秋季生菜耗逐日水量變化趨勢呈雙峰型，在生菜定植10天內(nèi)，耗水量呈上升趨勢，并出現(xiàn)一個小矮峰，期間耗水量變化幅度較小，耗水量最小值僅為0.2 mm/d，耗水量最大值為0.6 mm/d。在定植10天至35天期間，耗水量變化趨勢趨于平緩，耗水量在0.3～1.5 mm/d之間變化，定植36天后，耗水量又有所上升，并達到整個生育期的最大值，其值為2.3 mm/d。生菜全生育期耗水量，隨著作物的生長，干物質的積累，耗水量逐漸呈上升趨勢，至結球后期耗水量達到最大值，進入成熟采摘期后有所下降。

圖3 夏季生菜生育期內(nèi)逐日耗水量變化趨勢

圖4 秋季生菜生育期內(nèi)逐日耗水量變化趨勢

2.2.2 生菜耗水規(guī)律 夏季和秋季生菜耗水規(guī)律及作物系數(shù)計算結果，如表3所示。夏季生菜全生育期耗水量為76.5 mm，全生育期平均耗水強度為1.7 mm/d，生菜耗水強度呈增加趨勢，團棵期、蓮座期、結球期、成熟采摘期的日耗水強度分別為0.7、1.2、2.3、2.5 mm/d，各生育階段耗水模數(shù)分別為10.6%、16.1%、50.3%、23.0%。秋季生菜全生育期耗水量44.6 mm，全生育期平均耗水強度為0.8 mm/d，各生育期日耗水強度分別為0.4、0.7、0.9、1.2 mm/d，生菜耗水強度呈增加趨勢，各生育期的耗水模數(shù)分別為8.1%、19.7%、54.1%、18.1%。夏季生菜全生育期耗水量及各生育階段平均耗水強度均高于秋季，夏季和秋季生菜自團棵期至成熟期平均耗水強度均呈增加趨勢，2個季節(jié)生菜在結球期歷時最長，耗水量最大，均占全生育期耗水量的50%以上。

表3 夏季和秋季生菜各生育階段耗水量、耗水強度及耗水模數(shù)

2.2.3 生菜作物系數(shù) 根據(jù)式(3)計算夏、秋季生菜各生育期作物系數(shù)Kc，夏季生菜自團棵期至成熟期的作物系數(shù)分別為0.17、0.31、0.74、0.75（見表4）。而秋季生菜各生育期作物系數(shù)分別為0.18、0.25、0.37、0.81。生菜作物系數(shù)隨著作物的生長，作物系數(shù)增加，到成熟采摘期達到最大值0.78。在團棵期，植株較小，耗水量較小，作物系數(shù)最小，其值為0.18，在此階段夏季和秋季生菜作物系數(shù)比較接近，在蓮座期夏季生菜與秋季生菜作物系數(shù)較接近，夏季較秋季高0.06，而在成熟期夏季生菜作物系數(shù)比秋季低0.06。在結球期夏季生菜的作物系數(shù)較秋季作物系數(shù)大，比秋季高0.37。

表4 夏季和秋季生菜不同生育期作物系數(shù)

2.3 生菜耗水量影響因素分析

根據(jù)相關研究，平均溫度、相對濕度、風速、日照時數(shù)、降雨、土壤溫度、土壤含水率等因素是影響作物需水量的主要因素。因此，本研究選取上述7個因素對夏季和秋季生菜耗水量的影響進行通徑分析，得到通徑系數(shù)、間接通徑系數(shù)之和（表5）。由通徑分析結果可知，0～40 cm平均土壤溫度對夏季生菜耗水量的直接通徑系數(shù)最大，直接通徑系數(shù)為-0.530，其次是降雨量，直接通徑系數(shù)為0.375。通過間接通徑系數(shù)可知，氣溫、平均風速、日照時數(shù)通過0～40 cm平均土壤溫度對夏季生菜耗水量的抑制作用均最大，間接作用系數(shù)分別為-0.354、-0.229、-0.262；氣溫、平均風速、日照時數(shù)通過相對濕度對夏季生菜耗水量的貢獻最大，間接作用系數(shù)分別為0.203、0.132、0.192；相對濕度通過0～40 cm平均土壤溫度對夏季生菜耗水量的貢獻最大，間接作用系數(shù)為0.225。

表5 生菜耗水量影響因素通徑分析統(tǒng)計表

由各影響因子對秋季生菜耗水量的通徑分析可知，0～40 cm平均土壤含水率對秋季生菜耗水量的通徑系數(shù)最大，通徑系數(shù)為-0.528，其次是日照時數(shù)，直接通徑系數(shù)為0.306。通過間接通徑系數(shù)可知，氣溫通過0～40 cm平均土壤含水率對秋季生菜耗水量的抑制作用最大，間接作用系數(shù)為-0.431；相對濕度通過日照時數(shù)對秋季生菜耗水量的抑制最大，間接作用系數(shù)為-0.260；降雨量通過其他因素對秋季生菜耗水量的間接作用均較小；風速通過0～40 cm平均土壤含水率對秋季生菜耗水量的貢獻最大，間接作用系數(shù)為0.156；0～40 cm平均土壤溫度對秋季生菜耗水量的抑制作用最大，間接作用系數(shù)為-0.489。

夏季和秋季生菜耗水量的主要影響因素不同，其中夏季生菜耗水量的主要影響因素是0～40 cm平均土壤溫度和降雨量，而秋季生菜耗水量的主要影響因素是0～40 cm平均土壤含水率、日照時數(shù)。

3 討論與結論

3.1 討論

國內(nèi)學者對生菜需水量的研究中，4月和6月移栽的露天生菜需水量分別為95.2、121.4 mm[17]，與此相比本研究生菜耗水量值偏小。在痕量灌溉對生菜水分利用效率的影響研究中，不同灌溉方式下生菜的耗水量在54.4～144.4 mm之間，耗水強度在0.66～1.75 mm/d[15]，相比之下夏季生菜耗水量在此范圍，秋季接近，而耗水強度均在此范圍。由于作物耗水量的大小不僅受輻射、相對濕度、氣溫、風速等氣象因素的影響，還與作物類型、品種、生育階段等作物因素有關，還與土壤水肥狀況、土壤理化性質、灌水方式、種植密度等田間管理及作物生長環(huán)境的不同而存在差異[18]，這些因素導致了本研究生菜耗水量與其他相關研究存在異同。夏季和秋季生菜耗水量之間存在較大差異，一方面原因是夏季生菜生育期內(nèi)氣溫、地溫均較高，降雨頻次多，降雨量大，加之少數(shù)幾次灌溉，大部分補充水分均能夠進入土壤，土壤水分能夠充分滿足作物生長，生菜生長較快，耗水量相應較大。秋季生菜氣溫、地溫均較低，生菜生長緩慢，采用微噴灌溉頻次較多，耗水強度較低。國內(nèi)相關研究表明，采用微噴灌溉方式可以改變作物冠層溫度、濕度等田間小氣候，從而減少作物葉面蒸騰和地面蒸發(fā)，進而減小作物總耗水量，迫使作物吸收深層水分，達到提高水分利用效率的效果[19-21]。因此，秋季生菜耗水量低于夏季生菜，在結球期特別明顯。生菜進入結球期，葉面積逐漸增大，微噴灌補充的水分部份用于改變田間小氣候，部份被作物葉片截留而蒸發(fā)，進入土壤的水分相對較少，土壤含水率變化幅度較小，在結球期生菜耗水量較夏季偏少，導致生菜作物系數(shù)明顯偏低。

從影響因素看，夏季生菜影響耗水量的主要因素是降雨量和0～40 cm平均土壤溫度，而秋季生菜的主要影響因素是日照時數(shù)和0～40 cm平均土壤含水率。夏季生菜生育期內(nèi)降雨量較多，日照時數(shù)較少，而降雨量增多使土壤水分能夠充分滿足作物的生長，而秋季生菜降雨較少，采用微噴灌方式進行補充灌溉，隨著生菜葉面積的增加，補充水分進入到土壤的數(shù)量逐漸減少，土壤中有限水分抑制了作物的蒸騰蒸發(fā)。因此，作物不受土壤水分脅迫時，土壤水分對蒸散的影響可以忽略與張雪松等[22]的結論一致，在土壤水分對作物產(chǎn)生脅迫時，土壤水分是抑制作物耗水量的重要因素。夏季生菜0～40 cm平均土壤溫度是抑制耗水量的重要因素，而秋季土壤溫度通過土壤含水率的間接作用影響耗水量最大，因為夏季隨著時間的推移，氣溫、地溫等逐漸降低，從而對耗水量產(chǎn)生負作用，在秋季0～40 cm平均土壤溫度逐漸降低，土壤溫度對生菜耗水量的影響減弱。國內(nèi)外相關研究表明，植物對根區(qū)溫度的敏感性比地上部溫度高，根區(qū)溫度對植物水分代謝、光合作用、蒸騰速率、產(chǎn)量等方面具有重要的影響[23-24]，張雪松等[22]認為土壤溫度是影響作物蒸散量的重要因素。李潤儒[25]在開展根區(qū)溫度對水培生菜生長及光合特性的影響研究中表明，隨著根區(qū)溫度從15℃～35℃，生菜產(chǎn)量、光合速率均呈先增加后減小的趨勢，在25℃均達到最大值。可見，無論根區(qū)溫度的高低均會對作物產(chǎn)生影響，不同作物應存在一個適宜的根區(qū)溫度，以利于作物最佳生長。夏季生菜降雨量多，日照時數(shù)較少，秋季生菜則相反。相關研究表明，太陽輻射是農(nóng)田蒸散量的主要影響因子[26]，而日照時數(shù)與太陽輻射息息相關，在秋季生育期內(nèi)日照時數(shù)也是影響生菜耗水量的主要影響因素。作物地上部分與地下部分是一個有機的系統(tǒng)，相互促進，相互影響。目前針對作物蒸散量方面的研究以地上部葉面積、蒸騰速率、光合速率等作物生理方面的研究為主，關于地下部份根系的生長、分布、影響因素等方面的研究還較少，在今后的研究中，還需開展深入探索。本研究僅開展了單季生菜耗水量及作物系數(shù)研究，觀測時間較短，為獲得準確的作物系數(shù)還需長時間觀測及修訂。

3.2 結論

（1）夏季和秋季生菜全生育期耗水量分別為76.5、44.5 mm，生菜耗水強度呈增加趨勢，夏季生菜團棵期、蓮座期、結球期、成熟期的日耗水強度分別為0.7、1.2、2.3、2.5 mm/d。秋季生菜各生育期日耗水強度分別為0.4、0.7、0.9、1.2 mm/d。夏季生菜全生育期耗水量及各生育階段耗水強度均高于秋季生菜，生菜在結球期歷時最長，耗水量最大，占全生育期耗水量的50%以上。

（2）夏季生菜在團棵期、蓮座期、結球期、成熟采摘期的作物系數(shù)分別為0.17、0.31、0.74、0.75，而秋季生菜各生育期作物系數(shù)分別為0.18、0.25、0.37、0.81。

（3）夏季和秋季生菜耗水量的影響因素各異，夏季生菜耗水量的主要影響因素是0～40 cm平均土壤溫度和降雨量，而0～40 cm平均土壤含水率、日照時數(shù)是影響秋季生菜耗水量的主要因素。