滲灌條件下日光溫室春夏茬番茄灌溉制度研究

孫 健，成自勇，王鐵良，李 波，蘆曉峰 ，趙 瑩 ，汪小力

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅蘭州730070；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，遼寧沈陽110866；3.海城市水務(wù)局，遼寧海城114200）

滲灌作為一種新型的節(jié)水灌溉技術(shù)，在日光溫室蔬菜栽培中表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，但針對該灌溉方式下蔬菜灌溉制度的研究尚不成熟。科學(xué)合理的灌溉制度不僅可節(jié)約水量，而且可提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。因此，把灌水要素與作物生長的水分環(huán)境和作物水分生理聯(lián)系起來，適時適量按需進行灌溉，且深入研究土壤適宜水分上下限，特別是灌水下限的研究成為一種趨勢。前人研究表明，適宜的土壤水分有利于番茄產(chǎn)量的提高及果實品質(zhì)的積累[1-7]。

本研究采用多元統(tǒng)計主成分分析法，以產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率為綜合評價指標對日光溫室滲灌條件下春夏茬番茄的適宜灌水下限組合進行了評價研究，旨在獲得春夏茬番茄高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水效果最佳的灌溉制度。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2010年5月中旬至8月末在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院綜合試驗基地的日光溫室內(nèi)進行。供試土壤為棕壤土，田間持水量為θ1＝40.8%（體積含水率），土壤容重γ＝1.50 g/cm3。供試作物為番茄，品種為遼源多麗。種植前土壤的主要理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)。試驗以小區(qū)試驗方法進行，隨機排列，每個小區(qū)面積為8m2。在定植前，各重復(fù)間用埋深60 cm的塑料布進行防滲透隔離處理（防止水分、養(yǎng)分的互滲或遷移）。番茄株行距為50 cm×50 cm。滲灌管埋深30 cm，出水孔組中心點之間的間距為50 cm，出水孔直線排列，埋設(shè)時出水孔向上，并在其上覆稻殼，以防灌水時泥土進入滲灌管。

試驗將番茄全生育期劃分為苗期、開花著果期、結(jié)果盛期及結(jié)果末期4個時期，其中，番茄苗期及結(jié)果末期設(shè)相同的水分處理；開花著果期及結(jié)果盛期設(shè)3個不同水平的處理來控制灌溉。試驗方案具體設(shè)計及計劃土壤濕潤層深度如表2所示。當(dāng)土壤含水量低于設(shè)置的土壤水分控制下限時，補充灌溉水至灌水上限（田間持水量）。各小區(qū)每次灌水量均按公式（1）計算。

其中，Q為小區(qū)1次灌水量（m3）；θ1為土壤含水量上限值（田間持水量）；θ2為實測土壤含水量平均值（土壤體積含水量）；s為小區(qū)面積（m2）；h為計劃濕潤層深度（m）；p為土壤濕潤比：滲灌取p＝0.7[8]。按灌水后計劃濕潤層土壤有70%體積被濕潤、且濕潤后土壤的含水量達到田間持水量確定1次灌水量。

表2 土壤水分下限控制范圍

1.3 指標測定

1.3.1 產(chǎn)量的測定 用電子秤記錄整個種植期間的果實產(chǎn)量。將不同處理每次采收的果實稱質(zhì)量并累計，總和為該處理的產(chǎn)量。

1.3.2 含水率的測定 采用時域反射儀TDR（TRIME）每隔6 d測定1次土壤含水率。測取的土層深度自上而下依次為10，20，30，40 cm；并記錄灌水量和灌水時間。

1.3.3 品質(zhì)的測定 Vc含量用分光光度計法測定；有機酸含量用堿滴定法測定；可溶性糖含量用蒽酮比色法測定[9]。

1.4 采用主成分分析法建立模型

主成分分析法是將研究對象的多個相關(guān)變量化為少數(shù)幾個不相關(guān)變量的一種多元統(tǒng)計方法，而且這些不相關(guān)的綜合變量包含了原變量提供的大部分信息。現(xiàn)已知5種處理的3個節(jié)水效果指標 Xi（i＝1，2，3），構(gòu)造春夏茬番茄各處理的主成分，首先通過對這些指標變量相關(guān)性的研究，構(gòu)造n個不相關(guān)的綜合指標Zi（i＝1，2，……，n），其中Zi被合理地表示為各原始測定指標Xi的線性組合，計算Zi的特征向量Si及特征值。然后根據(jù)累積貢獻率，保證信息損失很小的前提下選取合適主成分，計算各處理的主成分得分Fi（或F）＝Zi·Si，從而簡化評價體系，實現(xiàn)對春夏茬番茄灌溉制度的定量性綜合評價[10-11]。

具體步驟為：（1）首先將各變量Xi標準化為Zi，以消除量綱的影響；（2）求得數(shù)據(jù)矩陣Z的相關(guān)矩陣R；（3）求相關(guān)矩陣R的特征值λ1≥λ2……≥λp及相應(yīng)的特征向量Si；（4）求標準化數(shù)據(jù)矩陣Z的主成分；（5）將各指標的標準化數(shù)據(jù)分別代入各主成分表達式中，計算各處理的主成分得分Fi（或F）＝Zi·Si。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水的生產(chǎn)目標，選擇產(chǎn)量、品質(zhì)（Vc含量）、水分利用效率作為綜合評價的各項評價指標，運用主成分分析法，對滲灌條件下番茄不同水分處理的產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率進行綜合分析。

滲灌條件下實測數(shù)據(jù)如表3所示。求得特征向量矩陣和累積貢獻率如表4、表5所示。

表3 灌溉制度評價指標原始數(shù)據(jù)

表4 特征向量矩陣

表5 主成分提取

將得到的特征向量與標準化后的數(shù)據(jù)相乘，可得第1、第2、第3主成分表達式：

根據(jù)主成分綜合模型即可計算綜合主成分值，并按綜合主成分值進行排序，即可對不同灌溉模式下番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率指標進行綜合評價比較（表6）。

表6 各處理按第1、第2、第3主成分得分的排序結(jié)果

從表6可以看出，滲灌條件下，根據(jù)排序結(jié)果得出，處理T1最好，即土壤水分下限苗期控制為田間持水量的60%～70%，開花著果期控制為75%～85%，結(jié)果盛期控制為75%～85%，結(jié)果后期控制為70%～80%時，可達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水的效果。

3 結(jié)論

最佳灌溉制度的關(guān)鍵是番茄的產(chǎn)量最高、品質(zhì)最佳及水分生產(chǎn)效率最高。本研究基于試驗結(jié)果，利用主成分分析方法，對番茄生長狀況、產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率指標進行了綜合評價，得到了溫室內(nèi)番茄在滲灌條件下的適宜灌溉制度，即當(dāng)土壤水分下限苗期控制為田間持水量的60%～70%，開花著果期控制為75%～85%，結(jié)果盛期控制為75%～85%，結(jié)果后期控制為70%～80%時，可達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水的效果，從而得到滲灌條件下，番茄適宜灌溉制度為灌溉定額380mm，其中，苗期灌水2次，灌水定額25mm；開花著果期灌水3次，灌水定額為40mm；結(jié)果盛期灌水3次，灌水定額為40mm；結(jié)果后期灌水3次，灌水定額為30mm。

［1］王燕，蔡煥杰，陳新明，等.根區(qū)局部控水無壓地下灌溉對番茄生理特性及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（2）：322-329.

［2］李波，任樹梅，楊培嶺，等.供水條件對溫室番茄根系分布及產(chǎn)量影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23（9）：39-44.

［3］胡曉輝，于錫宏.不同滲灌處理方式對塑料大棚黃瓜植株生長的影響[J].北方園藝，2002（6）：12-13.

［4］劉啟，張玉龍，黃毅.節(jié)點滲灌下限對溫室番茄生長發(fā)育影響的研究[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2007（3）：27-28.

［5］高方勝，徐坤.土壤水分對番茄生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，14（4）：69-72.

［6］宗曉琴.不同滲灌處理對露地番茄生長及產(chǎn)量形成的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（6）：65-67.

［7］劉明池，劉向莉.不同灌溉方式對番茄生長和產(chǎn)量的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2005，20（1）：97-99.

［8］史海濱.灌溉排水工程學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社，2006：122.

［9］張憲政.植物生理學(xué)實驗技術(shù)[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

［10］馬虹.主成分分析法在水質(zhì)綜合評價中的應(yīng)用 [J].南昌工程學(xué)院學(xué)報，2006，25（1）：65-67.

［11］伊元榮，海米提·依米提，王濤，等.主成分分析法在城市河流水質(zhì)評價中的應(yīng)用 [J].干旱區(qū)研究，2008，25（4）：497-501.